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待车辆移出烘干区，整个洗涤过程结束。
另外，系统正常运行时，操作面板指示灯正常显示；
当系统发生故障时报警装置响起，提醒工人清除故障。
该自动控制系统实现了洗车过程的全自动控制，节省了大量的人力，提高了洗车的效率和质量，另外可配备水循环净化系统以节约水资源，进一步节能降耗。
这种基于PLC的控制系统可靠性相对较高、易于实现，在实际使用时操作简捷、维护方便，推广应用后，市场前景良好。
关键词：
洗车，自动洗车机，PLC
ABSTRACT
Thisthesisfocusesontunnel-typeautomaticwashingmachinetostudythestructureandcontrolsystem,aPLCintheautomaticcarwashsystemreliesoncontrolschemeanddesign.ThedesignoftheSiemensS7-200typeCPU226asthecoresystemcontrol,usingultrasonicsensorsandinfraredsensorstodetectvehicles,ultrasonicsensoroutputsignalthroughtheanaloginputexpansionmodulePLC,infraredsensors,limitswitchesandtheswitchbuttonsignalstheformofdirectdigitalinputPLC.PLCoutputsignalofthemajorwashingbrushmotorcontrol,spraythewatersolenoidvalve,hotairdryersandalarmdevices.
Systempower,thefirstinfraredsensortodetectvehiclestobewashedinputsignaltothePLC,PLCoutputcommandstartsthewholesystem,whenthevehiclestobewashedafteropeningtheguiderail,guiderailtractionvehicleslowlyforward,intothewashingzonewhenthevehicle,startedthecarwashrollerbrushesandsprayequipment,real-timedetectionofultrasonicsensorstoensuretheaccuracyofrollerbrushmovement,whilecontrollingsprayspraydeviceinrealtime;
whenthevehiclesenterthedryingzone,hotairdryingdevicefordryingtimestartoperation;
ofvehicleoutofthedryingarea,thewashingprocessiscompleted.Inaddition,thesystemnormaloperation,theoperatorpanellightsdisplayproperly;
whenthesystemfailurealarmsoundedtoremindworkerstoclearthefault.
Theautomaticcontrolsystemtoachieveautomaticcontrolofthewashingprocess,savealotofmanpower,improvedefficiencyandqualityofcarwash,anothercyclecanbeequippedwithwaterpurificationsystemsinordertosavefurtherenergysaving.PLC-basedcontrolsystemthatisrelativelyhighreliability,easytoimplement,wheninactualuse,simpleoperation,easymaintenance,promotionandapplication,themarkethasgoodprospects.
