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編號(hào) 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱：副教授 ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車自動(dòng)清 洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研 究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以 標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任 何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 作者姓名： 年 月 日 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 隨著我國汽車保有量的持續(xù)增加，汽車清洗作為汽車保養(yǎng)的一個(gè)前 提工序，就顯得越來越重要。開發(fā)汽車自動(dòng)清洗機(jī)對(duì)于節(jié)約水資源和環(huán) 境保護(hù)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率具有重要意思。本課題屬工程設(shè)計(jì)類課題，要 求完成汽車自動(dòng)清洗機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過本設(shè)計(jì)，可以幫助同 學(xué)加深對(duì)本專業(yè)的相關(guān)知識(shí)理解和提高綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)能力。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 了解汽車自動(dòng)清洗機(jī)的工作原理，國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀； ② 熟練掌握有關(guān)計(jì)算機(jī)繪圖軟件，并繪制有關(guān)電路圖紙，編制 PLC 控 制程序； ③ 熟練掌握 PLC 控制系統(tǒng)的知識(shí)； ④ 掌握有關(guān)工藝流程設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)主電路、控制電路和電氣元件的 選型設(shè)計(jì)。 四、接受任務(wù)學(xué)生： I 班 姓名 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 隨著我國汽車保有量的持續(xù)增加,汽車清洗行業(yè)也迎來了一個(gè)重要的發(fā)展機(jī)遇。汽 車清洗機(jī)是洗車工作必不可少的設(shè)備。開發(fā)汽車自動(dòng)清洗機(jī)對(duì)于節(jié)約水資源和環(huán)境保護(hù)， 提高其工作效率具有重要意義。 本課題設(shè)計(jì)，主要通過對(duì)汽車自動(dòng)清洗機(jī)功能要求和運(yùn)行過程的分析，確定了汽車 自動(dòng)清洗機(jī)的總體方案。并主要進(jìn)行了汽車清洗系統(tǒng)電氣和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。針對(duì)汽車 自動(dòng)清洗機(jī)的特點(diǎn)，本文采用了電機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。在控制系統(tǒng)部分，應(yīng)用可編程控 制器技術(shù)，對(duì)汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和軟件控制系統(tǒng)的編程。 PLC 采用了西門子公司生產(chǎn)的 S7-200 系列可編程控制器，采用了梯形圖的編程語言，實(shí) 現(xiàn)了汽車自動(dòng)清洗機(jī)的傳動(dòng)和控制要求，滿足了高效、環(huán)保、安全、可靠和低成本的要 求。 本文主要論述了以下幾個(gè)內(nèi)容： 1、汽車自動(dòng)清洗機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案； 2、汽車自動(dòng)清洗機(jī)的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 3、汽車自動(dòng)清洗機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：汽車自動(dòng)清洗機(jī)；電動(dòng)機(jī)；電路圖；可編程控制器； III Abstract As the amount of cars increases very quickly, the service trades of car are facing a very important chance. Car washer is the most important equipment in the process of washing car. It is important to develop automatic car washing machine for conserving water resources and environmental protection, improving their efficiency. In the design of this project, according to analyze the function requirement and the operating process of automatic car washing machine, the overall scheme of the automatic car washer. The detail design of the driving and controlling system of car washer is designed. According to the characteristics of automatic car washing machine, this paper adopted the motor to driving system. In the control system, adopted the technology of sensor and PLC, designed the composition of PLC hardware and programmed the controlling software. The PLC controller adopted Siemens company produces S7-200 series programmable controller, using a ladder diagram programming language, realized the driving and controlling requirements, meet the demand of the efficiency, environmental protection, safety, reliability and low cost requirements. This paper mainly discusses the following contents: 1．