毕业论文设计汽车自动清洗装置PLC控制系统

1、编号: 毕业论文题 目 PLC自动洗车系统指导教师 唐 艳 学生姓名 高瀚斐 学 号 200801702066 专 业 自动化 教学单位 德州学院机电工程系 （盖章） 二O一二年五月十五日德州学院毕业论文（设计）课题说明书 2011年11月10日题 目PLC自动洗车系统指 导 教 师唐 艳职 称副教授主要研究方向电机、电器控制系统及PLC设计课题目的及意义：随着经济的发展，汽车行业迅速崛起，随之而来的便是洗车业的飞速发展。一方面国内传统的水枪式洗车，效率低，不能满足国内洗车业日益增长的需要，而且严重浪费水资源，亟待探索新的洗车方式；另一方面，国外洗车业发展的很快，所用的技术含量高以及资金的投入

2、大，不适合中国市场。而汽车自动清洗装置PLC控制则有效地解决了以上问题。国内外研究现状和发展趋势：国内外市场上存在各种各样的清洗方式，主要有超声波清洗、红外清洗、激光清洗、无水清洗（主要适用于那些漆面相对较为清洁的车辆）、微水清洗、循环水洗车电脑洗车、非循环水洗车手工洗车和高压水枪清洗。目前，隧道式洗车在世界各地流行，在各大城市早已取代了传统的人工洗车方式，而在国内传统的洗车方式水枪式洗车，还是占据主要地位，全自动洗车是未来国内洗车业的发展趋势。教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日德州学院毕业论文（设计）开题报告书2011年 12月 10 日院（系）机电工程系专 业自动化姓 名高

3、瀚斐学 号200801702066论文（设计）题目PLC自动洗车系统一、选题目的和意义近几年随着私家车的大量涌入,汽车清洗行业发展很快，随之而来的是带动洗车业一起火暴。然而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。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.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

4、业的快速发展。第三，水资源问题已成为我国实施可持续发展战略过程中必须认真解决的重大问题，循环水洗车成为必然要求。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势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，主要有超声波清洗、红外清洗、激光清洗、无水清洗（主要适用于那些漆面相对较为清洁的车辆）、微水清洗、循环水洗车电脑洗车、非循环水洗车手工洗车和高压水枪清洗。随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要控制设备之一，传统的人工洗车方式过于繁杂，浪费人力，利用PLC控制的汽车自动清洗装置，就避

5、免了传统洗车的缺陷。洗车过程由PLC控制着，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。目前，隧道式洗车在世界各地流行，在各大城市早已取代了传统的人工洗车方式，这离不开PLC技术的支持。节水环保、增加技术含量和提高服务档次，将成为洗车业发展的必由之路。三、课题设计方案和方法。用PLC实现对汽车全自动清洗的控制，基本内容包括：系统总体设计，硬件系统设计（硬件系统的结构图、接线图、等），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），创新设计（程序结构与控制功能自行创新设计），最后进行系统调试，实现自助洗车机的控制要求。四、计划进度安排 起

6、止时间：2011年10月15日至2012年05月20日进度安排：（1）2011.10.15至2011.12.10 收集、阅读、分析资料和参考文献，理清思路，同时完成课题说明书和开题报告书。（2）2011.12.11至2012.03.10 设计论文的大体轮廓，草拟样稿。（3）2012.03.11至2012.03.20 进一步收集、分析资料，进行整体设计确立，完成论文的初步设计，同时完成设计中期检查表。（4）2012.03.25至2012.04.30 基本完成设计工作，交由老师审阅。 （5）2012.05.01至2012.05.05 根据导师提出的论文修改和完善意见，对论文做进一步的充实、修改和完

