毕业设计(论文)

本科毕业论文(设计)

题 目

： 全自动洗车机控制系统设计

学 院

： 自动化工程学院

专 业

： 电气工程及其自动化

姓 名

：

指导教师

：

201年 6 月 3 日

摘 要

我们所处的的社会一直处在科技高速发展的状态。从蒸汽时代开始，短短的一二百年的

时间里，科技的进步在越来越多的领域解放着我们的双手。可以说，当今社会是一个用科技

支撑起来的社会。

自从汽车开始普及起来之后，洗车的行业也就应运而生。长期以来，洗车的方式一直是

以人工为主。20世纪八十年代中期，在公交系统的一些大型停车场开始采用机械化的方式进

行洗车，但由于技术的限制的原因，对汽车的清洗只能做到半自动化，不能做到全自动化。

即机器所有的动作还是需要人工操作才能完成。

通过采用PLC进行控制，结合合理的设计生产制造的全自动洗车机，能够实现真正意义

上的全自动化，大大提高了洗车的质量和洗车的效率。采用PLC作为控制系统，已经成为现

代制造业领域提高竞争力和生产力的重要手段，PLC控制俨然已经成为一种技术潮流。

关键词 洗车机 PLC 全自动 逻辑控制

Abstract

Our society has been in a state of rapid development of science and technology. Starting from

the steam age, a short one thousand two hundred years, the progress of science and technology in

the field of more and more free with our hands. In today's society is, as it were, with a support of

social science and technology.

Since the car began to spread, car wash industry also aris at the historic moment. For a long

time, has been mainly on artificial washing way. Mid - eighty - s of the 20th century, in some large

parking lot of the bus system with the method of mechanization for washing the car, but becau of

the limits of technology, in the car can only do half automation, cleaning cannot be fully automated.

The machine all the actions still need manual operation to complete.

By adopting PLC to control, combined with reasonable design production and manufacturing

of automatic washing machine, can realize full automation in the true n, greatly improve the

efficiency of the quality of the car wash and wash the car. Adopting PLC as the control system, has

become the important means to improve competitiveness and productivity in the field of modern

manufacturing, PLC control has already become a kind of technology trends.

Keywords washer PLC automatic control logic

目 录

摘 要 .......................................................... II

目 录 ......................................................... III

第1章 基于可编程控制器的电梯控制系统 ............................ 1

PLC可编程控制器 .......................................................... 1

PLC发展及发展趋势 ........................................................ 1

PLC提供的编程语言 ........................................................ 2

PLC控制的全自动洗车机的特点 .............................................. 2

第2章 洗车机控制方案确定 ......................................... 5

我国洗车机的发展及现状 .................................................... 5

洗车机的分类 .............................................................. 5

全自动洗车机设计的确定 .................................................... 7

全自动洗车机的工艺控制要求 ................................................ 8

洗车机的基本组成 .................................................................................................................. 8

自动洗车过程 .......................................................................................................................... 8

洗车机的其他命令及自动控制 .............................................................................................. 9

