自助洗车机控制设计.docx
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自助洗车机控制设计
电气控制技术课程设计说明书
自助洗车机控制
院、部：
电气与信息工程学院
学生姓名：
******
指导教师：
****职称高级讲师
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气本*****班
完成时间：
201**年*月
湖南工学院1届课程设计（论文）课题任务书
学院：
电气与信息工程学院专业：
电气工程及其自动化
指导教师
**
学生姓名
***
课题名称
自助洗车机控制设计
内容及任务
主要内容包括：
1．根据控制要求设计程序及必要的硬件系统。
2．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
3．选择电器元件，编制元件目录表。
4．绘制梯形图。
5.进行系统调试，实现自助洗车机的控制要求。
6．编写设计说明书及设计小结。
7．用计算机绘制主电路图、PLC控制电路图、电器元件布置图。
拟达到的要求或技术指标
1．设计投币100元自助洗车机。
2．有3个投币孔，分别为5元、10元及50元3种，当投币合计100元或超过时，按启动开关洗车机才会动作，启动灯亮起。
7段数码管会显示投币金额（用BCD码），当投币超过100元时，可按退币按钮，这时7段数码管会退回零，表示找回余额（退币选作）。
3．原点复位设计，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需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。
进度安排
起止日期
工作内容
备注
2日
1.明确设计任务，收集相关资料，阅读相关图书。
2.确定可行方案，编写程序，绘制电路图。
3.撰写设计说明书。
主要参考资料
[1].袁任光 ．可编程控制器应用技术与实例[M]．广州：
华南理工大学出版社，2003
[2].常晓玲．电气控制系统与可编程控制器[M]．北京：
机械工业出版社，2004
[3].钟肇新．彭侃．可编程控制器原理与应用[M]．广州：
华南理工大学出版社，2004
教研室
意见
年月日
摘要
随着经济的飞速发展，人们的生活水平在不断的提高，每家每户基本都有一辆汽车。
众所周知，汽车的使用寿命与日常清洗和保养有不可分割的关系，每一位车主都舍得在自己的爱车上花费金钱。
这就引发一个新生行业的产生——洗车业。
由于现在洗车方式各式多样，选择什么样的方式洗车经济实惠成为了人们日常交流话题。
近年来，科技的迅速发展给人们的生活带来很大便利。
尤其是自动控制技术的迅速发展，给人们带来便利的同时也冲击了传统行业。
大势所趋，新生的自助洗车必然会取代传统的人工洗车方式。
本装置系统就是在此背景下设计完成的。
本装置系统采用一种是PLC为核心的控制思想，以按键和投币机作为信息采集单元，以PLC作为数据处理和控制单元，以数码管作为数据显示单元，以指示灯作为用户状态单元和工作指示单元的自助洗车机。
本装置实现循环往复清洗功能，相对传统的人工清洗方式主要优势有节省财力物力；节约时间，清洗迅速；节约用水，环保。
关键字：
PLC控制；数码管显示；自助洗车
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofeconomy,people'slivingstandardisimprovingconstantly,everyfamilyhasacar.Itiswellknownthattheservicelifeofacarisinextricablyrelatedtoitsdailycleaningandmaintenance,andeachowneriswillingtospendmoneyonhisowncar.Thisledtotheemergenceofanewindustry-carwashingindustry.Astherearevariouswaystowashcars,itbecomesatopicofdailycommunicationtochoosewhatwaytowashcars.Inrecentyears,therapiddevelopmentofscienceandtechnologyhasbroughtgreatconveniencetopeople'slife.Especiallywiththerapiddevelopmentofautomaticcontroltechnology,itbringsconveniencetopeopleandimpactsthetraditionallineatthesametime.Industry.Thetrendofthetimes,thenewself-washwillinevitablyreplacethetraditionalmanualcarwashing.Thesystemisdesignedunderthisbackground.ThesystemofthisdeviceadoptsakindofcontrolthoughtwhichisPLCasthecore,takesthekeystrokeandthecoin-dispenserastheinformationcollectionunit,takesthePLCasthedataprocessingandcontrolunit,andtakesthedigitaltubeasthedatadisplayunit.Self-washmachinewithindicatorlampasuserstatusunitandworkindicationunit.Comparedwiththetraditionalmanualcleaningmethod,thedevicehasthemainadvantagesofsavingfinancialandmaterialresources,savingtime,cleaningquickly,savingwaterandprotectingenvironment.