7、善。（6）2012.05.06至2012.05.11 根据导师提出的定稿意见做最后的完善，检查论文的格式和文字等细节，按照论文的同意格式排版并将最终的论文定稿打印、装订。（7）2012.05.12至2012.05.20 准备答辩。五、主要参考文献1廖常初.PLC基础及应用. 北京：机械工业出版社2杨青杰.三菱FX系列PLC应用系统设计指南. 北京：机械工业出版社3郁汉琪等.可编程序控制器原理及应用.北京：中国电力出版社4哈尔滨成功汽车维修有限公司发展战略案例 哈尔滨工程大学 2007 中国优秀硕士学位论文全文数据库 5王开春.工业清洗技术实用手册.2005年3月指导教师意见及建议： 签名： 年

8、 月 日 签名： 年 月 日教学单位领导小组审批意见：组长签名： 年 月 日德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)： 机电工程系 专业： 自动化 2012 年 03 月 20 日毕业论文（设计）题目： PLC自动洗车系统学生姓名高瀚斐学 号200801702066指导教师唐 艳职 称副教授计划完成时间：2012年 05月 10日 毕业论文（设计）的进度计划：2012.10.15-11.14 市场调研，对传统汽车清洗的优缺点进行分析。2012.11.15-12.10 完成开题报告，改正不足之处。2012.01.21-01.31 确定论文的架构。2012.02.01-02.21 系统的硬件电路

9、设计。2012.03.10-03.31 系统的软件编程设计。2012.04.01-04.10 系统的整体调试。2012.04.11-04.30 撰写毕业论文。2012.05.01-05.05 上交论文。2012.05.15-05.20 参加答辩。完成情况：到现在为止，我通过查找资料和指导老师的指导，完成了系统整体框架设计、硬件选型、部分软件编程等内容，对汽车自动清洗技术有了更为深刻的了解，通过软、硬件的设计和整体调试，使我积累了更丰富的经验。下一步将继续编写软件，撰写论文，准备参加答辩。指导教师评议 评议人：年 月 日备注：目录摘要及关键词1引言11 绪论21.1课题研究的背景21.2汽车清洗

10、装置及PLC控制系统的国内外研究现状22论文的研究内容32.1研究内容总括32.2汽车自动清洗装置PLC控制的总体设计43 系统的硬件设计63.1输入/输出地址表63.2电路设计63.3自动清洗机的总体设计74 系统的软件设计84.1系统主程序设计94.2系统的中断程序设计144.3原点复位设计165课题总结及展望165.1课题总结155.2展望16参考文献17谢 辞18汽车自动清洗装置PLC控制摘要：本课题在分析和比较目前的几种汽车清洗装置之后，考虑到各种汽车清洗装置的优缺点，对汽车自动清洗装置PLC控制进一步研究,选择以PLC为核心的控制系统。随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，

11、计算机控制已扩展到所有的控制领域。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要控制设备之一。目前，隧道式洗车在世界各地流行，在各大城市早已取代了传统的人工洗车方式，这离不开PLC技术的支持。节水环保、增加技术含量和提高服务档次，将成为洗车业发展的必由之路。关键词：汽车自动清洗；PLC控制系统；洗车业引言随着人类的发展，社会的进步，汽车行业迅速发展，随之而来的就是洗车行业的蓬勃发展。因此越来越多的国家都在致力于对洗车装置及方式的变革。其中具有独特优势的PLC控制系统的开发前景广阔。PLC在自动控制发展中占有相当的优势，主要表现在这样的几个方面1：1.可靠性高、抗干扰能力强：

12、PLC是专门为工业环境下应用而设计的，其硬件和软件上都采取了抗干扰的措施，提高了其可靠性。2.通用性：PLC产品已系列化和模块化。3.编程语言简单：梯形图语言便于工程技术人员学习和掌握。4.安装简单、调试方便：提高了工作效率，保证了系统正常运行。汽车自动清洗装置PLC控制改变了国内传统的洗车方式-水枪式洗车，一方面减少了水资源的浪费，另一方面也减少了人员的浪费，提高了工作效率2。对于国外过于完善的汽车自动清洗装置，也减少了资金的浪费。本文阐述了PLC控制系统的设计过程以及机械部分的设计，系统采用三菱PLC作为整个系统的控制核心3。系统的软件和硬件采用模块化设计思想，采用梯形图及指令表编写程序，

