毕业设计（论文）自助洗车机设计

1、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，自助洗车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。本文主要通过对自助洗车机功能要求和运行分析，确定了自助洗车机的总体设计方案。并主要进行了自助洗车机的驱动和控制系统的设计，针对自助洗车机的特点，采用自助投币，喷水，洗刷，喷洒清洗剂和风干等过程，应用了可编程控制技术对自助洗车机PLC控制系统进行了硬件设计和软件编程。PLC采用梯形图编程语言，并应用了组态王软件，对其运行过程实行监控，最终达到了实现自助洗车机的传动和控制要求。 关键词 可编程控制器

2、控制 自助洗车机 顺序动作 PLC目录摘要1第一章 绪论11.1 自动洗车机课程背景11.2 PLC简介21.3 自动洗车机的优点51.4 自动洗车机设计的目的6第二章 自动洗车投币系统分析82.1 投币系统外部接线图82.2 投币功能电路图的工作过程8第三章 自动洗车控制系统分析93.1 控制系统设计内容要求93.2 PLC的选型103.3 输入输出分配表103.4 自动洗车机硬件设计103.5 自动洗车机软件设计11第四章 调试结果29第五章 结论30致谢31参考文献32第一章 绪论1.1 自动洗车机课程背景 当今社会汽车行业发展迅猛，我国汽车业高速成长，汽车需求量年均增加，远远超越世界年

3、均增加速率。我国已成为世界第二大汽车消费国，我国私人汽车持有量的不断增加，汽配市场空前成长达到了3980亿元的市场规模。汽车产业链中的汽车清洗占了汽车项目的大头，汽车维修保养行业竞争更是愈演愈烈，洗车机由此得以广泛应用。自动洗车机通过对毛刷，水泵，机体行走机构和风机等部件的驱动控制，全自动完成对车辆的刷洗和风干。洗洗一辆车仅耗时1.5min4min，PLC可靠性高，编程简单且易维护，用作自洗车机控制系统的核心，更能体现它的这些完美品质。目前西方发达国家较为普遍，我国仅存在于几个大城市，发展前景广阔，它可以节省社会劳动生产力，提高效率，节约水资源，符合现阶段我国大力倡导的环保节约要求，大大的提高

4、工作效率，实现机电一体化操作，有利于操作自动地实现, 同时降低了生产成本可以获得更大的经济效益。俗话说降低劳动成本及提高了效益，因此，必须好好利用一切自动化手段，投入到社会现代化中去，使社会和人民受到效益。全自动洗车机在欧美，日本已广泛使用，拥有量达10万台，其突出的优点良好的效果作用和影响已得到验证和社会广泛的认同，国内全自动洗车机在首都北京已装达800台，但一些省会和大中型城市仅有少量使用，其余绝大多数城市还是一片空白，在洗车市场上所占的份额还比较小，但其潜力是巨大和不可忽视的。自动洗车机自20世纪90年代投入中国市场以来，逐步受到洗车业的推广和重视。如今中国大陆的自动洗车机数量达数千台，

5、并且每年以15%-20%的发展速度猛增。据调查北京的自动洗车机现有量约占全国的25%，高居全国自动洗车机市场之首。目前市场上自动洗车机主要产自德，意，美，荷，日本和韩国，引进国外技术并在中国大陆装配的设备保有量较大，占80%以上的市场份额，原装进口自动洗车机的价格居不下。同类产品，同样配置的设备往往要比国内组装的价格高，维修费高510倍，且维修周期比国内产品长1020倍以上。随着计算机技术的发展制造技术在国际合作方面的深入，国内产品已经逐步与国际先进水平同步。引进国外技术并在国内组装的自动洗车技术，成本相对较低，价格也较为低廉，但在质量稳定性和可靠性方面与国外同等产品仍有一定的差距。总的来说中

6、国洗车业的发展还处于初级阶段，我们坚信全自动洗车机在当今国内洗车市场上，有着巨大的发展空间和广阔的市场前景，是一项具有可持续发展巨大潜力的上好项目。假以时日，全自动洗车机取代人工洗车已经成为必然，而且也顺应时代发展趋势。在当今科技迅速发展的信息时代，机械化，自动化，高科技化的服务方式必将成为洗车业的主导发展方向。全自动洗车设备必将领导洗车行业的新潮流，成为以后中国主要的洗车方式。 1.2 PLC简介可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出

