（湖北省十堰市竹溪縣中峰鎮(zhèn)人民政府，湖北 十堰 442312）

本設(shè)計利用計時器裝置，運用了PLC 的控制原理，經(jīng)過對線路的通斷操作完成自動洗車。目前的汽車服務(wù)市場中，人工洗車方式需要一段很長的時間來清洗，勞動成本過高，有著違背可持續(xù)發(fā)展原則的浪費資源現(xiàn)象。因此，利用PLC 的可依賴性，完成人工洗車的替代功能，并且減少水、電等資源的浪費，大幅提升洗車的效率。張勇在2019 年的論文中這樣說到：可編程控制作為一種科學(xué)技術(shù)在不斷的發(fā)展，具有可靠性高，抗干擾能力強，對現(xiàn)場的適應(yīng)性很好，能夠適應(yīng)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境等優(yōu)點。近年來，基于全自動洗車機(jī)不斷受到人們的喜愛，全自動洗車機(jī)不僅能夠節(jié)省洗車的時間、減少洗車的人力物力，降低成本，同時也能夠避免工作人員與車輛進(jìn)行過多的接觸，減少對車輛的損壞。

世界經(jīng)濟(jì)水平在快速發(fā)展中，隨著時代的飛快進(jìn)步，GPS 導(dǎo)航技術(shù)、空間技術(shù)、汽車技術(shù)以及各種制造業(yè)自動化控制技術(shù)都在迅速的進(jìn)步著。尤其是人們的生活質(zhì)量不斷地上升，小型汽車慢慢地變成為每一個家庭的重要交通代步工具，越來越多的家庭擁有他們自己的汽車，然后他們面對的問題就是，如何在汽車弄臟之后選擇汽車清洗方式，大多數(shù)國內(nèi)的汽車清洗行業(yè)仍然處于人工清洗的階段，幾乎所有的洗車步驟都是由人工手工操作，耗費時間、耗費人力、耗費大量的水資源等等，只有極少數(shù)的一些有經(jīng)濟(jì)實力的公司會投資引進(jìn)國外的洗車設(shè)備來發(fā)展壯大自己的公司。但是在國外，大多數(shù)發(fā)達(dá)國家都早早地采用了一體化自動洗車裝置。在美國，很多洗車商店都有著全自動洗車裝置，從需要洗車的顧客付款開始到洗車過程結(jié)束，這當(dāng)中所有的過程都是自動進(jìn)行，只會有少量的員工，他們只是會指揮你開停車的正確位置，頂多會幫你按下開始洗車按鈕，開始噴淋清洗汽車。[1]

整個洗車場地非常的大，大約有3、4 個籃球場那么大，洗車線大約有50、60 米長，4、5 米寬，其余位置都是吸塵的地方。洗車時，掛在空擋處，拉好手剎，關(guān)上車門和車窗，人們甚至坐在車子里面不需要出來，坐在車?yán)?，車上的皮帶自動前進(jìn)，會有一個高壓水槍自動噴洗。洗車卡自動支付，有很多檔次——普通的清洗、打蠟、里里外外無死角的清洗，三個檔次之間的價格差別不大，在10 美元以內(nèi)。目前，中國也有很多地方引進(jìn)了國外的自助洗車機(jī)，但中國的人工成本遠(yuǎn)低于美國，場地條件也存在不成熟的缺點，所以還沒有普及。

早在2011 年，邵鴻翔與徐曉輝兩個人就設(shè)計出了一款基于PLC 的自助洗車房設(shè)計，他們的設(shè)計放在現(xiàn)在來看也不為過時，這個設(shè)計使用了西門子S7-300 PLC 作為中央處理器，擁有完整的洗車步驟，無論是頂部滾刷，還是噴淋結(jié)構(gòu)，都一應(yīng)俱全，他們設(shè)計的系統(tǒng)中，刷子運用了平衡系統(tǒng)，能夠很好地適應(yīng)不同車子的車身結(jié)構(gòu)。由PLC 控制頂部滾刷的往復(fù)運動和整個車身的噴淋，達(dá)到全自動洗車的目的。下圖1 是他們設(shè)計的系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)圖。

