PAGEPAGEI摘要改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)汽車(chē)保有量快速增長(zhǎng)，對(duì)自動(dòng)洗車(chē)的需求也得到了顯著提升。傳統(tǒng)的人工洗車(chē)存在效率低、水資源浪費(fèi)及環(huán)境污染等問(wèn)題，而自動(dòng)洗車(chē)技術(shù)有著高效能、節(jié)水的優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景?；赑LC控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)洗車(chē)流程的自動(dòng)化，提高洗車(chē)效率。

本文分析了國(guó)內(nèi)外自動(dòng)洗車(chē)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，依據(jù)目前的自動(dòng)洗車(chē)系統(tǒng)，提出PLC與多傳感器設(shè)備協(xié)同工作的自動(dòng)洗車(chē)方案。

硬件設(shè)計(jì)上，選用西門(mén)子S7-1200系列PLC，配置輸入、輸出模塊，集成車(chē)輛檢測(cè)、水壓監(jiān)測(cè)等模塊，規(guī)劃傳感器的安裝與電氣連接，確保控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)的精準(zhǔn)度。軟件設(shè)計(jì)是運(yùn)用梯形圖編程，對(duì)洗車(chē)全流程自動(dòng)化控制程序進(jìn)行編譯，有預(yù)洗、噴淋清洗、刷洗控制、風(fēng)干等環(huán)節(jié)，有著自動(dòng)、手動(dòng)模式切換功能。仿真設(shè)計(jì)使用TIAPortalV15軟件，對(duì)自動(dòng)洗車(chē)的運(yùn)行畫(huà)面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并完成畫(huà)面圖形與PLC變量的關(guān)聯(lián)，將程序地下載到模擬PLC中，使HMI畫(huà)面與模擬PLC正常連接，直觀呈現(xiàn)出自動(dòng)洗車(chē)的各項(xiàng)操作流程。仿真測(cè)試驗(yàn)證了控制程序的穩(wěn)定性與界面交互的實(shí)用性，優(yōu)化了系統(tǒng)的響應(yīng)速度與節(jié)能效果。

研究表明，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)PLC控制與傳感器的實(shí)時(shí)反饋，在提升洗車(chē)效率與水資源利用率方面有一定的參考價(jià)值。在一定程度上可以推動(dòng)行業(yè)向智能化、綠色化發(fā)展。關(guān)鍵詞：PLC；洗車(chē)控制系統(tǒng)；自動(dòng)洗車(chē)機(jī)PAGEPAGEIIAbstractSince

the

reform

and

opening

up,

the

number

of

cars

in

China

has

increased

rapidly,

and

the

demand

for

automatic

car

washing

has

also

been

significantly

improved.

Traditional

manual

car

washing

has

some

problems

such

as

low

efficiency,

waste

of

water

resources

and

environmental

pollution,

while

automatic

car

washing

technology

has

the

advantages

of

high

efficiency

and

water

saving,

showing

a

broad

application

prospect.

Based

on

PLC

control

technology,

an

automatic

car

washing

control

system

is

designed

to

realize

the

automation

of

car

washing

process

and

improve

car

washing

efficiency.This

paper

analyzes

the

development

status

of

automatic

car

washing

technology

at

home

and

abroad,

and

according

to

the

current

automatic

car

washing

system,

puts

forward

an

automatic

car

washing

scheme

in

which

PLC

and

multi-sensor

equipment

work

together.In

hardware

design,

Siemens

S7-1200

series

PLC

is

selected,

input

and

output

modules

are

configured,

vehicle

detection

and

water

pressure

monitoring

modules

are

integrated,

and

the

installation

and

electrical

connection

of

sensors

are

planned

to

ensure

the

accuracy

of

controlling

the

actions

of

actuators.

The

software

design

is

to

compile

the

automatic

control

program

of

the

whole

car

washing

process

by

using

ladder

diagram

programming,

which

has

the

functions

of

pre-washing,

spray

cleaning,

brushing

control,

air

drying

and

so

on,

and

has

the

function

of

automatic

and

manual

mode

switching.

In

the

simulation

design,

TIA

Portal

V15

software

is

used

to

design

the

running

screen

of

automatic

car

washing,

and

the

association

between

the

screen

graphics

and

PLC

variables

is

completed.

The

program

is

downloaded

to

the

analog

PLC,

so

that

the

HMI

screen

is

normally

connected

with

the

analog

PLC,

and

the

operation

processes

of

automatic

car

washing

are

presented

intuitively.

The

simulation

test

verifies

the

stability

of

the

control

program

and

the

practicability

of

interface

interaction,

and

optimizes

the

response

speed

and

energy-saving

effect

of

the

system.The

research

shows

that

this

design

system

has

certain

reference

value

in

improving

the

efficiency

of

car

washing

and

the

utilization

rate

of

water

resources

through

PLC

control

and

real-time

feedback

from

sensors.

To

some

extent,

it

can

promote

the

development

of

the

industry

to

be

intelligent

and

green.Keywords：PLC;

Car

wash

control

system;

car

passenger

car

washer

lin目錄TOC\o"1-2"\h\u9884摘要 I15422Abstract II126191緒論 1321811.1研究背景與意義 1280181.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2225911.3主要研究?jī)?nèi)容 3325082總體方案設(shè)計(jì) 5219572.1功能需求分析 5120592.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 735772.3軟硬件設(shè)計(jì) 9258413硬件設(shè)計(jì) 11104353.1PLC選型與配置 11227343.2傳感器選型與設(shè)計(jì) 1253963.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)與PLC的電氣連接 13323173.4硬件電路設(shè)計(jì)與電氣原理圖繪制 1480034軟件設(shè)計(jì) 17172504.1TIAPortalV15軟件介紹 17111044.2PLC控制程序設(shè)計(jì) 18308534.3PLC控制程序調(diào)試 32151435仿真設(shè)計(jì) 3322385.1仿真問(wèn)題調(diào)試與優(yōu)化 33257165.2人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 35135875.3人機(jī)交互界面測(cè)試 42175095.4人機(jī)交互界面優(yōu)化與改進(jìn) 42198576結(jié)論 447317參考文獻(xiàn) 4538致謝 47PAGEPAGE161緒論1.1研究背景與意義改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，推動(dòng)了居民收入的水平提升，交通基礎(chǔ)設(shè)施也不斷完善，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，使得汽車(chē)保有量持續(xù)攀升，越來(lái)越多的家庭擁有了一輛甚至是多輛汽車(chē)。汽車(chē)保有量的增加直接帶動(dòng)了自動(dòng)洗車(chē)需求的上升。龐大的汽車(chē)數(shù)量帶來(lái)了更多的洗車(chē)需求，為自動(dòng)洗車(chē)行業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)，消費(fèi)者對(duì)便捷、個(gè)性化服務(wù)的追求，使得自動(dòng)洗車(chē)這種高效、便利的方式更受歡迎。

