PLC控制全自动洗车机 电气工程专业

PLC控制全自动洗车机摘要：随着网络时代的快速发展，这也导致各行各业生产方式都出现了一定程度的变化。PLC即为可编程逻辑控制器，属于可编程存储器的一种。PLC的工作原理是通过其内部存储的程序来执行逻辑运算、定时、顺序控制、算术与计数等指令，最终以文字的格式来输出指令来控制各种机械进行生产。正是PLC具有如此多的功能和特点，才使得其在工业生产中的应用十分广泛。本文介绍 P L C 在自动洗车机控制系统中的应用。 长期运行表明,该控 制系统具有很高的可靠性。关键词：PLC；洗车机PLC control automatic car washing machineAbstract： With the rapid development of the Internet era, it also leads to a certain degree of changes in the mode of production in all walks of life. PLC is programmable logic controller, belongs to a kind of programmable memory. The working principle of PLC is to carry out logic operation, timing, sequence control, arithmetic and counting and other instructions through its internal storage program, and finally output instructions in the form of words to control various machinery for production. It is precisely PLC with so many functions and characteristics that it is widely used in industrial production. This paper introduces the application of P L C in the control system of automatic car washing machine. The long - term operation shows that the control system has high reliability.Key Words: PLC; The washing machine目录前言4第一章 自动洗车机简介51.1概述51.2.自动洗车机的原理51.3自动洗车机的使用情况51.4自动洗车机的特点6第二章 PLC的特点与应用分析72.1 PLC的特点72.2 PLC的应用82.3PLC的工作原理9第三章 自动洗车机技术改造113.1改造过程112.2 改造意义11第四章 PLC在自动洗轮机中的应用124.1系统的整体设计124.2硬件设计124.3工作原理及清洗流程124.4使用注意事项134.5自动洗轮机的使用效果14第五章 结束语15参考文献16前言在美化城市、创建现代化大都市的城市发展主题中 ，追求时尚、效率和环保己成为汽车美容服务行业的重要内容和发展方向。目前，城市落后的人工洗车方式已不能适应现代化城市的市容卫生和行业发展 需求， 不符合企业经 模规、专业化、规范化的要求，更谈不上行业的可持续发展 。全自 动洗 机与现在广为采用的、落后的人工洗车方式相比，有着无可比拟的优点 安全可靠：快捷高效：洗车洁净：环保节水：不伤漆面：节省人工。本文将主要介绍全白动洗车机系统的结构组成和 工作原理，采用先进的 PLC技术对其控制系统进行设计，给出详细的设计方案，为产品实现产业化提供依据。此自动洗车机以良好的 济性、安全性、环保性以及高效性将得到广大厂家以及用户的青眯。