摘要：目前国内外还没有针对高楼外墙清洗的问题提出完整的系统解决方案，一些高楼大厦外墙经过风沙灰尘的侵袭，会吸附很多污渍在上面，经过长时间的风吹日晒没有及时清洗便会形成难以处理的污垢，难以去除，甚至还会加速建筑外层的风化。为此本设计提出一种高楼外墙清洗的装置，本设计涉及PLC对系统的控制，利用编程PLC的程序来控制步进电机，喷水装置，感应器等等。通过控制PLC程序指令来控制机器，达到一种人工智能机器清洗效果。
关键词：PLC、步进电机、位置感应器。
1 引言
改革后的中国的发展非常迅速，各大城市中的高楼大厦犹如春雨的竹笋，一个接着一个往天上生长，现在的大城市早已琳琅满目。但是这些大楼中有的所处工厂或者有风沙废气污染的环境之中，有的更是历经较长岁月的风尘洗礼后早已经满是难以除去的污垢，这些污垢中有的含有酸性的化学成分，又没有得到及时清洗处理，就会对大楼的表面慢慢的腐蚀渗透，加速了大楼的外墙表面破坏，缩短建筑使用寿命[1]。
2结构设计及其工作原理
本设计外墙清洗机整体结构由设备部分，控制部分，监控反馈部分三个主要部分组成。设备结构部分由步进电机，水泵，机械臂，行程导轨，高压水枪，位置传感器等设备组成，这些结构部件都受控制部分设计的程序控制，可对某一个结构单独控制，也可以按设计的控制系统所写的程序所有设备按步进顺序的运行。控制部分的结构主要是三菱PLC可控编程器，电脑GX Developer，组态王软件等，它们的作用是按清洗的要求设计符合的执行程序，对各设备结构的运行进行控制；监控反馈部分主要是由距离感应器和高清摄像头组成，距离感应器按照设计的距离在合适的位置进行清洗作业，作业过程的情况由高清摄像头收集清洗数据，反馈回电脑，再对反馈回来的数据进行液清洗。
3 设备部分
设备部分由步进电机，水泵，机械臂，行程导轨，高压水枪等组成，主要的作用通过水泵输入端连接的水管吸水，水泵的输出端连接吸水的水管，输出端水管的另一头接上高压水枪，在喷水清洗的外墙的时候通过调节高压水枪来调控水流量的大小。机械臂的作用是操作高压喷头清洗的方向和轨迹，把水管固定在机械臂的身体上，喷头固定在机械臂的控制末端，便于操纵高压喷头。在需要清洗的外墙高楼顶上的围栏上固定好行程导轨，导轨用丝杆便于控制，防止运动过程打滑，再由步进电机带动导轨旋转，导轨上连接滑块，滑块连接机械手臂，通过电机旋转带动滑块上的机械臂达到横向移动的目的[2]。
3.1控制部分
控制部分由电脑和三菱PLC可控编程器来设计各类电路图，控制电路和一些开关，电机等等。
4 PLC系统组成及各部分功能
4.1各部分的作用。
CPU运算和控制中心起“心脏”作用,组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
存储器,具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。
常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3至5年。
输入/输出接口,光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
输出接口,工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。
4.2 PLC的基本工作原理
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
1．每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。
2．输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度；（2）指令本身占有的时间；（3）指令条数[3]。
6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟
三菱PLC采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。根据以上三菱PLC的功能和特点完全可以实现这一高楼外墙清洗机的设计。
4.3 总流程运行设计说明
首先按下水泵启动按钮启动水泵，再根据清洗外墙的位置进行行程导轨的左右移动，既调节S4,S6按钮（左右移动过程可以随时按挺移按钮）。当行程导轨的滚珠丝杆到达合适的位置按下控制行程导轨运行电机的停止按钮，停止滚珠丝杆的横纵向移动，进行下一步机械手的前后伸缩运动，机械手也到达了高压喷头清洗的合适位置时，就按下水泵启动按钮启动水泵，打开高压喷头，调节好它的压力即可进行清洗作业。清洗的过程可以由安装在机械臂上的高清摄像头进行视察作业状况，当一个清洗的位置清洗达到清洗目的的标准时，可以控制机械臂左右前后的移动，进行换位，当机械臂的高压喷头工作点靠近适当的距离时，就可以进行重复的清洗步骤，机械臂的位置与墙的距离可以根据位置传感器来感应。避免碰撞同时也能取到合适的位置。当需要清洗的外墙清洗完毕后，先关闭水泵，在关闭高压喷头，然后撤回机械臂和行程导轨。这就是一套完整的清洗工作流程。
5 总结
在这次设计中有许多困难缠绕着我，例如；步进电机输出脉冲数量去定位行程导轨时会发生偏差，因为步进电机运行会失帧，掉的帧数就产生了位置的偏差，达不到精准的效果，于是采用了滚珠丝杆来进行微定位能提高它的精准度，位置传感器太容易受磁场的干扰。通过这次设计，在学习和遇到的困难并寻求解决问题的方法过程中，对PLC有了一个更高层次的认识。这次的设计经历会使我继续努力学习PLC，以更好地心态去学习通信技术，弥补自身技术知识存在的不足，努力的把自身所学的PLC技术运用到实际生产中去。
本项目由2019年自治区级大学生创新创业项目支持（NO. 201910605083）
6 参考文献：
[1] 《传感器的理论与设计基础及其应用》，单成祥 编著.国际工业出版社 .2002.
[2] 《传感器技术与应用》.金庆发编著.机械工业出版社.1994.
[3] 《传感器及其应用》.张金铎 金欢阳名编著.西安电子科技大学出版社，2002.