傳統(tǒng)人工洗車(chē)過(guò)程繁瑣，需要先用高壓水槍沖洗去車(chē)身表層的泥漬，再用泡沫槍進(jìn)行打沫，接著用抹布進(jìn)行全方位的擦拭，之后，再次使用高壓水槍?zhuān)瑢⑴菽瓫_洗掉，最后，還要將車(chē)開(kāi)到陽(yáng)光下自然風(fēng)干。這種方式不僅耗費(fèi)人力，還存在著嚴(yán)重水資源浪費(fèi)問(wèn)題，且許多人工洗車(chē)房缺乏污水處理與回收設(shè)備，洗車(chē)廢水直接排放會(huì)污染環(huán)境REF_Ref1380\r\h[1]。全自動(dòng)洗車(chē)使用先進(jìn)控制技術(shù)可自主洗車(chē)，全程無(wú)需人工干涉，也可使用觸摸屏切換手動(dòng)模式，按照用戶所需進(jìn)行清洗，完成一次洗車(chē)只要3-5分鐘，相比傳統(tǒng)人工洗車(chē)至少10分鐘以上的時(shí)長(zhǎng)而言REF_Ref1433\r\h[2]，大大提高了洗車(chē)效率、減少排隊(duì)時(shí)間，還能控制洗車(chē)用水量的多少，避免水資源過(guò)多浪費(fèi)、降低了勞動(dòng)力成本，具有良好性能與應(yīng)用前景。圖1-1自動(dòng)洗車(chē)機(jī)示例PLC在自動(dòng)洗車(chē)系統(tǒng)中通過(guò)編程邏輯實(shí)現(xiàn)洗車(chē)自動(dòng)流程的控制，與傳感器連接實(shí)時(shí)反饋，各項(xiàng)設(shè)備協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)洗車(chē)流程的全自動(dòng)化。從車(chē)輛駛?cè)胗|發(fā)位置傳感器，到控制噴頭、洗車(chē)刷按照程序設(shè)計(jì)，有序工作，再到清洗完成后的風(fēng)干環(huán)節(jié)，是這一自動(dòng)洗車(chē)流程的完成。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀全自動(dòng)洗車(chē)是國(guó)外最為常見(jiàn)且技術(shù)最為成熟的洗車(chē)方式，主要分為隧道式洗車(chē)和龍門(mén)往復(fù)式洗車(chē)兩種類(lèi)型REF_Ref17173\r\h[6]。隧道式洗車(chē)在國(guó)外應(yīng)用廣泛，其工作原理是將汽車(chē)停放在傳送帶上，傳送帶帶動(dòng)汽車(chē)依次通過(guò)高壓水清洗、打沫、滾筒清洗、高壓水清潔、打蠟、風(fēng)干等多個(gè)工序，實(shí)現(xiàn)一站式洗車(chē)服務(wù)。龍門(mén)往復(fù)式洗車(chē)則是將汽車(chē)固定在洗車(chē)機(jī)內(nèi)，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)完成清洗、打沫、風(fēng)干等操作，使車(chē)身達(dá)到理想的清潔效果。日本竹美Beauty，是一家集研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、銷(xiāo)售于一體的綜合型企業(yè)，主要產(chǎn)品有全自動(dòng)往復(fù)式洗車(chē)機(jī)，全自動(dòng)大型車(chē)輛洗車(chē)機(jī)。

國(guó)外的洗車(chē)機(jī)通常配備了多種先進(jìn)的傳感器，如光柵傳感器、位置定位傳感器、聲波傳感器、檢測(cè)汽車(chē)車(chē)門(mén)鏡傳感器、汽車(chē)進(jìn)出洗車(chē)機(jī)傳感器等。這些傳感器相互配合，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地獲取汽車(chē)的位置、尺寸、形狀等信息，并將這些信息匯總到控制器中REF_Ref7247\r\h[9]。控制器根據(jù)接收到的信息進(jìn)行分析和處理，計(jì)算出最佳的洗車(chē)方式和刷子的運(yùn)動(dòng)軌跡，確保刷子能夠與汽車(chē)表面完美貼合，實(shí)現(xiàn)快速、高效、精準(zhǔn)的洗車(chē)REF_Ref7983\r\h[4]。西班牙的ISTOBAL公司、美國(guó)的MisterCarWash公司等在自動(dòng)洗車(chē)系統(tǒng)中應(yīng)用了各類(lèi)精密的傳感器，在自動(dòng)洗車(chē)設(shè)備的設(shè)計(jì)上有著高度自動(dòng)化，并能實(shí)時(shí)對(duì)清洗車(chē)輛的各項(xiàng)信息進(jìn)行處理。

此外，自動(dòng)洗車(chē)機(jī)需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，并且具有判斷車(chē)型功能，所以需要更快的浮點(diǎn)運(yùn)算速度，其中央處理器的運(yùn)算速度比仿形洗車(chē)機(jī)的中央處理器運(yùn)算速度要快得多。而且自動(dòng)洗車(chē)機(jī)采用的先進(jìn)技術(shù)使其在工作時(shí)不受電壓波動(dòng)、刷毛磨損、裝備品干擾等因素的影響，大大提高了設(shè)備使用的安全性。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)洗車(chē)機(jī)行業(yè)目前雖然發(fā)展迅速，但整體仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期階段，在洗車(chē)機(jī)市場(chǎng)上存在著機(jī)遇與挑戰(zhàn)。洗車(chē)機(jī)技術(shù)不斷創(chuàng)新升級(jí)，不再只追求于性能方面，還注重對(duì)清洗過(guò)程中產(chǎn)生的污水進(jìn)行處理，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，同時(shí)，為滿足消費(fèi)者日益多樣化的審美需求，在外觀設(shè)計(jì)方面對(duì)整體布局與空間利用不合理的情況進(jìn)行改善REF_Ref11869\r\h[5]。

目前國(guó)內(nèi)的洗車(chē)機(jī)主要為仿形洗車(chē)機(jī)，品牌繁多。仿形洗車(chē)機(jī)的工作原理是按毛刷電機(jī)電流的變化，控制毛刷上升下降、前進(jìn)后退等，以達(dá)到仿形清洗的目的。雖然這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種不同類(lèi)型車(chē)輛的端面洗漆要求，并在一定程度上起到車(chē)體保護(hù)的效果，但由于國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)廠家使用的傳感器品種少，基本上只是根據(jù)電流傳感器反饋毛刷電機(jī)的電流變化來(lái)控制毛刷的運(yùn)動(dòng)，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行清洗。杭州鐳速清洗設(shè)備的全自動(dòng)洗車(chē)機(jī)，是仿形升降式高壓無(wú)接觸并由電腦控制的自動(dòng)洗車(chē)機(jī)，具有較好的清洗效果，并能按用戶需求完成洗車(chē)的操作REF_Ref7489\r\h[10]。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，雖然大部分洗車(chē)機(jī)產(chǎn)品仍屬于仿形洗車(chē)設(shè)備，但也有一些企業(yè)開(kāi)始引進(jìn)和推廣的自動(dòng)洗車(chē)機(jī)技術(shù)REF_Ref7561\r\h[11]，青島日森機(jī)電有限公司面向中國(guó)市場(chǎng)推出采用第四代車(chē)型識(shí)別技術(shù)的全自動(dòng)智能洗車(chē)機(jī)REF_Ref5188\r\h[3]。該洗車(chē)機(jī)采用先進(jìn)的信息處理技術(shù)，運(yùn)算速度更快，識(shí)別非常精確，滿足了人們對(duì)安全、高效洗車(chē)的需求。1.3主要研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)一套自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的高效使用、節(jié)省洗車(chē)時(shí)間、減少對(duì)勞動(dòng)力的使用并提高洗車(chē)效率的目標(biāo)。通過(guò)TIAPortalV15仿真設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的協(xié)同工作，完成對(duì)整個(gè)洗車(chē)自動(dòng)化流程的控制。使用PLC的控制功能和靈活的編程能力，控制洗車(chē)的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的動(dòng)作，確保洗車(chē)流程的高效、穩(wěn)定。本文分為以下六個(gè)章節(jié)：第1章緒論，探討基于PLC的自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研發(fā)目標(biāo)、國(guó)內(nèi)外自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，闡述PLC在自動(dòng)洗車(chē)系統(tǒng)控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及優(yōu)勢(shì)。第2章總體方案設(shè)計(jì)，分析自動(dòng)洗車(chē)系統(tǒng)的功能需求，明確系統(tǒng)的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)，規(guī)劃自動(dòng)洗車(chē)的工藝流程，確定每個(gè)環(huán)節(jié)的控制邏輯和時(shí)間參數(shù)。