Keywordsplccontrol；digitaltubedisplay；self-washingcar
1绪论
1.1研究课题的背景及意义
随着科技的迅速发展和经济水平的提高。
我国汽车工业高速度发展，汽车行业前景广阔。
根据调查结果表明，到2020年，中国本土汽车产量将达到2000万辆左右，其中两成产品将进入国际市场。
随着我国经济的持续高速发展和人们消费观念的改变，中国已经成为世界轿车的最大消费国之一，开车是人们普遍掌握的生活技能，轿车也不再是特权人士的标志，而是人们出门的代步工具。
那么当人们拥有一辆自己的爱车时，无疑会呵护倍至。
汽车的平时清洁护理和定期美容保养，必然成为人们日常的消费内容和交流话题。
另一方面，我国各大中城市虽然发展很快，但建设不配套，缺乏停车场所，使大量汽车只能露天栖息，饱受风吹、雨淋、日晒的无奈，致使汽车日渐老化。
这就更加促进了汽车美容业的发展。
而汽车清洗是汽车美容项目的重要组成部分。
虽然人工洗车和自助洗车的收费相差不几，但在时间、效率、人的劳力、物力上却泾渭分明。
使用自助洗车机主要意义有洗一辆车的时间只需要3至4分钟，效率高；能大大削减生产力、降低劳动强度，节省成本；与手洗比起来更易吸引客户，在提高群体形象的同时，又能大幅度提高的经济收益； 可以采用轮回水设备，减少用水量，节能环保。
1.2研究课题的研究现状及发展趋势
目前国内市场上出现的自助洗车机多数采用220V电压的注塞泵，除了噪音大、寿命短，另一个大隐患的就是安全问题，近期，多家媒体报道传统洗车机频繁出现漏电伤人事件，不少用户为此付出了惨痛的代价。
现在一些自助洗车机内部电机均已用12V人体安全电压，在保证水枪压力、泵体运转静音的前题下，彻底解决了漏电烦脑。
节能环保的概念日益深入人心，节水洗车作为一种技术先进的环保型洗车项目，也开始受到许多投资者的关注。
节水洗车是利用现代高新科技产品，对汽车进行清洁、养护一次完成的新型汽车保洁方式。
节水洗车是一门有前景的新生意，其产品配方由多种新型表面活性剂、浮化剂及悬浮剂等漆面保护成分组成，能有效地将尘土冲洗，避免划伤车漆，而且可以使清洗更彻底，光洁效果更好。
可以说，其产品具有洗车、清洁一次完成的功效，既节水又省力。
据从市场了解，目前只需6000元便可开设一家24小时的自助洗车点。
主要需要购买一台设备即可营业。
相比传统高压水枪洗车每次30元至50元不等的市场价格，自助洗车成本却大约为0.5元/次左右，但是其市场价格完全可以定到3-5元/次，所以该项目可操作的利润空间非常大，我们认为如果采用预付费形式进行营销，那么100张卡就预收入10000元，已经收回了所有投入成本，而这个过程只需要20天就可完成，现在很难有这样回本快的项目。
如果以此速度迅速复制10个网点，那么每个月收入已经超过8万。
无论是从经济角度还是从节能环保角度，自助洗车就应该在我国洗车领域好好的推广与应用。
这才是未来的洗车大方向。
2系统控制方案的确定
2.1自助洗车流程及设计思路
1.洗车机动作流程
1）按下启动开关之后，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。
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）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，清洁剂停止喷洒，当洗车机右移3s后停止，刷子开始洗刷。
6）刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，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，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移3s后停止，刷子开始洗刷5s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，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。
9）洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，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。
2.原点复位设计
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需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。
3.设计思路
本系统采用PLC作为核心控制。
以按键和投币作为信息采集单元，以PLC为作为数据处理和控制单元，以数码管作为数据显示单元，以指示灯作为用户状态单元和开锁指示单元，组成硬件结构框架图。
其中按钮输入信号包括人工输入的信号和洗车机碰到限位开关时的信号。
人工输入信号包括：
开始按钮、开始投币按钮、；洗车机碰到限位开关的信号包括：
洗车机初始位置信号、左限位开关信号、右限位开关信号。
本设计采用“步进”控制，设有显示模块、警示模块等功能模块，利用行程开关实现自动循环往复动作，操作简单，具有良好的经济性和推广性，设计可行，满足设计要求。
3控制系统硬件设计
3.1主电路的设计
主电路图见附录A。
3.2控制电路的设计
3.2.1系统硬件组成
如图3-1为硬件结构框架图。
本系统采用PLC作为核心控制。
以按键和投币作为信息采集单元，以PLC作为数据处理和控制单元，以数码管作为数据显示单元，以指示灯作为用户状态单元和开锁指示单元，组成硬件结构框架图。
