基于PLC控制的自动洗车系统设计

机电一体化专业设计交流

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一、摘要

  摘 要 本次主题设计了一种全自动洗车机控制系统。首先,在全面调查的基础上, 系统完成了分析系统的功能需求。自动洗车系统的总体设计由传感器、电机、变频器接触器等组成的一个完整的系统。完成系统的硬件设计和软件设计。设计包括了所有组件的选择和电路设计。软件设计包括自动洗车的所有过程的控制，如自动移动、刷洗和烘干。为了验证设计的正确性，建立并调试了汽车仿真系统。采用上下两层合作模式。计算机是处理s7 - 200 PLC为核心,和门站负责收集现场数据。组态王是一种用于上层监控软件的配置工具，它通过一系列典型的配置接口和设计变量、远程操作系统等手段来处理数据和存档。
本次的设计是采用了PLC通过合理的选择和设计来控制的。检查洗车机的控制电平。利用PLC控制系统已成为现代制造设备革命的一个重要手段来提高生产力和市场竞争力。PLC控制已成为一种技术趋势。
关键词 洗车机 PLC 逻辑控制 全自动

二、绪论

1.1 课题研究背景

  在当前中国洗车市场领域,存在着人工洗车,半自动洗车,全自动洗车等三种主要方式洗车的应用｡人工洗车方式的主要优点在于资金投资少,洗车管理较方便,洗车质量最优质｡但其缺点也极其突出,主要在于较浪费水资源,浪费人力以及人工难管理｡半自动洗车方式的优点在资金投入比全自动洗车机便宜,但是不可避免的暴露了不能较好的节省水电,也不能较好的节省人力,并且由电脑程序控制流程,洗车效率较高,节约水资源｡但资金投入较大,后期维护较为麻烦｡由于全自动洗车方式具有洗车质量优质,洗车效率高等巨大优势,故广受用户欢迎｡欧美发达国家早已普及这种全自动洗车方式,正是其巨大优势,使其能够在欧美如此普及｡目前,国家呼吁建立一个节约型社会,所以它具有重要意义推广自动洗车机。

1.2 自动洗车介绍

  洗车机洗的积分方法:通常位置洗车机干燥架后,设置的距离,然后用水洗。洗帧然后洗蜡的车。干燥架反吹干燥工艺。自动洗车机的特点是传统的往复式改进型，蜡洗车系统提供的结构和一个空气干燥系统,可结合在消除往复式洗车时操作。自动洗车机适用于小型场所，洗车量较大的洗车或站长。
  自移动洗车机是在洗车过程中使用的一种pH值偏酸的中兴洗车液和水抛光蜡。将发泡机内置于车身，将发泡喷雾喷到车身，以清洁汽车表面。这种既不可以腐蚀油漆,汽车也在密封圈,管道腐蚀,把水和蜡擦干。

1.3 PLC控制全自动洗车机的优越性

  自动洗车机的电流控制模式包括PLC、单片机、FPGA和基于PC的控制方式和实验室的观点。FPGA较难适应全自动洗车机恶劣的工作环境,且由于其不太适用与装备如此大型的机器, 半自动洗车方式的优点在资金投入比全自动洗车机便宜,但是不可避免的暴露了不能较好的节省水电,也不能较好的节省人力,并且由电脑程序控制流程,洗车效率较高,节约水资源｡但资金投入较大,后期维护较为麻烦｡由于全自动洗车方式具有洗车质量优质,洗车效率高等巨大优势,故广受用户欢迎｡欧美发达国家早已普及这种全自动洗车方式,正是其巨大优势,使其能够在欧美如此普及｡在处理速度上体现不出它的优势所在基于PC和Lab View的控制方式虽然在各方面都能满足洗车机的要求, 但其高昂的价格,后期维护成本高。可扩展性和实用性,将基于PLC控制的自动洗衣机与其它基于自动洗衣机的控制方法进行了比较，具有许多不可比拟的优点，因此目前市场上大多数基于PLC控制的自动洗衣机都具有不可比拟的优点。
工作程序需要改变时,只需要改变内部PLC,改写程序,不需要改变外围。
  这些方面突出了采用PLC控制的全自动洗车机的优点。

