课程设计自动洗车机控制设计课件

1 电电气控制与气控制与 PLC 课课程程设计设计 题题 目目: : 自动洗车机控制设计自动洗车机控制设计 院系名称：院系名称： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： I 摘 要 随着我国汽车保有量的迅速提高，汽车清洗行业迎来了一个重要的发展机遇。汽车 清洗机作为洗车工作必不可少的设备，其清洗效果、清洗速度，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。 本文主要通过对汽车清洗机功能要求和运行过程的分析，确定了汽车清洗机的总体 设计方案，对水循环处理系统进行了设计。并主要进行了汽车清洗机驱动和控制系统的 设计。针对汽车清洗机的特点，采用电力和气压驱动两种驱动方式，为后续精密控制顶 刷、小侧刷、大侧刷和吹干系统的运行满足仿形要求创造了条件。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 选用三菱公司生产的 FX2 系列可编程序控制器，采用梯形幽编程语言，实现了 汽车清洗机的传动和控制要求，满足了环保、高效、可靠和低成本的要求。 关键词：三菱 FX2N 洗车机 PLC 自动控制 II 目目 录录 1 引言1 11 汽车清洗方法综述2 2 设计方案5 2.1 功能描述5 2.2 方案论证.5 3.硬件选择.5 3.1 控制器的选择5 3.2 PLC 选择 6 3.3 传感器的选用.8 4 I/O 分配表 8 5 外部接线8 6 梯形图9 7 语句表12 设计心得16 参 考 文 献.16 1 1 1 引言引言 随着中国汽中J：业的E速发展和人氏生活水平的提高，汽车保有量增长迅 速，截至2005年，中国KHj汽下拥有量3160万辆，其中私人汽车拥有量1852万辆” 1。中国汽车j：业协会展新发布的产销统计显示，2006年前6个月我国汽车累计 产销双舣超过350万辆，分别为36303万辆和35352万辆，同比增长2894 11 2671$。据预测，未来五年内中国汽车保有鲑将增长四至人倍，汽车产业 已成为新的经济增长点。伴随着汽车数越的日益增加，人们对汽车的消费观 念有了极大的改变，从过去单一的功能追求为主迅速转变为追求个性化、舒适 化、美观化的消费观念。这极大的带动了汽车清洗保养、美容护理等行业的发 展。汽车改装、汽车美容、汽车保养等汽车相关产业已成为一个极具发展潜力 的投资热点。汽车清洗可作为汽车美容、汽车保养的一个前期必须I：序或一个 独立的汽乍服务项目有着I。阔的市场前景和可观的利润空间。 目前，大多数汽车清洗站点只是简单而粗糙的人工擦洗或采用高压水枪 冲洗，没有站房和白动清洗打蜡设备，没有污水处理设备和污泥处置措施。洗 车污水不能循环使用，有些甚至随意排放，既浪费了人域的水资源又造成环 境污染，严重地影响了城市的市容卫生。所以近期国家相关管理部f J都在陆续 加紧清理非法洗车业者，使洗乍业市场出现了一个较人的空白点，同时政府也 鼓励加油站、大型停车场和有一定规模的汽车服务公司使崩电脑全自动洗车设 备从事洗车。以北京为例，为了配合北京成功举办2008年奥运会，同时也为了 树立北京国际大都市形象，北京市政府特召开了以“约朋水，整顿市容和下 辆清洗业”为主题的会议，在会议上重点强调了城市节约水资源的迫切性和紧 要性，同时鼓励加油站、停车场、大型的物业管理小区要配套电脑洗车机项目。 因此，从政策层面来讲，电脑洗车机的生产和使用业市政府产业政策所鼓励发 展和扶持的。 市场上的电脑洗车机主要产臼德国、意人利、美国，荷兰、日本和韩国等。引 进国外技术并在中国人陆装配的设备保有鹫较人，占80以上的市场份额。原 装迸口电脑洗币机的价格居 高不下。同类产品、同样配置的设备往往要比国内组装的价格高出60左右， 维修费用要高出5一10倍，且维修周期要比国内产品的长1020倍以上，设备投 2 资较大，投资同收期较长，这无疑限制了电脑洗下机的推广和使H。 所以基丁市场发展，竹水和I环境保护以及洗印业投资和成本控制的角度出 发，开发一种既满足汽下清洗速度快、效率高的要求义能肖水环保且设备投资 较低的洗车机，对促进我国汽车清洗美容、汽车保养等产业的发展，将具有重 要的现实意义。 1 11 1 汽车清洗方法综述汽车清洗方法综述 汽乍消洗的传统目的是把汽乍上的灰尘油污清洗掉，使汽乍清洁亮丽，光彩如 新。围绕这一目的，洗车方法主要有以下几种： 1、人工洗车：规范的洗车方法是先用抹布蘸上水润湿车身，再均匀涂上洗乍液 用抹布擦洗一遍，然后用清水冲洗，在用干抹布吸水，用麂皮将水完全吸干。 