基于PLC的自动洗车机系统设计.docx
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基于PLC的自动洗车机系统设计
基于PLC的自动洗车机系统设计
摘要:
针对目前市场上洗车方式存在的洗车速度慢、劳动成本高等缺点，设计了一款基于三菱ＦＸ２Ｎ－４８ＭＲＰＬＣ的自动洗车控制系统，通过ＰＬＣ系统传递指令信号，实现自动洗车的功能，大大提高了洗车的工作效率。
软件调试的结果表明：
基于ＰＬＣ的自动洗车控制系统设计可靠，能够满足设计需求，可应用到实际工作场合。
关键词:
自动洗车ＰＬＣ控制系统设计
ApplicationofPLCandservoinsortingandsortingofmobilephoneshell
Abstract:
Aimingatthedisadvantagesoflowspeedandhighlaborcostofcarwashingonthemarketatpresent,anautomaticcarwashingcontrolsystembasedonMitsubishiFX2N-48MRPLCisdesigned,andthecommandsignalistransmittedthroughPLCsystem.Thefunctionofautomaticcarwashingisrealized,andtheworkingefficiencyofcarwashingisgreatlyimproved.TheresultsofsoftwaredebuggingshowthatthedesignofautomaticcarwashingcontrolsystembasedonPLCisreliable,canmeetthedesignrequirements,andcanbeappliedtopracticalwork.
keyword:
automaticcarwashPLCControldesign
第一章引言2
1.设计汽车自动清洗装置的目的和意义2
2.汽车自动清洗实现的目标4
第二章PLC的简介5
1.可编程控制器（PLC）的简介5
第三章系统对电气控制的要求11
（1）功能完善13
（2）模块化结构，硬软件开发方便14
（3）操作方便，维护改造容易14
（4）性能稳定，可靠性高14
（5）具有较高的性价比14
（1）根据被控制对象的控制要求，确定整个系统的输入、输出设备的数量，从而确定16
第四章自动洗车控制系统总体方案17
1.控制系统总体方案17
2.自动洗车控制系统工作流程17
3.自动洗车控制系统在使用时根据实际情况选择工作方式。
18
第五章控制系统硬件设计19
1.PLC的选型19
2.PLC控制系统类型21
3.系统的运行方式21
4、PLC的停运方式22
5.系统硬件设计根据22
6.PLC的机型选择23
7.输入/输出模块的选择23
8.系统硬件设计文件25
第六章控制系统软件设计27
1.I/O点的估算27
2.PLC的选择27
3.I/OD的分配27
4.控制系统SFC图和阶梯图的设计28
第七章PLC自动洗车控制系统调试29
1.调试前准备29
2.系统的调试29
3.调试结果29
结语：
30
参考文献：
30
第一章引言
1.设计汽车自动清洗装置的目的和意义
自从19世纪第一辆汽车诞生以来，汽车行业随着现代科技技术的发展有了质的的飞跃，随着时代的发展，人们生活水平的提高，人们对汽车的需求量也逐渐提高，随之而来的便是汽车的维修保养，其中汽车的清洗便是不可缺少的一部分。
目前，国内的汽车清洗由传统的人工手洗完成。
对于当代社会，高科技的发展实现了各行各业的自动化控制，但是在汽车清洗这个行业，大部分仍是靠人工手洗来完成的。
传统的洗车行业通常由人工完成，利用人力资源，对汽车进行涂抹泡沫，然后采用高压快速水枪，利用水泵和水枪对汽车进行冲洗，再在太阳光及风等自然条件下，让清洗的汽车进行自动风干。
虽然可以达到清洗汽车的目的,但过分依赖于劳动力,操作时间长，洗车过程慢，并且浪费了大量的水资源，成本太高，消耗太大,不适合和洗车业的发展需求以及进步。
目前比较大型的汽车美容店，虽然实现了汽车的清洗、打蜡、喷漆等自动一体化工程，但成本依然比较高，它的自动控制洗车系统不是适用小型的或专门的汽车清洗店，因此，相对于二三线城市，汽车清洗行业有着很大的发展前景。
如何实现高效、高质量、低成本并且适用于小型汽车清洗店的自动清洗装置,就成了汽车清洗行业发展的必然需求。
因此，本次设计就是采用PLC的方式来操作，利用定时的装置，通过线路的通断来实现汽车自动清洗的流程。
它可以最大量的省下洗车的人力、物力的消耗，并且能够满足不同的客户需求，同时它也可以精准的、高质量的完成洗车任务，为洗车的人提供方便，而且能够节省很多水资源，符合当代建设环保社会的时代要求。
并且本次汽车清洗自动系统设计简单，投入少，适合不同地方洗车店的需要，尤其是中小型公司。
所以本论文专门研究PLC自动洗车控制系统的设计。
1.1市场上常见的汽车自动清洗机简介
它改变传统高压水枪只用水冲刷的清洗原理。
采用高速气体的流动配合水的硬雾气冲洗的新技术。
水被微小颗粒化利用，几十倍提高水的利用率，达到节水90%以上，并且让冲水，清洁，吹干等好几个功能集合在一起。
轻巧好拿，方便快捷，任何地方都可工作。
最大程度上的提高了用水的效率，并具备一定的冲击力，很有效地清洗和清洁车身及所有缝隙的灰尘和油污。
（汽车的门边、门缝、车牌、车头发动机组、人触碰不到的沟、缝、细孔等。
）水的使用量是是水枪的5%，消耗的能量是水枪的一半，其他设备没有办法比较的是彻底清洗细小的地方，很快的吹好的功能，水不会到处飞溅四处流淌（洗车后没有太多的污水）。
清洗车身、洗门缝、门边、发动机组，细小的地方能大显身手，油污厚重的地方也是很容易能够洗干净，并且快速的吹干。
1.2PLC控制汽车自动清洗装置设计内容
可编程序控制器及机器都应按照易于使工业控制系统形成一个整体，容易扩充它的功能的设计原则。
PLC是一种用程序来改变控制能的工业控制计算机，不仅能从应用、金钱、可靠性和对现场工作环境及设计资金等各个方面因素的考虑，这个系统使用S7-200系列PLC进行设计。