二、自动洗车系统的原理及其分析

2.1 总体设计

  这个系统PLC程序控制,在输入信号的函数,根据内部状态和时间序列,使每个驱动器自动生产和工作过程中到一个有序的时尚学科去。对生产过程进行PLC控制，首先根据梯形图进行系统工艺设计程序。

图2-1 系统的原理框图

2.2 系统的工作原理

  洗车机在不同的循环顺序与其它动作同时进行，如水、洗涤、干喷清洗剂、风机吹气等动作。洗车水回收，悬浮物含量高，耐磨;清水罐顶设水泵。应式函数没有重复排水。式的性能是稳定的。具有较强的自动控制能力，易于与自动系统配套使用。
  PLC在整套自动洗车机中发挥着至关重要的作用,它是这个控制系统的核心,引导指挥着整套系统的运作顺序｡所以选择PLC型号也应慎之以慎｡还采用了复位设计，如在清洗过程中由于其他原因使汽车停在原点的另一位置，需要手动复位，复位灯到位，现在就可以启动，否则启动无效，洗车机在开始停止动作后自动完成清洗动作。
  洗车机第一右移时有和擦洗行动,达到正确的限制作出正确的限位开关动作控制洗车机左移, 用水翻转，直到左限位开关。第二洗衣机向右移动，停止喷水，刷头和洗涤剂开始喷洒，直到正确的限位开关动作。将发泡机内置于车身，将发泡喷雾喷到车身，以清洁汽车表面。这种既不可以腐蚀油漆,汽车也在密封圈,管道腐蚀,把水和蜡擦干。继续喷淋清洗机清洁,直到限位开关动作了。以保证其能够按照PLC控制的程序正常工作｡另外为了防止PLC被经常工作的的电磁阀,继电器以及电机干扰,需要对PLC采取抗干扰的措施,通常采用的做法是在PLC的电源输人端加装超隔离变压器防止电源干扰｡洗车机第三次向右移动，小车洗车机向右停3秒，刷刷洗5秒，连续向右移动2次后继续，直到遇到右限位开关，其中，洗车机向右移动，刷刷刷由开关延时定时器T37和T38组成振荡回路控制，直到右限位开关联锁后使刷子动作回路断开，刷子停止工作。垫圈离开现在,也最后一次行动的右移,直到它离开了限位开关。洗涤器第四次向右移动，喷水刷动，直至达到右限位开关。洗车机第一右移时有和擦洗行动,达到正确的限制作出正确的限位开关动作控制洗车机左移, 用水翻转，直到左限位开关。第二洗衣机向右移动，停止喷水，刷头和洗涤剂开始喷洒，直到正确的限位开关动作。在车辆左移的同时，继续进行水洗涤，将喷雾喷到左侧限位开关洗涤停止位置。第五次洗车右移,开始行动,直到他们达到限位开关, 继续远离车。

三、PLC控制的自动洗车系统的硬件设计

3.1 自动洗车的硬件设计

   清洗机主要包括框架行走结构、小边刷洗刷结构、顶刷洗刷结构、干燥系统、清洗液管路系统。
   框架采用两台交流异步电动机作为驱动电源。步进电机由正向和反向、正向或反向框架控制。同时,为了保证汽车的安全追踪清洁机,两个旅行交换机设置两端的跟踪框架的控制范围。电框架由前进机轴按钮,手制按钮动控。行程开关接触器控制两个电机。
   侧刷清洗机构由大型旋转机构、侧刷定位机构和刷组成。刷头旋转由两台交流异步电动机驱动为源，需要通过控器进行刷头旋转，实现正制两个交流接触负控制，大侧刷定位机构用两个气缸驱动源，缸状态由控制电磁阀控制，大侧刷同时就地中间和中形成，位置通过四个位置和两个行程开关别接近开进行识别。
   小边刷清洁机制由一个旋转机制定位和刷子。异步电动机由两台交流异步电动机驱动，不需要控制反向旋转电刷。小边刷定位机制有两个双作用气缸作为驱动源,其操作通过控制电磁阀来实现定位的小边刷。
   由于机架的运行上刷定位机构影响需要一个气缸作为驱动源，通过控制电磁阀实现运行。状态受刷位置的，为了保证顶运行安全，设计了一种定位开关，安装在顶刷位接近置的局部，以确定顶刷是否回到位置。
   系统包括机构和送风风道系统，送风系统由两个风机和相应的管路组成。它由一个开关控制，可以实现两个交流接触器。在与本体接触时发生损坏现象，故设计的风向光电开关和风道安全进入道岔，以确保风道位置识别的准确性。脱机液管路系统主要由一个潜水泵、一个水泵和多种车用洗车剂组成的控的操作制阀、潜水泵和泵通过两个交流接的控制来完成，并实现触器管路离电磁阀。
   整个洗车机的运行达到安全、高效、清洁的需要不同的协调机构和管路电磁阀，只有这样，才能保证洗车机的安全运行，目的。