第3章硬件設(shè)計(jì)，選擇合適的PLC型號(hào)，進(jìn)行PLC的硬件配置，包括輸入輸出模塊的選型和地址分配。選擇用于車(chē)輛檢測(cè)、壓力檢測(cè)等的傳感器，設(shè)計(jì)自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)的硬件電路，繪制電氣原理圖和接線圖。第4章軟件設(shè)計(jì)，完成洗車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)PLC控制程序的設(shè)計(jì)與編譯，實(shí)現(xiàn)洗車(chē)流程控制、清洗模式切換等功能；驗(yàn)證程序的邏輯正確性。第5章仿真設(shè)計(jì)，對(duì)仿真過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)試、解決。設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，檢查界面的功能完整性、操作便捷性以及視覺(jué)效果。依據(jù)測(cè)試的結(jié)果對(duì)界面進(jìn)行完善、改進(jìn)。第6章結(jié)論，對(duì)完成的具體內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)未來(lái)改進(jìn)方向進(jìn)行規(guī)劃。對(duì)設(shè)計(jì)中的程序編寫(xiě)、仿真應(yīng)用的成果，進(jìn)行梳理與總結(jié)，以明確設(shè)計(jì)的成效與不足，再者，針對(duì)不足之處深入探討，規(guī)劃下一步的改進(jìn)方向。2總體方案設(shè)計(jì)2.1功能需求分析2.1.1基本洗車(chē)功能自動(dòng)洗車(chē)機(jī)具備完整的洗車(chē)流程，有預(yù)洗、泡沫清洗、車(chē)身沖洗、刷洗車(chē)身、風(fēng)干等基本功能。預(yù)洗階段清洗設(shè)備使用高壓水槍噴射水流，去除車(chē)身表面的污漬，為接下來(lái)的車(chē)身清洗做準(zhǔn)備。泡沫清洗階段清潔劑設(shè)備啟動(dòng)，產(chǎn)生大量泡沫并均勻覆蓋車(chē)身，使污垢得到軟化，清洗的效果得以增強(qiáng)。車(chē)身沖洗階段使用高壓水槍將車(chē)身表面的泡沫、污垢沖洗干凈REF_Ref7806\r\h[12]。刷洗車(chē)身階段通過(guò)毛刷對(duì)車(chē)身各個(gè)部位進(jìn)行刷洗，達(dá)到清洗完全的效果。風(fēng)干階段風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，扇葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣流對(duì)車(chē)身進(jìn)行風(fēng)干，吹干車(chē)身表面的水分。圖2-1自動(dòng)洗車(chē)機(jī)結(jié)構(gòu)圖2.1.2仿形洗車(chē)功能為提高洗車(chē)效果，自動(dòng)洗車(chē)機(jī)應(yīng)具備仿形洗車(chē)的功能?？梢砸罁?jù)不同車(chē)型的形狀和尺寸，使刷車(chē)設(shè)備和風(fēng)干設(shè)備的到合適的位置，使得毛刷和風(fēng)刀與車(chē)身表面緊密貼合的同時(shí)，不會(huì)對(duì)車(chē)身造成損傷，達(dá)到清洗與風(fēng)干的效果。對(duì)于車(chē)身較高的SUV車(chē)型，刷車(chē)機(jī)構(gòu)和吹風(fēng)機(jī)構(gòu)可自動(dòng)升高到相應(yīng)位置。車(chē)身較寬的大眾攬境車(chē)型，刷車(chē)設(shè)備可以自動(dòng)調(diào)整毛刷的間距到適合的寬度。2.1.3自動(dòng)化控制功能自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)具備智能化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。通過(guò)傳感器所傳輸?shù)男盘?hào)，獲取車(chē)輛進(jìn)入、位置和車(chē)型等信息，自動(dòng)啟動(dòng)洗車(chē)程序，根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)、程序控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作REF_Ref7884\r\h[13]。系統(tǒng)具備故障報(bào)警功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)故障及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)的同時(shí)，顯示故障信息，維修人員可從設(shè)備信息中，了解故障位置與設(shè)備情況，達(dá)到快速排查的效果。系統(tǒng)配備人機(jī)交互界面、觸摸屏，用戶可以通過(guò)觸摸屏選擇洗車(chē)模式、查看洗車(chē)進(jìn)度和設(shè)備狀態(tài)等信息，便于用戶操作。圖2-2系統(tǒng)流程圖2.1.4節(jié)能環(huán)保功能環(huán)保意識(shí)的不斷提高，使得現(xiàn)在的設(shè)備設(shè)計(jì)上，不光注重在基本的使用與操作方面，更要注重對(duì)節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)。在水資源利用上，循環(huán)水系統(tǒng)，對(duì)洗車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的污水進(jìn)行處理與回收利用，降低用水量。在能源消耗方面，選用高效節(jié)能的電機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。對(duì)程序的編寫(xiě)上，對(duì)控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序進(jìn)行更改，減少設(shè)備的空載運(yùn)行時(shí)間，降低能源消耗，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約能源的目的。2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1龍門(mén)架系統(tǒng)自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的主體支撐結(jié)構(gòu)是龍門(mén)架系統(tǒng)，它的穩(wěn)定性直接影響到洗車(chē)機(jī)的工作性能。設(shè)計(jì)上采用上、下兩層組裝式結(jié)構(gòu)的龍門(mén)架，上層用于安裝橫刷機(jī)構(gòu)和頂吹風(fēng)機(jī)構(gòu)，下層用于安裝立刷機(jī)構(gòu)和側(cè)吹風(fēng)機(jī)構(gòu)REF_Ref8018\r\h[14]。龍門(mén)架主體是使用高強(qiáng)度的鋼材制作，在材質(zhì)上具有足夠的強(qiáng)度與剛性。對(duì)安裝和運(yùn)輸方面的考量，龍門(mén)架各部件之間采用了螺栓連接方式，可以按照實(shí)際場(chǎng)地需求進(jìn)行靈活組裝和拆卸。圖2-3龍門(mén)架系統(tǒng)2.2.2刷車(chē)系統(tǒng)刷車(chē)系統(tǒng)是自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的核心部分，負(fù)責(zé)對(duì)車(chē)身進(jìn)行刷洗。本設(shè)計(jì)的刷車(chē)系統(tǒng)由立刷機(jī)構(gòu)、橫刷機(jī)構(gòu)和輪刷機(jī)構(gòu)組成REF_Ref10418\r\h[15]。立刷機(jī)構(gòu)采用橫向移動(dòng)的雙向擺動(dòng)式結(jié)構(gòu)，立刷可以在車(chē)寬方向上向外傾斜，刷洗兩側(cè)車(chē)窗的傾斜面，還可以在車(chē)長(zhǎng)方向上向后傾斜，刷洗車(chē)尾頂部的凹槽死角，使得對(duì)車(chē)身的刷洗更加全面。橫刷機(jī)構(gòu)采用卷筒式電動(dòng)升降方案，依據(jù)車(chē)型高度自動(dòng)調(diào)整橫刷的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)身頂部的刷洗。輪刷機(jī)構(gòu)采用內(nèi)置伸縮式方案，在不使用時(shí)可收縮至龍門(mén)架內(nèi)部，減少了對(duì)洗車(chē)空間的過(guò)多占用，在需要清洗車(chē)輪時(shí)，輪刷機(jī)構(gòu)會(huì)伸出，對(duì)車(chē)輪進(jìn)行全方位的刷洗REF_Ref10484\r\h[16]。2.2.3風(fēng)干系統(tǒng)風(fēng)干系統(tǒng)包括頂吹風(fēng)機(jī)構(gòu)和側(cè)吹風(fēng)機(jī)構(gòu)，能夠更好地適應(yīng)不同車(chē)型的車(chē)頂形狀，提高風(fēng)干效果REF_Ref10568\r\h[17]?？焖俅蹈绍?chē)身表面的水分，使車(chē)身的水漬得以清除。側(cè)吹風(fēng)機(jī)構(gòu)采用內(nèi)置式側(cè)風(fēng)刀結(jié)構(gòu)，安裝在龍門(mén)架下層兩側(cè)，能夠?qū)?chē)身側(cè)面進(jìn)行高效風(fēng)干。圖2-4風(fēng)干系統(tǒng)2.2.4噴淋系統(tǒng)噴淋系統(tǒng)負(fù)責(zé)在洗車(chē)過(guò)程中向車(chē)身噴灑清潔劑和清水。預(yù)洗噴淋和清水噴淋環(huán)節(jié)都采用高壓水槍?zhuān)惭b在龍門(mén)架前方和兩側(cè)，從不同角度對(duì)車(chē)身進(jìn)行高壓沖洗，去除車(chē)身表層污垢。泡沫噴淋使用泡沫發(fā)生器將清潔劑與水相混合產(chǎn)生泡沫，使車(chē)身被泡沫均勻覆蓋。2.3軟硬件設(shè)計(jì)2.3.1控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)控制系統(tǒng)硬件主要由PLC、傳感器、執(zhí)行器、觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備以及電源等部分組成。PLC作為控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收傳感器發(fā)出的信號(hào)，依據(jù)設(shè)計(jì)好的程序?qū)?zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)洗車(chē)機(jī)各個(gè)設(shè)備的控制。傳感器有車(chē)輛檢測(cè)傳感器、位置傳感器等，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛的進(jìn)入、位置和車(chē)型等信息REF_Ref10709\r\h[18]。執(zhí)行器包含電機(jī)、電磁閥、氣缸等，用來(lái)驅(qū)動(dòng)洗車(chē)機(jī)的各個(gè)機(jī)械部件完成相應(yīng)動(dòng)作。觸摸屏作為人機(jī)交互界面，用戶可在觸摸屏中完成對(duì)洗車(chē)模式選擇、參數(shù)設(shè)置、設(shè)備狀態(tài)查看等操作。電源部分為整個(gè)控制系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的電力供應(yīng)。2.3.2控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)控制系統(tǒng)軟件包括PLC程序和觸摸屏設(shè)計(jì)兩部分。PLC程序采用模塊化設(shè)計(jì)，將復(fù)雜的洗車(chē)流程設(shè)計(jì)成多個(gè)獨(dú)立的功能模塊，自動(dòng)洗車(chē)模塊、手動(dòng)控制模塊、故障診斷模塊等，每個(gè)模塊所具備的功能與在洗車(chē)過(guò)程中設(shè)備要完成的工作相對(duì)應(yīng)。在自動(dòng)洗車(chē)模塊這里，有預(yù)洗、泡沫清洗、清水沖洗、刷車(chē)、風(fēng)干等程序段，對(duì)這些程序段進(jìn)行調(diào)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)洗車(chē)的流程。觸摸屏設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，有界面設(shè)計(jì)、用戶操作響應(yīng)和數(shù)據(jù)顯示等方面。通過(guò)與PLC進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)，將用戶的操作指令傳遞給PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)洗車(chē)機(jī)的操作監(jiān)控。圖2-5系統(tǒng)架構(gòu)