13、最后软硬件联合调试，完成了系统的制作。1绪论1.1 课题研究的背景 一方面是世界面临的水资源危机。世界上对水资源的需求正在以惊人的速度增长，而世界上可供消费的水资源正在急剧减少。可以预测，在今后20年中，世界上人均水资源消费量将会减少1/3。据联合国水资源世界评估项目2003年3月4日发表的一份报告，到本世纪中叶，将有60个国家的近70亿人口面临缺水问题。即便是最乐观的估计，也将有48个国家的20亿人口缺水4。另一方面，国内洗车行业的蓬勃发展。近几年随着私家车的大量涌入,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

14、飞猛进的发展起来了，随之而来的是带动洗车业一起火暴。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。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。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5！1.2 汽车清洗装置及P

15、LC控制系统的国内外研究现状第一，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，主要有超声波清洗、红外清洗、激光清洗、无水清洗（主要适用于那些漆面相对较为清洁的车辆）、微水清洗、循环水洗车电脑洗车、非循环水洗车手工洗车和高压水枪清洗6。全自动电脑洗车是当前热门行业之一，它在洗车过程中用的所有水，都将通过水循环系统，经过处理后循环再利用。由于电脑洗车速度快（几分钟即可清洗一辆车）、洗车效果好、节约水资源（一辆车仅耗水0.7 L左右）且成本低（清洗一辆车为2元左右），它已经成为当前国内大城市较为普及的洗车方式7。随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速

16、发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要控制设备之一，传统的人工洗车方式过于繁杂，浪费人力，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8。洗车过程由PLC控制着，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9。目前，隧道式洗车在世界各地流行，在各大城市早已取代了传统的人工洗车方式，这离不开PLC技术的支持。节水环保、增加技术含量和提高服务档次，将成为洗车业发展的必由之路10。第二，PLC控制系统的国内外研究现状。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

17、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PLC11. 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的

18、CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地12。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

19、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（Distributed Control System）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13。2 论文的研究内容2.1研究内容总括本文所研究的汽车自动清洗PLC控制

20、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、系统调试，因此本论文的研究内容可以分为四个部分：（一）系统的开发过程（二）硬件系统设计：包括硬件系统的结构图、接线图、时序图。（三）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。（四）系统调试：实现自助洗车机的控制要求。2.2汽车自动清洗装置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

21、是方案的实施。PLC控制的主要内容包含总体设计、硬件开发、软件开发及样机联调等。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。再进行印刷电路板的设计、加工，最后将元器件仔细核对后焊接在线路板上。然后用万用表、逻辑测试笔、示波器等仪器对硬件线路进行检查排错，必要时借助仿真器进行硬件调试13。在完成了硬件和软件的分别调试后就可进行联机调试，进一步排除软、硬件的错误和不足，发现设计中的错误之处及时修正，直至所设计的系统达到预期的要求。图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。3 系统

22、的硬件设计在整个汽车自动清洗PLC控制系统的运行过程中，通过控制相关开关完成的任务包括：喷水设备喷水，刷子洗刷，喷洒清洁剂以及风扇的吹干动作。接下来的两节将分别介绍系统的输入输出地址以及相关的输入输出的电气接口。修改程序和硬件开始研究课题，确定理论模型总体设计，划分为软、硬件两部分软件设计硬件设计设计流程图编写程序完成各子程序调试选择可编程控制器设计硬件电路图设计输入输出电气接口软、硬件结合起来调试软、硬件是否有故障能否达到功能要求开发结束YNNY图1 系统的研制开发流程3.1 输入/输出地址表根据汽车自动清洗PLC控制的要求，PLC的输入、输出地址表如表1所示。表1 汽车自动清洗PLC控制的

