指导汽车自动清洗装置的设计.docx

摘要
本文利用PLC技术当中的定时器，达到汽车清洗的自动和手动控制，设计简单的汽车自动清洗系统，实现汽车清洗的自动化。具体步骤：采用三个定时器以及三个电机，通过对定时器的时间设置以及定时器的线路通断控制，实现当系统处于手动状态下，可以分别实现泡沫清洗、清水清洗以及清洗后的风干；当处于自动状态下，自动完成汽车清洗的一套工序。上述试验已通过实验室的模拟实验，希望此系统能够运动到相应的汽车清洗工业中。

关键词：PLC 自动化 定时器
目 录
第1章 绪论 1
第2章 汽车自动清洗装置的方案设计 2
2.1 概述 2
2.2 汽车自动清洗系统流程图及组成 2
2.3 PLC的选型 3
2.3.1 欧姆龙系列 3
2.3.2 西门子系列 4
2.3.3 PLC的选择 5
2.4 电机的选择 5
2.4.1 直流电动机 5
2.4.2 异步电动机 5
2.4.3 同步电动机 6
2.4.4 电机的选择 6
第3章 硬件设计 7
3.1 PLC的CPU模块 7
3.2 汽车清洗控制面板 7
3.3 电机控制模块 8
3.4 PLC控制接线图 8
第4章 软件设计 10
4.1 I／O分析 10
4.2 PLC程序梯形图 10
第5章 设计程序调试及分析 13
第6章 课程设计总结 14
参考文献 15

第1章 绪论
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加大，随之而来的便是汽车的保养，其中汽车的清洗便是不可缺少的内容。目前，国内的汽车清洗由传统的人工完成。对于当今社会，高科技的发展实现了各行各业的自动化控制，但是在汽车清洗行业，大部分仍是靠人工来完成。传统的洗车业通常由人工完成，利用人力资源，对汽车进行涂抹泡沫，然后采用高压水泵，利用水泵对汽车进行冲洗，再在自然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，经济性差，不适合和洗车业的发展需求。目前比较大型的汽车美容公司，虽然实现了汽车的清洗、打蜡、喷漆等自动化工程，但成本比较高，其自动控制系统不是适合小型的、专门的汽车清洗行业，因此，相对于中小型城市，汽车清洗业有着巨大的发展潜力。如何实现高效、高质量并且适用于小型工厂的汽车自动清洗装置，就成了汽车清洗行业发展的必然要求。因此，本次设计就是采用PLC控制，利用定时器，通过线路的通断来实现汽车自动及手动清洗流程。它可以最大限度的节省洗车的人力、物力资源，并且满足不同的客户需求，同时它可以高效、准确的完成洗车任务，为客户提供便利，而且极大限度的节约水资源，符合当代建设节约型社会的时代需要。并且本次汽车清洗自动系统结构简单，成本低，适合不同场合的需求，尤其是中小型公司。本论文由汽车清洗装置设计方案、PLC间的比较以及运行程序等部分组成。

第2章 汽车自动清洗装置的方案设计
2.1 概述
本次汽车自动清洗装置的设计的内容主要是PLC控制技术的的定时器应用，设计汽车自动清洗装置，并在实践的中进行一次系统的训练。能够较全面的巩固和应用“PLC应用技术”课程所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型PLC系统设计的基本方法。
应用场合：应用于汽车美容公司或者是汽车清洗场，当汽车进入清洗车间，通过光电传感器或者手动方式，实现不同要求的清洗工作。控制器由12V的蓄电池供电。
汽车自动清洗装置的主要功能是：当选择开关（COS）置于手动方式，当按下START启动按钮后，实现按泡沫清洗按钮，则运行泡沫清洗；按清水冲洗按钮，则运行清水冲洗；按下风干按钮，则运行风干。当方式选择开关置于自动方式，当按下START启动后，自动按洗车流程执行。任何时候按下STOP，则所有输出复位，停止洗车。本系统由控制面板，PLC系统，三个电机组成，结构如图2.1所示
控制面板
PLC控制系统
汽车
电 机

图2.1 汽车清洗结构图
2.2 汽车自动清洗系统流程图及组成
汽车清洗控制流程图如图2.2所示
选择开关
自动运行
手动运行
泡沫清洗
清水清洗
风 干
停 止
停止开关

图2.2 汽车自动清洗流程图

2.3 PLC的选型
2.3.1 欧姆龙系列
OMRON C系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。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C200HE等型号产品。中型机在程序容量，扫描速度和指令功能等方面都优于小型机，除具备小型机的基本功能外，它同时可配置更完善的接口单元模块，如模拟量I/O模块、温度传感器模块、高速记数模块、位置控制模块、通讯联接模块等。可以与上位计算机、下位PLC机及各种外部设备组成具有各种用途的计算机控制系统和工业自动化网络。
在一般的工业控制系统中，小型PLC机要比大、中型机的应用更广泛。在电气设备的控制应用方面，一般采用小型PLC都能够满足需求。
2.3.2 西门子系列
德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。
西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。
（1）SIMATIC S7-200 PLC
S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。
（2）SIMATIC S7-300 PLC
S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。
（3） SIMATIC S7-400 PLC
S7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。
（4） 人机界面（HMI）硬件
HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件组态才能配合PLC使用。
2.3.3 PLC的选择
经过对几家公司生产的PLC要从应用、价格、可靠性和实验室的实际情况考虑等各个方面因素的考虑，依据本设计需要6输入口，3输出口，本系统设计选用西门子S7—200系列，CPU选择CPU221。
2.4 电机的选择
2.4.1 直流电动机
直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机，广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等。直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。
2.4.2 异步电动机
异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大，转子的转速越低。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。