其中按钮输入信号包括人工输入的信号和洗车机碰到限位开关时的信号。
人工输入信号包括：
开始按钮、开始投币按钮、投币结束按钮、开始洗车按钮；洗车机碰到限位开关的信号包括：
洗车机初始位置信号、左限位开关信号、右限位开关信号。
图3-1硬件结构框架图
3.2.2PLC概述
PLC：
该部分的功能不仅包括对各种开关信息的采集、处理，还包括对执行单元的控制。
PLC是整个系统的核心及数据处理核心。
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
I/O模块。
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
3.2.3PLC选型
根据本次设计要求及编写的程序的I/O口需求，本次设计选用FX2N-48MR-001。
FX2N-48MR-001是日本三菱公司的可编程控制器（PLC）,继电器输出及输入24点,输出24点.FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC，内置用户存储器8Kb，可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A、等）。
通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接。
3.2.4PLC的I/O分配
PLC的I/O分配表如表3-1。
输入点
所接设备及功能
输出点
所接设备及功能
X000
启动按钮
Y000
启动灯
X001
传感器，左极限开关
Y001
控制电机正转洗车右移
X002
传感器，右极限开关
Y002
控制电机反转洗车右移
X003
传感器，5元投币口
Y003
喷水设备
X004
传感器，10元投币口
Y004
洗刷设备
X005
传感器，50元投币口
Y005
风扇设备
X006
复位开关
Y006
清洁剂设备
X007
退币按钮
Y007
复位灯
表3-1PLC的I/O分配表
3.2.5PLC的I/O接线图
2
千
百
十
个
8
4
1
图3-2PLC的I/O接线图
4控制系统软件设计
4.1程序流程图
程序流程图如图4-1。
图4-1控制程序流程图
4.2程序说明
根据设计要求，本次设计主要采用“步进”指令编写程序，显示模块显示数据，时间继电器设置相应时间，限位开关可以定位小车的位置，给编写程序带来很大方便。
分析调试结果知此次设计基本满足设计要求。
起初显示现有投币数，若投币数大于100元时可以按退币按钮X007退币，按退币按钮退币，显示模块此时显示为零。
当币数大于或等于100元时，按启动按钮启动X000自助洗车装置。
按下启动开关之后，洗车机开始自动右移（Y001输出信号），喷水设备（Y003）开始喷水，刷子（Y004）开始洗刷。
洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移（Y002输出信号），喷水机及刷子继续动作。
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（Y006）开始动作——喷洒清洁剂。
车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。
洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机右移3s后停止，刷子开始洗刷。
刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移···洗车机往右移，风扇设备（Y005）动作将车吹干，碰到右极限开关时，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（Y000）熄灭。
若洗车过程中万一出现故障，可以按复位按钮X006复位，复位灯Y007亮，车子回到起始位置，复位完成。
再次启动可以继续洗车。
程序分段说明：
1.投币模块，当币数大于或等于100元时，按启动按钮启动X000自助洗车装置。
2.按启动按钮X000启动自助洗车装置，车子右移，喷水设备喷水开始洗刷。
X000
3.车子碰到右极限开关X002，开始左移，继续喷水和洗刷。
4.车机右移3s后停止，刷子开始洗刷。
刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。
5.复位程序，按下复位按钮X006复位。
5仿真调试
5.1仿真软件GXdeveloper介绍
GXdeveloper是三菱PLC的编程软件。
适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
5.2控制程序时序图
程序时序图如图5-1所示。
X001
X002
X000
Y000
Y001
Y002
Y003
Y004
Y006
Y005
图5-1程序时序图
5.3程序调试
为了准确发现设置程序存在的问题，需要进行程序调试。
本部分主要介绍了自助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。
程序梯形图及程序指令表见附录B。
程序调试结果如下：
1.投币模块。
2.按启动按钮X000启动自助洗车装置，车子右移，喷水设备喷水开始洗刷。
X000
3.车子碰到右极限开关X002，开始左移，继续喷水和洗刷。
4.车机右移3s后停止，刷子开始洗刷。
刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。
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