中北大学-汽车自动清洗系统设计

1、毕业设计说明书汽车自动清洗系统设计 学生姓名： 学号： 学 院： 软件学院 专 业： 软件工程 指导教师： 李彦栋 王春花 2014年 6 月汽车自动清洗系统设计摘 要随着汽车产业突飞猛进的发展，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。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。我们这里设计的汽车自动清洗机就比较理想，它内置控制器，采用先进的传感器技术，自动对需要服务的汽车进行清洗，清洗完毕自动停止刷洗，实现了洗车的自动化控制。关键字：全自动汽车清洗机

2、，横刷，传感器，自动化，PLCCONTROL SYSTEM OF PROGRAMMABLE CONTROLLER USED IN AUTOMATIC CAR WASHERSAbstractWith the rapid development of automobile industry, car wash industry ushered in an important development opportunity. Car washing machine work is essential as the washing of equipment, the cleaning effect,

3、cleaning rate and cleaning costs, and requirements for water conservation and environmental protection, as its development and production of content must be considered. However, traditional manual car wash result is not satisfactory, an enormous waste of human material and natural resources. We are

4、here to design the car ideal for automatic washing machine, it is built-in controller, the use of advanced sensor technology, automatic car wash in need of services, cleaning is completed automatically stop the brush to achieve automatic control of washing.Keyword:Automatic car washing machine,Horiz

5、ontal brush,Sensing element,Automation,PLC目 录1 引言11.1 国内外自动清洗技术的现状21.2 汽车自动清洗技术的发展前景22 流水清洗系统的总体设计42.1 汽车自动清洗的分类42.2 隧道式汽车自动清洗的总体设计参数53 隧道式自动清洗系统的机械部分设计73.1 汽车自动清洗的流程图73.2传送带模块的设计73.2.1传送带的选用73.2.2 减速器的选择83.2.3 支撑轴的设计83.2.4 主轴的设计93.2.5 主轴的强度校核计算93.3 清洗模块的设计103.3.1 粗洗结构设计103.3.2 清洗液结构设计103.3.3 精洗结构设计

6、103.4 刷洗模块的设计103.4.1 刷洗结构简介103.4.2轮刷和立刷结构的设计103.4.3 顶刷的结构设计114 PLC以及汽车自动清洗装置的PLC应用134.1 PLC的定义134.2 PLC的的发展历程134.3 PLC的特点134.4 汽车自动清洗装置中应用PLC的优势145 汽车自动清洗装置PLC控制线路设计16第 II 页 共 30 页中北大学2014届毕业设计说明书5.1 设计任务要求165.2 分析任务要求及解决方案166 硬件选型186.1 PLC产品的比较186.2 PLC的选择207 PLC控制程序的设计217.1 I/O分析217.2 I/O分配表217.3

7、PLC控制接线图217.4 PLC控制体型图及语句表227.5程序原理分析23参考文献24致 谢26第 II 页 共 II 页1 引言市场上常见的汽车自动清洗机简介它改变传统高压水枪单相流、单一介质的清洗原理。采用高速气流配合水硬雾冲洗的新技术（两相流清洗）。水被微粒化利用，几十倍提高水的利用率，达到节水90以上，并且集清洗、喷清洁剂、吹干等多功能于一身。小巧手持、随意移动，任何环境均可工作。最大限度的提高单位水量的利用率，并具备一定的冲力和温度，极有效地清除和溶解车身及所有缝隙的灰尘和油污。（汽车的门边、门缝、车牌、车头发动机组、人手难以触及的沟、缝、细孔等。）用水量是水枪的二十分之一，耗能

