自动洗车机总体设方案毕业论文.doc

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摘要

随着我国汽车数量的迅速的升高，汽车清洗行业迎来了一个重要的发展的机遇，自动洗车机作为洗车工作必不可少的设备，其清洗的效果，清洗的速度清洗成本以及对节水和环境保护的要求，成为其开发和生产必须要考虑的内容。

本文主要通过对自动洗车功能要求和运行过程的分析，确定了自动洗车机的总体设方案。

主要进行了自动洗车机的控制系数的设计，针对自动洗车机的特点，采用喷水、洗刷、喷洒清洗剂和风干等过程，在控制部分，应用传感器和可编程序控制器技术，对汽车清洗机PLC控制系统进行了硬件设计和控制软件编程。

PLC选用了西门子公司S7系列的可编程序控制器，采用梯形图编程语言，实现了汽车清洗机的传递和控制要求，满足了环保、高效、可靠和低成本的要求。

关键词：

自动清洗机；PLC；控制系统；硬件及软件；梯形图

Abstract

Astheamountofcarincreasesveryquickly,theservicetradesofcararefacingaveryimportantchance.BecauseCarWashingisthemostimportantequipmentintheprocessofwashingcar,thesequestionsmustbereflectedonintheprocessofthedesignandthemanufactureoftheautomaticcarwasher,suchasthewashingeffectofwashingcar,theefficiencyofwashingcar,thecostofwashingcar,theprotectofenvironment,andsoon.

Inthisside,accordingtotheanalysisofthefunctionandtheoperatingprocessofcarwasher,theoverallplanofdesignisdetermined.Thedetaildesignofthedrivingandcontrollingsystemofcarwasheraredesigned,accordingtothecharacteristicsoftheautomaticcar,itadoptssomeprocesses,suchasthevaginalspray,spraycleaningagent,brushing,airdryingandsoon.

Inthecontrolsystem,itadoptsthetechnologyofsensorandPLCtodesignthecompositionofPLChardwareandprogramthecontrollingsoftware.ThecontrollerisSiemensS7seriesPLCandtheprogramisladderprogram,itmeetstherequirementsoftheoperatingandcontrollingandalsothedemandsoftheefficiency,thecostandtheenvironment.

Keywords:

automaticcar;PLC;controllingsystem;ladderprogram;hardwareandsoftwareprogram

目录

摘要 1

Abstract 2

1绪论 1

1.1研究背景简介 1

1.2课题研究现状和发展趋势 1

1.2.1汽车清洗装置的国内外发展现状 1

1.2.2PLC控制系统的国内发展趋势 2

1.3课题研究内容 2

1.4汽车自动清洗装置中应用PLC的优势 2

2系统电气控制要求及方案的确定 4

2.1自动洗车机模拟装置简介 4

2.2系统对电气控制的要求 5

2.3系统的控制方案 5

2.4车自动清洗装置PLC控制的总体设计 6

2.5控制系统的设计 6

2.6自动洗车机的驱动控制系统 7

2.7PLC的工作原理 9

2.8PLC系统设计流程图 9

3系统的硬件设计 12

3.1PLC的选型 12

3.1.1欧姆龙PLC简介 12

3.1.2西门子PLC简介 12

3.2可编程控制器的基本组成 14

3.2.1中央处理单元（CPU） 14

3.2.2存储器 14

3.2.3输入输出接口 14

3.2.4编程器 15

3.2.5PLC与继电器控制系统的比较 16

3.3机型选择的基本原则 16

3.4PLC容量选择 17

3.5I/O模块的选择 18

3.6电源模块的选择 18

3.7电机的选择 19

3.7.1直流电动机 19

3.7.2异步电动机 19

3.7.3同步电动机 19

3.7.4电动机的选择 19

3.8位置传感器的选型 20

3.8.1传感器的工作原理及分类 20

3.8.2传感器的应用 21

4系统的软件设计 22

4.1分析任务要求及解决方案 22

4.2输入输出部分 24

4.3I/O分配表 25

4.4PLC输入输出接线图 26

4.5程序原理分析 27

4.6PLC控制梯型图 28

总结 32

致谢 33

参考文献 34

1绪论

1.1研究背景简介

随着近几年私家车的大量涌入,汽车清洗行业发展很快。

最新统计表明,我国私人汽车的保有量已经突破了1000万辆,汽车正日益发展成为一种大众消费品。

汽车产业突飞猛进的发展起来了，随之而来的是带动洗车业一起火爆。

中国汽车市场呈现高速增长势头，被许多业内专家公认为中国开始进入汽车社会。

在车消费结构方面，家庭购买比例越来越大，已经成为市场需求的主体，随着中国汽车市场的蓬勃发展，中国人的消费热情将全面升级，与之相伴的必然是汽车清洗行业的快速发展。

但传统的人工洗车效果不理想，极大的浪费人力物力和自然资源。

据现在行业调查显示，车主对汽车的清洗为每周1-2次，全国每年的洗车费用超过350亿元，汽车保有量在10万以上的城市，一年的洗车费用将在1亿元以上，利润相当可观啊。