3硬件設(shè)計(jì)3.1PLC選型與配置3.1.1PLC選型依據(jù)根據(jù)自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)需求，確定PLC的I/O模塊數(shù)量和類(lèi)型。本設(shè)計(jì)中需要車(chē)輛檢測(cè)傳感器、位置傳感器、水壓檢測(cè)傳感器等多種輸入信號(hào)進(jìn)行反饋，對(duì)控制電機(jī)、電磁閥、氣缸等多個(gè)執(zhí)行器的控制，系統(tǒng)共需要14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，考慮PLC的處理能力和響應(yīng)速度，自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)處理傳感器信號(hào)，并快速對(duì)執(zhí)行器發(fā)出控制指令，以及PLC的可靠性、編程便利性、擴(kuò)展性以及成本等方面。選用西門(mén)子S7-1200系列PLC，該系列PLCI/O模塊可供選擇較多，能夠滿足本系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)需求；處理速度快，能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)各種控制信號(hào)；編程軟件功能強(qiáng)大，支持多種編程語(yǔ)言；具有良好的擴(kuò)展性，可方便地添加通信模塊、功能模塊等。3.1.2PLC硬件配置根據(jù)系統(tǒng)需求，對(duì)西門(mén)子S7-1200系列PLC進(jìn)行硬件的配置，選擇CPU1214C作為核心處理器，該型號(hào)CPU集成了14個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和10個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，滿足了系統(tǒng)部分的輸入輸出需求，其訂貨號(hào)是6ES7214-1AG40-0XB0。滿足了系統(tǒng)對(duì)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的需求，使自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)可以精準(zhǔn)地接入各類(lèi)傳感器信號(hào)，高效控制電機(jī)、電磁閥、氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，保障了整個(gè)洗車(chē)流程的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)系統(tǒng)與其他設(shè)備進(jìn)行通信的情況進(jìn)行考量，需要預(yù)留了通信模塊擴(kuò)展槽，可在后續(xù)依據(jù)實(shí)際所需添加通信模塊。

表2.1PLC-I0輸入PLC元件作用說(shuō)明符號(hào)I0.0右極限位開(kāi)關(guān)SQ1I0.1左極限位開(kāi)關(guān)SQ2I0.2急停按鈕SB1I0.3復(fù)位按鈕SB2I0.4自動(dòng)模式按鈕SB3I0.5自動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB4I0.6自動(dòng)停止按鈕SB5I0.7手動(dòng)模式按鈕SB6I1.0手動(dòng)左移開(kāi)關(guān)SA1I1.1手動(dòng)右移開(kāi)關(guān)SA2I1.2手動(dòng)噴水開(kāi)關(guān)SA3I1.3手動(dòng)刷子開(kāi)關(guān)SA4I1.4手動(dòng)清潔劑開(kāi)關(guān)SA5I1.5手動(dòng)風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)SA6表2.2PLC-I0輸出PLC元件作用說(shuō)明符號(hào)Q0.0洗車(chē)機(jī)左移輸出KM1Q0.1洗車(chē)機(jī)右移輸出KM2Q0.2刷子動(dòng)作輸出KM3Q0.3風(fēng)機(jī)動(dòng)作輸出KM4Q0.4噴水閥YV1Q0.5清潔劑閥YV2Q0.6自動(dòng)運(yùn)行指示HL1Q0.7復(fù)位模式指示HL2Q1.0自動(dòng)模式指示HL3Q1.1手動(dòng)模式指示HL43.2傳感器選型與設(shè)計(jì)3.2.1車(chē)輛檢測(cè)傳感器車(chē)輛檢測(cè)傳感器用于檢測(cè)車(chē)輛是否進(jìn)入洗車(chē)區(qū)域，選用紅外對(duì)射式傳感器，該類(lèi)傳感器具有檢測(cè)距離遠(yuǎn)、精度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。將發(fā)射端和接收端分別安裝在洗車(chē)區(qū)域入口的兩側(cè)，在車(chē)輛進(jìn)入到洗車(chē)區(qū)域，會(huì)遮擋紅外光線，接收端接收到的信號(hào)發(fā)生變化，并產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)傳遞給PLC，PLC依據(jù)該信號(hào)判斷車(chē)輛已進(jìn)入，并啟動(dòng)洗車(chē)程序。3.2.2位置傳感器位置傳感器是為檢測(cè)洗車(chē)機(jī)中各個(gè)設(shè)備的位置，確保設(shè)備動(dòng)作準(zhǔn)確，不會(huì)在洗車(chē)過(guò)程中對(duì)車(chē)身造成損傷。對(duì)刷車(chē)設(shè)備和風(fēng)干設(shè)備的升降位置檢測(cè)，采用接近開(kāi)關(guān)。接近開(kāi)關(guān)具有無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，安裝在升降導(dǎo)軌上，在設(shè)備工作狀態(tài)下上升或下降到設(shè)定位置時(shí)，接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的金屬部件，輸出信號(hào)給PLC，PLC根據(jù)信號(hào)控制電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，使位置控制得以準(zhǔn)確。3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)與PLC的電氣連接3.3.1電機(jī)與PLC的連接使用的電機(jī)主要有位移電機(jī)、刷子電機(jī)和風(fēng)機(jī)電機(jī)。這些電機(jī)均采用三相異步電機(jī)，用接觸器和熱繼電器與PLC連接。PLC經(jīng)過(guò)控制接觸器的線圈得電或斷電，來(lái)控制電機(jī)的啟停。熱繼電器用于保護(hù)電機(jī)，在電機(jī)過(guò)載時(shí)，熱繼電器的常閉觸點(diǎn)會(huì)斷開(kāi)，切斷接觸器線圈的電源，使電機(jī)停止運(yùn)行，從而避免電機(jī)被燒毀。對(duì)PLC與接觸器連接時(shí)，將PLC的輸出點(diǎn)與接觸器的線圈一端連接，接觸器線圈的另一端接電源。熱繼電器的熱元件需串聯(lián)在電機(jī)的主電路中，熱繼電器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在接觸器線圈的控制電路中。