KEYWORDS:
carwashing,autowashingmachine,plc
目录
1前言1
2总体方案设计3
2.1设计目标和要求3
2.1.1设计的目标3
2.1.2任务要求3
2.2控制方案的选定3
2.2.1控制方案3
2.2.2设计的难点和解决思路4
3硬件设计和选型6
3.1硬件设计6
3.1.1PLC应用系统设计的基本原则6
3.1.2PLC控制系统设计的基本内容和步骤6
3.1.3PLC控制系统设计按以下流程进行7
3.1.3PLC控制系统具体设计7
3.2电机的选型9
3.3烘干机的选型11
3.4水泵的选型13
3.5电磁阀选型13
3.6熔断器的选型14
3.7限位开关的选型15
3.8开关的选型16
3.9热继电器的选型16
3.10交流接触器的选型17
3.11传感器的选型19
3.12PLC的选型21
3.13扩展模块的确定23
3.14其他设备的选型27
4软件设计30
4.1PLC软件系统设计原则30
4.2PLC运行程序设计31
5总结34
6致谢35
7参考文献36
附录1:
PLC控制系统接线图1
附录2：
PLC控制系统各电机接线图2
附录3:
电器元件清单3
附录4：
PLC工作程序4
英文文献及翻译11
1前言
随着整个社会生活水平的不断改善，汽车已经开始逐渐走进千家万户，汽车的数量也逐年攀升。
随着有关汽车的服务行业与日俱增，洗车行业悄然兴起，而现在市面上的洗车方式大多以人力为主，而这种洗车方式有许多缺点：
因水资源无法二次利用而造成水资源的大量浪费，洗车过程长、投入的劳动力大等等。
而近年来PLC硬件结构发生了重大变化，结合计算机通信、交换数据，增加现场总线、通信、特殊模块，使得PLC再次获得强大的生命力和更宽的应用领域。
由于PLC主要用于开关控制和顺序控制,而且具有可靠性高、体积小、价格低、易维护、功能完善、编程方便等优点,仍将继续广泛应用于工业领域，现在的PLC不再是原来的简单PLC了，它几乎可以完成所有的自动化控制任务,它吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果,发展十分迅速。
现在随着汽车产量和汽车保有量的不断增长，汽车美容市场将迎来巨大的发展空间，随着中国经济的快速发展，百姓购车量的持续增长，汽车售后服务市场也在猛增，自动洗车机的设计正是依托PLC的的快速发展才孕育而生的，PLC的快速发展以及其优越的性能满足了自动洗车机的要求，而自动洗车机控制的产生不仅满足了市场的需求而且为汽车的维护提供了可靠的保证，人需要美容，汽车也是如此，美化汽车的同时也是美化环境，为人们提供了一个清洁的环境。
传统的手工清洗费时较长，已不适应现在高速的生活节奏，而且手工清洗极为浪费水资源，污染环境，在不少城市已经受到了政府的明令禁止。
而自动洗车机则可解决上述问题，目前自动洗车已在我国的一些大城市开始得到应用。
而且目前的手工洗车和自动洗车的收费价格差不多，除洗车机一次性投入的价格较大以外，洗一辆车的成本仅为两元。
随着中国私人车辆的增加，自动洗车已成为一项新兴行业，而与中国不同，自动洗车在一些发达国家早已得到普遍应用，如日本、韩国80%的加油站都配备自动洗车机，加油后就可以免费洗车。
所以，也许用不了多久，在中国，洗车也将成为一个免费的服务项目。
全新的自动洗车机将取代传统的人工洗车，成为洗车行业的里程碑式的革命。
自动洗车机有往复式和隧道式两种，通过对滚筒刷、水泵、机体牵引机构和风干机构等部件的驱动控制，实现全自动地对车辆进行洗涤和风干。
隧道式自动洗车机满负荷运行时每辆车仅耗时1．5min左右,而龙门往复式自动洗车机洗涤一辆汽车耗时大约3min，。
在洗车完成后的废水的处理上，洗车机可配置废水处理设备，可对洗车废水进行净化循环回收利用，起到了节约用水的目的，发展前景广阔。
本设计采用隧道式自动控制洗车，整个洗车过程在隧道内进行，该自动洗车机与往复式洗车相比，较容易实现控制。
本设计包括一个自动洗车隧道，隧道内安装有车辆引导轨、五个滚筒洗涤刷、一套喷淋装置、一套热风吹干装置以及一套基于PLC的电气控制系统。
