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基于PLC的龙门往复式洗车机系统设计

摘要：随着生活质量的提高，洗车也逐渐实现自动化。针对市场上已有的洗车设备存在机械设备复杂、成本高、浪费水资源等问题，以PLC为控制中心，结合变频器技术、传感器技术和气动技术，利用人机界面进行系统参数设置和工作状态检测，完成了龙门往复式洗车机系统的设计，具有一定的推广价值。

关键词：全自动洗车机PLC变频器传感器

经过市场调查，传统的人工洗车存在劳动量大、浪费水资源、洗车速度慢、效率低等弊端。目前市场上常见的国内洗车机主要有两种类型，一种是隧道式洗车机，另一种是龙门往复式洗车机，两者的区别就在于隧道式洗车机是车辆运动，而龙门式洗车机是洗车机做往复运动。两种方法都可以实现洗车流程的全自动控制，但是隧道式洗车机各工位向生产线一样分散布置，作业场地较大，设备的机械结构比龙门式洗车机复杂，成本较高，一般适应于大城市的洗车作业。本设计改进了传统的龙门式系洗车机的机械结构，利用PLC作为控制中心实现洗车智能化，而且性能稳定，节约水资源，降低了洗车机前期投入的成本，适合中小城市的推广。

1智能控制系统分析

龙门往复式洗车机的机械结构总体布局如图1所示。

洗车机在进行清洗作业时，需要将车辆停在指定位置，通过传感器采集车辆的尺寸和位置后，将信息发送给PLC,由PLC控制系统各部分结构有序动作，完成车辆预冲洗、高压冲洗和喷撒清洗剂、刷洗、高压冲洗、风管吹干一系列洗车过程。

为了保证不同车高差距车辆的洗车效果，同时又兼顾经济性，本设计对顶刷的机械机构和检测手段都做了改进。传统的方法是用单一的气缸或者气缸加平衡块组合的方式，本设计中，顶刷的上下和前后运动均采用电机控制。上下运行的驱动机构安装于龙门架的导轨上，利用预先设定好距离的两只激光测距传感器检测顶刷与车顶的距离，通过PLC控制电机的上下运行。

另外对侧刷的控制方法做了改进。常用的控制方法是用一组气缸推动侧刷向车身靠拢，但是车宽不同时会造成小侧刷与车身距离差距比较大，洗车效果大打折扣。再者当侧刷出现磨损后同样更会增加刷毛与车身之间的距离。本设计解决方法是在洗车机两侧安装两组激光测距传感器，用模拟量模块采集两侧距离信号，然后通过PLC对车宽数据进行比对，车宽较小时，小侧刷的一组气缸工作，车宽较大时两组气缸同时工作，从而用简单的方法解决了因为车宽差距造成的洗车效果差距。同时，这种方法可对待洗车辆的停车位置进行初步判断，如果两侧传感器数据差较大，则说明车辆停放不正，系统报警。这样就避免了出现因为车辆停放不正导致的侧刷对车身的损害，同时也保证了底盘的清洗效果，方案实施经济实惠。

当车辆到达洗车工位后，龙门架上的传感器检查车身尺寸和汽车位置后，通过人机界面选择洗车程序。首先对车辆预冲洗，打开喷淋装置对车身及底盘喷淋，清除车体表面部分灰尘和泥沙，也可湿润吸附在车身的泥沙，为后续高压冲洗和刷洗做准备。第二步高压冲洗和喷撒清洗剂，开启高压水泵，随着龙门架移动从车头向车尾冲洗，冲洗掉附着在车身上的泥沙和杂物，避免在毛刷刷洗过程中泥沙划伤车漆。冲刷后的洗车机返回车头位置，然后开启清洗剂喷淋系统，从车头经过车身向车尾喷淋清洗剂，喷淋结束后龙门架退回至车头。第三步刷洗，大侧刷、小侧刷、顶刷分别从车头向车尾清洗车身、轮毂和车顶。这里对控制毛刷的电机运动速度没有特殊要求，只有大侧刷在清洗车身和车头时需要进行正反转控制，顶刷和小侧刷只需要单一方向运动。刷完后，将清水打开，冲洗车身上的污水和浮沫，第一次刷洗结束。第二次刷洗过程，侧刷和顶刷的动作过程不变，刷洗后先开启高压冲洗再启动风管系统，完全清除清洗液后对车身吹干。

为了确保安全洗车和清洗效果，全自动洗车机主要有以下几点控制要求：

(1)整机前后运动控制：龙门架往返运动有高低速控制要求。闭锁保护功能应根据流程控制的需要而定。

(2)小侧刷、大侧刷、顶刷能做自转运动，风管和顶刷也要能上下运动，配合龙门架移动至车顶、车头和车尾，和侧刷相互配合确保洗车效果。

(3)为保护车辆，洗车前，风管和顶刷应停留在龙门架顶端，大侧刷和小侧刷应该立于机架的两侧。

2控制系统的设计

整个洗车流程以PLC作为控制中心，设计遵循工业自动化系统相关标准及工艺设计要求。为确保安全高效的洗车，系统采用可靠的检测方法，运用多种类型的传感器采集不同信号，如检测车头车尾位置和尺寸、电机运动行程，检测气缸控制状态、毛刷和车身之间的距离等，确保洗车操作的智能化和安全性。控制系统的原理如图2所示。

当车辆到达指定位置后，通过安装在龙门架两侧的测距传感器，系统首先检测有无车辆和龙门架与车身之间的距离，另有红外传感器采集车辆的长度、宽度等数据发送给PLC