PLC自动控制洗车系统

1 引言
自动洗车机是利用可编程控制器控制各部件来清洗汽车的一种专业设备，全自动运行，清洗速度极快，无需人工干预。

其主要由控制系统和各动作实现部件构成。

随着汽车保有量的迅速提高，汽车清洗行业迎来了一个重要的发展机遇。

汽车清洗机作为洗车工作必不可少的设备，其清洗效果、清洗速度，清洗成本以及对节水和环境保护的要求，成为其开发和生产必须要考虑的内容。

随着社会自动化的不断发展，各种类型的自动洗车机必将取代传统的手工洗车方式，并形成以其为中心的产业链。

可编程控制器PLC以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活，而且结构简单。

本文选用三菱FX2n为核心部件，它是PLC FX家族中最先进的系列。

它最大范围的包容了标准特点、程序执行更快、全面补充了通信功能，可以为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

它拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2N是从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案。

控制点数：16到256点(主单元：16/32/48/65/80/128点)。

1.1 自动洗车介绍
自动洗车机它的洗车方式：车子使之定位后风干架前进至设定距离后洗车架前进进行水洗车作业，完成后洗车架退后做蜡水洗车作业。

风干架后退做吹干流程。

自动洗车机的特性是传统往复式的改良机型，结构体为洗车打蜡系统和风干系统分开，洗车时再结合同时作业，省去了来回往复的时间，自动洗车机适合场地小，洗车量大的洗车场或者是加油站业者。

自动洗车机在洗车过程中使用的是Ph值为中性偏酸的洗车液和上光水蜡。

利用机体内的发泡机，将其发泡喷射至车体，对汽车表面进行清洁。

这样既不会腐蚀车漆，也不会对车辆内部的密封圈、管路造成腐蚀，而且洗车后汽车漆面光滑并留有清香。

汽车在进入后，洗车机内的传送带可带动汽车完成整个洗车过程，这其中包括：泡沫清洗、轮刷同动；超软布刷、不伤车漆；底盘清洁、养护全车；水蜡喷洒、风干擦干。

自动洗车机是使用高压蒸汽进行洗车，是一个朝阳的产业。

自动洗车机洗一辆汽
车只需要1-1.5升的水，不产生污、废水。

自动洗车机可产生180℃高压蒸馏水的无菌蒸馏水，对车体柔性清洗，不需要另外添加清洗剂，既可以保护车辆的色调，自动洗车机又可将顽垢、角落部分、发动机箱、油渍及汽车内室的空调孔、顶篷、车座、脚垫及轮胎、轮毂部分不易清洗到的缝隙也可以清洗，还可以驱除室内异味，杀菌消毒等其效果十分显著，而且新型节能洗车收费标准不仅没提高，甚至还低于原来的收费。

可见自动洗车机将是一个朝阳的产业。

严寒天气要按照操作说明采取相应的措施预防冻结，电脑洗车机常时间闲置或冬季的夜晚，要放空水管中的积水，防止积水锈蚀元件或冻裂水管。

各种自动洗车机介绍
(1)往复式自动洗车机
往复式龙门型洗车机在洗车方式上，由洗车机来回往复做水洗车、蜡洗车、风干之作业。

它的特性，龙门式是最传统的洗车机，占地面积最小，投资成本最低，唯洗车速度太慢，不能应付大量来车的需要，客源流失，丧身商机。

它比较适合小型洗车厂或者是洗车量较小的地区使用。

(2)隧道式自动洗车机
隧道式洗车机的洗车方式，当车子驶入输送机定位，由输送机推杆推动车子的前轮前进，进行冲水、洗车、打蜡、风干等流程。

当前一台车子推进离开输送机定位后，第二台车子即可驶入定位，做同上动作。

这样连续流水线的洗车方式，能够快速的完成冲洗、洗车、打蜡、风干等作业。

它在特性上，洗车机的配备长度可依场地大小或客户的需求来增加或减少。

附有车辆导正设备，减少车辆导正时间，以推杆距离设计自动调整车距，自动判断车型，操作方便，出口交通灯管制保持安全距离，连续式洗车、打蜡、风干能够应付大量来车，洗车速度快，客源不流失，适合大型洗车场，会员制洗车场，加油站业者作促销或大型停车场复合洗车等。