全自动洗车机控制系统原理框图 ............................................. 10

洗车机的外型构造 .......................................................... 10

第3章 系统中应用的传感器技术 .................................... 14

关于传感器 ............................................................... 14

传感器的发展 ............................................................. 14

传感器的分类 ............................................................. 15

传感器在本设计中的一些应用 ............................................... 15

第4章 全自动洗车机的控制及运动 ................................. 17

全自动洗车机运动控制简介 ................................................. 17

滚筒的控制 ................................................................ 17

滚筒旋转与门架的前进后退 .................................................. 17

全自动洗车机中的手动控制 ................................................. 18

全自动洗车机故障时的操作及控制 ........................................... 18

控制程序流程图 ........................................................... 18

第5章 控制系统编程 ............................................. 20

关于梯形图编程 ........................................................... 20

本设计中的梯形图设计 ..................................................... 20

PLC接口对应表 ........................................................... 21

结 论 .......................................................... 24

参考文献 ........................................................ 26

附录 PLC梯形图 ................................................. 27

第1章 基于可编程控制器的电梯控制系统

PLC可编程控制器

PLC是指可编程控制器（ programmable logic controller ）是一种以计算

机（微处理器）为核心的通用工业控制装置，目前已被广泛的应用于工业生产的

各个领域。作为中央处理器的现代可编程控制器采用微处理器（microprocessor ），

它的其功能十分强大，包括了逻辑控制功能的同时，还包括了过程控制、运动控

制、通信联网等功能。

国际电工委员会（IEC）在1987年在其颁布的可编程控制器标准草案第三稿

中，对可编程控制器有了明文的定义，即：可编程控制器是一种数字运算操作的

电子，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存

储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字和

式模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，

都应按照易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

当然，现在PLC 的功能已远远超出上述定义的范围。近年来，PLC的功能日

益增强，发展也是十分的迅猛。在科技进步迅速的潮流下，PLC产品更新换代的

速度也明显加快，，应用领域也相比更加的广泛。 可以不夸张的说，PLC已成为

实现工业自动化的一种强有力工具。

PLC发展及发展趋势

研发PLC的想法是在1968年美国通用汽车公司为了生产需要首先提出的，

作为当时最大的汽车制造厂家，美国通用汽车公司为了适应汽车车型不断变化、

产品不断翻新的状况 ，设想着能否把计算机和计算器的优点结合起来，研发出一

种新产品，既具有计算机功能灵活、完备、通用等优点，同时也具有继电器控制

系统的价格便宜、操作方便、简单易懂等优点；同时针对此产品，加以简化计算

机的编程方法和程序输入方式，这样就能让不熟悉计算机的人群也能够使用研发

的新产品。美国数字设备公司（DEC公司）基于这一设想， 首先响应并有所动

作，经过一年的时间，在1969年推出了他们公司研制出的世界上第一台PLC：

PDP-14。在美国的通用汽车公司的汽车自动装配线上，用它代替传统的继电器控

制系统来进行产品的试用，并获得了成功。

PLC在美国的通用汽车公司的汽车自动装配线上试用成功后，PLC技术迅速

发展起来。日本紧跟美国的脚步，在1971年从美国引进这项新技术，也很快的就

研制出了自己的第一台PLC( DSC-8)；随后，在1973~1974年间，法国与原西德

也研制出了自己的PLC。我国的PLC起步相对而言稍晚一些，1974年开始研制，

经过两年多的努力，在1977成功的研制出了我国的PLC，其核心是一位微处理器

MC14500，并开始投入工业应用，PLC在我国也发展起来。

由于市场上的大中小型企业对于PLC有着不同的需求，为了适应不同企业对

PLC的不同需求，目前的PLC正朝着两个方向发展。方向一是小型的PLC为了

能够广泛的取代继电器控制，向着体积更小、速度更快、价格低廉、功能增强的

方向发展，。其二是大中型PLC为了能够对大规模、复杂的系统进行综合性的自

动控制，向高可靠性、高速度、大容量、网络化、多功能的方向发展， 但总的趋

势是： CPU处理速度进一步加快；控制系统分撒化；可靠性进一步提高；控制与

管理功能一体化。

PLC提供的编程语言

标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点:

1．梯形图不是图形，它是一种图形语言。在编程使用中，对于传统控制图中

的线圈、串联等术语、继电器触点、和一些图形符号构成在编程中进行了沿用，

编程中的左右的竖线称为左右母线。

2．在梯形图中，其接点（触点）的状态只有常开和常闭。接点可以是PLC

输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。

3．梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。

4．内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结

果供CPU内部使用。

5．PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结

果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。

6．语句表语言，类似于汇编语言。

7．逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个

功能左边画输入、右边画输出。

PLC控制的全自动洗车机的特点

1 可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性一直都是电气控制设备的关键性能。由于PLC采用现代大规模集成

电路技术，采用的是严格的生产工艺制造，内部电路更是采用了先进的抗干扰技

术，因此具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间可

达30万小时。一些冗余CPU 的PLC的平均无故障时间则可以更长。从PLC的

机外电路来说，采用PLC 构成的控制系统和同等规模的采用继电接触器的系统相

比较，电气接线及开关接点减少到先前的数百甚至数千分之一，故障也就因此大

幅度降低。此外，PLC一般都带有硬件故障自我检测功能，出现故障的时候可以

及时发出警报信号。在应用软件中，应用人员还可以编入外围器件的故障自诊断

程序，使系统中除了PLC以外的设备及电路也可以获得故障自诊断保护。这样整

个系统具有极高的可靠性也就理所当然了。

2 配套齐全 功能完善 适用性强

在以前的继电器控制系统中，使用的控制器件是数量众多的继电器，整个系

统是根据设计好的电气控制图，由人工通过布线、焊接、固定等环节进行组装完

成的。整个过程费时费力，而且要求上有些许的变动就需要改变整个系统，重新

进行布线、焊接、固定等步骤。而如果采用PLC的话，就可以方便很多。因为PLC

是通过存储在存储器的程序来实现控制功能的，当控制功能的要求改变时，仅仅

通过改变程序以及改动极少数的线路就能实现。PLC发展到现在，已经形成了大

中小各种规模的系列化产品。可以适应于不同规模以及不同要求的工业控制。除

了逻辑处理功能以外，现代的PLC大多都具有完善的数据运算的能力，可以用于

各种数字控制领域。 PLC还有多种功能模块，可以根据需要灵活的组成各种不同

功能的控制装置，实现各种特殊的要求。尤其是近年来，PLC在通信方面的能力

增强以及人机界面技术的发展，使得PLC组成的各种控制系统变得非常容易实现。

3 编程简单,使用方便

PLC作为通用的工业控制计算机、面向工矿企业的工控设备。它的接口相对

容易，编程语言也易于为工程技术人员接受。同时，梯形图语言的符号、图形与

表达方式和继电电路图十分的接近，只用PLC少量的开关量逻辑控制指令就可以

很方便的实现继电器电路实现的功能。这就为不熟悉电子电路，不懂计算机原理

和汇编语言的人能够使用计算机从事工业控制提了很大的方便。

4 接线简单,系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC的接线只需要将输入设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，