3.2 系统的硬件选型

3.2.1 PLC的选型

   s7-200可编程控制器是一种小型自动装置，用于测试、监控和控制各行各业。200系列功能强大，可在独立操作和访问网络时实现复杂控制功能。s7-200系列具有高性价比。
   由于LW39-16系列广泛运用于电气控制屏柜和机电控制中的测量､控制的等场合｡有A､B､C三个系列可供选择,充分的考虑了各行各业用户的不同使用需求｡LW39-16系列万能转换开关造型美观､使用方便､安全可靠｡约定发热电流16A;操作角度30､45､90;触头系统最大节数12节｡
   如:冲床、磨床、印刷机、橡胶、化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统等。
单位选择:cpu221有5个输入点和4输cpu222有7个输入点和7点,cpu224有16个输入和输出点,9 cpu224xp有15个输入和输出点,11 cpu226有26个输入点和18个输出点。
电源负载，可直接连接传感器和发射机(执行器)，分别输出cpu221222 180ma、cpu224、cpu224、xp、280400ma cpu226输出。用作负载供电。这种设计中使用了224。以下是CPU224的简介:
   在10个输入/输出点进行a1积分，总共24个数字I/O。0扩展模块,该模块可以连接的最大扩展到168数字I / O点或模拟I / O点。oadcpu224 13k字节程序和数据存储空间，6个独立30khz高速计数器，双向独立20khz高速脉冲输出，PID控制器。224配备有rs-485通信/编程、通信、PPI、MPI通信和自由通信能力，小控制器控制能力强。3.2.2 电机的选型
Y100L2-4选配三相异步电动机，具有“Y”连接，功率3kw;转速1500 r / min。初始电压(380v)额定电流(A)。三相异步电动机Y100L2-4如图3 - 1所示。

图3-1三相异步电动机Y100L2-4

3.2.3 变频器及控制方式选择

   变频器是使用功率半导体器件的开关功能功率频率将功率转换成另一频率控制器件的功率器件。但它是发射机通过频率输出模拟输出端口0 ~ 5 v或4 ~ 20 ma电信号来控制。
   以下是一些选择变频器的依据:
   变频器的目的选择:恒压或恒流控制的控制。
   变频器与负载的匹配问题;
1)电压匹配; 负载的额定以及变流器的电压要一样。
2)当前匹配; 混合离心泵，逆变器的额定电流与电机的额定电流相同。基准负荷，如深水泵、电动机性能参数应确定变频器电流和最大电流过载能力。
3)转矩匹配;只有在恒定转矩负载下或使用减速齿轮时，s才是可能的。
变频器运行在长电缆上，应采取措施抑制长电缆耦合电容在地面上的影响，避免变频器输出不足。
   变频器系统的端口要求:运行/停止控制;lt状态输出;给定工作频率的输入函数;模拟输出功能。稀土是逆变器产品质量稳定、可靠的选择。
   本控制系统的频率下限的供水,供水操作上限频率由PLC控制系统。在此系统中,运行时间限制为20赫兹的频率,运行时间限制设置频率50赫兹。这种设计特别适用于abbasc510系列逆变器。

表3-2-3 变频器的参数

3.2.4 接触器的选择

   启动或停止控制回路中的电机、线圈和辅助触头，可按需连接，也可部分分支连接或断开控制回路。也可接触欠压保护。触点、额定电流应注意其与线圈电压和接触号的关系。
95 v远程连接断开电路和频繁启动、交流电机控制、辅助接触器接触器可组装成模块化、空气延迟头、机械联锁机构部件，如延迟接触器、换向接触器、星形三角起动器等。
交流接触器的主要参数如下:
额定绝缘电压Ur:690V
约定发热电流It h:32A
外形尺寸:76X47X87｡