(3)无接触型自动洗车机
无接触洗车机在洗车方式上，车子使之定位先经过高压冲洗后再进行泡沫腊喷酒，配合人工的擦洗之作业方式。

它的特性占地面积小，价格便宜，使用成本低，操作简单，方便使用，适合洗车量小占地面积小的洗车场或是洗车量较小的地区使用。

众所周知，传统的手工洗车方式费时较长，车主必须进行长时间的等待过程，这种洗车方式已不适应现代高速度的生活节奏。

传统的手工洗车方式不利于水源回收，容易污染环境。

在我国，不少城市政府明令限制手工洗车，转而发展的快捷洗车方式。

1.2 PLC控制全自动洗车机的优越性
PLC控制的全自动洗车机的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形语言，使用术语依然是“继电器”一类术语，大部分与继电器触头链接相对应，是电控人员一目了然。

PLC控制使用简单，他的I/O输入输出信号可以直接连接。

当工作程序需要改变时，只需要改变PLC的内部，重新编写程序，无需对外围进行重新的改动。

从这些方面已然突出使用PLC控制自动洗车机的优越性。

1.3 本文的主要工作
第一，叙述可编程控制器，通过论述可编程控制器的各种优点，卓越性能、结构、原理，有一个总体认识
第二，结合全自动洗车机的控制系统要求，进行硬件、程序设计，从主要部件选择、流程分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。

第三，通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，修正和完善系统的顺利运行。

分析任务要求及解决方案
(1)分析任务
当发出启动命令时，清洗机开始工作，清洗机接触器和水阀门都打开，汽车进入洗刷范围时，刷子接触器开启，进入刷洗程序。

当检测器检测到车子离开时，清洗机接触器、水阀门和刷子接触器全关闭，停止刷洗，发出停机命令，结束刷洗。

(2)解决方案
我们通过以上的分析可以知道，先由人来发出启动命令，自动开启清洗接触器和水阀门；传感器检测到汽车进入清洗范围时，刷子接触器打开靠近汽车进行清洗；传感器检测到汽车离开清洗范围时，刷子接触器停止刷洗；最后我们发出停止命令，清洗机接触器和水阀门停止和关闭。

2 自动洗车系统设计
2.1 总体设计
本系统是采用PLC顺序控制功能图顺序空制的，顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号作用下，根据内部状态和时间顺序，使生产过程中各个执行机构自动而有序地进行工作。

用PLC进行生产过程的顺序控制时，首先要根据系统工艺过程画出顺序功能图，然后将顺序功能图转换成梯形图或指令语句表顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）等要素组成。

与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。

初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少有一个初始步。

自动洗车机系统就是基于顺序功能图控制。

在初始状态下，洗车机处于停止状态。

当按下启动按钮时，启动指示灯亮，此时系统同处于初始状态S0，当有车到来时，左极限开关闭合，S20置位，则系统开始运行，本案控制要求执行，Y2和Y4置位，使刷子和喷水装置开始执行。

当系统按要求执行一个过程后，启动指示灯熄灭，一个工作过程完成，等待下一次的动作开始。

2.2 PLC的基本简介
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

PLC的定义有许多种。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的
指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.
2.3PLC的选型
在PLC系统设计时，首先要确定控制方案，下一步就是PLC工程设计选型。

工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

在工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围以确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入/输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

I/O点数估算时由于需要考虑适当余量，在根据统计而得的输入/输出点数基础上，增加了10%-20%的可用余量，得出输入/输出点数的根据。

FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。

其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。

它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构
经过对几家公司生产的PLC主要从应用、价格、可靠性和对现场工作环境及设计资金等各个方面因素的考虑，本系统采用三菱FX2N系列PLC进行设计。

本方案控制系统采用三菱小型PLC控制，基本单元FX2N—32MR，带有32个I/O 点（16入，16出），在主电路中，FX2N系列PLC是FX系列中最高级的模块。

它拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2n是从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案
2.4FX2N系列PLC特点
三菱PLC模块FX2n如图2-5所示。