将输出设备（如接触器 电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线工具仅为螺丝刀，

接线工具极其简单，工作量极少。同时用存储逻辑代替传统的接线逻辑，大幅度

的减少了控制设备外部的接线，使控制系统建造的周期及设计得到了很大的缩短，

同时，维护设备也变得简单了许多，更重要的一点是使得同一设备仅仅通过改变

程序就能改变生产过程成为了可能，这种特性很适合多品种、小批量的生产场合。

5 体积小 重量轻 易于实现机电一体化

由于PLC 采用的是半导体集成电路，因此具有体积小、功耗低 、重量轻等

特点。而且PLC是专门为工业控制而设计的专用计算机，结构紧凑，坚固耐用，

体积小巧，同时还具有很强的可靠性和抗干扰能力，所以使其很容易装入机械设

备的内部， 因而成为实现机电一体化的十分理想的控制设备。

第2章 洗车机控制方案确定

我国洗车机的发展及现状

汽车产业的发源地是欧洲，同时也是首先开始研发推出洗车设备的地方。在

汽车工业的发展过程中，随着科技的进步，自动洗车机也就成为了必不可少的汽

车行业的衍生产品。然而，欧洲虽然是汽车产业的发源地，洗车业发展最快的国

家却是日本。日本是洗车设备的生产大国。这种现象的原因是日本汽车业行业的

迅速发展及汽车市场的快速成熟。也是因为这一原因，日本全的自动电脑洗车机

的发展带动日本汽车行业的同时，也大大带动了全世界洗车业的发展。相对日本

以及其他国家的洗车行业，我国的洗车业还处于刚刚起步发展的状态，近几年才

开始发展起来。随着改革开放后汽车业的崛起迅速，国内曾经也出现了一大批专

业的洗车店，以及不少的洗车设备生产厂家。但是，由于自身生产技术以及其他

的一些原因，大部分自动洗车机的生产厂家没能够长久的发展下去。

我国是世界上人口最多的国家，洗车行业绝对是个大市场。根据网络数据显，

示我国现在汽车数量早已超过1亿辆，其中私家车占了八成以上。调查还发现，

80%以上的高档轿车车主会定期给汽车清洗，60%以上的中档车车主会定期对车辆

进行清洗，35%以上的低档车主会定期对车辆进行清洗，并且这一比例还在逐年

增加。由此也可以看我国洗车行业的市场巨大。

很明显，出为了实现这么多车辆的洗车需求，人工清洗的方式必然会被淘汰，

洗车设备的高效率以及全自动化势在必行。在目前的形势下，开发适合我国的洗

车服务模式，研发适合我国国情的洗车设备至关重要。

洗车机的分类

洗车机的种类繁多，按照不同的分类标准，可以分为以下几种类型。

，分为固定式洗车机和移动式洗车机。

固定式洗车机是指，洗车机不移动，汽车由机械牵引或者自行缓慢的通过洗

车机工作的区域。工作原理是通过安装在洗车机上的各种检测设备进行反馈信息

的采集，然后根据采集到的信息，洗车机自动运行相应的指令程序，完成对汽车

的清洗工作。常见的固定式洗车机有隧道式连续洗车机、无轨电车清洗机、大中

小型通道式洗车机等。 移动式洗车机是指汽车不动，洗车机按照程序设定的运

动轨迹在轨道上来回移动，同时对汽车进行清洗，达到洗车的目的。常见的移动

式洗车机有大中小型移动式洗车机、龙门往复式洗车机等。

，分为大车型洗车机、中车型洗车机、小车型洗车机及特种车型洗车机。

市场上用作商业用途的洗车机绝大部分属于小车型洗车机，包含了隧道式连

续洗车机、龙门往复式洗车机、无刷往复式洗车机等；大车型洗车机主要有大型

通道式洗车机、大型移动式洗车机；特种车型洗车机主要针对的对象则是列车清

洗剂、垃圾车清洗剂、各种洗轮机等。

，洗车机可以分为硬支承洗车机，软支承洗车机、半硬支承洗车机。

硬支承洗车机是平衡转速远低于参振系统共振频率的洗车机，平衡校检时，

支承摆架相对处于“硬状态”，因此转子可以子在接近实际轴承条件下进行平衡校

正。其特点是操作简单、安全性能好。软支承洗车机是平衡转速大于参振系统共

振频率的洗车机，这种洗车机在进行平衡校检时，支承摆架相对是处于“软状态”，

因此转子平衡校检时支承条件与实际工作条件不同。这种软支承洗车机的特点是

测量精度高。~。这种洗车机综合了硬支承洗车机与软支承洗车机的特点，既具有

硬支承洗车机的支承刚度高的特点，同时又具有软支承洗车机精度高的优点。

；专用洗车机以及通用洗车机。

卧式洗车机是平衡转子的旋转轴在洗车机上呈水平状态的洗车机。对于有转

轴或者可装配工艺的转子适用，例如电机转子、风机、增压器、滚筒、机床主轴、

汽轮机等立式洗车机则是被平衡转子的旋转轴在洗车机呈垂直状态下的洗车机，

适用对象是转子本身不具有转轴的盘形工件，例如离合器、风扇、齿轮、压盘及