Automatic cleaning machine of automobile overall design; 2．Design of automatic cleaning machine of automobile electrical system; 3．Design of PLC control system of the automatic cleaning vehicle, which includes hardware design and software design. Key words: Automatic Cleaning Machine for Vehicle; Motor; Circuit Diagram; Programmable Logic Controller IV 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 研究背景 ...............................................................................................................................1 1.2 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...................................................................................1 1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ...................................................................................................................4 2 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) .............................................................................................5 2.1 汽車自動(dòng)清洗機(jī)總體方案論證 ...........................................................................................5 2.2 主要機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程分析以及設(shè)計(jì) ...................................................................................6 2.3 汽車自動(dòng)清洗機(jī)總體方案設(shè)計(jì) ...........................................................................................7 2.3.1 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的組成及主要技術(shù)參數(shù) ....................................................................7 2.3.2 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的清洗動(dòng)作步驟 ................................................................................7 2.3.3 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的總體設(shè)計(jì) ........................................................................................8 2.3.4 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的控制方案的分析設(shè)計(jì) ..................................................................10 3 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................................................................................12 3.1 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) .........................................................................12 3.2 汽車自動(dòng)清洗機(jī)控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇 .....................................................................13 4 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ..................................................................................16 4.1 可編程控制器（PLC ）的組成 ..........................................................................................16 4.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和一般步驟 ......................................................................17 4.2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 ...................................................................................17 4.