7、PLC概念的是美国通用汽车公司。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。7

8、0年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，

9、易于扩充其功能的设计。 世界上PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。 本次毕业设计综合实验台及其性能指标，最后决定采用西门子PLC S7-200系列。以下为西门子PLC系列产品简介：西门子PLC主要产品是S5、S7系列。在S5系列中，S5-90U、S-95U属于微型整体式PLC；S5-

10、100U是小型模块式PLC，最多可配置到256个I/O点；S5-115U是中型PLC，最多可配置到1024个I/O点；S5-115UH是中型机，它是由两台SS115U组成的双机冗余系统； S5-155U为大型机，最多可配置到4096个I/O点，模拟量可达300多路；SS155H是大型机，它是由两台S5-155U组成的双机冗余系统。而S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中S7-200系列属于微型PLC、S7-300系列属于中小型PLC、S7-400系列属于中高性能的大型PLC。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编

11、程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 (1)可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能

12、，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 (2) 配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小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，现代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。近年来PLC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) 易用，深受

13、工程技术人员欢迎。PLC作为通用工业控制计算机，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，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。 (4) PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 (5) 体

14、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，功耗仅数瓦。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控制设备。1.3自动洗车机的优点 在建设、美化城市、创建现代化大都市的城市发展主题中，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，城市落后的人工洗车方式已不能适应现代化城市的市容卫生和行业发展的需求，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，必须要有新的、合适的、符合中国国情的新型设备加入，要用新的理念、新的思路和新的方法来管理洗车行业，

15、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，必将引起洗车行业市场一场激烈的竞争和带来根本性的变革。中国的洗车行业要发展，必须与国际洗车业接轨，缩小与国际先进洗车行业的差距，因此，推广和应用全自动洗车机势在必行。 全自动洗车机与现在广为采用的、落后的人工洗车方式相比，有着无可比拟的优点：(1) 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：人工洗车一般为10分钟/台，电脑洗车机为1.5分钟/台，一小时可洗40辆车，每日洗车量可达400-500辆。这是中小型洗车店无法达

16、到的数字，它极大的提高了洗车的工作效率。(3) 洗车洁净：全自动洗车机由程序控制，采用进口超软洗涤工具，洗车效果与设计标准严格吻合，能排除人为因素，保证洗车质量。(4) 环保节水：全自动洗车机洗一台汽车耗水量为10-12升，比人工洗车节水10-20升。如果以洗车店每日洗车100辆计算，每日节水1-2吨，每年节水300-700吨。一个大、中城市按2000家洗车店计，每年节水量将达百万吨以上。全自动洗车机使用循环废水处理技术，不仅符合环保要求，而且可以大量节约水资源。(5) 不伤漆面：全自动洗车机采用进口超软橡胶棉刷，洗涤过程中不会损伤漆面，而人工洗车时使用的毛巾和手套，在反复擦洗过程中，夹带的泥

17、沙会在汽车漆面上造成人为的划痕。(6) 节省人工：全自动洗车机只需一个操作工人，比人工洗车节省用工量。 1.4 自动洗车机设计的目的和高自动化水平的自动洗车机进入我国市场是洗车业发展的主要问题. (1) 我们结合自己所学的PLC及电子,传感器等方面的专业知识将复杂的自动洗车系统简单而较为完整的表现出来.基本实现了市场上自动洗车系统的各项功能,并能够保证产品质量的稳定性和可靠性.而所用设备和技术资金投入都大大减小.从而有利于自动洗车机在我国市场上的推广这是本次设计的最大目的. (2) 自动洗车机与传统洗车相比节约了大量的水资源,符合环保要求.也极大的提高了劳动工作效率,降低了经营成本,再取得良好

18、的洗车效果的同时获得更大的经济效益. (3) 熟练掌握自己所学的课程，将专业课知识运用到生产和实践中.锻炼自己提高理论和实践结合的能力，使自己学有所用。提高自己的动手能力，并努力实践设计，力求有所成果，服务于社会，显示当代机电一体化技术在社会中的优势，使机电一体化得到更加有力的推广。第二章 自动洗车投币系统分析2.1 投币系统外部接线图 图2-12.2 投币功能电路图的工作过程外电路由12V电源供电，输出电压为u，电路包含电阻R1，R2，R3及发光二极管Vb，光敏三极管VT1，反向器三极管VT2，并配有接地线。电常态时R1，R2，R3分别安排适当的限流电阻值，电路接入12V电源。此时Vb发光，