其总成、风叶、制动盘、汽车飞轮、皮带轮、砂轮等盘类零件。通用洗车机是指

能对形状和支撑形式计较规则的转子进行平衡的洗车机。具有操作简单、效率较

高的特点。专用洗车机是指能对支撑形式和外观与一般转子不同的转子进行平衡

全自动洗车机设计的确定

在做自动洗车机控制设计之前，首先，我先对几种常见洗车方式的优劣势进

行了调查与研究，以下是调查结果。

第一种，用高压水枪洗车机冲洗：这是最为常见的洗车方式先用高压水枪喷

出来的水雾湿润车身，然后用高压枪喷出的高压水柱将车体冲洗，接着喷洒清洁

剂后，继续用高压的水柱将车体冲洗干净，最后将车体烘干。

第二种，通过转子旋转带动毛刷进行洗车：采用合理的压力喷水，然后用高

科技材料制作的，对车体不会造成擦伤的转子毛刷通过旋转对车体进行擦洗，喷

洒洗车机及水蜡后，再用转子毛刷擦拭车身，最后对车进行风干。

通过对以上两种洗车机的比较发现，高压水枪洗车机相比而言存在以下劣势：

高压水柱形成的水泡容易损害车漆，降低车的光感度；此外高压水柱的高压可能

会导致车灯密封受损，水流进去后影响车灯工作，甚至可能引起短路，造成危险。

然而在调查中我发现，虽然后者相比于前者有些优势，然而并不能同一台机器对

多种车型都适用，其原因是不能根据车型及车的大小进行调整。因此我尝试着对

全自动洗车机的工艺控制要求

洗车机的基本组成

车辆停放区，能够左右调整的工作区。待洗的车辆停放在此区域，门架上的

感应系统会自动感应车体的位置，并通过左右调整使车辆处在正对门架中间的位

置。

能够感应车辆位置及尺寸大小（高度及宽度）的感应器。

一个门架，用来支撑水平滚筒和垂直滚筒的，一个双向的驱动电机，使门架

能够既能向前运动也能向后运动；

一个可以控制水平滚筒上下移动的电机；

一个可以控制水平滚筒及其两侧垂直滚筒转动的电机；

一个可以控制两侧垂直滚筒向中间靠拢或向两侧分散的电机。

整套控制系统都是由PLC控制：

：

车辆检测位置限位开关；

水平滚筒的上限位开关；

垂直滚筒左右限位开关；

门架的前位置限位开关；

门架的后位置限位开关。

自动洗车过程

首先车辆停在检测区，按下启动按钮后，若尺寸大小符合冲洗条件，则门架

预热10秒后开始动作，10秒结束后指示灯亮起，门架有20秒钟的自动调整。20

秒时间内门架移动到距离车体车头处的位置，上滚筒下移距离车顶部15cm处，

左右滚筒向中间靠拢，至垂直滚筒距离车体两侧15cm处。若车辆尺寸超出门架

的范围，则门架不动作，同时发出警报的蜂鸣声。

门架到位后，停顿5秒钟，5秒结束后开始洗车的工作。若在此5秒内按下

暂停键，可以手动调整滚筒的位置，按下继续键后，重新停顿5秒，然后开始洗

车的工作。

水平滚筒与垂直滚筒开始正向旋转，同时门架开始向前移动。设计中，喷水

泵与滚筒旋转电机同时被激活。

门架继续向前移动，当门架移动到车辆尾部时（位置传感器控制）3秒后门

架停止移动，同时滚筒停止旋转；再3秒钟后，门架开始后移滚筒开始反向旋转。

门架向后运动，直到移动到车辆的车头位置，3秒后门架停止移动，同时

滚筒停止旋转。喷水环节结束，再3秒钟后，开始喷洒清洁剂

3秒结束后，水平滚筒与垂直滚筒开始正向旋转，同时门架开始向前移动。

设计中，喷清洁剂的水泵与滚筒旋转电机也是同时被激活。

门架继续向前移动，当门架移动到车辆尾部时（位置传感器控制）3秒后门

架停止移动，同时滚筒停止旋转；再3秒钟后，门架开始后移滚筒开始反向旋转。

门架向后运动，直到移动到车辆的车头位置，3秒后门架停止移动，同时

滚筒停止旋转。喷撒清洁剂结束，再3秒钟后，开始第二次喷水。

水平滚筒与垂直滚筒开始正向旋转，同时门架开始向前移动。设计中，喷水

泵与滚筒旋转电机同时被激活。

门架继续向前移动，当门架移动到车辆尾部时（位置传感器控制）3秒后门

架停止移动，同时滚筒停止旋转；再3秒钟后，门架开始后移滚筒开始反向旋转。

门架向后运动，直到移动到车辆的车头位置，3秒后门架停止移动，同时滚

筒停止旋转。第二次喷水环节结束，清洗结束。

清洗结束后，洗车机归为，即垂直滚筒移动到左右极限，上滚筒移动到上极

限，门架移动到前位置极限。洗车机归位后，吹风机工作120秒后停止工作，整

个洗车过程结束。发出提示结束的蜂鸣音。

洗车机的其他命令及自动控制

，洗车机工作暂停，此时可以手动调整滚筒及其门架位置，按下继续键后，

在调整完成的位置继续先前的动作。

，重新启动时需将洗车机归位。

，报警发出蜂鸣提示音，洗车机停止工作。

当系统出错时蜂鸣报警器将进行报警指示，当洗车机出现以下几种情况时会

有报警警示：

，因长时间工作可能引发的电机过热问题。

