基于PLC的智能洗车控制系统设计

韩荣花，李绍武

(1.大庆联谊石化股份有限公司，黑龙江 大庆 163815；2.湖北民族学院 信息工程学院,湖北 恩施 445000)

图1 系统整体原理图

随着人们生活水平的逐步提高和服务业的繁荣，私人汽车和公用汽车的数量与日俱增[1-2].汽车数量的剧增带动了洗车服务业的飞速发展，同时，也给日益短缺的水资源问题带来了新的挑战[3].本文正是在此背景下，从智能控制和节水控制两个主要方向出发，设计了一种基于可编程控制器(PLC)的智能洗车系统，一定程度上解决了洗车系统的控制智能化问题和用水节能化问题.

1 系统整体设计

以PLC为核心的智能洗车控制系统整体结构如图1所示.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、车辆的大小类型以及洗车刷的主要位置；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[4-6]；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制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.

2 硬件部分的设计

2.1 洗车间的设计

智能洗车系统的洗车间是系统硬件的主要部分，其结构如图2所示.主要包括洗车间自动门、检测车辆

图2 洗车间原理图

进出的红外传感器、大小侧刷、调整托盘、风干系统、接近开关等，其中顶刷和喷水部分在图中未画出，四周废水排放部分也未画出.调整托盘的主要作用是调整汽车的相对位置和测量车辆的主要型号，为下一步洗车作准备.调整托盘可以前后左右移动并能旋转，以实现对上面汽车位置的合理调整，同时托盘上安装有底刷和喷头实现对底盘的清洗.

2.2 硬件电路设计

系统控制器硬件电路的设计主要是PLC外围电路的设计，其关键部分为I/O分配表的设计.I/O分配表包含了在PLC控制过程中，PLC对输入信号的检测以及对输出设备电机、变频器、电磁阀和报警指示信号的控制.详细的PLC I/O分配表如表1所示.

表1 PLC I/O分配表

表1中，自动手动切换开关主要是实现洗车系统的工作模式的选择.普通情况下，选择自动工作模式，系统将自动检测车辆位置和型号，采用预定的控制流程实现智能化洗车，洗车时间可以进行设置，默认为3 min[7].自动洗车模式体现了该系统便捷性和智能化，从而减少了洗车的人力成本，无论从公用洗车方面还是从洗车服务业方面都有很强的实用价值和经济价值.设置手动模式主要是考虑特殊情况，比如特殊的车型和特殊的服务等方面.将废水处理系统引入该洗车系统主要是考虑到对水资源的节约循环使用，废水处理系统主要包括洗车后的废水排放部分、废水沉淀池、废水过滤器以及废水回用水泵等.

从表1中还可以看出，PLC的输入共29点，输出共31点，为了扩展方便，可选择日本三菱公司的FX2N-64MR可编程控制器(PLC)，该型号输入32点，输出32点[8]，可以满足系统的设计要求.同时，为了输出设计方便，PLC的输出点的类型选择继电器输出.DA转换器可选择FX2N-2DA.

3 软件部分的设计

3.1 程序流程图

软件部分主要实现整个系统的运行和准确控制.图3为该系统的主程序流程图，主要包括手动模式子程序和自动模式子程序，其中自动模式子程序流程图如图4所示.程序中，判断是否有车进入洗车间通过门外的红外传感器和门内的红外传感器联合实现，如果门外传感器先感应到而门内传感器后感应到则说明有车进入洗车间，相反则有车从洗车间出来.当车进入洗车间并停在托盘上后，就要对汽车的位置进行调整，主要通过安装在洗车间四侧的12个接近开关实现，每侧3个，同时这些接近开关还可以测量大、中、小型车辆三种型号，以对不同型号车辆采用不同的洗车工序.洗车子程序中包括对废水的处理子程序，包括沉淀、过滤和循环使用等过程的处理.

图3 主程序流程图 图4 自动模式子程序流程图

3.2 程序设计

由于系统的工作过程有较严格的时间先后顺序，因此程序设计可以采用状态转移图来实现，利用状态转移图直观、编程容易等特点可以大大降低程序的设计难度和设计周期.系统在运行洗车程序之前，可以进行参数的设计，参数可以通过中断方式进行修改，未修改时均采用默认参数.

4 实验与结果分析

实验采用FX2N-64MR 型PLC作为核心控制设备.在PLC输入端口根据表1接入切换开关、按钮等输入设备，其中输出开关信号的红外传感器采用按钮模拟、接近开关或接近传感器均采用手动开关模拟.PLC的输出设备均用LED指示灯模拟电磁阀、接触器、加热器，其中采用红绿两种指示灯分别模拟开关门电机、调整托盘电机、侧刷和顶刷电机的正反转.变频器型号为西门子公司MM440变频器.为验证控制系统的工作可行性，测试自动洗车的一个工作周期中主要工作状态如表2所示，其中流程序号表示系统工作的时间先后顺序.

表2 PLC工作过程测试表

模拟实验过程中，车的停放初始位置偏后且偏右，通过第4步流程检测出来，为防止关门时碰到车尾，采用接近开关(与X21连接)检测处理.从表2中可以看出，整个PLC控制系统可以在预定的输入信号控制下完成对车的检测，位置调整和自动清洗工作，而且，洗车的时间可以通过人为方便的进行设定.从测试结果总体来看，设计的方案有效合理，达到了预期设计要求.

5 结论

本文以PLC为控制核心，对洗车系统进行了详细设计并进行了模拟实验，设计中一定程度上对传统的洗车系统进行了改进，特别是在自动洗车部分增加了废水回收利用设计，实现了水资源的有效节约.从改善现有洗车系统性能方面分析，该设计有一定的实用价值和市场推广价值，在充分利用水资源和减少人力成本方面，也具有较大的经济价值.

[1] 马红旗.PLC在自动洗车机中的应用[J].机电一体化，2004(1)：69-71.

[2] 王慧英.PLC在自动洗车控制系统中的应用[J].机电工程，2009，26(3)：108-110.

[3] 阎俊荣，郭西进.PLC在自动洗车系统中的应用[J].电气时代，2004，39(6)：58-59.

[4] 吴武林，蒋仪玲，何秀玲.小型洗车场洗车废水回用处理技术研究[J].广东化工，2011，38(4)：188-189.

[5] 赵寒涛，王阳.光机电一体化洗车污水回用装置的研制[J].黑龙江科学，2011,2(1)：21-23.

[6] 邢勤国，张红旗，张雪峰.自动洗车机参数计算及配套选择[J].机电信息，2011,34(21)：66-67.

[7] 张秋丹.自动洗车装置的设计与应用[J].山东冶金，2011,33(3)：75-77.

[8] 钟肇新，范建东，冯太合.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2008.