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 ...................................................................................17 4.3 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ....................................................................18 4.3.1 汽車自動(dòng)清洗機(jī)控制要求和控制分析 ......................................................................18 4.3.2 控制系統(tǒng) I/O 點(diǎn)的確定和 PLC 的選型 ......................................................................19 4.3.3 PLC 的 I/O 地址分配表及接線圖 ...............................................................................20 4.4 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ....................................................................21 4.4.1 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法 .......................................................................................21 4.4.2 PLC 的編程語言 ...........................................................................................................22 4.4.3 PLC 編程的一般規(guī)則 ...................................................................................................23 4.4.4 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的工藝流程分析 ..............................................................................24 4.4.5 PLC 程序的編制 ...........................................................................................................25 5 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................34 5.1 結(jié)論 ......................................................................................................................................34 5.2 不足之處及未來展望 ..........................................................................................................34 致 謝 ...........................................................................................................................................35 V 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................36 附 錄 ...........................................................................................................................................37 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 1.1 研究背景 自從 19 世紀(jì)第一輛汽車誕生以來，汽車行業(yè)隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍， 隨著時(shí)代的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對(duì)汽車的需求量也逐漸加大，據(jù)國家統(tǒng)計(jì) 局統(tǒng)計(jì)，截止 2011 年年末，全國民用汽車保有量達(dá)到 10578 萬輛（包括三輪汽車和低速 貨車 1228 萬輛） ，比上年末增長(zhǎng) 16.4%，其中私人汽車保有量 7872 萬輛，增長(zhǎng) 20.4%； 民用汽車保有量 4962 萬輛，增長(zhǎng) 23.2%，其中私人轎車 4322 萬輛增長(zhǎng) 25.5%。汽車產(chǎn)業(yè) 已成為國家經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn) [1]。 隨著汽車數(shù)量的日益增長(zhǎng)，老百姓對(duì)汽車的消費(fèi)觀念發(fā)生著巨大的改變，人們從過 去單一化的消費(fèi)觀念轉(zhuǎn)變?yōu)樽非蠖嘣南M(fèi)觀念。隨之而來的便是帶動(dòng)了汽車清洗保 養(yǎng)等行業(yè)的發(fā)展，其中汽車的清洗便是不可缺少的內(nèi)容。汽車清洗可作為汽車美容、保 養(yǎng)的一個(gè)前期必須工序或者一個(gè)獨(dú)立的汽車服務(wù)項(xiàng)目，有著廣闊的市場(chǎng)前景和可觀的發(fā) 展空間。 目前，大多數(shù)國內(nèi)的汽車清洗由傳統(tǒng)的人工完成。大多數(shù)汽車洗車點(diǎn)通常只是簡(jiǎn)單 的由人工擦洗或采用高壓水槍沖洗完成。利用人力資源，對(duì)汽車進(jìn)行涂抹泡沫，然后采 用高壓水泵，利用水泵對(duì)汽車進(jìn)行沖洗；再在自然光及風(fēng)等自然條件下，讓清洗的汽車 進(jìn)行自動(dòng)風(fēng)干，沒有站房和自動(dòng)清洗打蠟設(shè)備，沒有污水處理設(shè)備和污泥處置措施 [2]。 。 雖 然可以達(dá)到清洗汽車的目的，但過分依賴于勞動(dòng)力，操作時(shí)間長(zhǎng)，洗車過程慢，并且浪 費(fèi)了大量的水資源，經(jīng)濟(jì)性差，不適合和洗車業(yè)的發(fā)展需求；而且嚴(yán)重影響了城市的市 容衛(wèi)生 [3]。 目前國內(nèi)比較大型的汽車美容公司，所擁有的電腦洗車機(jī)主雖然實(shí)現(xiàn)了汽車的清洗、 打蠟、噴漆等自動(dòng)化工程，但成本比較高，維修周期比較長(zhǎng)，投資回收期較長(zhǎng)，其自動(dòng) 控制系統(tǒng)不是適合小型的、專門的汽車清洗行業(yè)，這極大的限制了電腦洗車機(jī)的推廣和 使用。