，线路老化，绝缘损坏，进水等都有可能造成短路问题。

全自动洗车机控制系统原理框图

通过以上方案的选择，：

洗车机控制系统方框图

洗车机的外型构造

该洗车机采用往复式洗车。汽车调整好位置固定不动，门架根据车辆的大小

及长度来回往复运动，实现对车辆进行清洗。

此设计的洗车机适合清洗在门架尺寸大小范围内的车辆。产品的主要组成部

分是清洗门架以及安装在门架上的两个垂直滚筒和一个水平滚筒，其外型就如一

个门框。

洗车前，车辆停放在待洗工作区，门框上的传感器来确定车辆的尺寸是否符

合清洗的范围，若符合，则继续下一步动作，若不符合，洗车机发出蜂鸣，不进

行下一步动作。门架上臂两侧的检测器检测车辆是否正对着门架中央，同时对于

没有正对着门架中央的车辆进行自动的调整。

水平滚筒安装有一个微波测距传感器，用来检测滚筒距离车辆顶部的距离，

同时调整水平滚筒，使水平滚筒始终距离车辆顶面15cm处。从而实现能根据车

的起伏进行调整水平滚筒的高度。

门架上方安装有用来感应洗车门架是否到达车辆尾部或者头部的感应传感

器。从而可以判断是否对整个车身完成了清洗，然后进行往复运动。

另外还有一归位开关，来控制滚筒及门架的归位。

门架的下方是一个门架归位传感器，用来检测门架是否归位。实现往复的清

洗。

当汽车出现在待洗区域时，按动启动按钮，尽可以轻松地完成对车辆的清洗。

图

主电路图由四个电动机组成，还包括一些元器件，具体作用如下：

符号 器件 用途

M1 电动机1 控制水平滚筒的上升和下降

M2 电动机2 控制滚筒的正向旋转和反向旋

M3 电动机3 控制门架的前进和后退

M4 电动机4 喷水泵喷水

FU0 总断路器 保护总电路

FU1 电机1断路保护电动机1电路

器

FU2 电机2断路保护电动机2电路

器

FU3 电机3断路保护电动机3电路

器

FU4 电机4断路保护电动机4电路

器

Q0 总电路开关 闭合、断开总电路

Q1 电机 1开关 闭合、断开电机1电路

Q2 电机 2开关 闭合、断开电机2电路

Q3 电机 3开关 闭合、断开电机3电路

Q4 电机 4开关 闭合、断开电机4电路

KM1 继电器1 闭合、断开电机1的正转

KM2 继电器2 闭合、断开电机1的反转

KM3 继电器3 闭合、断开电机2的正转

KM4 继电器4 闭合、断开电机2的反转

KM5 继电器5 闭合、断开电机3的正转

KM6 继电器6 闭合、断开电机3的反转

KM7 继电器7 闭合、断开电机4的正转

FR1 热继电器1 保护电机1

FR2 热继电器2 保护电机2

FR3 热继电器3 保护电机3

FR4 热继电器4 保护电机4

第3章 系统中应用的传感器技术

关于传感器

传感器是能将物理量、生物量、化学量等信号转换成电信号的一种器件。它

的输出信号有多种不同形式，如电压、频率、脉冲、电流等，能够满足信息的传

输、记录、显示、处理、控制等要求，在自动控制系统和自动检测系统中是不可

缺少的元件。如果可以把计算机比作人类的大脑，传感器就相当于认的五官，正

因为传感器能正确感受被测量并把感受到的信息量转换成相应输量，系统才能够

坐车正确的指令，决定着整个设备的运行。在自动化设备中，自动化程度越高，

系统对传感器要求也就越高。

在今天的信息化时代，信息产业包括了信息的传输、采集、处理三个部分，

也就是通信技术、传感技术、计算机技术。现在，计算机不仅对传感器的精度、

可靠性、响应速度、获取的信息量要求越来越高，还要求其成本低廉且使用方便。

这是因为计算机技术和通信技术借助于超大规模集成电路的快速发展，应经达到

了相当发达的地步，传统传感器因为功能、特性、体积、成本等原因已经很难以

满足现代高标准的要求而逐渐被淘汰。现在，世界上的发达国家都已经加快了对

传感器新技术的开发与研究，并且也都已取得了很大的成就。

传感器作为获取信息的主要途径与手段，在自然和生产领域中早已发展了多

年，已经渗透到生活、宇宙开发、海洋探测、工业生产、环境保护、生物工程、

资源调查、医学诊断、甚至文物保护等等相当之泛的各个领域。可以毫不夸张地

说，从浩瀚的海洋，到茫茫的太空，各种简单或复杂的工程系统，每一个现代化

项目，都离不开各种各样的传感器。

传感器的发展

传感器的分类

物理型：根据传感器的几何形状以及所用材质进行工作；

化学型：利用电化学反应原理；

生物型：利用生物活性物质选择性。

分为温度传感器、 流量传感器、压力传感器、湿度传感器、浓度传感器、力

学量传感器、磁学量传感器、光学量传感器、气体传感器等。