1 基于PLC 的自動洗車控制系統(tǒng)總體方案

1.1 自動洗車流程介紹

當(dāng)人們下達(dá)開始洗車的命令（按下開始按鈕），系統(tǒng)就可以開始檢測車輛處于哪個位置，當(dāng)存在于清洗位置的傳感器檢測到汽車，它就可以發(fā)出一個信息脈沖給PLC，然后整個系統(tǒng)開始清潔進(jìn)程，通過PLC 自動控制操作，自動進(jìn)行刷洗和清潔劑的噴灑以及風(fēng)干干燥等工作，當(dāng)系統(tǒng)的傳感器感知到汽車已經(jīng)開出了清洗位置，系統(tǒng)就會自動停止清洗工作，然后由人工手動復(fù)位，等候下一個洗車檢測器來檢測汽車，洗車機(jī)接觸器、傳感器停止工作，所有水閥關(guān)閉以及刷子停止刷洗，送出停止命令，刷洗工作停止。

1.2 自動洗車控制系統(tǒng)的設(shè)計要求

手動啟動后，要求系統(tǒng)能夠自動地檢測車輛是否已經(jīng)達(dá)到了清洗位置。假設(shè)車輛沒有達(dá)到指定的清洗位置，后續(xù)的洗車工作系統(tǒng)將無法進(jìn)行，而是處于等待狀態(tài)。如果傳感器檢測到汽車早早的抵達(dá)了清洗場地，那么就可以進(jìn)行后面的一系列動作，包括刷子的左右移動、刷洗操作、清洗劑噴灑、風(fēng)干等。在完成最后一步之前，整個系統(tǒng)都是人為可以操作的，并且需要人工手動復(fù)位。

圖1 頂部滾刷系統(tǒng)

圖2 自動洗車示意圖

1.3 自動洗車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

開始洗車的時候，系統(tǒng)會通過傳感器判斷車子是不是停在了指定位置，如果是在指定位置，則系統(tǒng)啟動，并且啟動燈亮起，開始洗車，如若沒有到達(dá)指定位置，則由人工復(fù)位，這時復(fù)位燈亮起，直到車子停到指定洗車位置，再開始洗車運作。當(dāng)開始洗車后，進(jìn)行噴水，車子右移，直到碰到右極限開關(guān)，這時車子開始左移，在此期間，刷子進(jìn)行每一次5 秒的刷子運作，當(dāng)車子碰到左極限開關(guān)，開始噴灑清洗劑，此時汽車往右運動，直到碰到右極限開關(guān)，開始噴水，并且向左運動，在碰到左極限開關(guān)后，風(fēng)干系統(tǒng)開始工作，鼓風(fēng)機(jī)開始吹風(fēng)，將車子身上的水吹干，整個洗車流程結(jié)束，啟動燈熄滅，結(jié)束洗車。

汽車清洗機(jī)的關(guān)鍵運動行進(jìn)方向是左右往復(fù)運動，左右往復(fù)運動這里使用了兩個行程開關(guān)——左行程開關(guān)和右行程開關(guān)來控制，同時不同的反復(fù)往返順序還帶有著其他的不同動作，比如刷子洗刷工作、噴淋清洗劑的工作、往車子身上噴水的工作、用吹風(fēng)機(jī)將車子烘干的工作等。這個系統(tǒng)還使用了可復(fù)位的設(shè)計。如果在洗車過程中，因為某些人為原因，汽車并沒有達(dá)到指定的清洗位置，那么這個時候就需要手動復(fù)位。當(dāng)復(fù)位燈亮?xí)r，汽車到達(dá)指定位置，人工按下開始按鈕可以重新開始清洗工作。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