3.2.5 开关的选型

   本系统的万能转换开关主要用于工作方式的选择｡由于LW39-16系列广泛运用于电气控制屏柜和机电控制中的测量､控制的等场合｡有A､B､C三个系列可供选择,充分的考虑了各行各业用户的不同使用需求｡LW39-16系列万能转换开关造型美观､使用方便､安全可靠｡约定发热电流16A;操作角度30､45､90;触头系统最大节数12节｡
   本系统选择一般型的 LW39-16A即可｡
   主开关的选择
供水系统的主开关对水泵起着控制､保护､安全隔离等作用,一般选择低压断路器｡
本系统选用低压断路器multi9cn65，正是因为C65系列具有以下特点
——根据中国低压配电的特殊要求，选用法国优秀成熟的产品;
——全面的选择越来越多,越来越强的性能,以满足不同领域的需求功率分布;
——提供更丰富、更方便的辅助配件及配件安装，真正满足自动控制的需要;
0断路容量明显高于C45微型断路器，所有额定电流值断路容量相同。本系统选择的C65N为60A(IEC898)。

3.2.6 喷头的选型

   喷嘴在自动洗车设备非常重要。如果喷嘴堵塞或雾化效果不能满足设计需求,会影响清洁效果。根据洗车的特点,选择一个大港口,可以提供统一的、高喷嘴的影响。根据清水储层在悬浮粒子大小和自动清洗过滤精度,选择喷嘴孔径5毫米,喷气35°角0.35 - 0.45 MPa的压力P型喷嘴。为了防止生锈的喷嘴,不锈钢的材料选择。
   喷头水力计算｡喷头出口孔径为5mm,为达到洗车效果,确定垂直射流高度为10m,则喷头水压为0.20MPa,管嘴出水流量为1.30m3/h;出口有收缩,取流量系数为0.94;喷头数量为24个,则总流量为31.20m3/h｡

3.2.7 水泵的选型

   一般要求是:洗车水回收，悬浮物含量高，耐磨;清水罐顶设水泵。应式函数没有重复排水。式的性能是稳定的。具有较强的自动控制能力，易于与自动系统配套使用。
根据水力计算，自动控制自吸泵流量41-52m3/h，扬程48-42m。

3.2.8 电气控制系统原理图设计

如图3-2所示:

图3-2 电气控制系统原理图

四 PLC控制的自动洗车系统的设计

4.1 I/O分配

   根据系统组成分析，系统有14个输入点，6个切换输出点，1个模拟输入输出点。
左极限开关I0.1,右限位开关I0.2,和起源I0.3重置按钮。e输出信号，洗衣机右转Q0.0，风扇动作Q0.1，开始后可以自动完成清洗后会自动停止,之前必须重新开始。使用CPU224可满足输入输出数量的要求。
下表为PLC的I/O点分配表:
表4-1 I/O点分配表

4.2 外部接线

如图为外部接线图:

图4-1 CPU224的接线图

4.3 系统的工作流程

1. 第一步开开关。洗车机会从右移动开始。开始喷水。
   2,洗车机正确的到达正确的限位开关,开始转向左边,洒水器继续行动。
   3.当它移动到左边后。左限位开关会发出极限的指令。它开始向右移动,喷水灭火机器继续运转,洗车粉设备开始运作——喷洒清洁剂。
   4, 正确的洗车机正确的洗车机限位开关向左开始移动,继续喷清洁剂。
   5、洗车机左左限位开关,开始向右移动,清洗机停止喷雾,当洗车机搬到正确的3 s停止后,刷开始刷。
2. 5秒后刷停止，洗车机继续向右移动。3 s后,洗车机将停止,和刷将开始洗5 s,洗车机,汽车将继续向右移动,并达到正确的限位开关停止,然后向左移动。
3. 洗车机向左移动3秒停止;刷5秒后停止;将洗车机向左移动3秒后停止;刷开始刷5秒停止;洗车机向左移动，直到碰到左限位开关;它向右移动。
   8、洗车机开始向右移动，并喷淋水，洗车时清洗干净，当右限位开关时，洗车机停止并向左移动，喷淋水继续动作，直到喷淋到左限位开关停止，再向右移动。
   9、如果洗车机往右移动，风机设备将吹干并喷到右限位开关。如果洗车机停止和移动到左边,风扇将继续吹干,直到左限位开关完成洗车和灯的整个过程。
   10、如果在停电或故障时发生洗涤器动作，必须使用原点复位排除故障后，将洗车器复位到原点，要进行整个洗涤动作，动作是按下复位按钮，然后移动到洗车器的右侧，喷洒、洗涤、风扇和洗涤剂喷洒都需要停止，洗车器向左移动，当洗车器向左限位开关时，原点复位灯亮，说明洗车器完成复位动作。
   图4-2系统的主流程图1
   