根据传感器输出信号：模拟信号和数字信号；根据传感器使用电源与否：有

源传感器和无源传感器；传感器的能量来源：能量控制型和能量转换型传感器；

按可变电参量：电阻型、电感型或电容型；按传感器技术发展：聋哑传感器(Dumb

Sensor)、智能传感器(Smart Sensor)、网络化传感器(Networked Sensor)。

传感器在本设计中的一些应用

这一想法是基于现代汽车的自动泊车思想，在汽车自动泊车过程中，汽车的

挡位一直处在倒档即R挡，此时倒车雷达启动，汽车控制系统此时控制装置在车

尾保险杠上的雷达发出超声波，当遇到障碍物时，传感器接收到由障碍物反射的

回波信号，然后控制器对回波信号进行处理，进而计算出障碍物与车体之间的距

离，当判断出障碍物的位置对泊车由障碍时，对显示器发出信号，由显示器显示

处距离障碍物的距离并发出警示信号，从而达到倒车时不撞上障碍物。

在本设计中，把自动泊车应用到的技术加以转换，用来本设计方案中的自动

检测及调整车辆位置。在门架上方的水平支撑两侧各安装有一个超声波测距传感

器，通过感应两个超声波测距传感器测量距离车辆两侧的距离，然后根据距离的

差值对车辆，PLC产生控制信号，来调节下方的工作平台，对车辆位置进行调整。

当两侧的雷达对距离车辆两侧的距离值一样时，车辆调整完成，车辆正对门架中

央。

。

此过程应用的是多普勒探头是利用多普勒原理设计的微波移动物体探测器。

所应用的技术是从自动门设计理念发散而来，应用的传感器是多普勒探头。在自

动门识别中，当检测到有移动物体经过时，多普勒探头能够通过多普勒效应检测

到移动的物体，控制门的开合。 在此设计中，多普勒探头与感应门原理取反。

在门架的侧臂安装多普勒探头，在洗车过程中，汽车相对移动，每当门架移动到

车辆尾部或者头部时，微波反射检测结果为有移动变为静止，此时，控制系统控

制相应模块产生一个低脉冲，通过对低脉冲的计数来达到门架反复运动，实现对

车辆的清洗。

设计思想是从车辆安装的侧方感应障碍物雷达系统获得的。汽车侧方雷达应

用中，在控制器的控制下，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍

物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，从而计算

出车体与障碍物之间的距离，判断出障碍物的位置，再由显示器显示距离并发出

警示信号，从而使驾驶者倒车时不至于撞上障碍物。

安装在水平滚筒上的车顶面感应雷达，按照50hz的频率进行发射与接收，实

第4章 全自动洗车机的控制及运动

全自动洗车机运动控制简介

在洗车过程中，一般情况下全部是由系统控制自动完成对滚筒的移动及旋转、

门架的前后移动控制。本着安全的设计理念，加入了手动控制的操作，手动操作

滚筒及其门架动作必须是在所都动作都暂停的情况下才能操作。在操作台上，手

动按钮有 开始、停止、复位、暂停、继续、滚筒上移，滚筒下移，滚筒靠拢，滚

筒分散，门架前移，门架后移。其中开始、停止、复位、暂停、继续是有自动保

持功能的，即按一下即可保持相应的状态；而对于滚筒上移，滚筒下移，滚筒靠

拢，滚筒分散，门架前移，门架后移这些按钮，一定是在暂停状态下才有效，工

作状态下按下无效，并且这些按键没有状态保持功能，若要他们继续动作，需要

一直按压。这种设计是出于安全因素的考虑。

滚筒的控制

水平滚筒式根据车辆的高度而定，安装在滚筒上的传感器会实时检测滚筒到

车辆的顶棚的距离，同时会向PLC发送一信号，通过这个信号可以让水平滚筒根

据车辆顶棚的起伏进行升降。从而完成对不同车型顶棚的清洗。因车辆的侧面一

般起伏不大，因此没有对滚筒与车辆侧面距离进行实时检测。当循环结束时，水

平滚筒与垂直滚筒会通过PLC控制系统发出的归位信号自动归位。

滚筒旋转与门架的前进后退

滚筒的旋转与门架的前进后退都是通过PLC一连串的控制程一步步实现的。

在本设计方案中，滚筒的旋转和停止与滚筒以及门架的移动方向是相互关联同步

进行的。门架的前移与滚筒的正向旋转是同时进行的，门架的后移与滚筒的反向

旋转是同时进行的。正向运动与反向运动之间的转换是根据检测洗车机是否清洗

完整个车身产生的脉冲信号计数控制的。当检测到第一个高脉冲时，洗车机开始

工作，门架向前移动与滚筒正向旋转同时被激活；当检测得到第一个低压脉冲时，

门架停止移动，滚筒停止旋转，5秒钟后，门架开始后移，同时滚筒开始反向转

动；当检测到第二个低压脉冲时，门架的后移与滚筒的方向旋转停止，5秒钟后，

门架开始再次正向运动，滚筒再次正向旋转；如此往复，对车辆进行清洗的动作。

