自动洗车机电气控制系统设计说明书.docx
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自动洗车机电气控制系统设计说明书
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题目：
自动洗车机电气控制系统设计
专业班级：
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学号：
指导教师：
评语：
成绩：
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1
系统概述..........................................................
3
1.1
应用背景及意义.............................................
3
1.2
系统描述及设计要求.........................................
3
2
方案论证..........................................................
4
3
硬件设计..........................................................
6
3.1
系统原理方框图.............................................
6
3.2
系统主电路原理图...........................................
6
3.3I/O分配...................................................
7
3.4PLC选择...................................................
8
3.5PLC控制原理图.............................................
9
3.6PLC控制接线图............................................
10
3.7
元器件选型................................................
12
4
软件设计.........................................................
13
4.1
主流程图..................................................
13
4.2
梯形图....................................................
13
5
系统调试.........................................................
18
设计心得
...........................................................
20
参考文献
...........................................................
20
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1系统概述
1.1应用背景及意义
汽车行业随着科学技术的发展有了质的飞跃。
随着时代发展，人们生活水平
提高，人们对汽车的需求逐渐增加，随之而来的便是汽车的保养。
其中汽车清洗
便是不可或缺的一项内容。
当今社会，高科技的发展实现了各行业的自动化控制，
但是在汽车清洗行业，大部分仍是人工完成。
传统洗车业利用人力，对汽车涂抹
泡沫，然后利用水泵对汽车进行冲洗，再在自然光及风等条件下，使清洗后的汽
车进行自然风干。
虽然实现汽车清洗，但过分依赖人力，操作时间长，浪费大量
水资源，经济性差，不利于洗车业的发展。
目前比较大型的汽车美容公司，虽然
实现了汽车的清洗、打蜡、喷漆等的自动化，但成本高，其自动控制系统不适合
小型的、专门的汽车清洗行业。
因此，对于中小型城市，汽车清洗业有着巨大的
发展潜力。
如何实现高效、高质量并且适用于小型汽车的自动清洗，就成了汽车
清洗行业发展的必然要求。
本次设计采用PLC控制，通过线路的通断来实现汽车
自动清洗。
它可以节省人力、物力资源，高效、准确的完成洗车任务，为客户提
供便利，而且极大的节约水资源，符合建设节约型社会的时代需要。
这套汽车自
动清洗系统结构简单，成本低，适合不同场合的需求，尤其是中小型公司。
1.2系统描述及设计要求
自动洗车机由门式框架组成，门式框架有一台三相异步电机拖动，4KW380V
50HZ，在车头和车尾处分别设置有一个行程开关，门式框架上安装有3个刷子（上、
左、右各1个），分别有1台单相电机拖动，1.5KW220V50HZ，同时门式框架上安装有3组喷水喷头（上、左、右各1个），由一台水泵电机拖动1KW220V50HZ，喷头由电磁阀控制DC24V5W。
洗车机外部框架结构示意图如图1.2.1所示。
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门架前进门架后退
洗车机门式框架
左刷子
上刷子
右刷子
车头限位置开关
车辆检测接近传感器
车尾限位置开关
图1.1洗车机外部框架结构图
具体功能实现：
1、按下启动按钮，洗车机框架开始由车头向车尾移动，喷水设备开始喷水。