4.4 PLC程序

使用STEP7-Micro/Win32软件进行编辑｡下面给出各个环节的PLC程序。

4.4.1 左移程序

           图4-7  左移程序

当按下启动开关时，M0.0保持通电。汽车到达正确的限制后,I0.1变得精力充沛,触发M0.1 Q0.3,洗车机开始向左移动。

4.4.2 右移程序

           图4-8  右移程序

按下启动开关,I0.0闭合,M0.0和Q0.0得电,洗车机右移

4.4.3 启动灯程序

           图4-9 启动灯程序

确保洗车机是精力充沛的起源,即I0.3。启动开关并运行它。后引发M1.5线圈和开始光信号,开始将光和M1.5仍然电力充沛。

4.4.4 复位灯程序

 图4-10  复位灯程序

当达到左限位开关,I0.2是精力充沛,触发Q1.0,重置灯亮。

4.4.5 喷水动作程序

        图4-11  喷水动作程序

当洗车机开始运行,离开原点,Q0.5触发,开始喷水｡

4.4.6 刷子动作程序

                 图4-12 刷子动作程序

Q0.2出发后,刷子洗刷开始,以5秒为一个周期,并适当停止｡

4.4.7 清洁剂动作程序

    图4-13 清洁剂动作程序

   当M0.2线圈通电时，触发M0.3和Q0.4，开始喷洒清洁剂，M0.3保持线圈有电。

4.4.8 风扇动作程序

           图4-14 风扇动作程序

   达到左限时，触发M1.2线圈和Q0.0、Q0.1、洗车机右移位、风机工作
   但上述程序组态组合可以设计成一个完整的自动洗车程序。详细见附录。

总结

   本文完成了对《PLC控制的自动洗车系统》的设计和分析,下面进行一些总结:
本设计整个过程已经结果都基本上达到了我设计的初衷、还有最终的一个目的效果。想要实现洗车机的控制还需要通用PLC结合适当的设备选型。设置参数还有洗车机的软件设计。对洗车机的合理性还有电能都有了很大的改善。全自动的清洗剂也是重中之重的操作。不仅仅减少了劳动强度，同时工作效率也高很多了。一句话,这个毕业设计不单单是为了完成一个简单的项目,而是让我初步掌握了科学研究的步骤和方法。加强了我的专业知识。以及我的实际操作能力也得到了巨大的提升。锻炼我的能力为分析解决问题, 在未来我希望我能做一个更完美的系统。

目 录

第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 自动洗车介绍 1
1.3 PLC控制全自动洗车机的优越性 2
1.4本课题的初步分析 3
第二章 自动洗车系统的原理及其分析 6
2.1 总体设计 6
2.2 系统的工作原理 6
第三章 PLC控制的自动洗车系统的硬件设计 8
3.1 自动洗车的硬件设计 8
3.2 系统的硬件选型 9
3.2.1 PLC的选型 10
3.2.2 电机的选型 11
3.2.3 变频器及控制方式选择 12
3.2.4 接触器的选择 14
3.2.5 开关的选型 15
3.2.6 喷头的选型 16
3.2.7 水泵的选型 16
第四章 PLC控制的自动洗车系统的设计 18
4.1 I/O分配 18
4.2 外部接线 19
4.3 系统的工作流程 19
4.4 PLC程序 24
4.4.1 左移程序 24
4.4.2 右移程序 24
4.4.3 启动灯程序 24
4.4.4 复位灯程序 25
4.4.5 喷水动作程序 25
4.4.6 刷子动作程序 26
4.4.7 清洁剂动作程序 26
4.4.8 风扇动作程序 27
第五章 基于组态王的系统监控设计 28
5.1 建立监控画面 28
5.2 编写循环脚本程序 28
5.3 启动监控机系统后自动运行组态王 32
结 论 34
致 谢 35
附录 38