8、是它的一半，其他设备所无法比拟的是：彻底清洗细微之处；快速吹干功能；无水花飞溅；无满地流水；(洗车后没有污水横流)。清洗车身；洗门缝、门边、发动机组，细微之处显身手；油、泥厚处重的地方也是轻而易举，快速吹干。下面我们以上海某公司的产品为例简单介绍其性能和主要技术参数。表1.1 型号：XD-518B地轨式洗车机(经济形)武钢镀锌钢板烤漆机体意大利品质双向涡轮行走系统，2套台湾合资高功率水泵（配沪产7.5电机）NMB旋转喷头配置，7组合资高压底盘冲洗系统，11组韩国高压泡沫管路国产钢丝绳管线传动合资电路控制缆，低压分体控制器，达到人电分离国产手阀切换底盘，车身冲洗系统原厂产全方位泡沫喷淋系统（4组

9、）台湾合资倒车镜及车尾冲洗系统（2组）台湾合资轮胎钢圈冲洗系统（2组）武钢产轻轨轨道，静音轨道（可任选其一）机器尺寸cm85X300X250场地尺寸cm330X270X600续表1.1 型号：XD-518B地轨式洗车机(经济形)耗水量40-60耗电量0.16元/台清洗液0.05元/台清洗能力（辆/H）20-301.1 国内外自动清洗技术的现状国外的自动清洗技术已经有较长的历史，目前国外已经生产出多种新型清洗机。由日本研发生产的台式洗涤装置，适合用于小物品的制造加工，实验室以及检测中心等洗涤小型物件，Simpson清洗系统公司从1959年就开始生产高压冷水清洗机，并且可根据用户的需求，采用直接转

10、动和皮带转动两种方式，最近，美国推出了ADF990型零件清洗机，使用热水与可分解处理的清洗剂混合的水溶液清洗齿轮、箱体、冲模等大型零件；对于流水自动清洗中的汽车自动清洗，国外也已经有许多年的历史，从最初的一桶水一块抹布式的洗车到现在全自动化清洗，目前我国的多数自动清洗技术前部参照国外技术。如TEPO-AUTO全自动清洗机械设备参考德国最先进的技术。利用精湛的工艺，开发出适合中国各地区各类别自动洗车的机械设备。其电动机械，电控部分，传感器分，气动以及气控部很多由德国、意大利等国家原装进口。随着国名经济的迅速增长和社会的快速发，汽车逐步更加广泛的走入普通民众家庭，人民对于车辆的清洗有了更高的要求。

11、现在我国已经有了往复式洗车设备，高压自动洗车机，隧道式洗车机，专业工程机械清洗机，火车专用清洗设备，汽车生产线专用雨淋清洗线，集装箱，油罐车专用清洗设备，特殊车辆清洗设备等一系列清洗机械来满足各种需求。1.2 汽车自动清洗技术的发展前景汽车业发展到目前的水平，已经解决了众多的无法实现的难题，今后汽车业的发展速度也会随着社会的快速发展而加快。可能会设计出组合式汽车、无人驾驶汽车等。汽车业的发展对汽车的自动清洗提出了更高的要求。中国自动洗车业大部分还处于发展的初级阶段，没有一个统一的行业标准，管理混乱，容易产生纠纷和其他问题。从业人员总体素质较低，同时缺乏专业技术培训和专业技能，只能从事一些低级简

12、单的体力劳动。政府需逐步规范专业清洗机构和清洗行业，从而使得清洗服务行业能够持续健康稳定的发展下去。当今社会面临着能源和环境的问题，绿色环保型和节约型必然是未来的汽车自动清洗的发展方向，可以对清洗汽车产生的的污水经过处理后充分再利用。同时，高科技新型 的清洗设备必然会代替现在的清洗设备，使汽车自动清洗行业更加完美化。中国人口众多。随着人们生活水平的提高，汽车已经走入更多的人们的生活，随之发展的就是汽车的服务行业，所以自动洗车必然会发展成为主流，符合人们快节奏的生活和当今社会的发展需求。2 流水清洗系统的总体设计本次设计主要是针对流水清洗系统中的汽车自动清洗，目前我国在汽车清洗行业还没有广泛使用