第一章 自动洗车机简介1.1概述自动洗车机是一种通过电脑设制相关程序来实现自动清洗、打蜡、风干清洗轮辋等工作的机器。自动洗车机分为:无接触式自动洗车机和毛刷式全自动洗车机。随着中国经济的飞速发展，汽车越来越多的进入了家庭，汽车的快速增加与人们生活节奏的日益加快，使得全自动洗车机现在越来越受到广大车主的青睐。自动洗车机投入使用，成功解决了城市机车外皮清洗的问题，给职工带来了便利。1.2.自动洗车机的原理自动洗车机采用了可编程序控制器（PLC）与红外光电传感 器的结合，实现了自动清洗机车外皮的全过程。 通俗来讲，就是 通过红外线感应机车到来后，毛刷臂伸出、开始喷水、毛刷转动， 达到自动洗车的目的。 由于洗车机在自动状况下的启动与停止都是拾取于机车进 入洗车机各工位的传感器时机而设定的，给予适当的延时，以达 到最佳的节能与洗涤效果。 该设备的自动洗涤程序都来源于 3 对红外光电传感器所输出信号。 工控机 PLC 则根据各传感器信 号的先后次序进行识别、判断，并输出动作指令，按照预先设定 的程序运行。 洗车机在自动状态下，机车以不超过 3 km/h 的速度通过洗 车机时，首先进入传感器1#，预湿工位的预湿水泵延时启动，向机车外皮喷水预湿， 同时清洗剂工位的洗涤剂泵和毛刷延时启动，向机车外皮喷清洗剂，此时毛刷开始转动，将机车外皮上的 尘土和污垢进行充分的融解和去除。同时回水位毛刷、清水位毛 刷臂伸出等待。 当机车进入传感器 2#时，回水工位回水泵、毛刷以及清水工位的清水泵、毛刷延时启动，机车离开清水工位时自动停止。当机车离开传感器3#时，程序延时关闭。这就是自动洗车的全过程。1.3自动洗车机的使用情况（1） 有效提高了工作效率。 青岛机务段自从洗车机启用以后，既减少了劳动力，又节约了机车整备作业的时间，得到了职工的一致好评。 （2） 安全有保障。 自动洗车机使用之前如遇雨雪天气，洗车困难，容易造成人员跌伤，影响行车安全。 自动洗车机的投入使用，能够避免人工操作引起人身事故的发生。 （3） 清洗质量高。 全自动洗车机由程序控制，采用合理材料 的毛刷，保证洗涤过程中不损伤漆面，而且洗车刷压力均匀，洗车速度及方向稳定，机车外皮清洗的更干净。 自动洗车机给青岛机务段带来便利的同时，也存在着一些问题：通过观察自动洗车机在冬季使用时，由于气温较低，毛刷和机车外皮上的水在到达地面前就结冰， 影响洗车机和机车 的正常运行，存在隐患。青岛机务段自动洗车机安装在轨道咽 喉的位置，通过的机车较多，检查时存在安全隐患。1.4自动洗车机的特点现在的无接触洗车机大体也可以分为二类，一类是框架式的，另一类类似于往复式。原理大致相同。现在在国内大部分无接触洗车机一般的都只是重点清洗车的两侧。对于车头和车尾，基本上都是高压水冲洗的时候，顺带湿润一下，并不能去掉部分灰尘。当然有些洗车机也能够解决这个问题。但是还是需要人工擦拭一下。毕竟，高压水肯定不如刷子洗的干净。优点:在于投资小。单纯洗车比人工洗车机速度快。效率高。缺点:属于半自动产品，主要的操作步骤是:清洗-泡沫-人工-清洗-人工。中间需要2道人工洗车的过程。相对而言加一道人工，洗车工比较累一些。而且机器结构简单，对于提升洗车店面的整体形象大打折扣。第2章 PLC的特点与应用分析PLC是利用内部存储的程序来执行逻辑运算、定时、顺序控制、算术与计数等指令，并用来控制生产的一种控制器，基于其强大的功能与特点，PLC在多个领域中有着广泛应用。2.1 PLC的特点与传统的控制器相比，PLC具有使用方便、通用性强、可靠性高、编程简单和适用面广等特点。PLC在工业自动化控制中的地位和作用是不可替代的，尤其是在顺序控制中，其地位更高且短时间内是不可能被替代的。所谓的PLC也可以被叫做可缡程逻辑控制器。其最早是在1966年由美国首先推出的一款控制系统技术。随着现代科技的不断发展传统的控制装置也逐渐被新的PCL控制器所代替。并且实现在各个领域的广泛应用，同时也促进了PIE控制功能日益被完善。现阶段随着我国的计算机和互联网以及自动化控制等技术的发展与应用。