现在人们将不再只是依靠经验来清洗，各种实用化的计算机软件将问世，而汽车自动清洗装置PLC控制能有效完成清洗任务，整个过程可在两分钟内完成，且启动之后无需由人控制，实现真正的全自动，且简而易懂，即使非专业出身者也能迅速掌握，其前景无限美好汽车清洗装置及PLC控制系统的国内外研究现状。

1.2课题研究现状和发展趋势

1.2.1汽车清洗装置的国内外发展现状

随着汽车清洗技术的发展，国内外市场上存在各种各样的清洗方式，循环水洗车、电脑洗车、手工洗车和高压水枪清洗等。

在微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展中，计算机控制已扩展到所有控制领域。

其中PLC的营养广、功能大、使用方便，现在已成为当代工业自动化的主要控制设备智一，传统的人洗车方式过于繁杂，浪费人力和水利，利用PLC控制的汽车自动清洗装置，就避免了传统洗车的缺陷。

洗车的过程由PLC控制住，整个过程可分在两分钟内完成，且启动之后无需有人控制，实现了真正的全自动。

目前，隧道式洗车在世界各地流行，各大城市早已取代了传统的人工洗车方式，这离不开PLC技术的支撑。

节水环保、增加技术含量和提高服务档次，将成为洗车液发展的必由之路。

1.2.2PLC控制系统的国内发展趋势

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

21世纪，PLC会有更大的发展。

从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。

目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

1.3课题研究内容

本文所研究的汽车自动清洗PLC控制是以PLC为控制核心的自动控制系统，整个系统包括：

系统的开发过程、硬件系统设计、软件系统设计，因此本论文的研究内容可以分为三个部分：

（1）系统的开发过程；

（2）硬件系统设计：

包括硬件系统的结构图、接线图；

（3）软件系统设计：

运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序，且系统有启动、停止功能。

1.4汽车自动清洗装置中应用PLC的优势

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，抢占先机？

应用了PLC的汽车自动清洗装置就成了提升服务质量的一个法宝。

它可以最大限度的节省洗车的人力物力，提供客户更加快捷的服务，在这个分秒必争的时代无疑具有极其巨大的市场价值和竞争优势。

同时它也可以节约更多的水资源，符合建设节约型社会的时代需要。

2系统电气控制要求及方案的确定

2.1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。

2.2系统对电气控制的要求

（1）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。

（2）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。

（3）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……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……直到碰到车尾限位开关SQ1，完成洗刷一个来回结束。

（4）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。

（5）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。

（6）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。

2.3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、风扇吹干等一系列过程中都有可能遭遇故障，则需采取排除故障措施。

2.4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。

2.5控制系统的设计

控制系统的设计：

可编程序控制器PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存命令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。

经过30多年的发展，PLC已经十分成熟与完善，并开发了模拟量闭环控制功能。

具体如下的良好特点：

（1）功能完善

PLC的输入、输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输入和输出。

在PLC内部具备许多控制功能，注入时序、计数器、主控继电器、位移寄存器、中间继电器等。

由于采用了微处理机，它能够很方便的实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等诸多功能。

它不仅具有逻辑运算、算术运算、数制转换、顺序控制功能，而且还有模拟运算、显示、监控、打印以及报表生成等功能。

此为，它还可以和其他微型计算机系统控制设备共同组成分布式或分散系统，还能够是县城组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算和快速中断等功能。

因此PLC具有很强的适应性，能够满足过程控制要求的需要。

（2）模块化结构，硬软件开发方便

PLC的硬件结构全部采用模块化结构，可以使用大小规模不同，功能复杂程度以及现场环境各异的各种控制要求。

硬件系统安装方便，接线简单，连接方便可靠，为控制系统的硬件设计提高了方便快捷的途径，可以大大缩短硬件系统的开发周期。

软件编程支持梯形图逻辑语言，直观方便，只要有了通常的继电器梯形图、逻辑图或逻辑方程，就等于有了PLC系统取代原继电器控制系统，进行老设备改造时十分有利的。

总之，使用PLC系统可以大大缩短整个系统设计、生产、调试周期，节约系统投资。

（3）操作方便，维护改造容易

PLC的输入输出系统能够直观的反映出现信号的变化状态，PLC还能够通过各种方式直观地反应控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、I/O点状态、异常状态、电源状态等均有醒目的提示，非常有利于运行、维护人员监视系统的工作状态。

PLC采用梯形图逻辑编程，有利于电器操作人员对PLC的编程，使得操作人员可以方便地调整系统的编程和组态。

另外，PLC的模块化结构，可以允许维护人员方便的更换故障元件或再生产工艺流程改变时更改系统的结构和品质。

（4）性能稳定，可靠性高

PLC产品都有严格的计数标准，这些标准保证了PLC在恶劣的工业环境下的正常运行，它的电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期的生产控制经验，主要模块采用大规模的集成电路，I/O系列设计有完善的通道保护和信号调理电路，在机械结构对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精心的考虑，所以这些使得PLC具有较好的性能和较高的可靠性。