2.4.3 同步电动机
同步电动机主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器设设备或者充当控制元件。其中三相同步电动机是其主体。此外，还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者电容性无功功率。
2.4.4 电机的选择
经过对几种电动机的应用、价格、可靠性、转速和实验室的实际情况考虑等各个方面因素的考虑，本系统设计选异步电动机Y132M-4。

表2.1电机参数
型号
功率（KW）
马力（hp）
电流（A）
转速（r／min）
效率(%)
堵转电 流
额定电流(A)
堵转转 矩
额定转 矩
重量（kg）
功率因数
Y132M-4
7.5
10
15.4
1440
87
7.0
2.2
86
0.85

第3章 硬件设计
3.1 PLC的CPU模块
CPU221具有6输入／4输出，无扩展能力程序和数据储存量较小，有一定的高速计数功能和通信功能，非常适合于少点数的或特定的控制系统。适合本设计的时间计数，并且输入输出口的数量与本设计需要相当，符合经济性的要求。
3.2 汽车清洗控制面板

图3.2 汽车清洗控制面板

3.3 电机控制模块

图3.3 电机控制接线图
3.4 PLC控制接线图
根据选择的PLC类型和装置的原理确定装置接线图如图3.4所示

图3.4 外部接线图

第4章 软件设计
4.1 I／O分析
根据课程任务要求，当选择开关（COS）置于手动方式，当按下START启动按钮后，实现按泡沫清洗按钮，则运行泡沫清洗；按清水冲洗按钮，则运行清水冲洗；按下风干按钮，则运行风干。当方式选择开关置于自动方式，当按下START启动后，自动按洗车流程执行。任何时候按下STOP，则所有输出复位，停止洗车。
I／O分配表

表4.1 I／O分配表
信号
名称
输入／输出端标号
输入信号
选择开关COS
I0.0
启动按钮START
I0.1
停止按钮STOP
I0.2
泡沫清洗按钮
I0.3
清水清洗按钮
I0.4
风干按钮
I0.5
输出信号
泡沫清洗
Q0.0
清水清洗
Q0.1
风干
Q0.2

4.2 PLC程序梯形图
手动和自动选择选择梯形图如图4.2所示

图4.2 手动和自动选择梯形图
泡沫清洗和清水清洗梯形图如图4.3所示

图4.3 泡沫清洗和清水清洗梯形图

风干梯形图如图4.4所示

图4.4 风干梯形图

第5章 设计程序调试及分析
当打开选择开关I0.0时，I0/.0常闭触电断开，实现手动控制，按下I0.1，可实现手动控制，可以按客户要求实现清洗：当按下I0.3时，I0.3闭合，线圈得电，进行15s的泡沫清洗，时间到后，常闭触电T37断开，泡沫清洗完成；当按下I0.4时，I0.4闭合，线圈得电，进行30s的清水清洗，时间到后，常闭触点T38断开，清水清洗完成；当按下I0.5时，线圈得电，进行10s的风干处理，时间到后，T39断开，完成汽车的风干处理。当I0.0处于关闭状态，单独按下启动开关I0.1时，I0.0断电，其常闭触点闭合，实现汽车泡沫、清水、风干的全自动清洗。手动状态下演示如图5.1所示

图5.1系统处于手动状态下进行清水清洗

第6章 课程设计总结
本课程设计采用西门子S7-200PLC系统控制，达到对对汽车的自动及手动清洗目的，实现汽车清洗业的自动化。本设计除了具有了其自身特点外，还具备了结构简单明了、安装调试简便、操作简便易懂、经济实用的特点，具有高性价比，是汽车自动清洗装置的简单系统。并且，在清洗过程中，准确的控制了用水量及用水时间，大大的节约了水资源。而且可以满足客户的不同需求，分别进行泡沫清洗、清水清洗、清洗后的风干等操作，为客户提供了便利。但本系统不适合大型、复杂的清洗工序，有待于改。
参考文献
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[2] 周美兰,周封,王岳宇编著.PLC电气控制与组态设计.北京：科学出版社 2003年5月
[3] 程子华.PLC原理与编程实例分析.北京：国防工业出版社2007年1月
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[7] 董爱华.可编程控制器原理及应用.北京：中国电力出版社，2009
[8] 张凤珊.电气控制及可编程控制（第二版）.北京：中国轻工业出版社，2009,8月