这种洗卞方法不仅存在损伤车身油漆，降低车身漆面光沾程度的缺点，而且 会造成浪费水资源和污染环境的恶果。 2、高压水枪洗乍：高压水枪洗车是先圳高乐水枪喷洒水雾润湿车身，再用高压 射流清洗车身，然后埘清洗液清洗，最后用高压射流清洗干净，_IJ麂皮将水 吸干。高压水枪清洗速度快，效果好；但高压水枪压力人，容易对币漆造成损 害；高压水柱的喷淋会改变空调冷凝器散热的方向，导致空调制冷失灵；会直 接导致车灯胶条密封不良，影响车灯的正常工作，产生危险；会使密封不是很 严的汽车侧门玻璃进水，锈蚀金属件，造成电线短路；劣质洗涤灵会降低乍漆 的亮度；洗后削毛巾多次撩拭会使车身增加划痕。 3、蒸汽洗车：蒸汽洗车是将水加热成蒸汽后，用蒸汽米清洗汽车其具有节水、 节能的特点。但由于设备质量问胚，存在安全性不高，极易产生污水造成污染， 洗午效果和效率差的缺点。 4、无水洗车：无水洗车是先埘掸子掸去车身表面浮七，再用无水洗车液进行汽 车清洗的一种新弛环保洗乍方式。它具有。节约水资源，绿色环保等优点，受 到政府的扶持，但是，它并不能完全替代有水洗车，对于较脏午辆以及汽车底 盘等部位，无水洗车不能满足要求。 5、无刷毛自动洗卞机：采用高速水刀喷出的高压力水雾从上往下清洗汽车，灰 尘冲掉后，自动泡沫喷头喷淋，然后用高压清水进行清洗。它具有清洗速度快， 效果好，不损伤乍漆的优点，但存在水耗大，设备投资和运行费圳高昂的缺点。 3 6，全自动电脑洗下机：电脑洗下机是利用电脑控制毛刷和高压水枪来清洗汽车 的一种设备。主要由电路、气路，水路和机械部分构成。它可通过编制多种洗 车程序来完成不同要求地洗下效果。贝有洗卞效果好，效率高，节水等特点。 汽币清洗是近儿年才在我国逐渐发展起来的新兴行业，具备资金和技术f J槛低 的特点。由于从国家剑地方，相关的行业标准不是十分完备，对场地、环保、 设备、技术、经营管理等方面都缺乏明确的规定和要求，导致本麻被淘汰地洗 车方式仍然在洗车市场上大行其道，而无水洗车、全白动电脑机械化洗车等先 进的洗下方式却在市场份额中占有很小的比例。在欧、美等发达国家，经过多 年的发展，科学洗车的理念己深入人心，洗乍市场的洗车方式有全自动电脑洗 车机洗车、蒸汽洗车和无水洗车，其中尤以全自动电脑洗车为主。在我国建设， 美化城市， 创建现代化城市的发展主题中，在全社会1，约水资源、保护环境、可持续发展 的潮流中，追求时尚、效率和环保已成为汽车美容服务行业的重要内容和发展 方向。目前，城市落后的人丁洗车方式已不能适应现代化城市的市容卫生雨I行 业发展的需求，也不符合企业的规模经营、专业化，规范化的要求，更谈不上 行业的可持续发展。要想中国的洗车行业健康有序地发展，当务之急，必须推 广科学的、环保的、符合中国国情的科学洗车方式，要用新的理念、新的思路 和新的方法来管理洗车行业，提升行业的形象和竞争力。全自动电脑洗车机， 顺应时代的需要应运而生。它的出现是向传统洗车方式的挑战，必将引起洗币 行业市场一场激烈的竞争和带米根本性的变革。中国的洗车行业要发展，必须 与国际洗车业接轨，缩小与国际先进洗卞行业的差距，因此，推广和虑用全自 动洗下机势在必行。 全自动洗车机与现在广为采埘的、落后的人一f洗乍方式相比，有着无可比拟的 优点： l、安全可靠：全自动洗车机由电脑按设计程序控制全过程的操作，完全能够避 免人工操作引起的人身，设备事故。 2、快捷高效：人I：洗车一般为10分钟台电脑洗中机为3分钟台，-4时 可洗20辆车，每日洗乍越可达200300辆。这是中小型洗车店无法达剑的数字， 4 它极人的提高了洗车的工作效率。 3、洗车洁净：全自动洗印机由程序控制，采用仿形超软洗涤工具，能排除人为 因素，保证洗车质鬣。 4、环保节水：全自动洗车机洗一台汽车耗水量为10一-12升，比人工洗车节水 10一20升。如果以洗车店每日洗乍100辆计算，每日节水2吨，每年节水300一- 700吨。一个大，中城市按2000家洗车店计，每年节水鼙将达百万吨以上。 5、不伤漆面：全自动洗乍机采朋科学合理的棉刷，洗涤过程中不会损伤漆面， 而人工洗车时使用的毛手套，在反复擦洗过程中，夹带的泥沙会在汽乍漆面上 造成人为的划痕。根据德国慕尼黑科技人学和l美国南加州人学的对比实验，电 脑洗车对本身油漆的磨损程度为手工洗车的3096以F，人I：洗车时擦拭埘的海 绵或毛巾中隐存的砂粒会对车面造成不规划磨损，而电脑洗车刷压力均匀、洗 乍速度及方向稳定。测试结果表明：电脑洗车50次后车身油漆磨损小于万分之 二毫米，而人I：洗车磨损大于万分之十毫米。 6、节省人工：全自动洗乍机只需一个操作工人，比人工洗车节省用一倍水量。 