图2-5 FX2N
FX2n具备指令速度快，系统配置灵活，功能强大等优势。

有丰富的扩展模块及特殊功能模块，可实现PLC于上位机之间完善的网络通讯，具有MELSEC-10/11/B\CC-LINK\Profibus等网络按制功能FX2N系列程控制器，超高速:0.08us,大容量 8k-16k步,超小型可编程控制器，高速大容量。

三菱FX2N的通信模块232ADP,232BD,485BD和485ADP均可作为数据接口。

显示装置可选用专用智能显示屏和通用计算机(PC).直接选用和PLC配套的显示屏或触摸屏，可实现PLC内部多个数据的集中显示，并可利用编辑软件编辑屏幕图形，提高显示界面的可视性。

FX系列可配套的显示屏有F93000T一BWD,F940GOT一LWD和F940GOT-SWD。

智能显示屏通过通信接口读取PL的寄存器，数据显示效率高，同时可简化控制系统的设计。

但由于显示器的高成本，限制了大尺寸显示屏的应用，因此该方法适合于紧凑型的PLC控制系统。

随着计算机性能和可靠性进一步提高，"PC+PLC”模式的控制系统在工业控制领域得到广泛应用，PC机凭借丰富的软硬件资源，可实现PLC的在线监测，集中显示大量的PLC内部数据，能以图形化的方式显示控制设备的动态工艺流程和数据趋势曲线，使系统的人机界面直观友好。

3自动洗车的外部控制系统设计
3.1 自动洗车的硬件设计
汽车清洗机主要包括机架行走结构、大侧刷刷洗结构、小侧刷刷洗结构、顶刷刷洗结构、吹干系统以及清洗液管路系统。

机架采用两台交流异步电动机作为驱动源。

通过控制行走电机的正转、反转，使机架前进或后退。

同时，为保证汽车清洗机在轨道上运行的安全性，在轨道两端特设立两个行程开关，以控制机架行走的范围。

机架行走电机的控制由手动前进按钮、手动后退按钮。

两个行程开关等控制两台电机的接触器来实现。

大侧刷刷洗机构由大侧刷定位机构和刷子转动机构组成。

刷子转动由两台交流异步电动机作为驱动源，且需要对刷子转动通过对两个交流接触器的控制来实现正反转控制，大侧刷定位机构以两支气缸作为驱动源，气缸的状态通过控制电磁阀来实现，同时大侧刷要进行原位，中间位置和与车头、车尾相碰位置的识别，这些位置识别则通过四个接近开关和两个行程开关来实现。

小侧刷刷洗机构由定位机构和刷子转动机构组成。

刷子转动由两台交流异步电动机作为驱动源，不需要对刷子进行正反转控制。

小侧刷定位机构以两支双作用的气缸作为驱动源，其运行通过控制电磁阀来实现对小侧刷的定位。

顶刷刷洗结构由定位机构和刷子转动机构组成。

刷子转动由一台交流异步电动机作为驱动源，不需要进行正反转控制。

顶刷定位机构以一支气缸作为驱动源，其运行通过控制电磁阀来实现，同时由于机架运行状态要受顶刷位置的影响，为保证运行的安全，顶刷原位设计安装一支定位接近开关，以判定顶刷是否回位。

吹干系统包括风管运行机构和吹风系统，吹风系统由两台风机和相应管路组成。

它的通断可通过控制两支交流接触器来实现。

风管运行机构以一支气缸作为驱动源，其运行通过控制电磁阀来实现，但由于吹干效果受风管仿形效果影响很大，加上风管坚硬，一旦与车体接触易造成汽车外观的损伤，因此设计风管吹风定位光电开关和风管定位安全接近开关来保证风管位置的精确识别。

清洗液管路系统主要由一台潜水泵、一台水泵以及各种洗车药剂的控制阀组成，潜水泵和水泵运转通过控制两支交流接触器来完成，而管路的通断则由电磁阀来实现。

总之，整个汽车清洗机运行需要各个机构以及管路电磁阀协调配合，只有这样，
才能保证洗车机安全运行，达到安全、高效清洗车辆的目的。

3.2自动洗车控制要求
（1）按下启动开关之后，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。

（2）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。

（3）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，清洁剂设备开始动作──喷洒清洁剂。

（4）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。

（5）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往右移3S后停止，刷子开始洗刷。

（6）刷子洗刷5S后停止，洗车机继续往右移，右移3S后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5S后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。