圖3-1主接線圖3.3.2電磁閥與PLC的連接電磁閥用來(lái)控制洗車(chē)機(jī)中的水路和氣動(dòng)回路，控制高壓水槍的噴水、泡沫發(fā)生器的噴泡沫、氣缸的動(dòng)作等。電磁閥使用直流24V電磁閥，經(jīng)過(guò)繼電器與PLC連接。PLC通過(guò)控制繼電器的線圈通電或斷電，來(lái)控制電磁閥的開(kāi)啟、關(guān)閉。在連接時(shí)，將PLC的輸出點(diǎn)與繼電器的線圈一端連接，繼電器線圈的另一端接電源；將繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)與電磁閥的線圈串聯(lián)，電磁閥線圈的另一端接電源。要注意電磁閥的工作電壓和電流，保證繼電器的觸點(diǎn)容量可以滿足電磁閥的要求。3.4硬件電路設(shè)計(jì)與電氣原理圖繪制3.4.1硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路主要有電源電路、輸入電路、輸出電路和通信電路等。電源電路為整個(gè)控制系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的電源，輸入電路用于將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，輸出電路用于將PLC輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以接受的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通信電路用于實(shí)現(xiàn)PLC與觸摸屏設(shè)備之間的通信。在設(shè)計(jì)電源電路中，采用的開(kāi)關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電，為PLC、傳感器、繼電器等設(shè)備供電。在輸入電路中，通過(guò)電阻、電容等元件對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大、電平轉(zhuǎn)換，再將處理后的信號(hào)接入PLC的輸入點(diǎn)。在輸出電路中，通過(guò)繼電器、晶體管等元件將PLC輸出的信號(hào)進(jìn)行放大和隔離，然后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。在通信電路中，依據(jù)所選PLC的通信接口類(lèi)型，選擇相應(yīng)的通信模塊和通信線纜，以實(shí)現(xiàn)PLC與其他設(shè)備之間的通信。圖3-2PLC接線圖3.4.2電氣原理圖繪制電氣原理圖主要包括主電路、控制電路、輸入電路、輸出電路等部分。在繪制電氣原理圖時(shí)，依據(jù)電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)，選擇需要的電氣符號(hào)和圖形進(jìn)行制圖，要清晰地表示出各個(gè)電氣元件之間的連接關(guān)系與控制邏輯。主電路主要有電機(jī)、接觸器、熱繼電器、熔斷器等元件，用來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行?？刂齐娐穭t包含開(kāi)關(guān)、繼電器、按鈕等元件，用來(lái)完成對(duì)主電路的控制。輸入電路主要有傳感器、電阻、電容等元件，作用是將傳感器信號(hào)接入PLC。輸出電路主要有繼電器、晶體管、電磁閥等元件，把PLC的控制信號(hào)輸出到相應(yīng)設(shè)備中去。圖3-3控制電路從左到右，依次是位移電機(jī)（KM1、KM2）、刷子電機(jī)（KM3）、風(fēng)機(jī)電機(jī)（KM4）。Q1、Q2、Q3為電機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)，有繼電器，在電機(jī)過(guò)載時(shí)斷開(kāi)電路保護(hù)電機(jī)。在位移電機(jī)中，繼電器得電后，KA1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM1線圈得電，電機(jī)正轉(zhuǎn)，若是KM2，則電機(jī)反轉(zhuǎn)。其余電機(jī)的控制原理相同，以風(fēng)機(jī)為例，繼電器得電后，Q3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KA3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，所對(duì)應(yīng)的KM4線圈得電，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。

4軟件設(shè)計(jì)4.1TIAPortalV15軟件介紹選用TIAPortalV15作為程序設(shè)計(jì)與仿真軟件，該軟件有著強(qiáng)大的編程環(huán)境，多種編程語(yǔ)言的支持，支持梯形圖、函數(shù)塊圖、結(jié)構(gòu)化文本、順序功能圖和指令列表等多種編程語(yǔ)言，可以滿足不同用戶的編程習(xí)慣和項(xiàng)目需求。梯形圖直觀易懂，適合初學(xué)者完成控制邏輯簡(jiǎn)單的項(xiàng)目，使用結(jié)構(gòu)化的文本處理復(fù)雜的算法，更好地完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理任務(wù)。圖4-1TIAPortalV15軟件界面在仿真功能上，STEP7