因此，相對(duì)于中小型城市，汽車清洗業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?如何實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量并且適用于小型工廠的汽車自動(dòng)清洗裝置，就成了汽車清洗 行業(yè)發(fā)展的必然要求。所以，基于市場(chǎng)發(fā)展，節(jié)水和壞境保護(hù)以及洗車業(yè)投資和成本控 制的角度出發(fā)，開發(fā)一種即滿足汽車清洗速度快、效率高的要求又能滿足節(jié)水環(huán)保且設(shè) 備投資較低的洗車機(jī)，對(duì)促進(jìn)我國汽車清洗美容、汽車保養(yǎng)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將具有重要 的意義。 因此，本次設(shè)計(jì)就是采用 PLC 控制，利用定時(shí)器，通過線路的通斷來實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng) 清洗流程。它可以最大限度的節(jié)省洗車的人力、物力資源，并且滿足不同的客戶需求， 同時(shí)它可以高效、準(zhǔn)確的完成洗車任務(wù)，為客戶提供便利，而且極大限度的節(jié)約水資源， 符合當(dāng)代建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的時(shí)代需要。 1.2 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 汽車清洗是近二十年才在我國逐漸發(fā)展起來的新興行業(yè)，具備資金和技術(shù)門檻低的 特點(diǎn)。由于相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不是十分完備，對(duì)場(chǎng)地、環(huán)保、設(shè)備、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理等方 面都缺乏明確的規(guī)定和要求，導(dǎo)致本該被淘汰地洗車方式仍然在洗車市場(chǎng)上大行其道， 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 而無水洗車、全自動(dòng)電腦化洗車等先進(jìn)的洗車方式卻在市場(chǎng)份額中占有很小的比例 [4]。 目前，城市落后的人丁洗車方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代化城市的市容衛(wèi)生與行業(yè)發(fā)展的需 求，也不符合企業(yè)的規(guī)模經(jīng)營(yíng)、專業(yè)化，規(guī)范化的要求，更談不上行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展； 中國的洗車行業(yè)健康有序地發(fā)展，當(dāng)務(wù)之急，必須推廣科學(xué)的、環(huán)保的、符合中國國情 的科學(xué)洗車方式，要新的理念、新的思路和新的方法來管理洗車行業(yè)，提升行業(yè)的形象 和競(jìng)爭(zhēng)力 [5]。 汽車清洗的主要目的就是把汽車上的灰塵油污清洗干凈，使汽車清潔亮麗。目前常 見的洗車方法主要有以下幾種： 1、人工洗車：先用抹布蘸水擦濕車身，再涂上洗車液用抹布擦洗一遍，然后用清水 沖洗，最后用干抹布吸水、吸干。這種洗車方法不僅會(huì)對(duì)車身油漆有損傷，降低車身漆 面光潔度，而且會(huì)造成水資源的浪費(fèi)及污染環(huán)境。 2、高壓清洗機(jī)洗車：分為高壓冷水清洗機(jī)（圖 1.1）和高壓冷／熱兩用清洗機(jī)（圖 1.2） 。前者用于氣溫較高的南方一帶，后者除了提供常溫的高壓水外，還增加了電加熱 裝置，輸出高壓水的溫度可調(diào)節(jié)，清潔效果更好，但能耗大，一般僅適于冬季寒冷的地 區(qū)使用。但高壓水槍壓力大，易對(duì)車身油漆造成傷害，會(huì)使車身電路內(nèi)部進(jìn)水，銹蝕金 屬件，造成電線短路，產(chǎn)生危險(xiǎn)。 圖 1.1 高壓冷水清洗機(jī) 圖 1.2 高壓冷／熱兩用清洗機(jī) 3、泡沫清洗機(jī)洗車：泡沫清洗機(jī)（圖 1.3）與高壓清洗機(jī)不同之處在于它輸出的水 不但可以增壓（輸出壓力約為 0.1～0.5MPa） ，而且還能加入專用的清洗劑，再通過壓縮 空氣（由空氣壓縮機(jī)提供） ，使清洗劑泡沫化，然后從泡沫噴槍噴出，能將泡沫狀的清洗 液均勻地涂敷于車身外表，通過化學(xué)反應(yīng)，從而起到極佳的除塵和去油污作用。 4、蒸汽洗車：蒸汽洗車是通過高溫蒸汽洗車機(jī)（圖 1.4）將水加熱成蒸汽后，用蒸 汽來清洗汽車。其具有節(jié)水、節(jié)能的特點(diǎn)。但由于設(shè)備質(zhì)量問題存在安全性不高，極易 產(chǎn)生污水造成污染，洗車效果和效率差的缺點(diǎn)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.3 氣動(dòng)泡沫清洗機(jī) 圖 1.4 高效電熱蒸汽清洗機(jī) 5、全自動(dòng)電腦洗車機(jī)：電腦洗車機(jī)是利用電腦控制毛刷和高壓力水霧電腦洗車機(jī)是 利用電腦控制毛刷和高壓水槍來清洗汽車的一種設(shè)備。主要由電路、氣路、水路和機(jī)械 部分構(gòu)成。它可通過編制多種洗車程序來完成不同要求地洗車效果。具有洗車效果好， 效率高，節(jié)水等特點(diǎn) [6]。全自動(dòng)電腦洗車機(jī)，順應(yīng)時(shí)代的需要應(yīng)運(yùn)而生；它的出現(xiàn)是向傳 統(tǒng)洗車方式的挑戰(zhàn)，中國的洗車行業(yè)必須與國際洗車業(yè)接軌，來縮小與國際先進(jìn)洗車行 業(yè)的差距，因此，推廣和應(yīng)用全自動(dòng)洗車機(jī)勢(shì)在必行 [8]。全自動(dòng)洗車機(jī)與現(xiàn)在廣為采用的、 落后的人工洗車方式相比，有著無可比擬的優(yōu)點(diǎn)： 1）洗車潔凈：全自動(dòng)洗車機(jī)由程序控制，采用仿形超軟洗滌工具，能排除人為因素， 保證洗車質(zhì)量。 2）安全可靠：全自動(dòng)洗車機(jī)由電腦按設(shè)計(jì)程序控制全過程的操作，完全避免人工操 作引起的人身、設(shè)備事故。 3）快捷高效：它極大的提高了洗車的工作效率。 4）不傷漆面：全自動(dòng)清洗機(jī)采用科學(xué)合理的棉刷，洗滌過程中不會(huì)損傷車身漆面。 電腦洗車刷壓力均勻、洗車速度及方向穩(wěn)定，對(duì)汽車車身表面漆面造成的損傷很小，遠(yuǎn) 小于人工洗車造成的損傷。 5）環(huán)保節(jié)水：全自動(dòng)洗車機(jī)可配套使用循環(huán)廢水處理技術(shù)，不僅使大部分水循環(huán)使 用，減少污水排放量，滿足了環(huán)保要求，而且可以大量節(jié)約水資源。 6）節(jié)省人工：全自動(dòng)洗車機(jī)只需要一個(gè)人操作，比人工洗車節(jié)省用工量。 