电气控制系统具有自动控制、故障报警和手动复位清除故障及面板指示等功能。
实现对洗车过程的全自动化控制，高效节能、安全可靠。
隧道式自动洗车机控制系统车辆进入隧道后，传感器对其进行全程的检测，将检测回的信号传送给PLC，PLC再依据传感器的信号输出控制隧道内的各喷淋装置、导轨、滚筒刷以及吹干装置等的工作状态。
在系统运行出错时，系统给出报警指示，报警响起，按下复位按钮手动即可清除。
这也高度体现了PLC在工业控制系统应用上的高效、可靠的控制特点。
2总体方案设计
2.1设计目标和要求
2.1.1设计的目标：
自动洗车系统对车进行清洗时，传感器对车辆的进行检测以使滚筒刷能精确定位；
根据不同的车型，洗车时间控制在1-3分钟；
如遇运行故障，有方便的人工操作模式，使得洗车系统能正常运行，高效、快速、便捷。
2.1.2任务要求：
设计一种自动洗车装置，该装置主要包括一个自动洗车隧道、隧道内安装有车辆引导轨、五个滚筒洗涤刷、一套喷淋装置、一套热风吹干装置以及一套基于PLC的电气控制系统。
待洗车辆开上引导轨后，引导轨牵引车辆缓慢前行，依次通过喷淋区、水平滚筒刷洗涤区、垂直滚筒刷洗涤区、裙刷洗涤区、热风吹干区，结束洗涤。
根据不同的车型，洗车的时间控制在1-3分钟，传感器对其进行全程检测，以使各刷能达到精确定位地清洗车辆。
该装置主要由机械系统、驱动系统、控制系统、以及水循环系统组成。
（1）机械系统主要由机架、导轨、各刷摆臂传动机构、吹干系统等构成。
（2）驱动系统主要由电动机等构成，将能量转换为直线或旋转运动的机械能。
（3）控制系统主要是由PLC和方便的人工操作面板构成。
（4）水循环系统主要对洗车的废水净化，循环利用。
本设计是采用隧道式洗车框架，参数设置如下：
机身：
长8m宽3.7m高3.0m
轨道长度：
长9m
洗车最大尺寸：
长5m宽2.1m高2.1m
2.2控制方案的选定
2.2.1控制方案
隧道式自动洗车机整个系统全程采用自动启动，自动清洗，自动风干。
传感器全程监测回车身和毛刷的距离信号，PLC输出各种动作最佳位置信号。
根据设计任务，本设计主要由1台可编程控制器，1个红外线传感器，5个超声波传感器，12台电机，1个电磁阀，以及报警指示单元及操作板组成。
控制示意图如下：
图1.1控制示意图
图1.2系统整体示意图
2.2.2设计的难点和解决思路：
本设计的难点主要体现在以下几个方面：
（1）如何实现对车辆的精确的清洗；
（2）如何处理遇到故障报警时系统警报；
（3）如何设计控制程序实现对整个洗车过程的自动控制；
（4）电机的正反转控制。
针对以上问题的解决思路：
（1）本洗车过程全程使用超声传感器对车身和毛刷的距离进行定位，超声波传感器可以对汽车的进行实时的检测，将检测的模拟信号及时的送入PLC，使得PLC输出信号及时的控制各电机的运行状态。
（2）在洗车过程中，如果出现故障，值得提出的是，本设计只对关键位置进行预警，如立刷移动电机、裙刷移动电机、顶刷移动电机、导轨电机和烘干机电机进行过载报警。
其余的旋转电机未采用报警。
热继电器一般有一个常开、一个常闭接点，本设计将报警指示灯接常开触点，如果电机电流未超过额定电流，指示灯由于接的是热继电器而为接通，所以不会亮；
如果电机出现过载，电流增大，是继电器的动作常闭触点断开，电机不再运行，继电器的常开触点闭合使指示灯电路立即接通，相应的指示灯亮起，此时，同时会向PLC输入一个报警信号，使PLC输出控制警铃响起以及报警灯亮起，达到报警的目的。
（3）对于整个控制程序的设计，依据流程图，编程最终实现。
程序主要包括控制程序设计、报警程序设计、手动复位程序设计等。
（4）对电机的正反转运行控制，各电机电路中采用并联连接，PLC根据输入的信号来控制各电机的运行状态。
各刷的移动电机均使用“正—停—反”控制。
各清洗电机则采用“启—停”控制。
[1]
3硬件设计和选型
3.1硬件设计
3.1.1PLC应用系统设计的基本原则：
（1）应最大限度地满足机械设备和生产过程的控制要求；
（2）确保控制系统安全可靠；
（3）力求控制简单、实用、合理；
（4）系统应留有一定余量。
[2]
3.1.2PLC控制系统设计的基本内容和步骤：
1.设计的基本内容：
（1）根据被控对象的工艺拟定控制系统的控制功能及目标；