另外需要提到的时在设计中，电机在开始反方向转动时，都会有一个5秒钟的延

迟，这样做的目的是考虑到瞬间的反向电流很大，可能会烧坏电机，因而对电机

加以保护。

全自动洗车机中的手动控制

在PLC的控制系统中，手动控制的存在很十分重要。在系统运行过程中，总

会有些不可预见的突发情况。手动控制的存在可以有效的减少不可预见情况带来

的危害，同时，还可以针对车辆某个部位来回反复的清洗。当然，在进行手动控

制时，必须停止自动控制，以防逻辑关系发生混乱，当手动控制完成后，可以选

择归位或者在停止的地方继续自动控制。

全自动洗车机故障时的操作及控制

在本设计中，针对系统及设备可能发生的故障，我在PLC的程序里加入了报

警检测和报警蜂鸣系统。当出现电机过热，电机短路，等故障时，PLC控制系统

会立即切断电源对设备进行保护，同时故障灯会亮起，发出报警的蜂鸣声。自动

断电可以有效地在故障发生时保护系统和设备不受到破坏，蜂鸣声和报警指示灯

提示设备存在故障，不能运行。在排除故障后，若要设备重新运行，开启设备后

需要手动按下归位键使洗车设备归位后才可以重新运行。

控制程序流程图

本洗车控制系统可以用以下流程图清晰、直观、形象地反映全自动洗车的全

过程，。

图

第5章 控制系统编程

关于梯形图编程

梯形图编程是我们熟知的PLC中使用最为频繁的图形编程语言，同时也是

PLC应用中的第一编程语言。开发人员如此热捧PLC中的梯形图语言，主要原因

是梯形图语言同电器控制系统中的电路图十分相似。其优点是直观易懂，对于工

厂电气人员来讲很容易被掌握，对于开关量逻辑控制十分适用。也是这个原因，

梯形图常被称之为电路或程序，而梯形图的设计也称为编程。此外，梯形图能够

成为PLC应用中的第一语言，还因为具有以下几个十分重要特点：

首先，PLC梯形图中相当一些编程元件沿用了继电器的名称，比如内部辅助

继电器、输入继电器、输出继电器等，但与真实的物理继电器(即硬件继电器)又有

不同，仅仅是在软件编程中使用的编程元件。在编程中，每一编程元件和PLC存

储器中的元件映像寄存器的两个存储单元相对应。举个例子，对于辅助继电器，

如若该存储单元是0状态，在梯形图中对应的编程元件的线圈的状态就是“断电”，

若果是常开触点则断开，若是常闭触点则闭合，称该编程元件为OFF，或称该编

程元件为0状态。如若该存储单元是1状态，则对应编程元件的线圈是“通电”状

态，此时其若是常开触点则接通，若是常闭触点则断开，称该编程元件为ON(接

通)，或者称该编程元件为l状态。

第二点：梯形图的逻辑解算是指，根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，

求出与图中各线圈对应的编程元件的状态是ON或者OFF。梯形图的逻辑解算是

按照从左至右、从上到下的顺序进行的。其解算出来的结果，可以马上被后面的

逻辑解算利用。需要注意的是，逻辑解算的根据是输入映像寄存器中的值，不要

认为是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。

另外，在梯形图语言编程中，各编程元件的常闭触点和常开触点都是可以被

多次使用。

最后，决定输入继电器的唯一取决于对应的外部输入电路的通断状态，因此

在梯形图中不能出现输入继电器的线圈。

本设计中的梯形图设计

在这个控制系统设计中，梯形图程序是通过CX-Programmer-one软件进行编

译的，编程语言是欧姆龙的专用语言，但与西门子、三菱、施耐德等的PLC的语

言大体一致。PLC控制系统的设计基本原则是：最大限度的满足被控对象的控制

要求；在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便；

保证控制系统安全可靠。

本程序采用PLC的基本编程语言---梯形图语言。梯形图程序设计语言是用梯

形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程

序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条

件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左

面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计

语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人