13、流水自动清洗，这与我国当前的基本国情有密切的关系。但随着中国经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，快节奏的生活方式，都将促进自动清洗快速发展，并最终代替人工清洗。2.1 汽车自动清洗的分类汽车自动清洗按工作方式可分为隧道式和往复式两种。隧道式-洗车机不动，汽车在导轨的拖动下，慢速通过洗车机的工作区域。洗车机按照相应的工作指令，完成清洗汽车的工作。如：大型隧道式（大巴、无轨、旅客列车、电车地铁）清洗机；隧道式连续洗车机。往复式-汽车不动，洗车机按照一定的工作程序在导轨上往复移动，同时执行洗车指令的工作方式。如：大（中小）型移动式洗车机和龙门往复式洗车机等。隧道式汽车自动清洗系统是一条由美观的玻

14、璃幕墙包裹的汽车通道，其外形可以设计成特别醒目的，抢眼的色彩，一般情况下，经营者会把它安装在交通便利的街边，让它起到吸引过往车辆和广告的作用，同时更方便用户洗车，一达到更好的经营效果的目的。隧道式洗车是车辆由传送机带动前进，在车辆经过隧道的短时间内，完成洗车、打蜡、风干等工作程序。其特点是洗车速度快，洗车效果好。洗车流程为：高压冲洗-小刷去泥-底盘冲洗-泡沫喷淋-刷毛清洗-清水清洗-水蜡喷淋-强力风干-完成洗车。往复式洗车机的洗车原理为：车辆进入洗车机后，拉紧手刹，并关好门窗，机器在较短的时间内，往复行走，完成洗车、打蜡、风干等工作程序。虽然洗车速度慢，但相对场地受限，发展落后，相对较小的城镇

15、、县城仍然有着较大的吸引力。洗车流程和隧道式洗车相同。下面我们研究隧道式汽车自动清洗的总体设计参数如表2.1表2.1 自动清洗设备的主要性能参数一览表序号指标名称单位数值1轨道长度m152设备尺寸m173.633洗车尺寸 m5.52.12.54消耗水量L/台905顶刷支1支6轮刷支2支7立刷支2支8电源24KW 380V9洗车能力台12010控制系统台达PLC11最大喷射压力2.42.2 隧道式汽车自动清洗的总体设计参数本次设计的流水清洗中汽车自动清洗系统是隧道式清洗，清洗对象主要是微型车、越野车、商务车、小型家庭轿车以及轿车等。各种性能指标以及参数依据各种车型的数据来确定。洗车过程是：当汽车

16、被传送带带到“隧道”中后，通过检测确定到达轮刷位置后，启动轮刷清洗高压水刀，对车轮和周边的区域高压冲洗，把轮毂和周边的沙砾、灰尘冲洗掉。然后双头喷嘴高压水刀对车身顶部、两侧进行冲洗。重点在于汽车前部和后备箱的清洗。接着汽车经过洗车液喷淋，使洗车液均匀洒在车体表面。刷洗工作是汽车清洗过程中相对比较重要的环节。汽车能不能够清洗干净很大程度上取决于刷洗环节。由于各种车辆的宽度不同，为避免造成洗不到车或者是洗“伤”车的情况，设计中让立刷和轮刷能够根据车身的宽度进行自动调节移动，从而保证刷子与车身之间的距离一定，进而更好的进行刷洗。同样，由于各种车辆的高度不同，顶刷采用了由齿轮齿条控制的，能够上下移动，

17、这样便可以进行有效的清洗。刷洗完毕以后进入精洗状态，把车强力风干。把车体表面的水珠吹干，在短时间内完成汽车的自动清洗。这套系统的设计采用了简单的流程，能够在短时间内完成对汽车的自动清洗工作。目前，在中国的洗车行业中有很大的发展前景。表2.2中各式车型数据，主要是针对于洗车系统设计的应用，同时在国内自动清洗汽车行业中具有一定的代表性。其参数能够涵盖大多数的车辆。整个清洗系统内部结构总长为17米，其中传送带总长为15米，高度为3.1米，宽度除风机部分为3米外，其余部分是2.5米。清洗车辆的最长为5.2米，最宽为2.1米，高度最高为2.5米。整个系统从功能上可分为四个部分：传送部分，清洗部分，刷洗部