23、输入、输出地址表输入输出器件代号地址号功能说明器件代号地址号功能说明开关0X0启动开关YV0Y0指示灯亮开关1X1右极限开关YV1Y1洗车机右移开关2X2左极限开关YV2Y2洗车机左移开关3X3复位开关YV3Y3喷水设备喷水开关4X4停止开关YV4Y4刷子洗刷YV5Y5喷洒清洁剂YV6Y6风扇设备工作3.2电路设计 汽车自动清洗PLC控制I/O电气接口图如图2所示。开关03分别接PLC的X0X3四个输入，输出Y0Y6分别接电磁阀的YV0YV6。 PLC选用FX系列任一型号均可以。汽车自动清洗PLC控制系统使用时注意如下几点： （1）先将洗车机启动，待稳定后继续后面的操作。 （2）各部分没有问题

24、，按接口电路图连线，并检查接线正确与否。 （3）输入程序，检查无误后，开启电源运行。图2 汽车自动清洗PLC控制的I/O电气接口图3.3自动清洗机的总体结构自动清洗机的总体结构：行走系统，喷水系统，洗刷系统，喷洒清洁剂系统，烘干系统以及电气控制系统，总体结构见图3。1行走系统行走系统是自动清洗机的关键部分，它的稳定性直接影响到整个设备运转的可靠性和连续性。考虑到成本问题，行走电机不用步进电机，运用了北仑调速电机厂生产的三相异步电动机，该电机带有断电刹车和减速箱装置，性能可靠，输入功率小，输出力矩大等优点。2电机部分利用电机的正反转控制清洗机系统的前进和后退，另一个电机控制喷水，喷洒清洁剂，洗刷

25、以及烘干过程。图3 系统流程图4 系统的软件设计开始启动是否有中断是否有复位执行中断调用洗车程序停止结束YYNN图4 软件设计流程4.1 系统主程序设计LD M8002 STL S25 STL S30SET S20 SET Y1 RST Y1STL S20 RST Y2 SET Y2LD X0 RST Y5 OUT T4 K30SET S21 OUT T0 K30 LD T4STL S21 LD T0 SET S31SET Y0 SET S26 STL S31SET Y1 STL S26 RST Y2SET Y3 SET Y4 SET Y4SET Y4 RST Y1 OUT T5 K50LD

26、X1 OUT T1 K50 LD T5SET S22 LD T1 SET S32STL S22 SET S27 STL S32SET Y2 STL S27 RST Y4RST Y1 RST Y4 SET Y2LD X2 SET Y1 OUT T6 K30SET S23 OUT T2 K30 LD T6STL S23 LD T2 SET S33SET Y5 SET S28 STL S33SET Y1 STL S28 RST Y2RST Y2 RST Y1 SET Y4RST Y3 SET Y4 OUT T7 K50RST Y4 OUT T3 K50 LD T7LD X1 LD T3 SET S3

27、4SET S24 SET S29 STL S34STL S24 STL S29 RST Y4SET Y2 RST Y4 SET Y2RST Y1 SET Y1 LD X2LD X2 LD X1 SET S35SET S25 SET S30 STL S35RST Y2 LD X2 SET S38 RST Y0SET Y1 SET S37 STL S38 RETSET Y3 STL S37 RST Y1 ENDSET Y4 RST Y2 SET Y2LD X1 SET Y1 LD X2SET S36 RST Y3 SET S39STL S36 RST Y4 STL S39RST Y1 SET Y6

28、 RST Y2SET Y2 LD X1 RST Y6图5 汽车自动清洗PLC控制程序SET S20M8002SET S21 SS221S20X0SET Y0 SS221SET Y1SET Y3 SS221SET Y4 SS221SET S22 SS221X1S21SET Y2RST Y1SET S23S22X2SET Y1SET Y5RST Y2RST Y3RST Y4SET S24S23X1SET S25RST Y1SET Y2S24X2SET S26RST Y5RST Y2SET Y1T0 K30S25T0RST Y1SET Y4T1 K50S26SET S27SET Y1RST Y4T1