全自動(dòng)電腦洗車機(jī)在洗車過程中，電腦洗車機(jī)是靠壓力傳感器和光電控制器來進(jìn)行 相應(yīng)洗車工作的。電腦洗車機(jī)根據(jù)功能類別主要分為汽車移動(dòng)式全自動(dòng)電腦洗車機(jī)（隧 道式如圖 1.5）和汽車固定式全自動(dòng)電腦洗車機(jī)（龍門往復(fù)式）兩類。 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 圖1.5 隧道連續(xù)式電腦洗車機(jī) 1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 經(jīng)過對(duì)大量的文獻(xiàn)資料的分析整理和市場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)上銷售的各類全自動(dòng) 洗車機(jī)，從價(jià)格、可靠性、節(jié)水環(huán)保、洗車效果等方面綜合考慮分析，都存在不同程度 的欠缺。鑒于此，從而設(shè)計(jì)開發(fā)一種適合國情的汽車固定式全自動(dòng)洗車機(jī)，以滿足市場(chǎng) 的需要。本設(shè)計(jì)課題的主要內(nèi)容： 1、汽車自動(dòng)清洗機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 2、汽車自動(dòng)清洗機(jī)的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3、汽車自動(dòng)清洗機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 2.1 汽車自動(dòng)清洗機(jī)總體方案論證 經(jīng)過前期的市場(chǎng)調(diào)查分析，目前，汽車清洗主要集中在轎車、小型面包車等各種小 型客車的外表清洗上，所以本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)清洗機(jī)主要功能應(yīng)集中在安全、有效的清 洗各種小型客車的外表上。從大體方面入手，汽車的清洗是由車輛和機(jī)架（毛刷）的相 對(duì)運(yùn)動(dòng)來完成的 [8]，所以我們有兩種設(shè)計(jì)方案： 1.機(jī)架不動(dòng)，汽車沿軌道前進(jìn)完成清洗； 2.車不動(dòng)，機(jī)架運(yùn)動(dòng)完成清洗； 第一種方案在機(jī)架下方安裝一導(dǎo)軌（或傳送帶） ，由鏈條或者其他工具帶動(dòng)汽車前進(jìn)。 其特點(diǎn)是各機(jī)構(gòu)按洗車工藝順序分立布置，汽車按照軌道前進(jìn)依次進(jìn)入高壓噴淋、清洗 液清洗、毛刷清洗和風(fēng)干等工序，最終完成汽車清洗任務(wù)。由于其各個(gè)工序分開布置， 所以設(shè)備占地面積和所需作業(yè)場(chǎng)地很大。其工藝流程如圖2.1所示。 圖2.1 汽車移動(dòng)式洗車機(jī)工藝流程 第二種方案汽車不動(dòng)，清洗機(jī)的機(jī)架運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)頂刷和側(cè)刷有規(guī)律性的運(yùn)動(dòng)來 完成清洗工作。其特點(diǎn)是各工序機(jī)構(gòu)集中于一個(gè)工位，同一個(gè)工位需要完成所有工序任 務(wù)。而且通過事先做好的幾類不同的車型所制定好的方案可以很方便的進(jìn)行清洗。它的 優(yōu)點(diǎn)是清洗結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、占地面積小，從而降低成本。其工藝流程如圖2.2所示。 圖2.2 汽車固定式洗車機(jī)工藝流程 不僅如此，第一種方案的清洗機(jī)在清洗汽車時(shí)隨著車輛的運(yùn)動(dòng)水和清洗機(jī)要不停的 噴灑車輛，無形中就會(huì)浪費(fèi)掉一些水資源以及清洗劑；而第二種方案就能很好的避免水 和清洗劑的浪費(fèi)，在這一運(yùn)動(dòng)過程中，汽車是不動(dòng)的，動(dòng)的只是清洗機(jī)的機(jī)架，這樣水 和清洗劑就可以很準(zhǔn)確的噴向所需的地方。很大程度上減少了水資源的浪費(fèi)。而且占地 高壓噴淋 汽車 汽車 汽車 汽車 清洗液清洗 毛刷刷洗 風(fēng)干 汽車 毛刷刷洗高壓噴淋 風(fēng)干 清洗液清洗 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 面積小，成本低、環(huán)保。 綜上所說，我決定按照第二種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)計(jì)一種龍門架往返式運(yùn)動(dòng)的汽 車自動(dòng)清洗機(jī)。結(jié)合當(dāng)前轎車、小型面包車的外形尺寸，可確定汽車自動(dòng)清洗機(jī)的洗車 高度為2000mm，洗車機(jī)的洗車寬度為2000mm。這個(gè)設(shè)備主要由龍門架、一支頂刷和一對(duì) 側(cè)刷（立刷）組成。通過電動(dòng)、液壓、氣壓裝置對(duì)其進(jìn)行控制。 2.2 主要機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程分析以及設(shè)計(jì) 由于汽車在整個(gè)清洗過程中是固定不動(dòng)的，為了完成汽車的清洗的任務(wù)，清洗機(jī)的 各部分均需完成各自的相對(duì)獨(dú)立的功能。由于各部分相對(duì)于汽車的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡不同， 必須對(duì)洗車機(jī)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程分析，以使各機(jī)構(gòu)在時(shí)間和空間上能夠協(xié)調(diào)工作，保 證清洗過程的順利進(jìn)行。 頂刷的作用是對(duì)汽車的上表面輪廓進(jìn)行仿形刷洗 [9]，它的運(yùn)動(dòng)包括自身繞中心軸的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及與車身輪廓形狀相近的運(yùn)動(dòng)(如圖2.3） 。繞中心軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 而與車身輪廓相近的運(yùn)動(dòng)通過機(jī)架的行走及氣缸來完成。 圖2.3 頂刷行程軌跡示意圖 側(cè)刷的作用是完成汽車側(cè)面等部位的清洗工作。它的運(yùn)動(dòng)主要包括自身繞中心軸轉(zhuǎn) 動(dòng)和回轉(zhuǎn)中沿車身的運(yùn)動(dòng)。其回轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)軌跡與車身形狀相似（如圖2.4） 。