全自动洗车机毕业设计(4)

第4章 电气控制系统电路设计

4．1 电动机的选择

电动机的选择包括电动机的种类、功率、电压、形式和转速等。

从种类选择上来讲，电子驱动系统主要有直流驱动控制系统和交流驱动控制系统。直流驱动控制系统以直流电动机为动力，交流驱动控制系统以交流电动机为动力。由于直流电动机具有良好的调速性能，一般用于控制精度和要求比较高的设备。常用的交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步交流电动机与直流电动机相比较，具有结构简单、价格便宜、运行可靠、坚固耐用、维修方便等特点。所以选择异步交流电动机。

本系统共需要7台电动机。其中包括裙刷旋转电动机2台，侧刷旋转电动机4台，水泵电动机1台。根据水泵的流量和扬程的需要，在选择水泵时，选为Y 系列三相异步电动机。主水泵电机功率为3KW,而根据工况的要求，本系统其余电机也均选用交流异步电动机。

汽车清洗机中的电动机的功率的选用，一是取决于各机构完成加工工艺中消耗的有效功率；二是取决于传动系统中消耗在摩擦上的功率；三是取决于克服各种机构惯性而消耗的功率，一般情况下无法精确计算，但通过参考其他汽车清洗机的情况，采用类比方法，本系统确定选用的电动机型号为Y3-200L2-6E,额定电压为380V。侧刷电机为0.55KW，裙刷电机为0.37KW的交流异步电动机。

额定功率相同的电动机，转速高、体积小、造价低，但如果输出转速要求较低，则减速机构越复杂，成本也会上升。综合考虑通道式电脑洗车机的实际情况，选定电动机的额定转速为1500r/min。

4．2主电路的设计

公交车清洗设备需要控制7台电动机的运行，每台电动机只需要控制启动、停止即可。

现以其中一台电动机为例，电动机启动、停止控制电路如图4-1所示。

图4-1 主电路控制图

公交车清洗设备供电电源为三相380V交流电。主电路电源开关根据清洗设备在最大功耗状态下的峰值电流，选择低压断路器QA9，完成过载、短路及欠电压保护功能。电动机MA1由接触器QA11控制启动和停止。低压断路器QA1对电动机MA1实施过载、短路及欠电压保护功能。

4．3控制电路的设计

根据总体方案设计，控制电路采用PLC控制系统，因此较继电器控制，本控制电路省略了很多按钮，简化了线路。在控制电路中除要求通过编程来实现各毛刷的自动运行控制外，还应该对各毛刷的运动进行手动控制。手动控制的实现可通过PLC的编程使对应毛刷的控制线路接通，实现毛刷的控制要求。

在公交车清洗设备的整个运行过程中，要求控制水泵与裙刷、侧刷的运动协调一致，以保证清洗过程的顺利进行。在清洗过程中，车辆运行位置的检测是由各个位置的光电开关完成的，光电开关把检测结果输入到PLC中，由PLC控制相

应的执行机构。

4．4模拟电路的设计

1. 电流互感控制器的设计

采用模拟电路设计的“电流互感控制器”电路图如图4-2所示。这种方案的实现是用两块运算放大电路和门电路搭接一个比较器，对电流传感器的测量信号与电位器给定信号进行比较，来实现对毛刷的控制[3]。

图4-2 模拟电路设计的“电流互感控制器”电路图 2个裙刷、4个侧刷与车辆的清洗距离定位采用电流互感控制器，在毛刷转动的电机的主回路中装设电流传感器，根据电流传感器的电流信号自动控制毛刷

与车的距离。电流传感器检测毛刷旋转时的工作电流，通过现场调节，确定毛刷与车身的最佳距离。在工作时，当毛刷靠近车身时，与车体的摩擦力增大，电动机的负载增加，使得电机工作电流逐渐增大，当电流增大到设定值时认为毛刷与车身的距离刚好合适，这时控制系统就让毛刷停下来，如果电流继续增加，就让毛刷远离车身。当毛刷与车身的距离达到最佳时，电流传感器输出的电压值就是设定值，在2.7V～3.0V之间。设定值可以在调试时候根据现场实际情况进行修改确定。

其具体控制过程如下：

(1) 洗车机刚开始运行时，毛刷与车身还未接触，电流传感器检测输出的电压值低于2.7V，LM339左输出高电位，右输出为0，使得KF1导通，KF2截止，从而电磁阀磁铁MB11得电，MB12不得电，三位四通电磁换向阀左位接通，气缸进气驱动毛刷支撑架转动，使毛刷靠近车身。

(2) 当毛刷一直靠近车身，传感器输出的电压值一直增大，直到达到 2.7V 时，满足3.0V≥U≥2.7V，LM339左输出为0，右输出为0，使得KF1截止，MB11不得电，KF2截止，MB12不得电，三位四通电磁换向阀工作在中位，毛刷支撑架停止转动，毛刷一直在最佳的清洗距离范围内清洗。

(3) 当洗车机在最佳距离清洗时，若车辆突然靠近毛刷，则毛刷与车体的摩擦力增加，传感器输出的电压值大于3.0V时，LM339右输出高电位，左输出为0，使得KF2导通，KF1截止，从而电磁阀磁铁MB12得电，MB11不得电，三位四通电磁换向阀右位接通，气缸排气，活塞杆退回，从而气缸驱动毛刷支撑架回转，使毛刷远离车身，直到再次达到最佳的清洗状态。

对于③④号侧刷而言，它不但完成对车身两侧面的清洗，还相互配合完成对车后面的清洗。当④号侧刷清洗完车身右侧面后，车辆要驶离④号侧刷时，由于毛刷与车身的距离要变大，传感器输出的电压值要降低，直到低于2.7V后，则LM339左输出高电位，右输出为0，使得KF1导通，KF2截止，从而电磁阀磁铁MB11得电，MB12不得电，三位四通电磁换向阀左位接通，气缸进气驱动毛刷支撑架转动，使毛刷靠近车身。而此时车辆还一直在驶离毛刷，气缸也在驱动着毛刷支撑架转动，就在毛刷支撑架转动的过程中，就在清洗着车辆的后面，直到转动到最大极限角度为止。最后④号毛刷支撑架在气缸的驱动下回到了初始位置。

③号毛刷清洗车身后面的过程同④号毛刷相一致，共同来完成清洗工作。

2. 主要元件“四电压比较器LM339”简介

LM339电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：

(1) 失调电压小，典型值为2 mV；

(2) 电源电压范围宽，单电源为2～36V，双电源电压为±1V～±18V；

(3) 对比较信号源的内阻限制较宽；

(4) 共模范围很大，为0～（Ucc-1.5V）；

(5) 差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；

(6) 输出端电位可灵活方便地选用。

LM339集成块采用C-14型封装，外型及管脚排列如图4-3所示。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用.

图4-3 LM339引脚功能配置图

LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3～15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。