汽車清洗機(jī)第一時間到達(dá)右限位動作和刷子刷洗動作時，接觸到右限位開關(guān)使得右限位開關(guān)完成運作，并且控制汽車清洗機(jī)向左方向運動，噴水的動作以及對車身的刷洗動作持續(xù)進(jìn)行，一直等到左限位開關(guān)運作結(jié)束。在汽車清洗機(jī)第二次做向右移動的動作時，對汽車車身的噴水停止，刷子這個時候開始運行，與此同時，噴灑清洗劑的工作會一直進(jìn)行到接觸到右限位的行程開關(guān)運作時停止。汽車清洗機(jī)繼續(xù)保持向左移動，與此同時持續(xù)地噴灑清洗劑，直到接觸到到左限位開關(guān)，并使其運作。而在第三次汽車清洗機(jī)右移時，汽車清洗機(jī)運作挪到到正確的位置，并且停止3 s，刷子這個時候會仔細(xì)擦洗5 s，而且繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)的右移，直到遇見限位開關(guān)。其中，想要達(dá)到汽車清洗機(jī)右移和刷子刷洗運轉(zhuǎn)動作的切換，可以運用延遲計時器T38和T37 構(gòu)成的振蕩電路對其達(dá)到管控的目的，等到滿足要求后的限位開關(guān)聯(lián)鎖操控電路斷開，停掉清洗工作。此時汽車清洗機(jī)向左運動，與最后右移時的運作相同，直到接觸到左限位行程開關(guān)。在汽車清洗機(jī)第四次向右移動運作時，噴水的動作和刷子刷洗的動作持續(xù)進(jìn)行，直到接觸到右限位行程開關(guān)。繼而汽車清洗機(jī)進(jìn)行向左的移動，一直持續(xù)地噴水，直到接觸到左限位行程開關(guān)。汽車清洗機(jī)向右第五次移動運作狀態(tài)，這個時候，風(fēng)扇正好開始移動，直到接觸到右邊的限位行程開關(guān)，汽車清洗機(jī)此時會向左移動，而風(fēng)扇繼續(xù)移動。汽車清洗機(jī)持續(xù)向左移動，直到接觸到左限位行程開關(guān)。此時，控制系統(tǒng)就可以自動讓整個系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)，此時就可以完成洗車任務(wù)。

2 自動洗車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

自動洗車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和應(yīng)用選型應(yīng)該仔細(xì)并且慎重的考慮。自動洗車機(jī)的選型、電動機(jī)的選取、傳感器的選擇和PLC 類型的選擇，都應(yīng)該逐個考慮，以達(dá)到確保它們的組合在一起可以穩(wěn)定并且連續(xù)的運行的目的。

2.1 自動洗車控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)

機(jī)架運作的結(jié)構(gòu)、小側(cè)刷清洗部分、頂側(cè)刷子的清洗部分、大側(cè)刷子的清洗部分、風(fēng)干吹干部分和清洗液系統(tǒng)組成了汽車清洗機(jī)的骨干部分。

機(jī)架方面，這里使用了兩臺三相異步電動機(jī)作為一個能源起源。經(jīng)過控制三相異步電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種轉(zhuǎn)動方式，讓整個機(jī)體可以正確的向前或者向后移動。與此同時，想要獲得保證軌道上運作系統(tǒng)的安然的目標(biāo)，我在軌道的兩端設(shè)置了兩個行程開關(guān)，用這兩個行程開關(guān)來控制整個車架的運行范圍。機(jī)架運轉(zhuǎn)電動機(jī)的管制，由手動操作的前行按鈕和手動操縱的倒退按鈕進(jìn)行控制。兩個電機(jī)上面的接觸器由兩個行程開關(guān)來操控。

一個定位機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動刷洗機(jī)構(gòu)組成小側(cè)刷清洗機(jī)構(gòu)。由兩個交流三相異步電動機(jī)來驅(qū)動刷子的運作。小側(cè)刷的定位機(jī)構(gòu)則是使用了兩個雙作用氣缸作為驅(qū)動部分，并且經(jīng)過控制電磁閥對小側(cè)刷進(jìn)行定位。

轉(zhuǎn)動刷子機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)兩個部分一起組成了清洗系統(tǒng)的頂刷刷子結(jié)構(gòu)。在這里，我使用了三相異步交流電動機(jī)來帶動刷子的工作。頂部刷子的定位機(jī)構(gòu)則以氣缸為驅(qū)動源，這里采用控制電磁閥來達(dá)到使其工作得目的。而且，因為頂部刷子的區(qū)域會干涉到機(jī)架的工作情況，所以這里為了讓整個系統(tǒng)能夠平穩(wěn)地工作，讓系統(tǒng)具有令人滿意的安全性能，在頂刷上設(shè)計并安裝了就地定位靠近開關(guān)，用來確定頂刷能否抵到指定區(qū)域。