一般平均无故障时间可达几万小时以上。

另外，PLC还具有较完善的自诊断、自测试的功能。

（5）具有较高的性价比

综上所述，不难看出，由于汽车清洗机的运行过程非常复杂，采用一般的控制器操作起来很困难，而可编程序控制器PLC的可靠性好，通用性强，编程方便，省去大量

的中间继电器，时间继电器，安装总线方便，并且当洗车机工艺过程要求变化时，一般不用改变硬件控制电路，只需改变软件控制程序即可实现，而且可在监控状态下现场检查和修改。

因此，PLC是一种较理想的控制工具。

2.6自动洗车机的驱动控制系统

自动洗车机的工作原理如图2-1所示

PLC

启动按钮

复位按钮

停止按钮

后限位开关

前限位开关

电动机前进接触器

电动机后退接触器

喷水电磁阀

喷清洁器电磁阀

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

图2-1洗车机工作原理图

PLC的5个输入端分别为启动按钮、复位按钮、停止按钮、后限位开关、前限位开关；用PLC的9个输出端分别为控制洗车机电动机正/反转接触器KM1/KM2、喷水电磁阀DF1、喷清洁器电磁阀DF2、刷子电动机接触器KM3、风扇吹干器接触器KM4及启动指示灯D1、原点复位指示灯D2、停止指示灯D3。

2.7PLC的工作原理

与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。

在软件的控制下，PLC才能正常地工作。

软件分为系统软件和应用软件两部分。

PLC的基本工作如下：

（1）输入现场信息：

在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态；

（2）执行程序：

顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算；

（3）输出控制信号：

根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。

上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。

每执行一遍所需的时间称为扫描周期。

PLC的扫描周期通常为几十毫秒。

在实际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的If序操作，PLC的工作方式与此相似。

因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。

为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。

每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障.此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。

诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。

如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。

处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。

然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。

用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。

是用计算机进行实时控制的一种方式。

此外，计算机用于控制还有中断方式。

在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。

待处理完中断，又返回运行原来程序。

哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。

哪个不需处理，将不被理睬。

显然，中断方式与扫描方式是不同的。

在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧急的任务也能得到及时处理。

但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢？

优先级高的还好办，低的呢？

可能会出现照顾不到之处。

所以，中断方式不大适合于工作现场的日常使用。

但是，PLC在用扫描方式为主的情况下，也不排斥中断方式。

即，大量控制都用扫描方式，个别急需的处理，允许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。

这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。

PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。

有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现--信息处理、I/O电路--空间、时间关系--扫描方式并辅以中断方式，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎样去实现控制的，也就好把握住PLC基本原理的要点了。

2.8PLC系统设计流程图

（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PLC的I/O点数，包括开关量I/O，模拟量I/O以及特殊功能模块等。

（2）充分估计被控制对象今后发展的需要，所选的PLC的I/O的点数应留有一点的余量。

另外，在性价比变化不大的情况下，尽可能的选用同类型中功能强的新一代PLC。

（3）确定选用的PLC机型。

（4）建立I/O分配表，绘制PLC控制系统输入、输出接线图。

（5）根据控制要求绘制用户程序的流程图。

（6）编制用户程序，并借助编程器将用户程序装入PLC的用户程序存储器。

（7）在实验室模拟调试用户程序。

（8）进入现场联机调试用户程序。

（9）整个系统的调试工作结束后，编程技术文件。

（10）交付使用。

因此，PLC控制系统设计流程如图2-2所示

开始

分析控制要求

确定用户I/O设置

PLC硬件系统

分配I/O

绘制流程图

设计梯形图

设计安装控制台

程序输入PLC

软件测试

现场施工连线开始

修改程序

整体测试

测试正常

满足要求

交付使用

编程技术文件

否

是

否

否

是

图2-2PLC控制系统设计流程图

3系统的硬件设计

3.1PLC的选型

3.1.1欧姆龙PLC简介 

日本OMRON（立石公司）电机株式会社是世界上生产PLC的著名厂商之一。

SYSMAC C系列PLC产品以其良好的性能价格比被广泛地应用于化学工业、食品加工、材料处理和工业控制过程等领域，其产品在日本其销量仅次于三菱，居第二位，在我国也是应用非常广泛的PLC之一。

OMRON C系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。

大致可以分成微型、小型、中型和大型四大类产品。

整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型。

叠装式（或称紧凑型）结构的微型机以CJ型机最为典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。

小型PLC机以P型机和CPM型机最为典型，这两种都属坚固整体型结构。

具有体积更小、指令更丰富、性能更优越，通过I/O扩展可实现10~140点输入输出点数的灵活配置，并可连接可编程终端直接从屏幕上进行编程，CPM型机是OMRON产品用户目前选用最多的小型机系列产品。

OMRON 中型机以C200H系列最为典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG和C200