19、VT1为导通状态，VT1的发射极输出高电压，即VT2的基极为高电压，所以VT2为导通状态，因而VT2的集电极为低电平，即输出u为低电平脉冲信号。所以不会产生PLC外部的触发信号，即SM0.1不会动作，洗车机更不会动作。当Vb与VT1之间的光被投入的钱币挡住时，VT1会截止，VT1的发射极会输出低电平，因而VT2的基极为低电平，所以VT2也会截止，即VT2的集电极为高电平，即输出信号u此时为高电平脉冲信号，所以会产生PLC外部触发信号，SM0.1会动作，所以洗车机等待着动作，当按下启动按钮I0.0后，洗车机就会动作。第三章 自动洗车控制系统分析3.1 控制系统设计内容要求1、按下启动开关之后，洗

20、车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始刷洗。2、洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。3、洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，清洁剂设备开始动作喷洒清洁剂。4、洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。5、洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，清洁机继续喷洒，当洗车机往右移3s后停止，刷子开始洗刷。6、刷子刷洗5s后停止，洗车机往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始刷洗5s后停止，洗车机往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。7、洗车机往左移3s后停止，刷子开始刷洗5s后停止，洗车机继续往左移3s后停止，刷子开始刷洗5s

21、后停止，洗车机继续往左移，直到碰到左极限开关后停止，然后往右移。8、洗车机开始往右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗车机停止前进并往左移，喷洒清水及刷子洗刷继续动作，直到喷到左极限开关后停止，然后往右移。9、洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，喷到右极限开关时，洗车机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。10、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停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极

22、限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。3.2 PLC的选型 根据控制系统的设计要求，考虑到系统的扩展和功能，可考虑CPU224或CPU226小型PLC作为控制元。3.3 输入输出分配表 结合设计要求和PLC型号，I/O地址分配表如图3-1自动洗车控制系统I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启动信号常开按钮SB1I0.0右极限信号行程开关SQ1I0.1左极限信号行程开关SQ2I0.2原点复位信号常开按钮SB2I1.0风扇动作接触器M Q0.6刷子刷洗接触器KM3Q0.2洗车机左移接触器KM2Q0.4喷洒清洁剂电磁阀YV1Q0.5喷水动作电磁阀YV2Q0.1

23、洗车机停止接触器KM4Q0.6启动灯信号灯泡HL1Q0.3复位灯信号灯泡HL2Q0.7图3-1 3.4 自动洗车机硬件设计依照PLC的I/O地址分配表，结合系统的控制要求，PLC控制电气接线图。如图3-2所示自动洗车机I/O接线图 图3-2 3.5 自动洗车机软件设计(1) 自动洗车机系统顺序功能图 图3-3是自动洗车机控制系统自动程序的顺序功能图。该图是一种典型结构，这种结构可用于别的具有多种工作方式的系统，包括顺序控制和原点复位控制。T38T37T37复位线循环线 T39T40T41T42T43T44T38T39T40T41T42T43T44循环线复位线S1R7R8R3来自程序故障时的当前

24、位置回到起始点回到起始点位置循环返回线复位线如图3-3 (2)自动洗车机系统梯形图 (3) 自动洗车控制系统语句表/ 网络1LD M2.2A I0.2O SM0.1O M0.0AN M0.1= M0.0网络2 / 启动，右移，喷水洗刷LD M0.0A I0.0O M0.1AN M0.2= M0.1= Q0.1= Q0.2= Q0.3= Q0.0网络3 / 左移，喷水洗刷LD M0.1A I0.1O M0.2AN M0.3= M0.2= Q0.1= Q0.2= Q0.3= Q0.4网络4 / 到达左移限位，右移，喷洒清洁剂LD M0.2A I0.2O M0.3AN M0.4= M0.3= Q0.

25、0= Q0.5= Q0.3网络5 / 到达右移限位，左移，喷洒清洗剂LD M0.3A I0.1O M0.4AN M0.5= M0.4= Q0.3= Q0.4= Q0.5网络6/ 到达左移限位，右移三秒LD M0.4A I0.2O M0.5AN T37= M0.5= Q0.0= Q0.3TON T37, 30网络7 / 洗刷五秒LD M0.5A T37O M0.6AN T38= M0.6= Q0.3= Q0.2TON T38, 50网络8 / 右移三秒LD M0.6A T38O M0.7AN T39= M0.7= Q0.3= Q0.0TON T39, 30网络9 / 刷子洗刷5 秒LD M0.7