18、分，风干部分。其中传送部分为整个系统运行的基础。清洗部分又分为粗洗部分，洗车液部分、精洗部分。刷洗部分包含对车身两侧进行刷洗的立刷，对车轮进行刷洗的轮刷和对车身顶部进行刷洗的顶刷，其工作原理是旋转的刷子与汽车车身之间的相对运动对汽车进行刷洗。风干部分是汽车清洗的最后一个环节，风干机对冲洗后的车体进行风干。考虑到冬天气温比较低，车身表面的水可能会结冰从而对车身造成损害，所以在风干机内部安装了电热丝，可以再低温时吹出热风，进而保证车身不被损伤，并能够提高风干效率。表2.2 汽车的主要参数一览表车辆长度（mm）宽度(mm)高度（mm）重量（kg）轴距（mm）轮胎（mm）轮距（mm）GL7510418

19、37172930471981562/1608景程48051810145027001576/1568 君越49981851146115952807225凯越45151725144512202600乐风431016901507110524801781450/1410骏捷464818001450139027901565/1560猎豹48001777194525001485/14931485/1492利用以上参数，可以对汽车自动清洗系统做更进一步的设计。3 隧道式自动清洗系统的机械部分设计3.1 汽车自动清洗的流程图汽车在驶入洗车隧道（以前后轮都驶上传送带为准）之后按照如下流程图进行清洗：汽车停稳车轮

20、喷洗车身喷洗清洗液喷洒轮刷刷洗立刷刷洗精洗进行风干干驶出隧道洗车结束顶刷刷洗底盘冲洗清洗液清洗毛刷刷洗液体打蜡汽车汽车汽车强力风干汽车高压喷淋汽车图3.1流程图3.2 传送带模块的设计3.2.1传送带的选用传送带模块是整个汽车清洗系统运行的基础。只有在它的工作下，才能实现汽车的自动清洗。它主要包括减速器、电动机、传动轴、同步齿形带，支撑轴、带轮以及其他辅助设备。电动机是原动力，经过减速器和以及一对圆柱啮合齿轮将动力传送给传动轴，由传动轴带动两个驱动带轮旋转，再由驱动带轮拖带动同步齿型带运动，从而使汽车在传送带上缓慢地前进，依次完成汽车自动清洗的各个环节。电动机的选择本机构的电源是三相交流电，而

21、且没有特殊的要求，故选用三相鼠笼式异步电动机中为Y系列电动机。此系统的电动机适合于不易燃烧、不易爆、无腐蚀性气体的场合，且要求具有良好的启动性能的机械。电动机安装在隧道内，会有水气，所以采用封闭式。由所需功率初步选定电动机：为达到好的洗车效果，初步确定传送速度为0.12m/s,驱动滚筒半径为R=0.16m V=2nR/60， 得：n=7.16r/min （3-1） 以质量最大的猎豹汽车为例，车的质量为2500kg，传送带约重1000kg，一摩擦系数u=0.44进行计算，计算摩擦力矩为：Tf=3500*0.44*0.16*7=1728.4N.M 以T=1800N计算。初步暂定输出轴的转速为13r

22、/min，此时输出轴需要的功率为：A0=Tn1/9550=1800*7/9550=1.32Kw （3-2）而总体效率为=0.8965所以A=A0/=1,32/0.8965=1.47Kw （3-3）电动机试选用Y系列Y112M-6电动机，其额定功率为2.2Kw，满载转速为940r/min。在汽车自动清洗系统中，减速器传动比i1取8，而i2取5，所以输出轴转速为： n1=940/（i1*i2）=23.5r/min （3-4）又经过以及传动比i3=3.15的以及齿轮减速的传动轴的转速为： n2=n1/i3=7.46r/min （3-5）此时: A1=Tn1/9550=1800*7.46/(9550*