这个设计采用可编程序控制器PLC控制汽车自动清洗的精准稳定的运行。
通过PLC的选择性好和扩充拓展，电机及驱动方面的控制、检查元件型号上的选择、低压电器的选择、电源设计完成燃油锅炉的硬件设计部分。
通过STEP7软件以及仿真软件的模拟使用和调整试用完成汽车自动清洗装置的软件设计。
2.汽车自动清洗实现的目标
随着着经济条件的提高，人们的生活条件水平是越来越好，这几年来家用的小汽车也越来越多，城里面洗车的事情也是越来越繁琐，特别是大城市里洗车越来越麻烦。
随着时代的发展，人们生活水平的提高，汽车的数量也越来越多，洗车产业也越来越壮大，如何在众多的从业者中脱颖而出，抢先使用PLC的汽车自动清洗装置提升服务质量。
它可以最大程度上的节省洗车的人工和资源，为社会空出大量人工劳动，提供客户更加快捷的服务，在这个高速发展的的时代无疑具有极其巨大的市场价值和竞争优势。
同时它也节约更多的水资源，实现建设节约型社会的时代需要。
同时也实现了手工业向自动化方向的转变。
第二章PLC的简介
1.可编程控制器（PLC）的简介
1.1可编程控制器的发展
第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。
当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间速度快、控制精准高、可靠性好、控制程序、可随便改变工艺、方便与与计算机接口、维修方便等诸多高质量功能。
这个想法提出来以后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，并且使用到通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新时代。
第一台PLC具有模块化、可以拓展，可以再次编程，并且适用于工业环境的特性。
这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。
尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准—梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。
在短短的时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。
到70年代初，各个行业的工业部门都开始使用PLC代替继电器控制机器，迈出了其实用化阶段的第一步。
70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位小处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。
在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。
在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的PLC，我们国家在1974年也开始研制。
70年代由于超大规模集成电路的出现，让PLC向大的模式以及高级性能方向发展，形成了多种系列化产品。
这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。
在功能上，PLC可以代替某些模拟控制设备和小型机DDC系统。
进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供很多功能的稳定的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调整生产，可以判断自己的毛病以及机器的损坏。
这些改进使PLC符合现在对高质量高产出的要求。
尽管PLC功能变得更强大，但他还能够保留了先前的简单与易于使用的特性。
1.2PLC控制系统的硬件
1.3PLC的性能特点
a）硬件的可靠性
PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于各种恶虐的环境中工作。
在硬件设计方面，首先是选用好的元件，再就是使用恰当的系统结构，加固，简化安装，使它能够承受住震动的冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。
例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；里面还装了电磁屏蔽的一些东西，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。
由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。
b）编程简单，使用方便
用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。
PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。
例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，不仅有了传统控制路线的清楚直接的感觉，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。
这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部加了对程序的解读，延长了时间的执行，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。
c）线路连接很简答，方便
PLC的接线只需将输入信号的机器（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。
接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。
PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。
这种性能使PLC具有很高的经济效益。