2、门式框架移动到达车尾限位开关后，开始返回，并保持继续喷水。
3、门式框架移到车头限位置后，保持喷水，同时刷子开始工作，框架开始
向车尾移动。
4、门式框架移到车尾限位置后，保持喷水，刷子转动，框架开始向车头移
动。
5、重复上面第3、4步，框架向车头移动至限位开关停止。
洗车整个过程完
成。
启动灯熄灭
2方案论证
使用PLC控制洗车机。
自动洗车机有启动、停止、复位功能，设计时需要三
个输入口输入信号。
本方案，按下启动按钮，启动指示灯亮，自动洗车机启动；
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洗车机由车头向车尾移动，喷水设备喷水；当到达车尾限位置时，触动行程开关
SQ2，洗车机向车头移动，保持喷水；当到达车头限位置时，行程开关SQ1动作，
计数器C0动作，保持喷水，刷子开始工作，洗车机向车尾移动；当到达车尾限位置后，保持喷水，刷子转动，洗车机向车头移动；洗车机到达车头限位置后重
复刷子开始工作后的过程一次，洗车机再次回到车头限位置后停止工作，整个洗车过程完成，启动灯熄灭。
若在工作过程中发生停电等突发事情导致洗车机停止工作，可通过复位按钮使洗车机复位，然后启动重新工作。
单片机主要应用于办公自动化设备、机电一体化、实时过程控制、日常生活
及家用电器等领域。
在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比；具有以下特点：
（1）片内存储容量越来越大。
（2）芯片引线齐全，容易扩展。
（3）运行速度高，控制功能强。
（4）单片机内部的数据信息保存时间很长，有的芯片可以达到100年以上。
但其也存在速度慢，功能不强，精度低、易受环境影响等缺点。
也可采用常规低压电器控制的方式实现功能，缺点很明显，对人力消耗较
大。
为了达到方案要求，本设计采用PLC控制的模块化设计。
主要模块包括：
PLC控制系统、喷水系统、传感器系统、机械系统。
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3硬件设计
3.1系统原理方框图
本次设计思路是通过启动、停止、复位三个按钮来控制洗车机的运作。
依靠
PLC控制整个洗车过程的具体实现。
总体设计过程如下图图3.1系统原理方框图
所示。
启动
停止
复位
PLC
控
制
洗车机移向车尾
洗车机移向车头
喷水机喷水
刷子洗刷
图3.1系统原理方框图
3.2系统主电路原理图
主电路中，采用断路器来进行限流，用过热继电器防止过热。
系统主电路原
理图如图3.2所示
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L1
FUL11
L12
L2
L13
L3
QF1
N1
N2
N3
N4
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6
1
1
W11
U11V
U21
W21
U31
W31
U41
W41
U51
W51
KM1
KM2
KM3
KM4
KM5
KM6
2
1
W12
U12V
3
FR
1
W13
U22
W22
U32
W32U42
W42U52
W52
U13V
M1
M2
M3
M4
M5
3～
1～
1～
1～
1～
门式框架
喷水机
上刷子
右刷子
左刷子
图3.2
系统主电路原理图
3.3I/O
分配
经过对控制过程和要求分析确定具体的控制任务是在汽车进入后，按下启动
按钮，则可以进行自动刷洗，洗完自动停止，也可人工停止。
确定了要完成的动
作后，再确定动作的顺序。
具体I/O
分配表如表3.3.1
所示。
输入地址号
信号名称
输入地址号
信号名称
X0
车头限位置开关
SQ1
Y0
洗车机移向车尾
KM1
X1
车尾限位置开关
SQ2
Y1
洗车机移向车头
KM2
X2
启动开关SB1
Y2
喷水机洒水KM3
X3
停止开关SB2
Y3
上刷子控制KM4
X4
复位按钮SB3
Y4
右刷子控制KM5
Y5
左刷子控制KM6
Y6
启动指示灯HL1
Y7
复位指示灯HL2
Y10
上喷头电磁阀YV1
Y11
右喷头电磁阀YV2
Y12
左喷头电磁阀YV3
表3.1
I/O
分配表
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3.4PLC选择
（1）欧姆龙PLC简介
OMRONC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
10~140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机都能够满足需求。
（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），小规模性能要
求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。
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（3）三菱FX系列PLC简介
FX系列PLC具有庞大的家族。
基本单元（主机）有FX0、FX2、FXON、FX2C、FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC、FX3U、FX3UC、FX3G等11个系列。
每个系列又有16、
32、48、64、80、128点等不同输入输出点数的机型，每个系列还有继电器输出、
晶体管输出、晶闸管输出三种输出形式。
