电气控制与plc课程设计自动洗车机控制设计

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 自动控制目 录1 引言111 汽车清洗方法综述22 设计方案52.1 功能描述52.2 方案论证53.硬件选择53.1 控制器的选择53.2 PLC选择63.3 传感器的选用84 I/O分配表85 外部接线86 梯形图97 语句表12设计心得16参 考 文 献16II1 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289411 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。11 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。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，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。1.2 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2.1 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。2.2 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。3.硬件选择3.1 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 PLC1) 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。3.2 PLC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，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。3.3 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