PCL控制已经不仅仅只针对逻辑控制，而且在过程或运动等控剜中也发挥着重要的作用。随着我国工业自动化进程的加快加上PLc市场的扩大，进一步加快了PIE技术的发展脚步下面笔者将进一步对PLC的特点做具体的分析。2.1.1 可靠性强，抗干扰能力高衡量电气设备性能高低的很关键的一项就是是否具有高的可靠性。PLC采用的是大规模的集成电路，在制造过程中严格按照生产工艺来进行生产，其内部的电路也采用了非常先进的抗干扰技术，因此可靠性很强。从其机外电路分析可知，与其他相同规模的继电接触系统相比，PLC控制系统的开关接点和电气接线的数量明显很低，几乎是其他继电接触系统的数百甚至是千分之一，因此PLC控制系统出现故障的可能性也就大大降低。除此之外，如果PLC的硬件出现故障，其可以马上检测到并发出警报。2.1.2 配备齐全，适用性强且功能完善到现在为止，PLC的产品已经包括了大、中、小各种规模，其可应用的工业生产规模也逐渐变得广泛。现在的PLC的数据运算能力十分的强大且完善，除逻辑处理功能外，其可应用于所有数字控制的领域。2.1.3 控制系统的设计建造工作量小，维护很方便PLC所运用的不再是接线逻辑，而是存储逻辑，这一改进在很大程度上减少了设备外部的接线数量。因此控制系统的设计和建造周期被大大缩短，在维护过程中也变得更加方便。最为重要的特点就是PLC可以通过改变程序来使得同一设备可以生产多种形式的产品，这一特点在多品种、小批量的生产领域十分实用。2.2 PLC的应用2.2.1 PLC程序模块化的工业应用PLC程序模块化早在西门子开发的PLC编程软件时就已经有所体现，在开发过程中已经加入了一些小的功能块。这些小的功能块在编程过程中发挥着巨大的作用，可以使整个程序变得简便易懂，而且更加有条理和实用。但是随着工业自动化进展的加快，小的功能块已经不能满足大规模工业中PLC程序中的模块化的需求，其程序模块化还需要进一步的提升。有很多大型的公司和企业到目前为止都已经具有了属于自己的核心技术，也生产出了属于自己品牌的产品。这标志着工业技术的成熟，但不足之处就是在生产过程中没有固定的程序模式，未将程序模块化以及系统化，这很不利于设备调试进程、运行和对设备的维护。因此模块化之后的PLC程序就弥补了上述不足，将程序简化，增强了程序的实用性和可读性。但更重要的是在设计过程中要考虑嵌套层次的问题，因为有时候把所有程序都模块化并不是最好的选择。只有全面考虑各个方面的因素，不同的程序要划分好嵌套的层次与等级，这样才能编写出层次鲜明、简洁实用并且可读性高的程序。2.2.2 PLC在移动机器人上的应用移动机器人采用PLC技术的目的是使其代替继电器来增强机器人相应的功能。因此，PLC应用在移动机器人上的优势就是处理逻辑量。PLC的功能在移动机器人上的具体应用主要表现在五个方面：(1) 顺序控制。其目的就是根据输入状况来生产所需要的开关输出量，从而使整个系统按照一定的顺序来工作。(2)过程控制。过程控制一般都会涉及到模拟量，而模拟量需要由PLC处理之后才能被输出。(3) 运动控制。运动控制指的主要是控制工作对象的加速度和位置速度。这种控制可以是单坐标也可以是多坐标，PLC可以采用闭环也可以采用开环。(4) 信息控制。信息控制也叫做数据处理，随着科技的不断发展和进步，PLC会实现对移动机器人的信息控制。(5)远程控制。PLC具有很多种通讯接口，在联网和通讯方面发挥着巨大的作用，所以PLC在远程控制上是十分便利的。2.2.3用于运动控制PIE在运动控制领域时间相对较长而且一直处于增长的状态。它可以实现对对圆周运动或者是直线运动进行控制一般使用的都是专用的运动控制模块在各种机械、机床、机器人以及自动洗车等场合都有广泛的应用。PIE具备了数据传输、数学运算、数据转换、排序以及查表等功能，可以实现对数据的采集、分析和处理过程。对于PIE的通信而言不但能够实现PLC和PIE之间的通信也能实现PIE和其他智能设备之间的通信。随着工厂自动化的不断发展，目前的PLc都具备了通信接口，方便了通信。