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖2.4 側(cè)刷運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖 1、2側(cè)刷 3汽車 2.3 汽車自動(dòng)清洗機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 2.3.1 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的組成及主要技術(shù)參數(shù) 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的組成：主要由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及水處理循環(huán)系 統(tǒng) [10]組成。 本設(shè)計(jì)汽車自動(dòng)清洗機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)參見表2-1。 表2-1 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的技術(shù)參數(shù) 適用車型 轎車、小型面包車等各種小型客車 設(shè)備尺寸 2500mm(長(zhǎng))*2700mm(寬)*2900mm(高) 洗車尺寸 5000mm(長(zhǎng))*2000mm(寬)*2000mm(高) 軌道長(zhǎng)度 8000mm 清洗方式 水洗、風(fēng)干 洗車能力 20(輛/小時(shí)) 設(shè)備配置 頂刷1支、側(cè)刷2支、底盤清洗架1組 2.3.2 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的清洗動(dòng)作步驟 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 1、汽車停到車位（停車到位） ； 2、洗車機(jī)開始啟動(dòng)，開始移動(dòng)； 3、高壓噴頭噴水（水刀）沖掉車體上（包括地盤）的泥土等附著物； 4、毛刷清洗車輛表面及輪廓； 此步驟中，頂刷向下運(yùn)動(dòng)到達(dá)汽車的前端表面，同時(shí)側(cè)刷到位，開始清洗，此過程 為清洗車前端。然后側(cè)刷與頂刷隨整機(jī)一起沿軌道運(yùn)動(dòng)，清洗汽車車身及兩側(cè)。 5、停止洗刷，開啟風(fēng)干裝置，洗車機(jī)沿軌道返回。 2.3.3 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的總體設(shè)計(jì) 1、汽車自動(dòng)清洗機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的總體方案如圖2.5所示。 圖2.5 汽車自動(dòng)清洗機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 在本設(shè)計(jì)方案中，主要PLC來控制汽車自動(dòng)清洗機(jī)的工作，通過控制使其完成噴水、 刷洗、清洗液清洗以及風(fēng)干等一系列動(dòng)作。 2、機(jī)械部分設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)主要由龍門架（機(jī)架） 、導(dǎo)軌、頂刷機(jī)構(gòu)、側(cè)刷機(jī)構(gòu)和風(fēng)干系統(tǒng)等構(gòu)成。其 總體布局如下圖2.6所示。 PLC 控制 汽車自動(dòng)清洗機(jī) 高壓噴淋 刷子刷洗 清洗液清洗 風(fēng)干 結(jié)束 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖2.6 汽車自動(dòng)清洗機(jī)總體布局 1軌道、2機(jī)架、3頂刷、4側(cè)刷、5風(fēng)干系統(tǒng) 3、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，將來自液壓和氣壓的各種能轉(zhuǎn)化為毛 刷運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中，機(jī)架的行走，頂刷、側(cè)刷的旋轉(zhuǎn)和風(fēng)干系統(tǒng)的運(yùn)行 采用了電氣驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式。頂刷的上下運(yùn)動(dòng)和側(cè)刷的左右運(yùn)動(dòng)通過氣壓驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方 式。 4、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)主要通過可編程控制器PLC來控制實(shí)現(xiàn)。PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算 機(jī)。它可以按照邏輯條件和一定的時(shí)序、順序產(chǎn)生控制動(dòng)作，并能夠?qū)碜袁F(xiàn)場(chǎng)的大量 開關(guān)量、脈沖、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及模擬量的越限報(bào)警等數(shù)字信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視和處理。經(jīng)過50 年左右的發(fā)展，PLC已經(jīng)非常成熟與完善 [11]。其具有如下幾個(gè)特點(diǎn)： 1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 2)靈活性強(qiáng)，控制系統(tǒng)具有良好的柔性。 3)編程簡(jiǎn)單，使用方便。 4)控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短。 5)維修方便。 6)體積小，能耗低。 7)功能強(qiáng)，性價(jià)比高。用戶程序所需要實(shí)現(xiàn)的邏輯控制，需要的繼電器、中間繼電 器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功能元件都由存儲(chǔ)單元來替代，因而數(shù)量非常大。一臺(tái)小型的PLC 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 所具備的元件（軟元件）數(shù)量就可以達(dá)到成百上千個(gè)，相當(dāng)于過去一個(gè)大規(guī)模甚至超過 超大規(guī)模的繼電-接觸器控制系統(tǒng)。另外，PLC所提供的軟元件的觸點(diǎn)（如軟繼電器）可 以無限次使用，方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。同時(shí)，PLC的連網(wǎng)通信功能有利于實(shí)現(xiàn)分散 控制、遠(yuǎn)程控制、集中管理等功能，與同等規(guī)?；虺杀镜睦^電-接觸器控制系統(tǒng)相比，無 論其功能和性能，都具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。 