基于PLC的自动洗车控制系统设计

基于PLC的自动洗车控制系统设计

摘要：采用西门子公司的S7-200系列PLC为控制器，设计了自动洗车控制系统。该系统具有手动和自动运行两种工作模式。汽车到达指定位置后，对汽车进行清洗、刷洗、冲洗和风干等操作。实现洗车的自动控制。该系统操作方便，定位准确，提高了洗车的效率。

关键词：自动洗车；S7-200 PLC；光电传感器

随着整个社会的生活水平不断提高，汽车已经逐渐走进千家万户，汽车的数量不断增加。随着汽车相关服务行业的与日俱增，洗车行业悄然兴起。但是现在市面上的洗车方式大多还是以人力为主，人工对汽车进行涂抹泡沫、擦洗，然后利用高压水泵进行冲洗，再在自然条件下风干。这种洗车方式存在着许多缺点，如洗车过程长、投入的劳动力大等。本设计采用S7-200系列PLC为控制器，以电磁阀、电动机为执行器，实现洗车过程的自动化。该系统清洗速度快、成本低，而且节约水资源，符合当代建设节约型社会的时代需要[1]。

1 自动洗车系统

1.1 自动洗车系统结构

自动洗车系统主要由检测机构、清洗机构和风干机构三部分构成，其结构图如图1所示。

图1 自动洗车系统结构图

1.1.1 检测机构

检测机构的任务是检测小车是否到达指定位置，由红外传感器组成。该传感器不与物体直接接触，当检测到小车到达指定位置时，迅速将信号传出，灵敏度高，反应快。

1.1.2 清洗机构

清洗机构主要由蓄水箱、清洁剂罐、洗涤刷、电磁阀和直流电机等组成。

水和清洁剂的喷洒由直流电磁阀控制。直流电磁阀由金属材料制成，通电时电磁线圈产生磁力动作（提起关闭件），打开阀门，断电时，电磁力消失阀门关闭。直流电磁阀可工作在真空、负压下，实现水流的自动通断要求。

喷头和洗涤刷的全方位移动，以直流电动机作为动力部分，主要是为了对车身进行全面清洁，直流电动机结构密封，保护性能好。电机定子、转子上的多相绕组采用永磁材料，其特点是性能稳定、维护方便和易于安装[2]。

1.1.3 风干机构

风干机构由带叶片的直流电机组成，当对小车完成清洗后，风干机构开始工作，直流电动机带动叶片转动，使车身快速风干，避免自然风干时，空气中的粉尘遇水使车身变脏。

1.2 自动洗车系统工作过程

自动洗车系统要完成对小车的清洗、刷洗和风干等任务，具体工作过程如下：（1）等待状态

检测机构没有检测到小车到达指定位置，此时所有阀门关闭，所有电机停止运行，洗车状态指示灯熄灭。

（2）工作状态

当检测机构的光电传感器检测到小车到达指定位置后，洗车状态指示灯点亮，接下来按以下过程进行。

①清洗打开电磁阀MB1，启动电机MA1，电机带动喷头1喷洒清水，清洗小车表面，前后喷洒一遍后，关闭电磁阀MB1，停止电机MA1。

②喷洒清洁剂打开电磁阀MB2，启动电机MA2，电机带动喷头2喷洒清洁剂，前后喷洒一遍后，关闭电磁阀MB2，停止电机MA2。

③洗涤打开洗涤刷电机MA3，同时洗涤刷前后移电机MA4、洗涤刷左右移电机MA5配合实现洗涤刷前后左右移动，完成对小车的全面洗刷，洗刷次数为2次。

④冲洗打开电磁阀MB1，启动电机MA1，与洗涤刷电机MA3、洗涤刷前后移电机MA4、洗涤刷左右移电机MA5配合进行小车表面清洁剂的冲洗，冲洗次数为3次。冲洗完成后，关闭电磁阀MB1，停止电动机MA1、MA3、MA4和MA5。

⑤风干打开风扇电机MA6，对小车进行风干，2min后关闭电机MA6，洗车完毕，洗车状态指示灯熄灭，小车可以驶离指定位置。

自动洗车过程中，如遇特殊情况可按停止按钮使系统停止工作。

2 自动洗车控制系统的硬件设计

2.1 系统控制任务分析

为了使系统操作更加灵活，需设计两种工作模式，即手动运行模式和自动运行模式。该控制系统工作模式如下：

（1）手动运行模式

选择手动运行模式后，按下“启动”按钮，系统即进入预工作状态，按下各单步操作按钮，控制系统实现相应的功能，当按下“停止”按钮后，整个系统停止运行[3]。

（2）自动运行模式

选择自动运行模式后，按下“启动”按钮，系统进入自动运行状态。当检测机构的光电传感器检测到小车到达指定位置后，洗车状态指示灯点亮，系统自动完成清洗、喷洒清洁剂、洗涤、冲洗和风干等任务，洗车过程完成后，洗车状态指示灯熄灭，下一辆车可以驶入清洗。自动洗车过程中，如遇紧急情况可按停止按钮使系统停止工作[4]。

2.2 PLC选型

2.2.1 PLC的特点

PLC即可编程控制器，是一种进行数字运算的电子系统，专门为工业环境的应用而设计的。它具有较高的抗干扰的能力以及广泛的应用范围。这是其与一般的微处理器主要的区别之一。PLC最初是为了取代继电器控制系统而被研发的。由于其在工业应用上显著的优点，因此，功能不断加强，使PLC的应用领域也不断地扩大和延伸，应用方式也更加丰富[5]。

本系统以PLC为核心控制器，其优点如下：

（1）抗干扰能力强、可靠性高

PLC所有的I/O接口电路都采用了光电隔离，可以使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间实现电气上的隔离，从而提高了PLC的抗干扰能力和可靠性。PLC 各输入端均装有RC滤波器。可以有效防止辐射干扰影响PLC的性能。PLC采用抗干扰性能优良的开关电源，也大大提高了PLC的抗干扰能力和可靠性[6]。

（2）丰富的I/O接口模块

PLC可以根据不同的现场信号制定相应的I/O地址模块，并且能够实现工业现场设备的直接连接。另外PLC还具有多种人机对话接口模块，有效提高了PLC的操作性能；并且PLC有多种通讯联网接口模块，能够组成工业的局部网络。

（3）配套齐全、功能完善、适用性强

PLC不仅具有逻辑处理的能力，大多数还具有完善的运算数据能力，另外它还拥有各种各样的功能单元，使其不断发展壮大，并逐步渗透到了CNC、温度控