（7）洗车机往左移3S后停止，刷子开始洗刷5S后停止，洗车机继续往左移3S 后停止，刷子开始洗刷5S后停止，洗车机继续往左移，直到碰到左极限开关后停止，然后往右移。

（8）洗车机开始往右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗衣机停止前进并往左移，喷洒清水及刷子洗刷继续动作，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。

（9）洗衣机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗衣机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。

原点复位设计,若洗车机正在动作时发生故障，则故障排除后必须使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车全流程的动作。

其动作就是按下SB1，则洗车机的右移、喷水、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。

具体工作步骤祥见附录。

3.3 外部框架结构
自动洗车系统由以下几个部分组成：①一个支撑水平滚筒和垂直滚筒的门架，由一个双向操作（向前和向后）的电动机驱动。

②一个用于旋转水平滚筒和垂直滚筒的电动机。

③一个用于升降水平滚筒的电动机。

限位开关：水平滚筒的上限位及门架的前后位置限制。

限位开关用于控制机械设备的行程及限位保护。

在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。

因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，他的作用和原理与按钮类似。

限位开关按照他的结构可以分为直动式、滚动式、微动式和组合式。

本系统综合比较而言，系统选择微动式限位开关。

外部框架结构如图3-1所示。

图3-1外部框架结构
3.4 PLC外部控制系统电路的设计
前行程开关输入信号SQ1，后行程开关输入信号SQ2，两个输入信号分别使用PLC 的输入点X1和X0，启动停止使用输入点X2和X3。

在PLC输入点数较多的情况下，可以采用一个操作按钮接到一个输入端。

但当PLC的输入点数不够用时，可以采用并联连接的方式。

Y输出点，与接触器的线圈相连，控制接触器的吸离，实现对电机的控制。

KM1,KM2控制洗车机的正反位移，KM3、KM4、KM5、KM6分别控制喷水，喷清洗剂，刷子和风机。

由控制要求，控制线路如图3-2所示:
图3-2 自动洗车机PLC控制线路图
3.5自助洗车配置图
根据标准安放导轨，置自动洗车机于导轨之上。

在洗车机前后安防行程开关X0，X1，来控制自动洗车机位移电机的正反转，达到洗车机的来回运行，同时根据程序，启动喷水电机Y2，清洗剂Y3，刷子Y4，风机，Y5。

在洗车机右侧安装控制电箱，安装启动、停止按钮与指示灯。

自动洗车配置方案如图3-3所示。

图3-3 自动洗车内部图
4 系统方案设计
4．1工作流程图
自动洗车中PLC控制系统在设计上要达到的要求：车辆出现在冲洗区时按下启动按钮。

循环指示灯亮起，水平滚筒向下移动。

在水平滚筒开始旋转的同时。

门架向前运动并且激活喷水系统和旋转滚筒的电机按钮，自动进行洗车。

结束后，门架向前运动，碰到门架限位开关后时停止，同时滚筒停止旋转，并升起水平滚筒到达上限位开关，结束循环。

根据设计要求，绘制工作流程图如图4-1所示。

图4-1 自动洗车工作流程图
4.2工作过程设计
4.2.1自动循环冲洗
按下刀开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，满足初始条件即门架的后不位置（后限位开关闭合）。

水平滚筒在升起的位置（上限位开关闭合），车辆出现在冲洗区域（车辆出现接近传感器闭合）。

按下循环按钮SQ1（6），此时继电器KAO(6)得电，触点KAO（8）闭合，循环指示灯亮,触点KAO(9)延时闭合，KA1(9)得电，相应的触点KA1(10)闭合，线圈KM1(10)得电，触点KM1 （1）闭合，电动机M1(1)得电正转，滚筒降低。