綜上所說，不難看出，PLC控制器有著諸多的優(yōu)點(diǎn)；因此，PLC是一種較理想的控制 工具。 2.3.4 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的控制方案的分析設(shè)計(jì) 汽車自動(dòng)清洗機(jī)主要包括機(jī)架行走機(jī)構(gòu)、側(cè)刷刷洗機(jī)構(gòu)、頂刷刷洗機(jī)構(gòu)、風(fēng)干系統(tǒng)、 清水管路系統(tǒng)和清洗劑管路系統(tǒng)。 龍門架（機(jī)架）通過兩臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。通過控制行走電機(jī)的正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)。使機(jī)架前進(jìn)或后退。同時(shí)，為保證汽車清洗機(jī)在軌道上運(yùn)行的安全性、有效性， 在軌道兩端特設(shè)立兩個(gè)行程開關(guān)，即一個(gè)汽車前端感測(cè)開關(guān)和汽車后端感測(cè)開關(guān)，以控 制機(jī)架行走的范圍。 側(cè)刷刷洗機(jī)構(gòu)，刷子轉(zhuǎn)動(dòng)由兩臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，通過控制兩臺(tái)電機(jī)的 啟動(dòng)與停止，來控制刷子的轉(zhuǎn)動(dòng)。 頂刷刷洗結(jié)構(gòu)，刷子轉(zhuǎn)動(dòng)由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，不需要進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控 制。它也是通過控制電機(jī)的起停來控制刷子的轉(zhuǎn)動(dòng)。 風(fēng)干系統(tǒng)由一臺(tái)風(fēng)機(jī)和相應(yīng)管路組成。它的通斷可通過控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止來實(shí) 現(xiàn)。 清水管路系統(tǒng)主要由一臺(tái)水泵以及相應(yīng)的管路組成，水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)通過控制電機(jī)的起 停來完成。 清洗劑管路系統(tǒng)與清水管路系統(tǒng)相似，也是由一臺(tái)水泵和相應(yīng)的清洗劑管路構(gòu)成， 清洗劑管路工作也是通過控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止來實(shí)現(xiàn)。 總而言之，整個(gè)汽車自動(dòng)清洗機(jī)運(yùn)行需要各個(gè)機(jī)構(gòu)相協(xié)調(diào)配合，只有這樣，才能保 證清洗機(jī)安全運(yùn)行，從而達(dá)到安全、高效的清洗車輛的目的。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 3 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 汽車自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 通過對(duì)汽車自動(dòng)清洗機(jī)主要機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程分析可以確定，機(jī)架的行走，頂刷、側(cè) 刷的轉(zhuǎn)動(dòng)、汽車清洗機(jī)的供水、風(fēng)干系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)等采用電力驅(qū)動(dòng)的方式。汽車自動(dòng)清洗 機(jī)供電電源為三相380V交流電，一共需要 8臺(tái)異步交流電動(dòng)機(jī)。兩臺(tái)行走電機(jī)分別由 KM1、 KM2和KM 3、KM 4控制器正反轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)架的前進(jìn)、后退。頂刷電機(jī)由KM 5控制 啟動(dòng)與停止。兩臺(tái)側(cè)刷電機(jī)由KM 6、KM 7控制其啟動(dòng)與停止。清水水泵電機(jī)由KM 8控制啟 動(dòng)和停止。清洗劑泵由KM 9控制啟動(dòng)和停止。風(fēng)干電機(jī)由KM 10控制啟動(dòng)和停止。同時(shí)為 進(jìn)行過載保護(hù)，在每個(gè)電機(jī)線路中加裝一個(gè)熱保護(hù)器。并在母線上加裝一個(gè)熔斷器。其 主電路圖如圖3.1所示。 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 圖3.1 主電路 3.2 汽車自動(dòng)清洗機(jī)控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇 通過對(duì)汽車自動(dòng)清洗機(jī)主要機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程分析可以確定，機(jī)架的行走，頂刷、側(cè) 刷的轉(zhuǎn)動(dòng)、汽車清洗機(jī)的供水、風(fēng)干系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)等采用電力驅(qū)動(dòng)的方式。 電動(dòng)機(jī)的選擇包括電動(dòng)機(jī)的功率、種類、電壓、轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)形式選擇等 [12]。 1、電動(dòng)機(jī)功率的選擇 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 電動(dòng)機(jī)的功率反映了它的負(fù)載能力，對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇首先是對(duì)電動(dòng)機(jī)功率的選擇。 如果選擇的電動(dòng)機(jī)功率過小，則不能是機(jī)械設(shè)備在正常工作狀態(tài)下運(yùn)行，無法完成相應(yīng) 的生產(chǎn)任務(wù)，電動(dòng)機(jī)在過載條件下運(yùn)行，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)損壞或其他機(jī)械故障。如果選擇 的電動(dòng)機(jī)功率過大，則設(shè)備投資費(fèi)用增加，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率下降。 