使用了大側(cè)刷定位機(jī)構(gòu)和刷子旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的是大刷子部分。由兩個異步交流三相電動機(jī)作為驅(qū)動來源，用電機(jī)來帶動刷子運作。并且兩個交流接觸器的正反轉(zhuǎn)用刷子的旋轉(zhuǎn)來替代控制，大邊刷子復(fù)位的同時，中間位置和的前方和后方的位置辨認(rèn)、位置感知使用了四個接觸開關(guān)和兩個行程開關(guān)完成，兩個電動機(jī)當(dāng)做大側(cè)刷子定位機(jī)構(gòu)的動力來源，電機(jī)通過控制電磁閥的狀態(tài)。

風(fēng)干系統(tǒng)，風(fēng)干系統(tǒng)是由風(fēng)道操作機(jī)構(gòu)和吹風(fēng)機(jī)兩個系統(tǒng)組成。一些管道和兩個出風(fēng)機(jī)構(gòu)成鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。通過控制兩個接觸器來控制開關(guān)系統(tǒng)。同樣，電機(jī)控制電磁閥作為驅(qū)動源來實現(xiàn)其工作動作，但由于風(fēng)干系統(tǒng)一直處于移動狀態(tài)，位置不夠穩(wěn)定，一旦與伸出車外的肢體部分發(fā)生接觸，很容易讓人受到傷害。因為這個，設(shè)計吹風(fēng)機(jī)定位光電開關(guān)和導(dǎo)管定位保險方法開關(guān)，用來取得整個位置辨認(rèn)的準(zhǔn)確性。由水泵、潛水泵和裝有各種清洗劑的控制閥組成的沖洗管路裝置。采用兩個交流接觸器控制水泵和潛水泵的運行，電磁閥實現(xiàn)控制管道的開關(guān)。

總之，需要整個系統(tǒng)中的各種機(jī)構(gòu)和電磁閥之間的協(xié)調(diào)與配合運作，才能讓這一整個汽車清洗機(jī)的整個運行過程順利進(jìn)行，要是像這樣子，才能夠保證汽車清洗機(jī)的平安運行而取得安全高效清洗子的目的。

2.2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

整個系統(tǒng)的硬件部分，這里選擇了Siemens 公司的Step7 micro/win 仿真軟件和S7-200 PLC 編程軟件。傳感器選擇了對射式光電傳感器，電機(jī)部分則選擇異步三相電動機(jī)。

2.2.1 PLC

PLC 是一種被設(shè)計來用于工業(yè)的東西，可以被用于各種各樣的由數(shù)字操作的精密電子系統(tǒng)之中，可以將它用于存儲各種程序、計數(shù)和算術(shù)操作、執(zhí)行各樣邏輯算法、控制順序、定時等，這些都采用了一種可編程存儲器。PLC 的英文名全稱是Programmable Logic Controller。也被稱作可編程邏輯控制器，而我們通常只叫它的簡稱——PLC[2]，現(xiàn)代工業(yè)控制的核心就是控制模擬或者數(shù)字的輸出/輸入量以此來達(dá)到控制每個方面的生產(chǎn)和機(jī)械方面。

張淼，王永東主編的西門子S7-200 PLC 應(yīng)用技術(shù)里面提到：PLC 是二十世紀(jì)六十年代以來發(fā)展速度非常快、應(yīng)用方面十分廣泛的工業(yè)控制裝置，而且它也被稱作為現(xiàn)代現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之首。在這本書里，他們詳細(xì)的介紹了各種常用PLC 的型號以及外形，非常適合我們?nèi)チ私夂蛯W(xué)習(xí)PLC[3]。