23、0.8965)=1.57Kw<2.2Kw而V=2Rn2/60=0.12m/s （3-6）洗车系统总长为17m，两爬坡架横向长为2m，所以传送带的长度是15m，汽车不间断的通过传送带需要141秒，另外在系统内部还有延时10秒，故清洗一辆车的时间是160秒。3.2.2 减速器的选择因为没有特殊的要求，同时为了降低成本，该减速器选用轴装式二级圆柱齿轮减速器，由国内某减速器生产商生产，主要的性能参数为：i0=1，i1=8，i2=5 (3-7)n1=n0/i0=940、n2=n0/(i0*i1)=117.5r/min,n3=23.5r/min,n4=7.46r/min (3-8)P1=P0*=1.

24、48Kw, P2=1,42Kw, P3=1.36Kw, P4=1.31Kw (3-9)T4=9550*P0/n0=15.2NgM, T1=308.2NgM, T2=1875.6NgM (3-10)3.2.3 支撑轴的设计在传送带的整个运行过程中，传送带由10组支撑架进行支撑。以下是轴的设计，以减速器1的输出轴为例进行计算，见图3-1.减速器1的输出轴功率、转轴、转速分别如下：P4=1.31kw，T3=1875.62NgM,n4=7.46r/m （3-11）确定轴最小直径：输出轴的材料选为45刚，A0=130，所以：dmin=A03p3/n3=72,80mm (3-12)为使轴能够与带轮，轴承等

25、配合，令d=90mm 传送带宽度的设计：针对国内汽车市场主要为小型车辆，传送带宽度主要针对这些车辆，根据表一的参数值，可选取传送带宽度为260mm。 同步齿形带及带轮的选择：为有效配合轴，带轮的直径选为350mm，每60度布置一个齿，三排齿相互平行布置，齿高为30mm，齿宽为75mm，相邻的俩个齿轮之间的直线距离为65mm，齿型带厚度为40mm。保证带轮上的齿不会磨损轮胎。图3.1 齿轮图3.24 主轴的设计 轴是组成机器的主要零件之一，一切回转运动的零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功能是支撑回转零件及传递运动和动力。 轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中位置以及

26、形式，轴上安装零件的类型、尺寸等，我认为在本设计中轴上安装零件的类型是最为重要的。3.2.5 主轴的强度校核计算扭转强度校核因为在本设计中，轴上的零件是套筒，工作时，套筒在轴上回转，以完成对小型汽车的清洗，轴与套筒是相对运动的，所以在轴上不会产生扭矩。在本设计中，轴主要是受到轴向压力的作用。扭转切应力很小，故根据扭转强度条件。由于在本设计中轴的相对转动转速很低，轴所承受的扭矩小，所以扭转切应力很小，足以满足扭转强度的要求。3.3 清洗模块的设计3.3.1 粗洗结构设计粗洗模块中，主要包含对车身清洗和车轮清洗，。传送带前端有4.8m的空间，是为了保证车辆停稳后，传送带再运行。安装有三个喷嘴的车轮

27、清洗器，对车轮及其周围区域进行冲洗。水压2.4兆帕。为了保证冲洗下来的沙砾，灰尘等能够迅速流走，达到更好的清洗效果，喷嘴设计为向下45度的喷射角度。车体的后箱盖和前端是竖立的，清洗相对困难，所以在车体清洗段，选有双喷嘴喷头，保证后箱盖和前脸的充分清洗。其中在俩侧立杆上，每隔0。6m分布三个单头喷嘴，在横杆上设有五个双头喷嘴，俩个直喷嘴，最上面一个斜向下45度喷射角度。3.3.2 清洗液结构设计 车子上可能有许多的泥沙、尘土附着，在粗洗充分的情况下，将中性的洗车液喷洒在车身上，增强清洗效果，为下一步的刷洗工作搞好准备。具体的结构同粗洗结构的设计相同。3.3.3 精洗结构设计从刷洗模块出来后，车体