（2）细化控制系统的各类技术要求；
（3）选型及硬件配置；
（4）编制I/O分配表，绘制PLC系统及其现场设备的接线图；
（5）依据软件说明书，编制PLC应用程序；
（6）编写设计说明书和系统使用说明书、操作规则等；
（7）系统的安装、调试和投运。
2.设计的基本步骤：
（1）分析被控对象并提出控制要求；
（2）确定输入输出设备；
（3）选择PLC机型；
（4）分配I/O点并设计PLC外围硬件电路；
（5）程序设计和程序模拟调试；
（6）硬件实施主要进行控制台等硬件的设计与现场施工；
（7）联机调试；
（8）根据调试的最终结果编制技术文件。
3.1.3PLC控制系统设计按以下流程进行：
图1.3控制系统设计流程图
3.1.3PLC控制系统具体设计：
本设计的完整的电路控制图见附件1。
对整个系统上电，红外传感器开始检测车身，当检测到车靠近达到指定区域时，向PLC输入信号，控制导轨电机启动（即闭合KM16），打开电磁阀开始喷淋，控制顶刷移动电机正转下移（即闭合KM1）；
随着牵引系统带动车的缓慢行走，顶刷超声传感器开始检测车身，并开始清洗车的前脸（即闭合KM11），定时1秒顶刷移动电机反转开始上升，随着车辆的行走，左右立刷传感器检测到信号时向PLC输入控制信号，分别控制左右立刷移动电机和旋转电机正转开始靠近车身并洗涤车身（即闭合KM3、KM5、KM12、KM13），以后，随着的车身移动，顶刷的传感器检测回信号，向PLC输入信号控制使顶刷移动电机延时1秒再次正转下移，并关闭电磁阀。
左右裙刷会检测到信号后向PLC输入信号从而控制输出分别使左右裙刷开始靠近并清洗车（即闭合KM7、KM9、KM14、KM15）。
此时顶刷超声波传感器检测回信号车已离开顶刷，向PLC输入信号使输出控制顶刷移动电机反转并同时控制停止顶刷旋转电机（即闭合KM2和断开KM11），顶刷上移触碰到顶刷限位开关时（断开KM2）,同时关闭电磁阀，依次往后，当左右立刷超声传感器检测回车身离开左右立刷信号时，PLC分别输出控制左右立刷的移动电机反转并停止左右立刷旋转电机（即闭合KM4、KM6和断开KM1、KM13），并当左右立刷触碰到各限位开关时断开（断开KM4、KM6），随后车身离开左右裙刷检测回信号时输入使PLC并使左右裙刷移动电机反转并旋转电机停止（即闭合KM8、KM10和断开KM14、KM15），同时当左裙刷触碰到限位开关时左裙刷移动电机停止，并启动吹干机开始工作（即断开KM8、闭合KM17），右立刷触碰到右裙刷限位开关时，向PLC输入信号使输出控制右裙刷旋转电机停止工作,并开始延时15秒停止吹干机工作同时，到此洗车全过程完整结束。
本设计的故障显示以及报警示意图如下：
当系统正常洗车工作时，与各电机所连的面板指示不亮，显示为电机工作在正常状态，操作人员可以方便的知道每台电机的运行状态。
如果洗车过程中有灯亮起则在操作台会显示具体对应的哪台电机出现故障。
该电路使用了热继电器的常开触点，利用该触点的闭合来接通指示灯，在洗车过程中根据电机通电运行状态，其通过常闭或常开触点的通断，利用常开触点在热继电器断相保护时常开触点接通电路来点亮指示灯，指示系统运行出现故障，并向PLC输入信号使报警指示灯亮起以及警铃响起。
按下复位旋转按钮，顶刷移动电机、左右立刷和左右裙刷移动电机均反转复位、各刷碰到限位开关后停止，导轨电机关闭。
便于人工清除故障和检修。
当排除故障后，报警信号消失，报警灯熄灭，故障排除后，可按下启动按钮，重新启动整个系统。
3.2电机的选型
依据控制设计的需要，电机的选择是一个很关键的环节，对于控制系统的要求选择适合的电机主要依据负载的性质（如转矩、惯量、转速、精度、加减速等）要求，供电电源是直流还是交流电源，电压范围，据此选择。
本设计的控制要求较为简单，主要考虑了电机的主要几个参数：
（1）电机的额定功率，电机的输出功率不大于实际负载的总功率，同时电机的输出功率不过小，已达到控制既不资源浪费也能同时对电机有保护作用；
（2）电机电流种类，根据实际的需要和经济等方面的要求选择电流种类；
（3）电机额定电压，依据控制的基本要求，选择额定电压；
（4）电机的结构形式和防护形式，根据生产实际对电机的安装位置的要求和周围环境的情况选择；
（5）电机应当安全可靠、噪声要低、经济成本应该尽量的低。