PLC 技術(shù)還在加入了模擬卷的處理以及運動控制等強大的功能，這都是建立在交換卷處理的基石上實現(xiàn)的?，F(xiàn)如今的PLC 已經(jīng)是在運動控制領(lǐng)域和過程控制等領(lǐng)域發(fā)揮著非常至關(guān)重要的作用，而不再僅僅局限于以往的那種邏輯控制。PLC 控制器操作時，首先將接收到的掃描字段和各個輸入設(shè)備的狀態(tài)以數(shù)據(jù)的形式存儲在I/O 圖像區(qū)，并從用戶程序內(nèi)存中讀取用戶程序，以便說明應(yīng)適用的算術(shù)指令，或邏輯操作到I/O 圖像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器的結(jié)果。所有用戶程序被執(zhí)行，I/O 圖像區(qū)域或輸出寄存器中的數(shù)據(jù)的輸出狀態(tài)最終被傳送到相應(yīng)的輸出設(shè)備，并且循環(huán)繼續(xù)，直到其停止。并且，人們想要PLC 的可依賴性能變得更佳，近些年來，一些大型的PLC 使用了好幾個CPU 的工作方式，有兩個的、三個的甚至更多。正因為這些措施，即便是其中的某一個CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍然有效。PLC 控制器的控制中心是中央處理單元(CPU)。接收和存儲用戶程序和數(shù)據(jù):檢查電源、I/O 點、內(nèi)存、警報計時器狀態(tài)，并診斷用戶程序語法錯誤。這些都是由PLC 控制器系統(tǒng)編程[4]。

文曉在她的《探討：PLC，未來之變》中曾講過，在經(jīng)過了50 多年的持續(xù)發(fā)展之后，PLC 跟五十年前相比，已經(jīng)發(fā)生了天翻地覆的變化，在PLC 誕生的初期，它主要是用于替代傳統(tǒng)的繼電器硬接線邏輯電路，而隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，PLC 在性能、功能、易用性和產(chǎn)品形態(tài)等方面已歷經(jīng)幾代變革[5]，已經(jīng)發(fā)展成為具有運動控制功能、過程控制功能的通用控制器[6]。從簡單到復(fù)雜的各種自動化控制系統(tǒng)，PLC 的應(yīng)用幾乎涵蓋了自動檢測相關(guān)的所有領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。自動控制的工業(yè)領(lǐng)域與民用領(lǐng)域，涵蓋的有機(jī)械、建筑等各個方面[7]。CPU 模塊、接口模塊以及編寫程序器、信息來往電纜、存儲裝置、讀寫裝置、文字顯示裝置等組成了S7-200PLC 系統(tǒng)。

S7-200PLC 包含了基本的輸出/輸入板塊、中央處理器板塊以及電力來源版塊。擴(kuò)展模塊可連接數(shù)字輸出/輸入模塊、模擬輸出/輸入模塊、信息模塊和特殊功能模塊。PLC的工作原理是周期性掃描的循環(huán)往復(fù)過程，其中PLC 的運行始終處于順序掃描循環(huán)的過程中。S7-200 系列PLC 基本搭建模塊及主機(jī)，包括PLC 編程設(shè)備、人機(jī)交互界面，并根據(jù)實際需要增加或減少人的擴(kuò)展模塊，因此，S7-200 系列PLC 也是可以獨立運行的，而且可以在輸出/輸入兩個端口進(jìn)行擴(kuò)展，還可以進(jìn)行連接功能擴(kuò)展。

為我們熟知的可編程序控制器(PLC)就是集計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)于一體的新型常用的自動控制裝置。它具有非常強的功能性、可依賴性能極高、使用起來靈活方便、并且易于編程以及適應(yīng)工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的功能強大等一系列的優(yōu)點。PLC 無論是在開關(guān)控制和模擬控制中，還是在定位控制中，或者是在網(wǎng)絡(luò)控制中，都表現(xiàn)出了非常優(yōu)越的特點[8]。相關(guān)的行業(yè)有了很大的進(jìn)步和提升，很大程度上都是因為PLC 在眾多企業(yè)中被用在各種需要自動控制的場景之中，一定程度上也使得社會向前進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)水平向上發(fā)展。PLC 是一種計算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)，作為它數(shù)字操作控制器之一，它給我們自動化控制領(lǐng)域帶來了很大的方便而且還極大地提高了企業(yè)的工作效率。