28、表面的灰尘，沙砾以及其它污物与清洗液充分混合，粘附在车体表面，需要进行精洗才能够将污物从车体表面冲洗下去，二次喷洗结构由俩排并行支架组成，在支架上放有同一次喷洗模块相同布置的喷头，但是精洗模块的喷头都是单嘴喷头类型。其喷射压力和粗洗相同，即2.4兆帕。3.4 刷洗模块的设计3.4.1 刷洗结构简介刷洗部分是汽车自动清洗过程中比较重要的环节。其结构性能在很大程度上能够决定汽车能否达到预期清洗的效果。刷洗部分包含对车轮进行刷洗的轮刷，对车身顶部进行刷洗的顶刷和对车身俩侧进行刷洗的立刷。其工作原理是由旋转的刷子和汽车车身之间的相对运动进行刷洗。3.4.2 轮刷和立刷结构的设计轮刷有俩支，利用其旋转和

29、车体的相对运动来完成对车轮的刷洗，为清洗掉轮毂内存在的污泥、沙砾，轮刷采用了硬棉材料。立刷也是俩支，采用的是软绵材料。由于各种车辆的宽度不同，为避免出现洗“伤”车或者是洗不到车的情况，设计中让轮刷和立刷能够根据车身的宽度进行调节移动，从而保证刷子与车身之间的距离，可以更好的进行刷洗。其移动是由液压缸控制滑轨来实现的。车身之间的宽度相差从表格一中可以看出是161毫米，所以滑轨的行程在300毫米左右，根据所需场合以及行程，可选择型号为FY-100B-320-f的液压缸。在这个机构中为了能够根据车身的不同宽度自动调节到距离车身的距离，设计中采用了四个限位开关。而刷子到四个限位开关的具体位置由车身的宽

30、度来决定。为了能够实现自动调节，在隧道入口的上横梁的不同位置安装了四个光电式接近开关，每个接近开关对应一个范围的车身宽度，同时也对应着一个位置的限位开关。这样就可以根据车身的宽度来自动调节。具体的控制过程在控制部分会详细介绍。3.4.3 顶刷的结构设计顶刷是一支利用其旋转和车身之间的相对运动来完成车身顶部的刷洗。由于各种车辆的高度不同，从表格一中可以看出最大相差500毫米左右。所以顶刷采用了有齿轮齿条控制的能够上下移动的传动，这样可以进行有效的清洗。齿条的有效行程是370毫米。在顶刷的机构设计中为了能够根据车身高度的不同自动调节到距离车身的距离，设计中也用了四个限位开关。而刷子到四个限位开关的

31、具体位置由车身的高度来决定。为了能够实现自动调节，在隧道入口的俩侧的不同位置安装了四个光电式接近开关。每个接近开关对应一个范围的车身高度，同时对应着一个位置的限位开关。这样就可以根据车身的高度来自动调节。图3.1 顶刷运行轨迹示意图本设计中，顶刷需要做上下往复运动，若仅仅使用气缸，不仅要求气缸长度，增加成本，而且气缸行程过长，影响气缸寿命，所以本设计采用回转式顶刷结构形式，如图3.2图3.2 顶刷机构工作原理1气缸 2平衡块 3回转链轮 4顶刷3.4.4 刷洗电动机和减速器的选择刷洗模块中使用了六个电动机，选为Y系列Y100L-6电动机，每个轮刷在一个电动机的带动下旋转刷洗，立刷也是如此，计算

32、过程与传送带电动机的选择完全相同，可参照2.3.2介绍。刷洗模块减速器仍选择国内生产的单级圆锥齿轮减速器，其传动比分配为：i1=1，i2=6.3 （3-13）所以： n1=n0/i1i =149.2r/min （3-14）3.5 风干模块设计风干模块主要包含四个风干机，是针对于经过精洗后的车体。精洗后的车体表面附着许多的水珠，如果不进行风干，很容易附着其他污物。四个风干机分别放置在俩个支架上，中间俩个，方向相反，完成对车上表面的干燥工作。并且考虑到冬天气温比较低的情况，车身表面的水珠可能会结冰而损害汽车车身，所以在风干机内部安装了电热丝，可以在低温时吹出热风，从而保证车身表面不被损伤。4 PL