1.21.2 全自动电脑洗车机的主要类型全自动电脑洗车机的主要类型 电脑洗车积案功能类别主要分为汽乍移动式全自动电脑洗乍机(隧道式)和 汽车州定式电脑洗乍机(龙门往复式)两类。 1、汽车移动式洗车机 汽午移动式电脑洗车机用丁：清洗轿车等各种小型客车的外表。其特点是各机 构按洗下J：艺顺序分立布置，电脑线性变速控制系统输送汽乍依次进入高压喷 淋、 消洗液清洗、毛刷包裹清洗屯辆表面及轮毂、液体打蜡上光和强力畋干等I：位， 最终完成汽车清洗、打蜡的任务。由丁它采刚连续生产线布置，J：序。倒 =E|较短，所以可进行在线洗车。生产效率高，可同时洗3台车，每小时最高洗 市容颦可达60辆，但由于各序分开布置，设备占地面积和所需作业场地很大， 设备前期投资较大 2，汽币固定式电脑洗车机 汽车固定式电脑洗车机用于清洗轿车等各种小型客车的外表。其特点是个 工序机构集中于一个工位，同-3“位需要完成所有丁：艺任务，所各工序之间 5 需要顺序进行。汽车定位后，洗午机启动。洗乍机通过移动依次完成高压喷淋， 清洗液清洗、毛刷刷洗、液体打蜡上光和强力畋干等l：艺。由丁各l：序顺 序I：作，与隧道式洗午机相比，洗卞效率稍低，每小时最高洗7F容簧可达20 辆，但由于机构紧凑，设备占地面积和所需作业场地较小，设备前期投资较小。 2 设计方案 2.12.1 功能描述功能描述 目前，汽车行业主要业务量集中在轿车、小型面包车等各种小型客车的外 表清洗上，为此本课题设计的洗印机主要功能麻集中在安全、有效的清洗汽乖 的外表上，在先用清水冲洗，在除去污垢杂质的基础上，涂上清洁剂，再用刷 子刷洗，最后用风机设备把车体吹干。具体走位控制方案如下： 1.按下启动按钮，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。 2.洗车机右移到达右极限开关后，开始左移，喷水及刷子继续工作。 3.洗车机左移到达极限位置后，开始右移，喷水机及刷子停止工作，清洗机设 备开始动作喷洒清洗剂。 4.洗车机右移到达极限位置，开始左移，继续喷洒清洁剂。 5.洗车机左移到达极限位置，开始右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往右移 3s 后停止，刷子开始洗刷。 6.刷子洗刷 5s 停止，洗车机继续右移 3s，刷子又开始洗刷 5s 停止，洗车机继 续右移，到达右极限开关后停止，然后往左移。 7.重复上面第 6 步，左移碰左极限开关停止。 8.洗车机往右移，风机设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机往左移， 直到碰到左极限开关，重复 2 次动作。洗车整个过程完成。启动灯熄灭。 2.22.2 方案论证方案论证 为了达到方案要求，本设计采用模块法设计，把各个控制部分模块化，再 逐个解决各个模块问题。其中主要模块包括：PLC 控制系统、喷水喷气系统、 传感器系统、机械系统。 6 3.硬件选择 3.13.1 控制器的选择控制器的选择 3.1.1 单片机 单片机主要应用于办公自动化设备、机电一体化、实时过程控制、日常生 活及家用电器等领域。在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提 高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比； 具有以下特点： （1） 片内存储容量越来越大。 （2） 芯片引线齐全，容易扩展。 （3） 运行速度高，控制功能强。 （4） 单片机内部的数据信息保存时间很长，有的芯片可以达到 100 年以上。 但其也存在速度慢，功能不强，精度低、易受环境影响等缺点。 3.1.2 PLC 1) 丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压 或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或 设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀 等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了 组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 2) 配套齐全、功能完善、适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模 的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC 大多具有完善的数据运算能力， 可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位 置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机 界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3) 系统的设计、工作量小、维护方便、容易改造 PLC 是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术 人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不 7 熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 4) 体积小、重量轻、能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm ，重量小于 150g 耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想设 备。 经综合比较，本设计选用性能较好，控制较准确的 PLC 作为控制器。 3.23.2 PLCPLC 选择选择 1）欧姆龙 PLC 简介 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 10140 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 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） 西门子 PLC 简介 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（SIEMENS）公司的 PLC 产品包括 LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI 人机界面，工 业软件等。 西门子 S7 系列 PLC 体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力， 8 功能更强，可靠性更高。S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC（如 S7-200） ，小规 模性能要求的 PLC（如 S7-300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7-400）等。 3） 三菱 FX 系列 PLC 简介 FX 系列 PLC 是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步 替代三菱公司原 F、F1、F2 系列 PLC 产品。其中 FX2 是 1991 年推出的产品， FX0 是在 FX2 之后推出的超小型 PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在 超小型机壳内的 FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC 等系列 PLC，具有较 高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构 经过对几家公司生产的 PLC 主要从应用、价格、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，三菱公司生产的 PLC 具有体积小，控制灵 活，性价比高等优点，可与普通电脑编程通信等。本控制系统选用三菱 FX2N- 60MR 型可编程控制器。 3.33.3 传感器的选用传感器的选用 位置的检测有多种方案，可以用光电传感器、摄像头、电阻传感器等，但 这些传感器易受环境影响，且自身精度不好控制，故本设计采用位置开关。 4 I/O 分配表 经过对控制过程和要求的详细分析，我明确了具体的控制任务是在汽车进 入后，按下启动按钮，则可以进行自动刷洗，洗完自动停止。确定了要完成的 动作后，再确定动作的顺序。具体 I/O 分配表如下： 输入地址号信号名称输出地址号信号名称 X0 左极限开关 SQ1 Y0 洗车机左移 KM1 X1 右极限开关 SQ2 Y1 洗车机右移 KM2 X2 启动开关 SB2 Y2 喷水机洒水 KM3 Y3 清洗剂控制 KM4 Y4 刷子控制 KM5 Y5 风机控制 KM6 Y6 启动指示灯