張磊在2016 年的基于PLC 自動控制的概述中是這樣介紹PLC 的——PLC 從原理上說，可編程控制器和計算機(jī)是一致的，為了和工業(yè)控制相適應(yīng)，PLC 采用掃描原理來工作。用掃描原理來工作的原因是因為PLC 是由繼電器控制發(fā)展而來的，而CPU 掃描用戶程序的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于繼電器的動作時間，僅僅使用循環(huán)掃描的方法就可以解決其中的矛盾。循環(huán)掃描的工作方式是PLC 區(qū)別于普通的計算機(jī)控制系統(tǒng)的一個重要方面[9]。

用PLC 進(jìn)行自動化電氣控制的優(yōu)點：

（1）應(yīng)用起來簡便，有較強的實用性；（2）后期的維護(hù)及改造相比較來說，較為方便；（3）還擁有較強的抗干擾性能；（4）造型適應(yīng)目前各種各樣的工業(yè)化要求。

S7-200 系列具備十分明顯的性價比，被運用于各行各業(yè)、各種場合的自動化設(shè)備的檢測、監(jiān)控和控制的S7-200是一款小型可編程控制器。同時，它也具有非常強大的功能，S7-200 系列無論是獨立的運作或者是連接的網(wǎng)絡(luò)都使它有可能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。

S7-200 系列的優(yōu)點有這么幾點：它的指令集各種各樣；它可以讓人們無條件地相信它；而且對人們來說容易掌握；操作簡單；擴(kuò)展模塊多；實時性好；具有良好的通信能力。

S7-200 系列的適用范圍廣泛，能應(yīng)用于簡單的繼電器控制，也能夠運用在復(fù)雜的自動控制行業(yè)領(lǐng)域，它的功能在自動化控制領(lǐng)域發(fā)揮的淋漓盡致。無論是民用電力裝置，環(huán)保裝置還是標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格的工業(yè)控制領(lǐng)域，比如數(shù)控機(jī)械等，都能夠完美勝任，所以它是一種很值得信賴的產(chǎn)品。

中央處理器的單元選擇是不一樣的，每一個CPU 型號的輸出和輸入接口都不相同，比如221，它有6輸入和4輸出，而222 則輸入和輸出分別比221 多兩個，以此類推，224 的比222 輸入和輸出分別多兩個。

S7-200 可作為負(fù)載電源使用，也可直接連接致動器和傳感器，CPU221、222 具有180 毫安輸出，224、224XP、226 分別輸出280、400 毫安。

CPU224有24 個I/O，分別有14 個輸入點和10 個輸出點，168 個數(shù)字I/O 或者35 個模擬I/O 是它的極限連接數(shù)量，而且拓展板塊可以接7 個。224 有著六個三萬赫茲的高速計數(shù)器，也有13K kb 的數(shù)據(jù)存儲容量，兩個高達(dá)兩萬赫茲的高速脈沖輸出和一個比例、積分、微分控制器，224 有著RS-485 通信口，可以進(jìn)行自由的通信、PPI 通信和MPI 通信。這個PLC 控制器的體積足夠小，但是控制能力很強大。

2.2.2 I/O 分析以及分配

根據(jù)系統(tǒng)組成分析，有6 個開關(guān)量輸出點，14 個輸入點，1 個模擬量輸入輸出點。

自動洗車機(jī)的控制系統(tǒng)本文中所描述使用輸出信號9個，向右洗車機(jī)操作Q0.0，Q0.1 是風(fēng)扇運行的操作，刷子運行的操作為Q0.2，Q0.3 操作左洗車機(jī)，清洗噴霧劑操作Q0 1.4，澆水動作Q0.5，洗車機(jī)停止運行Q0.6，啟動燈光Q0.7，復(fù)位指示燈Q1.0。四個輸入信號，這是I0.0的啟動開關(guān)，I0.1 左限位開關(guān)，右限位開關(guān)及復(fù)位按鈕I0.2、I0.3。按下啟動按鈕后，這個系統(tǒng)能夠自動地實現(xiàn)清洗動作，自動停止清洗運作過程，手動復(fù)位。但是下次啟動前必須重新設(shè)置。由輸出和輸入的數(shù)量來看，這里可以使用CPU224。下表1為PLC 的I/O 分配表。