Simulation模塊的仿真功能，使得用戶可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行編程和調(diào)試，能在項(xiàng)目實(shí)施前發(fā)現(xiàn)和解決潛在問(wèn)題，以仿真運(yùn)行的形式對(duì)程序段進(jìn)行監(jiān)視，直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。使用可視化的編程和配置工具，使得工程的創(chuàng)建過(guò)程得以簡(jiǎn)化。用戶可使用圖形化界面完成設(shè)備的通信配置、邏輯編程、參數(shù)設(shè)定等操作，具有很高的工程完成效率。在配置工業(yè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，對(duì)各個(gè)設(shè)備間進(jìn)行連線拖拽和設(shè)置參數(shù)，完成設(shè)備之間的通信連接配置。圖4-2TIAPortalV15啟動(dòng)監(jiān)視4.2PLC控制程序設(shè)計(jì)4.2.1程序架構(gòu)設(shè)計(jì)PLC控制程序依照模塊化設(shè)計(jì)，把洗車(chē)流程的程序段拆解為多個(gè)獨(dú)立的功能模塊進(jìn)行編寫(xiě)，使得在程序編譯過(guò)程中，可以更快地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的位置，進(jìn)行相應(yīng)的修改。程序架構(gòu)主要有主程序、初始化程序、自動(dòng)洗車(chē)程序、手動(dòng)控制程序等模塊。PLC控制程序的核心是主程序，用來(lái)調(diào)用各個(gè)功能模塊。在系統(tǒng)中啟動(dòng)初始化程序，對(duì)PLC的輸入輸出端口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行初始化設(shè)置。自動(dòng)洗車(chē)程序依據(jù)預(yù)設(shè)的洗車(chē)工藝流程，控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)洗車(chē)流程的控制。手動(dòng)控制程序，經(jīng)過(guò)操作按鈕對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)控制。故障診斷程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，故障發(fā)生時(shí)，停止洗車(chē)程序，故障信息會(huì)在觸摸屏上進(jìn)行顯示。4.2.2洗車(chē)流程控制程序設(shè)計(jì)洗車(chē)流程控制程序是PLC控制程序的關(guān)鍵部分，依照設(shè)計(jì)好的洗車(chē)工藝流程，控制好各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。自動(dòng)洗車(chē)的流程主要有預(yù)洗、泡沫清洗、清水沖洗、刷洗車(chē)身、風(fēng)干等階段。在每個(gè)階段，控制相應(yīng)電機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟停，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)洗車(chē)功能。在預(yù)洗階段，控制高壓水槍設(shè)備啟動(dòng)，打開(kāi)高壓水槍電磁閥，使高壓水槍噴水；清洗階段，控制清潔劑設(shè)備啟動(dòng)，打開(kāi)該設(shè)備的電磁閥，使清潔劑噴灑在車(chē)身上。洗車(chē)流程控制程序的梯形圖如下：圖4-3對(duì)應(yīng)模式指示燈程序三種指示燈都?xì)w類(lèi)于控制模式中，分別對(duì)應(yīng)自動(dòng)模式按鈕、復(fù)位按鈕以及手動(dòng)模式按鈕，按下對(duì)應(yīng)的按鈕使相應(yīng)指示燈得電，指示燈由紅色的未激活狀態(tài)變?yōu)榫G色的激活狀態(tài)。圖4-4洗車(chē)機(jī)左移程序圖4-5洗車(chē)機(jī)右移程序以上兩段程序?yàn)橄窜?chē)機(jī)的移動(dòng)運(yùn)作程序，以急停按鈕為最高指令，按下急停按鈕后洗車(chē)機(jī)停止移動(dòng)；汽車(chē)靠左限位為洗車(chē)機(jī)初始狀態(tài)，按下復(fù)位按鈕，汽車(chē)返回左限位；先按下自動(dòng)模式，檢測(cè)到汽車(chē)位于左限位執(zhí)行洗車(chē)機(jī)右移指令，若右限位，則執(zhí)行洗車(chē)機(jī)右移指令。圖4-6噴水設(shè)備控制程序圖4-7刷子設(shè)備控制程序圖4-8清潔劑設(shè)備控制程序圖4-9風(fēng)機(jī)設(shè)備控制程序圖4-6、4-7、4-8、4-9均為設(shè)備輸出程序，按下自動(dòng)模式開(kāi)關(guān)，執(zhí)行自動(dòng)模式流程下設(shè)定的操作；按下手動(dòng)模式開(kāi)關(guān)，可使每個(gè)部分獨(dú)立或共同運(yùn)作；按下急停按鈕，所有輸出設(shè)備停止運(yùn)作。圖4-10洗車(chē)機(jī)左限位為原點(diǎn)運(yùn)用當(dāng)前值與移動(dòng)值指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)步驟，將汽車(chē)位于左限位定為原點(diǎn)，即洗車(chē)機(jī)的初始狀態(tài)，通過(guò)移動(dòng)值指令使汽車(chē)完成相應(yīng)的復(fù)位指令。

圖4-11自動(dòng)模式下噴水與刷洗執(zhí)行程序01圖4-12自動(dòng)模式下噴水與刷洗執(zhí)行程序02圖4-11、4-12是在自動(dòng)步驟下，噴水與刷洗的執(zhí)行程序段，通過(guò)移動(dòng)值指令完成對(duì)接下來(lái)自動(dòng)步驟的調(diào)用，并對(duì)刷洗和噴水設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)與停止的管理。圖4-13自動(dòng)模式下清潔劑設(shè)備運(yùn)作程序01圖4-14自動(dòng)模式下清潔設(shè)備運(yùn)作程序02圖4-13、4-14是自動(dòng)模式下清潔設(shè)備的動(dòng)作控制，汽車(chē)在清潔劑設(shè)備的作用下，充分打沫，車(chē)身被泡沫所覆蓋，污漬迅速溶解，為接下來(lái)的刷洗步驟提供充分的條件。圖4-15自動(dòng)模式下刷洗設(shè)備運(yùn)作程序（洗車(chē)頭）圖4-16自動(dòng)模式下刷洗設(shè)備運(yùn)作（洗車(chē)尾）圖4-17自動(dòng)模式下車(chē)身刷洗后右行圖4-15、4-16是在自動(dòng)模式下，完成車(chē)身打沫后，對(duì)車(chē)頭與車(chē)尾的第一次刷洗，用定時(shí)器設(shè)定刷洗時(shí)間，控制刷洗設(shè)備的輸出，用移動(dòng)值指令完成對(duì)下面步驟的調(diào)用；圖4-17汽車(chē)完成打沫后的第一次刷洗后右行控制，并移動(dòng)至右限位。圖4-18自動(dòng)模式下左移刷車(chē)尾圖4-19自動(dòng)模式下左移刷車(chē)頭圖4-20自動(dòng)模式下車(chē)身完成仔細(xì)刷洗后左行圖4-18、4-19是自動(dòng)模式下的汽車(chē)打沫后第二次對(duì)車(chē)身的仔細(xì)刷洗，使車(chē)身達(dá)到徹底清潔的情況，運(yùn)用定時(shí)器指令完成對(duì)刷洗設(shè)備的輸出控制，并用移動(dòng)值指令調(diào)用下一步；圖4-20第二次仔細(xì)刷洗完成，汽車(chē)左行至左限位，完成對(duì)洗車(chē)機(jī)的輸出控制，用移動(dòng)值指令調(diào)用步驟。圖4-21自動(dòng)模式下第三次刷洗與噴水設(shè)備共同運(yùn)作圖4-22自動(dòng)模式下第四次刷洗與噴水設(shè)備運(yùn)作（徹底刷洗并回到原點(diǎn)）圖4-21、4-22是自動(dòng)模式下，刷洗與噴水設(shè)備的輸出控制，在汽車(chē)經(jīng)過(guò)清潔劑的泡沫步驟后，再次進(jìn)行刷洗，將泡沫與污垢沖洗下來(lái)，汽車(chē)行進(jìn)至左限位處，該步驟完成，刷洗與噴水設(shè)備停止動(dòng)作。圖4-23自動(dòng)模式下風(fēng)機(jī)運(yùn)作程序（右行）圖4-24自動(dòng)模式下風(fēng)機(jī)風(fēng)干車(chē)身（回到原點(diǎn)完成自動(dòng)流程）圖4-23、4-24為自動(dòng)模式下對(duì)風(fēng)機(jī)動(dòng)作的調(diào)用，且風(fēng)干步驟作為自動(dòng)模式下的最后一步，風(fēng)機(jī)動(dòng)作輸出停止，汽車(chē)此時(shí)也回到原點(diǎn)處，自動(dòng)運(yùn)行指示燈熄滅，自動(dòng)洗車(chē)過(guò)程也宣告完成。圖4-25自動(dòng)洗車(chē)流程圖4.2.3模式切換程序設(shè)計(jì)選擇不同模式時(shí)，洗車(chē)流程和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作參數(shù)會(huì)做出不同調(diào)整。清洗模式切換程序通過(guò)讀取觸摸屏發(fā)送的清洗模式選擇信號(hào)，確定當(dāng)前清洗模式，調(diào)用相應(yīng)的洗車(chē)流程控制程序。清洗模式切換程序的梯形圖如下：圖4-25控制模式切換程序圖4-26不同模式切換時(shí)相關(guān)動(dòng)作程序4.2.4報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)采用HMI報(bào)警中的離散量報(bào)警與模擬量報(bào)警兩種方式，在離散量報(bào)警程序塊中，通過(guò)將常開(kāi)觸點(diǎn)置1或置0的方法，達(dá)到對(duì)報(bào)警信息的文本反饋效果。模擬量報(bào)警程序塊中，將數(shù)據(jù)手動(dòng)修改并運(yùn)用比較操作，判斷是否觸發(fā)報(bào)警文本。圖4-27離散量報(bào)警程序塊圖4-28模擬量報(bào)警程序塊4.3PLC控制程序調(diào)試4.3.1程序下載與硬件連接檢查在進(jìn)行PLC控制程序調(diào)試前，先將編寫(xiě)好的程序下載到PLC中，利用西門(mén)子編程軟件TIAPortalV15，將計(jì)算機(jī)與PLC相連接，在軟件中正確設(shè)置好通信參數(shù)后，把程序下載到PLC的CPU中。下載完成后，檢查設(shè)備的關(guān)聯(lián)狀態(tài)，查看傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備與PLC連接是否正常，檢查電源供應(yīng)是否正常，保證各個(gè)設(shè)備能正常工作。4.3.2程序邏輯正確性驗(yàn)證借助PLC編程軟件的監(jiān)控功能，對(duì)程序邏輯的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。在監(jiān)控模式下，可實(shí)時(shí)觀察PLC的輸入輸出點(diǎn)狀態(tài)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器值、標(biāo)志位狀態(tài)等，檢查程序是否按預(yù)設(shè)程序運(yùn)行。在洗車(chē)流程控制程序中，觀察各個(gè)階段定時(shí)器時(shí)間計(jì)時(shí)和結(jié)束計(jì)時(shí)完成時(shí)，相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制輸出點(diǎn)能否按流程要求完成相應(yīng)動(dòng)作。如果發(fā)現(xiàn)程序段中有邏輯錯(cuò)誤，及時(shí)修改調(diào)試程序，直至程序邏輯正確。