FX2N系列PLC是FX系列中最高级的模
块。
它拥有无以匹及的速度、更高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2N
是从10到256路输入、输出的多种应用的选择方案。
从应用、价格、可靠性、现场工作环境、设计资金及对PLC掌握情况等各方
面的考虑，三菱公司生产的PLC具有体积小，控制灵活，性价比高等优点。
本控
制系统选用三菱FX2N-32MR型可编程控制器。
3.5PLC控制原理图
根据PLC实际I/O类型及其可实现的功能，确定其与外部设备的连接方案，具体PLC控制原理图如图3.3所示
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L11
QF7
L14
L
N6
N5
N
1
SQ1车头限位置
COM
2
SQ2车尾限位置
X0
R
3
M
2
X1
3
SB1启动
-N
2
4
X
F
X2
SB2停止
5
SB3复位
X3
6
FR过载
X4
7X5
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N8
QF8
COM0
N7
Y0
20
KM224
KM1洗车机移向车尾
KM125
KM2洗车机移向车头
Y1
21
Y2
22
KM3喷水机洒水
Y3
23
KM4上刷子洗刷
COM1
Y4
26
KM5右刷子洗刷
Y5
27
KM6左刷子洗刷
Y6
28
HL1启动指示灯
Y7
29
HL2复位指示灯
COM2
24V
Y10
30
YV1上喷头电磁阀
Y11
31
YV2右喷头电磁阀
Y12
32
YV3左喷头电磁阀
Y13
L11
L15
图3.3PLC控制原理图
3.6PLC控制接线图
按照PLC控制原理图的设计方案，根据所选PLC的型号的实物对比，对PLC
控制接线图进行了详细的设计。
PLC控制接线图如图3.4所示。
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600
M6
L1L2L3L11L12L13L11N4
L11
N3
L11
N2
L11
N1
L11
N6
L11N8
QF1
QF2QF3
QF4
QF5
QF6
QF7
QF8
L11L12L13U11V11W11U21W21
U31W31
U41W41
U51W51
L14
N5
L15N7
FX2N-32MR
U11V11W11
20
N7
U11V11W11
21N7
U21
W21
N7
U31
W31
N7
U41W41
N7
U51
W51
N7
800
1
2
3
4
5
6
M
M
M
M
M
M
K
K
K
K
K
K
U12V12W12
2424
W12V12U12
2525
U22
W22
22
U32
W32
23
U42W42
26
U52
W52
27
U12V12W120
R
接地铜排
F
U13V13W137
L1L2L3N1N2N3N4U13V13W13U22W22U32W32U42W42U52W52N6N81234562223242526272829303132
N7
28
N7
29
1
5
1
4
1
6
启动
停止
复位
控制面板
图3.4PLC控制接线图
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3.7元器件选型
根据具体要求对所需电机及设备的型号进行选择和确定，表中列出了型号、品牌、价格及数量。
具体如表3.2元器件选型所示
序号
代号
名称
型号
品牌
价格
数量
1
M1
Y112M，4kw2980r/min
，
550元
1
三相异步电动机
380V，10.53A，50HZ
聚霸
2
M2
水泵电机
YL8022，1.1KW，2800r/min,
佛力环球
850元
1
220V，7.02A，50HZ
，1.5KW，1400r/min
，
3
M3～M5
单相异步电机
YL90L4
金五峰
568元×3
3
220V，6.82A，50HZ
4
QF1
低压断路器
DZ47-3P
正泰
18.5元
1
5
QF2
低压断路器
DZ47-3P
正泰
18.5元
1
6
QF3
低压断路器
DZ47-2P
正泰
15.8元
1
7
QF4～QF6
低压断路器
DZ47-2P
正泰
15.8元×3
3
8
FR
热继电器
JR36-20
上海人民
43元
1
9
YV
电磁阀
DC24V5W
XRN
20元×3
3
10
CPU
PLC处理器
FX2N-32MR-001
三菱
1750元
1
11
KM
交流接触器
CJX2-09
上海柏立
16元×6
6
12
SB
按钮
LAY8-22D
德力西
25元×3
3
13
SQ
行程开关
LXK2-311
金山
10元×2
2
14
FU
熔断器
RT16-20
时雨
1.8元
1
15
L
导线
若干
16
AC
交流电源
220V
1
17合计：
5250元
表3.2元器件选型
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4软件设计
4.1主流程图
开始
洗车机移向车头，继续洗刷
在原点？
N
复位
N
车头限位置？
Y
Y
启动
复位灯亮
洗车机移向车尾，继续洗刷
洗车机移向车尾，喷头喷
N
水，启动灯亮
车尾限位置？
N
Y
车尾限位置？
洗车机移向车头，继续洗刷
Y
N
Y
N
洗车机移向车头，继续喷水
车头限位置？
N
Y
车头限位置？
洗刷两次？
Y
洗车机移向车尾，继续喷
Y
水，刷子工作
洗车结束，启动灯灭
N
车尾
升级会员 