表1 I/O 分配表

3 介紹選型

3.1 傳感器的介紹選型

為了檢測過往車輛以及清洗車輛，此時必須使用傳感器，允許現(xiàn)場條件與光纖傳感器一起使用。一個傳感器只可以探測到車輛的存在，但不可能探測到進(jìn)入和退出的兩種狀態(tài)。所以為了檢測車輛的進(jìn)出狀態(tài)，必須要使用兩個傳感器。通過判斷兩個傳感器檢測車輛的先后順序，確定車輛的出入口。當(dāng)車輛進(jìn)入車輛時，傳感器A2 首先檢測車輛，然后是A1。當(dāng)汽車離開汽車時，傳感器A1 首先檢測它，A2 稍后檢測它。根據(jù)現(xiàn)場的實際需要，兩個傳感器之間的距離一般比較近，所以身體會同時覆蓋兩個傳感器。因此，判斷車輛進(jìn)出的標(biāo)準(zhǔn)是:當(dāng)A1 為1 時，A2 經(jīng)歷一個上升沿出車，反之亦然。根據(jù)要求，此處應(yīng)選擇對射式光電傳感器。型號選擇為BJ15M-TDT，最遠(yuǎn)可以檢測15 米，完全符合本次設(shè)計要求。下表2 為該傳感器的參數(shù)表。

圖4 對射式光電傳感器

3.2 電機(jī)的介紹選型

三相異步交流電動機(jī)的優(yōu)點正是我們所需要的，比如它聲音小、可以使用的時間長，節(jié)省電力、維修起來簡單、效率高等等。在主電路上，這里的電動機(jī)我選擇了異步三相電動機(jī)100L2-4，采用“Y”型接法，轉(zhuǎn)速選擇1500r/min，功率為3kW。額定電壓為380(V)，額定電流為6.8(A)。安裝尺寸和功率等級完全合乎電工委員會的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。三相異步電動機(jī)的參數(shù)表如下表3 所示。

3.3 水泵的介紹選型

根據(jù)電氣要求，此處的電機(jī)選型要求電機(jī)功率不得大于5kW，不然的話會影響電機(jī)的壽命，所以水泵的參數(shù)如下表4。

4 自動洗車控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

4.1 預(yù)洗車階段

在洗車前的準(zhǔn)備階段，做一些準(zhǔn)備工作，車主將需要清潔的車送到指定的清洗地點，做一些準(zhǔn)備工作，然后就可以開始洗車了。

表2 BJ15M-TDT 對射式光電傳感器參數(shù)表

表3 三相異步電機(jī)參數(shù)表

表4 水泵參數(shù)表

圖5 啟動程序梯形圖

圖6 復(fù)位程序梯形圖

4.1.1 啟動

工作人員手動觸發(fā)啟動按鈕，這個時候系統(tǒng)就開始工作，啟動輸入信號I0.1 通電，I0.3 得電，觸發(fā)啟動信號，啟動燈亮起，線圈M1.5 持續(xù)保持得電狀態(tài)。

4.1.2 復(fù)位

在洗車完畢后，在下一輛車停到清洗位置之前，需要人工復(fù)位，這時人工按下復(fù)位按鈕，I0.3 得電，與此同時使得M1.6 以及Q0.3 兩個線圈工作，此時汽車清洗機(jī)向左運作，當(dāng)汽車清洗機(jī)抵達(dá)左邊的極限開關(guān)后，I0.2 得電，此時會同時觸發(fā)Q0.1，所以復(fù)位燈亮起。

4.2 洗車階段

4.2.1 左右移動

汽車清洗機(jī)左右移動工作狀態(tài)，在啟動系統(tǒng)之后，M0.0會持續(xù)保持得電狀態(tài)，在車子抵達(dá)右邊的限位開關(guān)以后，I0.1 就可以得電，同時觸發(fā)Q0.3 和M0.1，I0.0 關(guān)閉，M0.0和Q0.0 得電，這個時候汽車清洗機(jī)就可以開始向右運作。

4.2.2 刷子運作

Q0.2 觸發(fā)之后，刷子會以周期為5 秒的循環(huán)運動開始工作，而且會適當(dāng)情況下停止。

4.2.3 清洗劑噴灑

圖7 左移程序梯形圖

圖8 右移程序梯形圖

圖9 刷子運作程序梯形圖

噴灑洗潔劑的運行過程為，線圈M0.2 得電，同時觸發(fā)M0.3 和Q0.4 兩個線圈，此時整個系統(tǒng)就可以開始噴灑清洗劑了，但是在這個過程中，線圈M0.3 還是一直處于得電的狀態(tài)。