触点KA1(10)延时断开，KM1(10)线圈失电，触点KM1断开，滚筒停止降低。

此时，触点KA1（13）已闭合，触点KA1(13)延时闭合，继电器KM3(13)得电，触点KM3(3)闭合，电动机M2(3)得电正转，滚筒旋转。

触点KM3(14)闭合，线圈KM4(14)得电，触点KM4(4)闭合，电动机M3(4)得电正转，门架前进。

触点KM4(15)断开，形成联锁。

门架前进到前限位开关(14)，线圈KM4(14)失电，触点KM4(4)断开，电动机M3(4)停止转动，门架停止前进。

前限位开关（16）闭合，线圈KA2(16)得电，相应的触点KA2(14)断开，形成联锁。

触点KA2(15)闭合，线圈KM5(15)得电，相应的触点KM5(5)闭合，电动机M3(4)得电反转，门架后退。

门架后退到后限位开关，后限位开关（15）断开，线圈KM5(15)失电，相应的触点KM5(5)断开。

电动机M3(4)失电停止转动，门架停止后退。

后限位开关（11）闭合，线圈KM2(11)得电，相应的触点KM2(2)闭合，电动机M1(1)得电反转，滚筒升起。

滚筒上升到上限位开关（11），上限位开关（11）断开，线圈KM2(11)失电，相应的触点KM2(2)断开，电动机M1(1)失电停止转动，滚筒停止上升。

后限位开关（19）断开，线圈KA4(19)失电，相应的触点KA4(6)断开，继电器KA0失电，相应的触点KA0(8)断开，循环指示灯灭，洗车循环结束。

系统控制电路图如图4-2所示。

图4-2 控制电路图
4.2.2手动立即停止
当自动循环冲洗过程中发生紧急情况时，按下立即停止按钮SB4(6)，继电器立即失电，所有相应的触点立即复位。

相应的所有的电动机立即停止转动。

按下手动升起按钮SB2(12),线圈KM2(11)得电，相应的触点KM2(2)闭合，电动机M1(1)得电反转、滚筒升起。

滚筒上升到上限位开关SQ1(11)，上限位开关SQ1(11)断开，线圈KM2(11)失电，相应的触点KM2(2)断开，电动机M1(1)失电停止转动，滚筒停止上升。

按下手动返回按钮SB3(16)，线圈KM（１５）得电，相应的
触电KM5（５）闭合，电动机M3（４）得电反转，门架后退。

门架后限位开关，后限位开关SQ2(15)断开，线圈ＫＭ５（１５）失电，相应的触电ＫＭ５（５）断开，电动机M3(4)失电停止转动，门架停止后退，紧急情况解除。

4.3电机选择
在主电路中，电动机选择三相异步电动机Y100L2-4，采用“Y”接法，功率3KW；转速1500r/min。

额定电压380（V）额定电流 6.8（A）。

安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准。

电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。

三相异步电动机Y100L2-4如图4-3所示。

图4-3 三相异步电动机Y100L2-4
熔断器选择RL1-60/15，额定电流为15A。

开关选择HZ10系列组合开关，其额定电压为220V，额定电流为20A
行程开关应选择可自动复位的单轮旋转式型号为LX111. 电源指示XD13
接触器选择CJX2-1010(1001)，其额定电压为为220V，额定电流为10A。

热继电器选择JR28-25 D13，额定电流为6—10A。

一般情况下，我们把热继电器设定为额定电流的80%。

按钮选择LA10系列，额定电压220V。

4.4主线路
根据洗车机的功能，设计出洗车机的洗车机主电路图如图4-4所示:
图4-4 自动洗车机主线路图
4.5 I/O的配置与分析
4.5.1 I/O的分析
经过对控制过程和要求的详细分析，我明确了具体的控制任务是在启动命令下，汽车进入则可以进行自动刷洗，汽车离开则可以自动停止刷洗。

确定了要完成的动作后，再确定动作的顺序：有启动一个输入点和停止一个输入点。

按下启动按钮，启动清洗机接触器和水阀门，接着传感器检测汽车是否进入清洗范围，进入则开始刷洗；汽车离开则停止刷洗，按下停止命令则清洗结束。

4.5.2 I/O分配表
根据系统控制要求，可得I/O分配表如表4-1所示：
表4-1 I/O分配表。