29、T2 K30S27SET S28T2SET Y4RST Y1T3 K50S28SET Y1RST Y4SET S29T3S29SET S30X1RST Y1SET Y2S30T4 K30SET Y4 SS221RST Y2SET S31 SS221T4T5 K50S31SET S32 SS221T5SET Y2RST Y4T6 K30S32SET S33 SS221T6RST Y2 SS221SET Y4T7 K50SET S34T7SET S35 SS221SET Y2 SS221RST Y4S34X2S35SET S36 SS221X1RST Y1SET Y2S36SET S37X2RST

30、 Y2SET Y6SET Y1RST Y3RST Y4S37SET S38X1RST Y1SET Y2S38SET S39X2RST Y2RST Y6RST Y0S39ENDRST Y2 SS221SET Y1 SS221SET Y3 SS221SET Y44.2 系统的中断程序设计在洗车过程中，按下停止按钮时洗车的一切动作均停止，再次按下停止按钮时洗车动作继续刚才的洗车过程。如果X4接通，则转到标号P10处去执行子程序，当执行SRET指令时，返回到CALL指令的下一条去执行。其程序设计如下：LD X4CALL P10.P10：RST Y1RST Y3RST Y4RST Y5RST Y6SRE

31、T使用子程序调用和返回指令时应注意：1） 转移标号不能重复，也不可与跳转指令的标号重复；2） 子程序可以嵌套调用，最多可5级嵌套。4.3原点复位设计若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必须使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车全流程的动作，其动作就是按下【复位按钮】，则洗车机的右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。其程序设计如下：LD X3OUT Y2RST Y1RST Y3RST Y4RST Y5RST Y6LD X2OUT Y05课题总结及展望本文的主要研究内容是汽车自动清洗PLC控制的研

32、究，在前人研究的基础上作了进一步的开发，吸取了前人研究的精华，补充了前人研究的不足。本系统是基于PLC的自动控制系统，由于本系统的实现技术要求比较高，而且课题研究的时间仓促，以及本人能力有限，实物制作的比较粗糙，因此还有很多地方存在着不足之处：（1）本系统中完成任务繁琐，增加了程序的编写难度，也相应的增加了系统的成本。（2）系统稳定性需要加强：复位电路有时会出现不能自动复位的情况，由于本人能力有限未能找出其中的原因，尽管这种情况不常发生，但是一旦发生就影响系统的运行15。（3）在功能上需要更加完善：本系统没有设置报警装置，如果系统发生故障，系统不能做出报警动作，这样也会影响系统的跟踪质量。参考

33、文献1廖常初.PLC基础及应用M. 北京：机械工业出版社.20022王春泽.资源性水危机加重可持续发展受到严重挑战J. 河北水利水电技术出版社.2001年01期3杨守立 杨祖荣译. 汽车零件清洗工艺. 人民交通出版社M. 1981年02月第1版4杨青杰.三菱FX系列PLC应用系统设计指南M.北京：机械工业出版社.20015王开春.工业清洗技术 J.2005年3月6郁汉琪等可编程序控制器原理及应用M. 北京：中国电力出版社.19977哈尔滨成功汽车维修有限公司发展战略案例J.哈尔滨工程大学.2007 8钟肇新，彭侃.可编程控制器原理及应用M. 广州：华南理工大学出版社，19959王兆义.小型可编

34、程序控制器实用技术J.北京：机械工业出版社.200310刘守操等.可编程序控制器技术与应用M.北京：机械工业出版社，200611李俊秀，赵黎明.可编程序控制器应用技术实训指导M.北京：化学工业出版社，200212王也仿.可编程序控制器应用技术M.北京：机械工业出版社.200213李一樊.便携式汽车清洗器J.现代营销（创富信息版）.200714张伶艳,陆一平,李建平.小型汽车清洗设备的研制J.机械设计与制造.200715贾荣丛,王划一.PLC控制系统的故障诊断和维护J.软件.2006Study on PLC controlled Automatic washing deviceGao Hanfei(Machincal and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023)Abstract：Afte