用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。
d）可连接为控制网络系统
PLC可连成功能很强的网络系统。
网络可分为两类：
一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500—2500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M—10Mbps，传输距离为500—1000m，网上结点可达1024个。
这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。
e）易于安装，便于维护
PLC安装的操作很容易，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。
在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。
长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。
从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。
由于几乎所有器件都是固定不动的，维护时只要更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。
PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。
一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。
1.4PLC的用途
PLC的一开始由于价钱高又因为控制器装置的原因,使其应用受到限制。
但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。
PLC的应用通常可分为五种类型：
a）顺序控制，这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。
PLC可应用于单个机器控制、多个机器一起控制、生产线的自动化控制等。
如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。
b）运动控制，PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。
在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。
每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。
相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置的个头更小，钱更低，速度更快，操作方便。
c）闭环过程控制，PLC能操控很多的物理方面的性能，比如温度、压力、速度和流量等。
PID（ProportionalIntergralDerivative）模块的提供使PLC具有封闭循坏的控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。
当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制计算方法会计算出正确的输出,把变化量保持在已设置好的数值上。
d）数据处理，在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。
著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。
为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。
通过窗口软件，用户可以自己一个人编程，由PLC送至CNC设备使用。
美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。
预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主要的控制和管理系统
e）通信和联网，为了配合这些年来工厂的自动化系统的要求、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。
作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：
1）电器开关的使用控制
2）运动控制
3）封闭循环过程控制
4）数据处理
5）通信联网
1.5PLC的工作原理
PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。
即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。
然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。
在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
a）输入采样
PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样，也称输入刷新。
PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。
在本工作周期内采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。
b）程序执行
PLC完成了输入采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理，再将程序执行的结果写入输出映像寄存器中保存。
但这个结果在全部程序末执行完之前不会送到输出端子上。
c）输出刷新
在执行到END指令，即执行完用户所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器C中进行输出，驱动用户设备。
PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个扫描周期（也称一个工作周期）。
在每次扫描中，可编程控制器只对输入采样一次，输出刷新一次，这可以确保在程序执行阶段，在同一个扫描周期的输入映像寄存器和输出锁存电路中的内容保持不变。
用户程序存储区：
用户程序存储区存放用户编制的用户程序。
不同类型的PLC，其存储容量各不相同。
电源：
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。
如果没有一个良好的、可得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。
微机一般采用等待命令的工作方式。
PLC则采用循环扫描工作方式。
在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。
如此周而不断循环。
每一个循环称为一个扫描周期。
一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。
所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。
这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O（输出）刷新”。
由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。
反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。
由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。
扫描周期的长短主要取决于这几个因数：
一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。
对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。
因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。
但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。
应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响
第三章系统对电气控制的要求
1.自动洗车机模拟装置简介
用洗车机实物操作不方便，代价大，所以用模拟装置代替实物。
用8个LED灯分别代替电动机前进接触器，电动机后退接触器，喷水电磁阀，喷清洁剂电磁阀，刷子电动机接触器，风扇吹干器接触器，启动指示灯，原点复位指示灯，停止指示灯。
用两个开关分别代替后限位开关和前限位开关。
2.系统对电气控制的要求
汽车金融自动洗车机后，按下启动开关SA1,启动灯D1亮，洗车机开始从车尾限位开关SQ1出向前移动，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷:
洗车机向前移到车前限位开关SQ2时，再向车尾限位开关移动，并继续喷水和刷子刷洗，来回移动喷水洗刷3次，进入清洗剂喷洒工序。
洗车机来回移动喷水洗刷3次后，停在车前限位开关SQ2处，开始向车尾移动，并向车身喷洒清洗剂，洗车机移动到车尾限位开关SQ1处时，喷清洗剂结束。
洗车机移动到车尾限位开关SQ1处时，开始向车前移动，每移动3秒停下，刷子开始洗刷5秒后停下，洗车机在向车前移动3秒停下，刷子开始洗刷5秒后停下一直到车前限位开关SQ2,洗车机向车尾每移动3秒停下，刷子开始洗刷5秒后停下，洗车机再向车前移动3秒停下，刷子开始洗刷5秒后停下一直到碰到车尾限位开关SQ1,完成洗刷一个来回结束。
洗车机移动到车位限位开关SQ1处时，开始向车前移动，喷水设备喷水刷子洗刷，碰到车前限位开关SQ2时，再继续返回向车尾移动，然后喷水和洗刷，来回4次，停在车位限位开关SQ1处，喷水和洗刷结束。
洗车机停在车位限位开关SQ1是风扇设备动作将车吹干，来回2次，洗车机碰到车尾限位开关SQ1停止移动，洗车整个流程结束，启动灯D1熄灭。
若洗车机运行中发生停车或故障，则故障排除后通电，必须先按下远点复位按钮SA2，洗车机的喷水、洗刷、喷洒清洗剂、吹风等均需停止，并移动到原点限位开关SQ1处，原点复位灯D2才亮，表示洗车机复位工作完成。
3.系统的控制方案
洗车机的主运动是前后循环运动，有前后限位开关控制，同时不同的循环次序伴随不同的动作，如喷水、刷子洗刷、喷清洗剂及风扇吹干动作以及过程中遇到故障的处理等。
该系统的第一个控制要求是要求洗车机来回移动喷水洗刷3次，从车位限位开关向前移动，碰到撤退限位开关后后退，再向前移动，最后停在撤退限位开关;
第二个控制要求是洗车机从车头限位开关向车尾移动，此过程喷清洗剂，最后停在车尾限位开关处;
第三个控制要求是洗车机从车尾向前每移动3秒，刷子洗刷5秒，如此循环,直到碰到车头限位开关，再向车尾每移动3秒停下，刷子洗刷5秒，如此循环，直到碰到车尾限位开关:
第四个控制要求是洗车机从车尾限位开关开观察向前移动，喷水并洗刷，来回4次，停在车位限位开关处;
第五个控制要求是洗车机从车尾限位开关出向前移动，同时风扇动作，来回2次，停在车位限位开关处:
第六个控制要求是在洗车机喷水、洗刷、喷清洗剂、风扇吹干等-.系列过程中都有可能遭遇故障，则需采取排除故障措施。
4.车自动清洗装置PLC控制的总体设计
PLC控制系统的开发是指PLC控制系统从任务提出到设计定型、制造调试、直到使用的整个过程。
在PLC控制系统的开发和设计中，首先要明确设计要求，即确定系统的功能指标，然后制定系统方案，最后是方案的实施。
PLC控制的主要内容包含总体设计、硬件开发、软件开发等。
硬件开发时要先设计、绘制原理图，根据系统的各项技术指标独立进行软件设计;还要根据所设计的原理电路，综合考虑系统的性能和计算要求，合理布置元器件图2-1是系统的研制开发流程，本次设计就按照此流程来进行设计开发。
5.控制系统的设计
控制系统的设计:
可编程序控制器PLC是一种数字控制
升级会员 