2.3PLC的工作原理 当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。2.3.1输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.3.2用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。2.3.3输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 总之，PLC是利用内部可编程存储程序进行逻辑运算来控制机械，并具有可靠、适用性强和建造工作量小等特点，现也在工业信息化和移动机器人等方面广泛应用的具有强大功能的一种控制器，PLC的应用会随着科学技术和工业的发展更加广泛的深入到人们的生活中。第三章 自动洗车机技术改造3.1改造过程 自动洗车机在冬季使用时， 毛刷和机车外皮上的水在到达 地面前就结冰，针对这一情形，成立了技术攻关小组，加装了西 门子电动蒸汽温控装置，温控器型号是 RWD68，它是具有主要 控制功能和辅助控制功能的现场独立通用温控器， 通过检测实 际温度和设定温度的差值来控制蒸汽阀门的开启度， 从而调整 热源供应量，使温度恢复至设定值。经过反复试验得到在不同的 室外气温下，需满足的最低水温的一组数据（表 1）。 表1 温度数据图当满足这组数据时，能保证毛刷 和机车外皮均不出现结冰现象。 同时 在天气寒冷时使用吹水功能，利用气 压将管道里的余水及时排出，避免冻 裂管道，影响正常使用。2.2 改造意义 （1）安全可靠。 通过电动蒸汽温控装置对水流量、水温等进 行控制，并对自动洗车机运行中的故障报警。（2）技术改造成本低。 安装调试简单，不需要昂贵的调试费 和现场编程（3）节能环保。加装室外温度传感器，实现室外温度补偿，控制器自动根据出口温度，调整水箱内水流量，达到节能的效果。 （4）基本实现了无人值守。自动洗车机共装有 4 台高清摄像 机，在控制可以清楚的看到清洗机车全过程。如有毛刷不动作或者喷嘴不喷水等情况，便于及时检修，从而保证洗车机的正常使用。第四章 PLC在自动洗轮机中的应用4.1系统的整体设计以PLC为核心的智能洗车控制系统整体结构，该系统主要包括信号检测部分、操作控制部分、废水回收部分、报警指示部分等信号检测部分主要检测车辆的出入、车辆停放的位置、车辆的大小类型以度洗车刷的主要位置；操作控制部分主要包括操作面板的设计和自动、手动控制的切换；废水回收部分主要实现洗车废水的沉淀、过滤和回收；报警指示部分主要实现故障的报警、洗车过程的指示等变频器和电机组1主要实现洗车时水压的控制以及去污液喷洒的控制。继电器和电机组2主要实现进出洗车间大门的控制、车间内洗车辅助机构的控帝j以及废水回用水泵的控制电磁阀主要实现对洗车用水和洗车液的控制。4.2硬件设计该设备主要由栅板、底喷管、侧喷管、喷嘴、高压水泵、水箱、液面控制系统、光电控制系统及配电柜组成，外形尺寸为6rex43mxl2m，主体为格栅式结构，主要用16#工字钢焊接而成，满足大型栽重汽车(车辆总重在100t以下)通行；底喷管及侧喷管采用独立高压水泵供水，保证足够的水量及水压；洗轮机基础采用混凝土基础避免了钢构件长期浸泡水中锈蚀严重导致长期使用很难保证安全，在降低制作成本的同时增加了使用中的安全可靠性：该机整体采用分体式结构，可分块拆卸安装，安装及转场运输较为方便。4.3工作原理及清洗流程该设备清洗方式为车辆自行式清洗。车辆慢速(13kinh)行驶通过设备平台A、B两喷水区在光电传感器反馈信号后启动高压水泵喷水。对轮胎、底盘及侧挡泥板进行冲洗，冲洗时间可随意调整(560s)，在车辆行驶过传感器后，光电传感器自动反馈信号停止水泵的工作。水箱内安装永位控翩系统，在液面降低至额定位置时自动启动补水泵进行补充加水至水箱额定上限，而后在液面控制系统信号的控制下停止水泵。4.3.1全自动洗车机的结构及工作原理（1） 行走驱动系统：行走驱动系统是说车机的关键部分，包括传送带行走系统、横刷驱动系统、散刷打蜡驱动系统和擦 刷驱动系统。