26、A T39O M1.0AN T40= M1.0= Q0.3= Q0.2TON T40, 50网络10 / 洗车机右移LD M1.0A T40O M1.1AN M1.2= M1.1= Q0.3= Q0.0网络11 / 到达右限位，左移3秒LD M1.1A I0.1O M1.2AN M1.3= M1.2= Q0.4= Q0.3TON T41, 30网络12 / 左移3 秒后，洗刷5秒LD M1.2A T41O M1.3AN T42= M1.3= Q0.3= Q0.2TON T42, 50网络13 / 左移3秒LD M1.3A T42O M1.4AN T43= M1.4= Q0.3= Q0.4TON

27、 T43, 30网络14 / 洗刷五秒 LD M1.4A T43O M1.5AN M1.6= M1.5= Q0.3= Q0.2TON T44, 30网络15 / 左移LD M1.5A T44O M1.6AN M1.7= M1.6= Q0.4= Q0.3网络16 / 到达左限位，右移，喷水，洗刷LD M1.6A I0.2O M1.7AN M2.0= M1.7= Q0.3= Q0.1= Q0.2= Q0.0网络17 / 到达右移限位，左移，喷水，洗刷LD M1.7A I0.1O M2.0AN M2.1= M2.0= Q0.3= Q0.4= Q0.2= Q0.1网络18 / 到达左移限位，右移，吹风

28、LD M2.0A I0.2O M2.1AN M2.2= M2.1= Q0.6= Q0.3= Q0.0网络19 / 到达右移限位，左移，吹风LD M2.1A I0.1O M2.2AN M0.0= M2.2= Q0.3= Q0.6= Q0.4网络20 / 复位键LD I1.0O M2.3AN M3.0= M2.3= Q0.4A I0.2= Q0.7R Q0.3, 1R M0.1, 7R M1.0, 8R M2.0, 3S M0.0, 1= M3.0 第四章 调试结果 为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成。(1) 硬件调试系统的硬件安装过

29、程及针对各单元模块的硬件电路调试，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应指标。硬件调试主要包括按键电路的调试、驱动电路的调试、电源部分的调试几部分。为保证整个系统能够正常工作，首先要保证电源系统正常工作。其次是驱动电路的调试，这一部分调试主要是I/O口的检查。调试的关键在于按键电路的调试，这一部分主要是按钮是否对应好，接线是否正常，特别是相关复位按钮。最后是洗车部分的调试，这一部分占了设备的绝大部分。(2) 软件调试本部分主要介绍了自动洗车机控制系统的软件调试过程，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应的指标。 首先是投币子程序的调试，这一部分的调试的关键是投币时程序是否能得到信号，在满足条件的情

30、况下能否得到响应等。最后是主程序的调试，通过假定输入一定的初值看看程序运行是否正常。(3) 整机调试 整个系统调试顺序按照先硬件后软件，先局部后全部的顺序调试，当软件与硬件都调试无误之后，就可以整机调试，整机调试也就是整个系统设计的功能测试。 第五章 结论本次课题做PLC自动洗车系统以其优越的自动化程度,完善的服务配套设施和便利的洗车动作操作等突出优点在世界许多发达国家得到广泛使用,极大的提高了洗车行业的劳动工作效率。但由于我国的自动化水平相对较低,自动洗车技术在我国的不少城市和地区和的不到推广。如何使高科技含量和高自动化水平的自动洗车机进入我国市场是洗车业发展的主题。 1.我们结合自己所学的

31、PLC及电子,传感器等方面的专业知识将复杂的自动洗车系统简单而较为完整的表现出来。基本实现了市场上自动洗车系统的各项功能,并能够保证产品质量的稳定性和可靠性。而所用设备和技术资金投入都大大减小。从而有利于自动洗车机在我国市场上的推广这是本次设计的最大目的。 2.自动洗车机与传统洗车相比节约了大量的水资源,符合环保要求。也极大的提高了劳动工作效率,降低了经营成本,再取得良好的洗车效果的同时获得更大的经济效益。 3.熟练掌握自己所学的课程，将专业课知识运用到生产和实践中。锻炼自己提高理论和实践结合的能力，使自己学有所用。提高自己的动手能力，并努力实践设计，力求有所成果，显示当代机电一体化技术在社会中的优势，使机电一体化得到更加有力的推广。通过本次设计，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，还学习到了大量以前没有学到过的知识。在查阅资料的过程中，我懂得了要判断优劣、取舍相关知识，在平时，我所学习的知识是有限的，在以后的工作中肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我受益匪浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才