员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形

图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。

本梯形图程序设计语言的特点是：

（1）与洗车机原理图相对应，具有直观性和对应性；

（2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对技术人员来说，易于撑握和理解；

（3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流不是实际意

义的能流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继

电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；

附录1是全自动洗车机软件程序梯形图。

PLC接口对应表

总启动

总停止

暂停按钮

继续按钮

复位按钮

多普勒探头感应

检测车辆是否在待洗区

水平滚筒自动控制

垂直滚筒自动控制

手动水平滚筒上升按钮

手动水平滚筒下降按钮

手动垂直滚筒靠拢按钮

手动垂直滚筒分散按钮

水平滚筒上极限位置开关

垂直滚筒左右极限位置开关

手动门架向前移动

手动门架向后移动

启动继电器

开始自动调整车辆位置

自动调整车辆位置完毕

暂停保持

复位保持

暂停指示灯

工作指示灯

蜂鸣器

故障指示灯

归为指示灯

洗车完毕洗车灯

短路故障

电机过热故障

蜂鸣停止按钮

结 论

本设计的目的是通过PLC控制，实现对车辆的自动清洗。在设计中，我对现

有的洗车机进行了调查与研究，通过观察现有洗车机的工作情况，熟悉洗车机的

工作流程，然后根据观察到的结果对自己设计的洗车机的工作流程有了初步的设

想。同时，在对自己设计的洗车机进行流程规划时，也针对现有的洗车机工作方

式提出了自己的看法与见解，并把它们加入到了我自己研究的控制系统设计当中。

在本设计中，用来对洗车机系统进行控制的是PLC。当然，为了能够达到全

自动化的目的，整个系统中还使用了各种传感器，用来配合系统是洗车设备能够

更加完善的工作。比如在车辆自动调整环节用的双超声波测距传感器，用来检测

洗车机是否清洗完整个车身的多普勒探头等。

本次的设计基本达到了预期的目的，通过合理的编程、参数的设置以及与传

感器的相互配合。使洗车设备能够高效、准确、彻底的对车辆进行全自动的清洗。

而且操作平台简单易懂，一看就会。设备的稳定性及其安全性都有保障。大大改

善了以前靠人工洗车的状况，大大降低了人员的劳动强度及危险系数。在当今高

效快节奏的大社会环境下，这种全自动洗车设备十分适应大众的需求，有助于推

动公共事业的发展。我国的汽车数量巨大，而且一直呈现上升的趋势，可以预测，

采用PLC控制的全自动洗车机一定会有广泛的市场。

毕业设计是对我的本科学习成果一个非常好的检验。在本次的毕业设计过程

中，很好的把大学期间所学习的理论与实际情况结合。通过对实地的调查与走访，

第一次真正的感受到了自己在大学期间所学习的知识在实际生活当中的应用。摆

脱了以前对专业知识枯燥的看法，所学的东西都鲜活了起来。同时，在这次设计

中，通过对PLC的使用与了解，对PLC也有了新的了解与认识。知道了一些以前

所不知道的设计中的禁忌。也深深的对PLC功能的强大，也切实感受到了自己所

学到的东西还是很少，今后还要继续加强对专业的学习。学无止境！

在整个设计过程中，为了使设计的系统能够更加的完善，查阅了不少的文献

资料、期刊、学术著作以及专业书籍等。对图书馆书籍以及文献查找水平也有了

提高。同时在论文的写作过程中，熟悉了对wps及office办公软件的应用，这也

算是我在毕业设计中的一个额外的收获吧。

在进行设计的过程中，最大的感触就是学海无涯。自己四年内学到的东西太

少，仅仅是初窥科技世界的一些零星半点。而且自己对已知的东西不能综合利用。

当然，整个设计做下来，学到了不少的书本以外的东西，比如通过对大局的把握

知道了合理安排的重要性，要有所舍取。

总之，这次的设计不仅仅是简单的毕业设计，更多的是对自己综合能力的一

种锻炼。对学以致用这一词语的一种体验。也是通过这次的设计，自己对以后的

工作内容有了初步的了解及认识，在毕业后参加工作时，将会以一种自信沉稳的

心态面对。从这种意义上来讲，这次的毕业设计也是对自己以后工作的一种演习。

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附录 PLC梯形图