33、C以及汽车自动清洗装置的PLC应用4.1 PLC的定义Programmable Logic Controller 简称为PLC，即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。4.2 PLC的的发展历程在工业生产过程中，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，美国数字公司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Programm

34、able Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：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。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易

35、于扩充其功能的原则设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。4.3 PLC的特点(1) 高可靠性、抗干扰能力强1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。4）采用性能优良的开关电源。5）对采用的器件进行严格的筛选。6）良好的自

36、诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高(2) 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。(3) 配套齐全、功能完善、适用性强PLC发展到今天，已经形成了

37、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。 (4) 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。(5) 体积小、重量轻、能耗低以超小型

38、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。4.4 汽车自动清洗装置中应用PLC的优势随着时代的发展，人们生活水平的提高，汽车的数量也越来越多，洗车产业也越来越壮大，如何在众多的从业者中脱颖而出，抢占先机？应用了PLC的汽车自动清洗装置就成了提升服务质量的一个法宝。它可以最大限度的节省洗车的人力物力，提供客户更加快捷的服务，在这个分秒必争的时代无疑具有极其巨大的市场价值和竞争优势。同时它也可以节约更多的水资源，符合建设节约型社会的时代需要。5 汽车自动清洗装置PLC控制线路设计5.1 设计任务要求设计

39、一台汽车自动清洗机，其工作步骤图如下：图5.1工作步骤图5.2 分析任务要求及解决方案1）分析任务当发出启动命令时，清洗机开始工作，清洗机接触器和水阀门都打开，汽车进入洗刷范围时，刷子接触器开启，进入刷洗程序。当检测器检测到车子离开时，清洗机接触器、水阀门和刷子接触器全关闭，停止刷洗，发出停机命令，结束刷洗。2）解决方案我们通过以上的分析可以知道，先由人来发出启动命令，自动开启清洗接触器和水阀门；传感器检测到汽车进入清洗范围时，刷子接触器打开靠近汽车进行清洗；传感器检测到汽车离开清洗范围时，刷子接触器停止刷洗；最后我们发出停止命令，清洗鸡接触器和水阀门停止和关闭。由此，我们设计出自动洗车机的工

40、作流程图如下： 工作流程图6 硬件选型6.1 PLC产品的比较1）欧姆龙PLC简介日本OMRON（立石公司）电机株式会社是世界上生产PLC的著名厂商之一。SYSMAC C系列PLC产品以其良好的性能价格比被广泛地应用于化学工业、食品加工、材料处理和工业控制过程等领域，其产品在日本其销量仅次于三菱，居第二位，在我国也是应用非常广泛的PLC之一。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

41、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

42、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

43、规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。（1）SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。 （2）SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具

44、备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操

45、作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。 （3）SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序

46、控制器。S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。（4）人机界面（HMI）硬件 HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机（PC）也可以作为HMI硬件使用。HMI硬

47、件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。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。6.2 PLC的选择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，本系统采用三菱FX

48、2N系列PLC进行设计。7 PLC控制程序的设计7.1 I/O分析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启动命令下，汽车进入则可以进行自动刷洗,汽车离开则可以自动停止刷洗。确定了要完成的动作后，再确定动作的顺序：有启动一个输入点和停止一个输入点。按下启动按钮，启动清洗机接触器和水阀门，接着传感器检测汽车是否进入清洗范围，进入则开始刷洗；汽车离开则停止刷洗，按下停止命令则清洗结束。7.2 I/O分配表通过I/O分析后，我确定了本装置的I/O分配表，如下：信号名称代号输入/出点标号输入信号启动按钮SB1X0停止按钮SB2X1检测器STX2输出信号喷淋阀门YVY0刷子接触器KM1Y1清洗接触器KM2Y27.3 PLC控制接线图根据选择的PLC类型和装置的原