5仿真設(shè)計(jì)5.1調(diào)試與優(yōu)化5.1.1問(wèn)題分析在使用PLC編程軟件進(jìn)行仿真測(cè)試時(shí)，不可避免的會(huì)發(fā)生一些問(wèn)題。程序邏輯錯(cuò)誤致使仿真結(jié)果與預(yù)期不符，像洗車(chē)流程順序錯(cuò)誤、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間不正確等；程序塊設(shè)置時(shí)采用模擬量輸入，用強(qiáng)制表使數(shù)據(jù)定值，導(dǎo)致觸摸屏顯示數(shù)據(jù)與PLC模擬量數(shù)據(jù)不一致；硬件設(shè)備模型與實(shí)際設(shè)備存在差異，使得仿真結(jié)果無(wú)法完全反映實(shí)際情況，電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)間與實(shí)際設(shè)備有偏差。針對(duì)這些問(wèn)題，通過(guò)檢查程序、查看梯形圖邏輯關(guān)系、運(yùn)用編程軟件調(diào)試工具單步調(diào)試等方法，找出錯(cuò)誤并修改后，進(jìn)行仿真動(dòng)畫(huà)的運(yùn)行檢測(cè)。對(duì)于硬件設(shè)備模型與實(shí)際設(shè)備差異問(wèn)題，需測(cè)試分析硬件設(shè)備實(shí)際性能，依據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)優(yōu)化仿真模型，使仿真結(jié)果更貼近實(shí)際情況。圖5-1程序塊裝載到設(shè)備畫(huà)面5.1.2調(diào)試與優(yōu)化措施對(duì)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器進(jìn)行合理使用，避免嵌套使用導(dǎo)致程序邏輯混亂；對(duì)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，分解復(fù)雜的功能模塊，增強(qiáng)程序可理解性；利用中間標(biāo)志位和數(shù)據(jù)寄存器，簡(jiǎn)化程序邏輯關(guān)系，縮短程序掃描周期。圖5-2對(duì)HMI中的變量設(shè)置采集周期分析仿真結(jié)果和實(shí)際測(cè)試的情況，對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。調(diào)整電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)間、接觸器控制電路或使用變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)和軟停止，減小啟動(dòng)和停止時(shí)的沖擊電流；調(diào)整傳感器安裝位置和參數(shù)設(shè)置，提高檢測(cè)精度和可靠性。圖5-3PLC與HMI連接的網(wǎng)絡(luò)視圖對(duì)仿真模型進(jìn)行改進(jìn)，使其能更準(zhǔn)確地反映出設(shè)備的性能和工作狀態(tài)。依據(jù)電磁閥流量特性和響應(yīng)時(shí)間，優(yōu)化仿真模型中電磁閥模型參數(shù)；按照實(shí)際傳感器檢測(cè)范圍和精度，對(duì)仿真模型中的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行修改。5.1.3系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試在模擬洗車(chē)過(guò)程，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試。觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，查看各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作是否平穩(wěn)、準(zhǔn)確。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)水壓、水位等參數(shù)，將這些參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，看是否在正常范圍內(nèi)。5.2人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)5.2.1主界面設(shè)計(jì)交互界面是用戶與自動(dòng)洗車(chē)機(jī)功能交互的關(guān)鍵入口，界面主要是對(duì)洗車(chē)模式選擇、洗車(chē)進(jìn)度的動(dòng)畫(huà)展示、設(shè)備狀態(tài)以及操作按鈕等。在洗車(chē)模式選擇區(qū)，使用圖標(biāo)與文字搭配的說(shuō)明方式，為用戶提供自動(dòng)洗車(chē)、自定義洗車(chē)模式選項(xiàng)。洗車(chē)模式圖標(biāo)采用洗車(chē)流程的簡(jiǎn)單示意圖，洗車(chē)進(jìn)度展示區(qū)使用動(dòng)態(tài)進(jìn)度條，對(duì)洗車(chē)時(shí)所處的階段進(jìn)行顯示，讓用戶可以掌握洗車(chē)的進(jìn)度。設(shè)備狀態(tài)顯示區(qū)運(yùn)用不同顏色的指示燈，對(duì)洗車(chē)機(jī)各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行顯示，綠色表示正常運(yùn)行狀態(tài)，紅色則代表未使用狀態(tài)。操作按鈕區(qū)設(shè)置有啟動(dòng)、暫停、停止等核心操作按鈕，觸摸屏的按鈕設(shè)計(jì)注重在觸感的反饋方面，使用戶在觸摸屏的使用中更加舒適。圖5-4HMI控制系統(tǒng)仿真畫(huà)面畫(huà)面設(shè)計(jì)上方為自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的各個(gè)設(shè)備，中間部分是汽車(chē)的洗車(chē)路徑，用左右限位傳感器，使汽車(chē)能實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)的動(dòng)畫(huà)，并以此設(shè)置好設(shè)備的動(dòng)作時(shí)間，下方是三大控制模塊區(qū)域，分為手動(dòng)控制區(qū)、控制模式選擇以及自動(dòng)控制。圖5-5HMI狀態(tài)顯示仿真畫(huà)面圖5-5狀態(tài)顯示的仿真畫(huà)面設(shè)計(jì)，對(duì)自動(dòng)洗車(chē)系統(tǒng)中各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的直觀反饋，是便于顯示洗車(chē)機(jī)狀態(tài)的簡(jiǎn)易畫(huà)面設(shè)計(jì)。圖5-6控制HMI畫(huà)面動(dòng)作的腳本程序1圖5-7控制HMI畫(huà)面動(dòng)作的腳本程序2將設(shè)計(jì)好的仿真界面與PLC變量相關(guān)聯(lián)，并為動(dòng)畫(huà)預(yù)留合適的空間位置，實(shí)現(xiàn)PLC程序塊與HMI畫(huà)面的互通，確定開(kāi)關(guān)按鈕之間的置位與復(fù)位關(guān)系，并調(diào)試使仿真畫(huà)面達(dá)到預(yù)期的效果。圖5-8以刷子設(shè)備為例變量的關(guān)聯(lián)圖5-9以復(fù)位按鈕為例變量的置位位與復(fù)位位事件添加5.2.2洗車(chē)模式界面設(shè)計(jì)在用戶進(jìn)入洗車(chē)模式界面時(shí)，可以從中選擇洗車(chē)模式的流程。以自動(dòng)模式為例，先進(jìn)行預(yù)洗，用高壓水槍以9MPA水壓沖洗車(chē)身縫隙、底盤(pán)等部位，耗時(shí)在1分鐘左右；接著進(jìn)行清潔劑噴涂，均勻覆蓋車(chē)身，浸泡時(shí)間為2分鐘；再者是多方位刷洗，使用毛刷刷洗動(dòng)作，對(duì)車(chē)身表面、車(chē)窗、輪轂等進(jìn)行刷洗，持續(xù)3分鐘；進(jìn)行洗車(chē)操作的最后階段風(fēng)干，使用大功率風(fēng)機(jī)，使車(chē)身無(wú)水漬殘留，風(fēng)干時(shí)間1.5分鐘，車(chē)身風(fēng)干完成后，自動(dòng)流程結(jié)束。圖5-10正在執(zhí)行自動(dòng)模式下洗車(chē)指令的畫(huà)面圖5-11正在執(zhí)行手動(dòng)模式下洗車(chē)指令的畫(huà)面5.2.3設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控界面可為操作人員或維護(hù)人員提供實(shí)時(shí)的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。以表格的形式呈現(xiàn)，表格列出電機(jī)、水泵、電磁閥、傳感器等設(shè)備的名稱(chēng)等參數(shù)。界面設(shè)置有故障報(bào)警區(qū)域，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，以彈窗文本形式顯示故障類(lèi)型、故障時(shí)間，采用了離散量報(bào)警與模擬量報(bào)警兩種形式，對(duì)報(bào)警文本進(jìn)行編寫(xiě)，電機(jī)過(guò)載故障，水壓過(guò)低，刷子異常等。圖5-12模擬報(bào)警5.3人機(jī)交互界面測(cè)試5.3.1功能完整性測(cè)試在洗車(chē)模式中，點(diǎn)擊洗車(chē)模式選項(xiàng)，檢查是否能準(zhǔn)確運(yùn)行相關(guān)指令，并完成相應(yīng)的操作。在設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控功能測(cè)試中，模擬設(shè)備的不同運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)啟動(dòng)、停止、過(guò)載，傳感器故障等，觀察界面對(duì)設(shè)備狀態(tài)的顯示情況，故障報(bào)警信息是否完整。操作設(shè)置功能測(cè)試時(shí)，檢查設(shè)置是否能生效，在洗車(chē)過(guò)程中是否按照新設(shè)置運(yùn)行，完成對(duì)設(shè)計(jì)的功能測(cè)試。5.3.2操作便捷性測(cè)試在操作過(guò)程中，從用戶能否快速找到所需的功能按鈕，啟動(dòng)、暫停、停止按鈕是否易于識(shí)別、點(diǎn)擊這一方面，進(jìn)行測(cè)試。洗車(chē)模式的選擇，用戶是否可以在短時(shí)間內(nèi)按照自身需求完成對(duì)不同模式的選擇。測(cè)試界面的響應(yīng)速度，點(diǎn)擊按鈕或進(jìn)行設(shè)置操作后，界面是否能及時(shí)反應(yīng)，進(jìn)而對(duì)設(shè)備的反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行更準(zhǔn)確的設(shè)置。5.4人機(jī)交互界面優(yōu)化與改進(jìn)5.4.1功能優(yōu)化對(duì)于洗車(chē)模式詳情界面中部分信息展示不清晰的問(wèn)題，重新設(shè)計(jì)圖文排版，采用更大的圖片、添加更詳細(xì)的文字說(shuō)明。針對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控界面在出現(xiàn)多個(gè)故障時(shí)，報(bào)警信息顯示較亂的情況，對(duì)報(bào)警信息的排序規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照故障嚴(yán)重程度和發(fā)生時(shí)間先后進(jìn)行排列，增加故障分類(lèi)篩選的功能，使維護(hù)人員可通過(guò)報(bào)警文本快速定位故障發(fā)生的位置。在操作設(shè)置界面，自定義洗車(chē)程序，增加引導(dǎo)提示功能，提高用戶對(duì)完成自動(dòng)洗車(chē)操作的效率。5.4.2操作便捷性改進(jìn)對(duì)操作便捷性測(cè)試進(jìn)行相應(yīng)的反饋，界面設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)。調(diào)整操作按鈕的位置和大小，將常用的啟動(dòng)、暫停、停止按鈕放置在界面底部中央位置，增大按鈕的尺寸，增加按鈕的觸感反饋效果，在洗車(chē)模式的選擇界面中，為洗車(chē)模式增加文字辨識(shí)度，常規(guī)清洗快速高效、深度清潔等文字說(shuō)明，使用戶可以更合理、快速地做出對(duì)洗車(chē)模式的選擇。