4.2.4 風(fēng)干

風(fēng)干的運作原理為，當(dāng)洗車機(jī)向左邊移動，而且在快要觸碰到左邊的極限開關(guān)時，會同時觸發(fā)Q0.1、Q0.0 以及線圈M1.2，此時，汽車清洗機(jī)開始向右邊運動，風(fēng)干動作開始進(jìn)行。

5 自動洗車控制系統(tǒng)仿真與調(diào)試

5.1 仿真軟件

組態(tài)軟件指的是一些預(yù)設(shè)各種軟件模塊可以很容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的功能，數(shù)據(jù)采集與過程控制而使用的專用軟件，它們能以靈活的非編程方式提供良好的用戶界面開發(fā)和使用簡單的方法，它們可支持各種計算機(jī)硬件制造商和I/0 設(shè)備，是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層的水平的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境以及高度可靠的工業(yè)控制機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以控制層和所有的接口管理軟件和硬件，系統(tǒng)集成。

圖10 清洗劑噴灑程序梯形圖

圖11 風(fēng)干程序梯形圖

美國是世界上第一個發(fā)布監(jiān)控組態(tài)軟件的國家，他們在上個世紀(jì)80 年代就已經(jīng)將組態(tài)軟件進(jìn)行商用了，那個時候的軟件叫INTOUCH，開發(fā)INTOUCH 的公司為WONDERWARE——是世界上最先將組態(tài)軟件商用的專業(yè)軟件公司。從那以后，組態(tài)軟件便開始發(fā)展起來。目前，世界上有幾十種配置軟件。國際上耳熟能詳?shù)谋O(jiān)控配置軟件有虛擬儀器、Citech、Fix、英塔吉、Wincc 等等。

組態(tài)軟件主要用于顯示靜態(tài)圖像，而且還增加了以各種其他格式加載圖像的能力。讓位圖構(gòu)建不僅僅顯示標(biāo)準(zhǔn)的Windows 位圖文件。組態(tài)軟件同樣有著很厲害的數(shù)據(jù)處理功能，它可以對工業(yè)站點上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種樣式的數(shù)字統(tǒng)計處理，用戶完全可以獲得關(guān)于某個站點的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。而且用戶還可以構(gòu)建組態(tài)軟件實現(xiàn)與站點的對接，通過計算機(jī)了解場地的所有情況。還可以通過組態(tài)軟件模擬理想的場地條件，用戶可以實現(xiàn)許多組態(tài)軟件無法模擬的變量。

計算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用，以及工業(yè)級自動化水平的飛速提升，讓人們對工業(yè)自動化控制提出了越來越高并且越來越嚴(yán)格的要求。以往傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已經(jīng)不能滿足用戶的所有需求，因為在工業(yè)領(lǐng)域運用了種類繁多的過程監(jiān)控設(shè)施和控制設(shè)施[10]。而且，如果在工業(yè)的嚴(yán)格環(huán)境中，一旦某一個開發(fā)的環(huán)節(jié)出現(xiàn)了某種問題，或者發(fā)生了某一個小變化，所有的程序都將功虧一簣，人們就得花費大量的時間去修改整個系統(tǒng)的源程序，那將變得異常的困難。

5.2 仿真結(jié)果顯示

用仿真軟件建立仿真模擬圖，左半部分表示洗車車間的設(shè)備分布，右半部分則是人工操作面板，洗車過程都會在控制面板一一亮起指示燈。洗車的時候工作人員可以實時觀察車子清洗進(jìn)程中的每一步，并且能夠在必要的時候進(jìn)行復(fù)位等應(yīng)急操作。

本文使用了PLC 編程技術(shù)、配置軟件仿真知識、傳感器的選擇等，設(shè)計了一個較為普通的自動洗車控制系統(tǒng)，希望能夠通過研究PLC 編程技術(shù)背景及其原理、介紹自動洗車控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，然后給研究自動洗車控制系統(tǒng)系統(tǒng)擬定了初步的思路。