传送带行走系统采用单边驱动，仅用一条传送带，汽车一侧的轮子停在上面，另侧轮子在地上滚动，这样设计比起双边驱动可以降低能耗。（2） 啧洒系统：喷洒系统包括喷水系统、水蜡喷洒系统和 洗涤液喷洒系统，各系统主要由水泵、喷头、电磁阀和高压气源等组 。喷水系统分为第次喷洗、第次喷洗和洗刷喷淋，第 次喷洗和第 次喷洗底盘冲洗、侧面冲洗和上侧高压水刀口货洗，全车喷洗，不留任何死角。在设计洗涤液喷洒系统时，考虑到汽车洗涤液价格 昂贵，要把浪费减少到最小，传统的洗涤液喷洒直接往车上喷淋，这样造成了很大的浪费。本所设计的洗涤液喷洒系统可大大减少洗涤液的浪费， 在喷洒之前进行发泡处理，不是往车上直接啸，而是喷到横刷侧刷上。（3）水循环系统：洗车的废水先流入沉淀池，经过 次沉淀和 次沉淀，沉淀出大量的淤泥。而后废水流入浮泊过滤池进行浮泊滤网处理，再流入沉沙，也进行沉沙处理，而后流入过滤器进行过滤，最终流入储水池进行再利用。（3） 电气控制：系统气控制系统由各种关电传感器、接近传感器、行程开关、限位开关、 些普通的按钮开关等电气元件组成。（4） 横刷系统设计：横刷驱动升降机构上有 个弹性机构系统，当横刷遇到上升的平面时，弹性系统受到压缩，压缩到 定距离后触动行程开关 ，行程开导通从而驱动横刷上升接触器接通横刷开始上升补偿，当 新达到 个新平面，补偿足够后 即弹性系统恢复原状，行程开关 断开横刷停止上升 弹性系统上有个行程开关 ，用于故障报警保护作用，防止横刷对汽车平面压力过大，损坏车面漆。 横刷上装街 个电容式接近传感器，当横刷向下运动，接近车平面 定距离时，接近传感器导通，横刷下降接触器断开，横刷停止下降。当横刷遇到下坡平面时，横刷离车平面距离越来越远超出 距离时 接近开关断开 从而触发下降接触器导通，下降补偿 接近车平面 定距离，补偿足够后，停止下降。4.4使用注意事项使用前，盛须检查蓄水池内水位及是否有漂浮杂物；检查电源开关及电缆线的完好可靠性保证电压稳定使光电传感器工作可靠；合上电源试车检查水泵的旋转方向；调整好液面控制系统的作用范围；使用中检查各连接部位的紧固情况，发现松动及时紧固；检查喷嘴喷水情况，发现堵塞及时清理更换；告知相关司机详细的洗车步骤，确保洗车质量；出现紧急情况时直接按下控制柜外置的紧急停止按钮以切断电源，如长时间不使用应关闭洗轮机电源开关保证电器使用安全及避免误启动。4.5自动洗轮机的使用效果洗轮机采用智能控制、水循环利用的方式对车辆进行清洗作业适用于中度污染的建筑工地等出入口车辆底盘及车辆侧面清洗，清洗洁度达到90以上，清洗速度可达560s车(时间可调)；水循环系统采用5台水泵，总功率为185kW，外置3级沉淀池(3mx2mx2m，阻水埂高度为18m，现场条件具备可适当加大沉淀池尺寸)保证循环水的清洁度，必要时可添加絮凝剂加速污泥沉淀保证清水的循环利用；选用直径合理的旋转喷嘴。冲洗面积大且无死角。流量及压力均能保证良好的清洗效果；智能设计、可实现“无人化”全自动运行，结构承载能力高，保证了较高的功效和可靠性。第5章 结束语随着PLC控制技术的不断发展与应用。基于其控制系统设计的自动化洗轮机可以有效提高洗车的清洁度和效率。节约了大量的人力、物力和财力。不仅有效的对车辆进行了清洁，而且节约了水资源，净化了城市面貌，是未来自动洗车的主要发展方向，值得我们去进一步研究和改善。目前， 我国铁路对机车清洗大多是由人工采用高压水枪简单冲洗，洗车污水随意排放，容易造成环境污染。所以，从环境保护和成本控制的角度出发，开发一种既满足机车清洗速度快、效率高的要求，也能节能环保、投资较低的洗车机符合现代化建设需要。与此同时，设备更新换代是发展必经之路。相信在不久的将来，随着洗车系统的改进和完善，全自动洗车机一定会取代人工洗车，它将成为中国铁路乃至全中国最流行、最环保的洗车方式。参考文献1 李姗姗, 李德路, 庄宇. 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