6結(jié)論在基于PLC的自動(dòng)洗車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制的核心環(huán)節(jié)是對(duì)程序的編寫(xiě)與編譯。采用西門(mén)子S7-1200系列PLC，使用梯形圖編程語(yǔ)言，構(gòu)建了洗車(chē)流程控制、模式切換等功能的程序設(shè)計(jì)。洗車(chē)流程控制程序?qū)⑾窜?chē)過(guò)程分為預(yù)洗、清潔劑噴涂、清水沖洗、刷洗車(chē)身、風(fēng)干等多個(gè)自動(dòng)洗車(chē)階段。清洗模式切換程序可使用點(diǎn)按觸摸屏的相應(yīng)按鈕，調(diào)用不同的洗車(chē)流程子程序，滿足了用戶多樣化需求。在程序編寫(xiě)過(guò)程中，注重模塊化設(shè)計(jì)，將功能分解為多個(gè)獨(dú)立模塊，使得程序具有可擴(kuò)展性。在編寫(xiě)程序初期，對(duì)部分指令的理解不夠，使得程序邏輯出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，將程序下載到目標(biāo)模擬的PLC中，打開(kāi)監(jiān)視模式對(duì)程序段進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)相應(yīng)地方進(jìn)行修正，問(wèn)題也得以解決。仿真應(yīng)用方面利用PLC編程軟件的仿真功能，對(duì)編寫(xiě)好的程序進(jìn)行模擬運(yùn)行測(cè)試。在仿真過(guò)程中，能夠直觀地觀察PLC的輸入輸出點(diǎn)狀態(tài)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的工作情況，對(duì)整個(gè)洗車(chē)流程程序段的執(zhí)行順序進(jìn)行合理安排。通過(guò)在HMI仿真畫(huà)面中的設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的各種運(yùn)行進(jìn)行測(cè)試，對(duì)程序的邏輯正確性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行有效的驗(yàn)證。在仿真過(guò)程中也不可避免地出現(xiàn)一些問(wèn)題，程序段的指令預(yù)留時(shí)間不當(dāng)，致使仿真動(dòng)畫(huà)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的情況。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，將程序中的設(shè)定時(shí)間進(jìn)行修改，使仿真結(jié)果更接近實(shí)際情況。在未來(lái)的改進(jìn)方向上，主要對(duì)系統(tǒng)綜合性能方面進(jìn)行改進(jìn)。在硬件上，選用更高性能的PLC和傳感器，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度與信號(hào)檢測(cè)強(qiáng)度