本设计的电机选型：
根据本系统的控制的对象可知，隧道式洗车机的电机主要控制各刷的进位和退位以及毛刷的旋转等，安装环境要求不高，其次，在控制过程中电机的功率问题依据实际要求也不高，据此再根据选型的依据，可选用三相交流笼型异步电机，该电机价格便宜、结构简单、维护较方便，在目前广泛应用于一般的工业生产环节中。
（1）对于电机的形式的选择，在三相交流异步电机中，电机形式有卧式和立式，根据生产依据可知，本设计选择卧式电机，立式电机价格较高。
而且供电电网电压一般为交流电压380V，在选择电机的额定电压时，所有电机均确定为380V额定的工作电压。
（2）对于电机的功率选择，各电机的工作状态负荷要求不高，依据选型依据以及网络资料，选择各毛刷电机的的功率为1.1KW,对于吹干系统电机和导轨电机的选择为3KW。
（3）对于电机转速的确定，本系统的电机要求实际要求不高，综合考虑，各刷的移动速度比较慢，毛刷的旋转洗车要求的速度也不高，所以选择转速一般的电机即可。
综上分析，电机的型号选分别为Y90L-6,Y132S-6型。
[3]
电机实物图如下：
该系列部分电机参数如下：
3.3烘干机的选型
烘干机一般由电机、电热丝、风扇组成。
在洗涤结束后，系统启动烘干机对车身进行热风吹干。
由于在时间上的控制，本设计对烘干机的的烘干能力要求比较高，要求要在一定的短的时间内通过强力的热风对整个车身进行烘干。
其工作原理为：
当烘干机通电以后，电热丝被加热，电机带动风扇转动，向外出吹出风，通过电热丝后，空气气流的温度升高，变成热风，从而达到热风吹干车身的效果。
对于烘干机的具体要求如下：
（1）短时间内迅速能够吹出大量的热风，且面积要大。
（2）该设备体积不要太大，重量尽量轻，噪声比较低，能耗比较小。
（3）电热丝的加热速度要快。
综上考虑，本设计选择的烘干机的额定电热功率应为10KW，电机额定功率为180W。
其型号为HAF-1-10-180,规格为3-380-10-180。
[4]
烘干吹风机示意图如下：
该型号技术参数：
型
号
HAF-1/2-3-□
HAF-1/2-10-□
HAF-1/2-40-□
规
格
1220-3-□
3380-10~30-□
3380-40~90-□
电源50Hz
单相220V
三相380V
电热功率
3kW
10kW~30kW
40kW~90kW
电机功率
180W
180W/250W
250W/550W
最高进风口温度
80℃
80℃/230℃
内出风口规格
300*310
400*410
风
量
25m3/min
30m3/min
重量
25kg
32/38kg
38/42kg
3.4水泵的选型
本设计的喷淋系统，对洗车前进行喷水，对于水泵的选择上，依然考虑到经济成本和生产工艺上的要求，可靠性要高、噪声较低、振动较小。
该系统对水泵的要求并不是很高，选用一般的水泵即可满足要求。
考虑到扬程要求不高，本设计选用沈阳工业泵制造厂公司的FB型不锈钢耐腐蚀泵。
[5]
图示如下：
该水泵的介绍如下：
FB型泵是单级单吸悬臂式耐腐蚀离心泵。
采用先进水力模型，新颖结构与高强度组合式双端面机械密封，具有高效节能;
结构紧凑、性能稳定、使用可靠等优点。
适用于输送不含固体颗粒，有腐蚀性液体。
被输送介质温度为一20℃～105℃；
泵的进口压力不能大于0.2MPa，广泛用于石油、化工、冶金合成纤维、制药、食品、酿造等工业部门，也可用于工矿、企业及城市供水、排水之用。
3.5电磁阀选型
电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；
并不限于液压，气动。
电磁阀在选型时的注意电磁阀的适用性、可靠性、安全性和经济性
管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致；
一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型；
作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列，腐蚀性液体的应选用全不锈钢型电
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