電動(dòng)機(jī)的功率選擇選擇應(yīng)根據(jù)以下原則進(jìn)行： (1)允許溫升 保證電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)的實(shí)際最高溫度θmax不高于電動(dòng)機(jī)絕緣材料所 允許的的最高溫度θa，即 （3.1）a??mx (2)過載能力 電動(dòng)機(jī)熱慣性大,在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載時(shí)所達(dá)到的溫度 不會(huì)高于電動(dòng)機(jī)絕緣材料所允許的最高溫度,有一定的過載能力.但是電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 Tmax(對(duì)于異步電動(dòng)機(jī) )或最大電流I max(對(duì)于直流電動(dòng)機(jī))必須大于運(yùn)行過程中可能出現(xiàn) 的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLmax和最大負(fù)載電流ILmax,即 （對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)） （3.2）NmLTT???axma （對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)） （3.3）iII 式中：λ m、λi為電動(dòng)機(jī)過載能力系數(shù)。 (3)啟動(dòng)能力 為了保證電動(dòng)機(jī)能夠可靠啟動(dòng),必須使 （3.4）NsttLT??? 式中：λ st為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力系數(shù)； Tst為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)負(fù)載圖按發(fā)熱理論進(jìn)行計(jì)算來選擇電動(dòng)機(jī)的方法，理論依據(jù)可靠，但計(jì)算過程 復(fù)雜。而且只是在一些假設(shè)的條件下得到的；此外，對(duì)于大多數(shù)的生產(chǎn)機(jī)械來說，找出 具有代表性的典型負(fù)載圖有困難，因此得到的結(jié)果差異往往較大。因而，在電動(dòng)機(jī)的功 率選擇中常用：統(tǒng)計(jì)法和類比法。 2、電動(dòng)機(jī)類型的選擇 滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、負(fù)載等要求，是電動(dòng)機(jī)類型 選擇的基本原則。 （1）對(duì)于不要求調(diào)速、對(duì)啟動(dòng)性能無過高要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇一般的鼠 籠式異步電動(dòng)機(jī)（如YL、JS、Y系列等） 。若要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，則可選用高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。 （2）對(duì)于要求經(jīng)常啟動(dòng)和制動(dòng)，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，還有一定調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械， 應(yīng)考慮選用線繞式異步電動(dòng)機(jī)（如YR、YZR系列等） 。 （3）對(duì)于需要幾種速度，而不要求無極調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，可選用YD等系列多速異步 電動(dòng)機(jī)。 （4）對(duì)于需要恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械，且需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因素的場(chǎng)合，應(yīng)優(yōu)先考 慮選用TD等系列的同步電動(dòng)機(jī)。 （5）對(duì)于需要大范圍無極調(diào)速，且要求經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，則可 以選用帶調(diào)速裝置的直流電動(dòng)機(jī)或鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。 3、電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 電動(dòng)機(jī)額定電壓與供電電壓一致是電動(dòng)機(jī)額定電壓選擇的基本原則，交流電動(dòng)機(jī)額 定電壓應(yīng)與供電電網(wǎng)電壓一致。直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓也要與電源電壓相一致。 4、電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇 對(duì)于額定功率相同的電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速越高，電動(dòng)機(jī)尺寸、質(zhì)量和成本越小，因此 選用高速電動(dòng)機(jī)較為經(jīng)濟(jì)。因此，在確定電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)全面考慮各方面的因素， 綜合分析做出選擇。 5、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式選擇 根據(jù)電動(dòng)機(jī)安裝位置的不同，其結(jié)構(gòu)形式可分為臥式（軸是水平的）和立式（軸是 豎直的）等種類。根據(jù)電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)構(gòu)的連接方便和結(jié)構(gòu)緊湊為原則來選擇電動(dòng)機(jī)的 結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作所適應(yīng)的環(huán)境條件不同，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)還可以分為開啟式、防 護(hù)式、封閉式和防爆式四種。 依據(jù)以上的原則，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)共需要8臺(tái)電動(dòng)機(jī)。其中機(jī)架（龍門架）行走電動(dòng)機(jī)2 臺(tái)，頂刷旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，側(cè)刷旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)2臺(tái)，風(fēng)干系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，主水泵電動(dòng)機(jī)1臺(tái)， 潛水泵電動(dòng)機(jī)1臺(tái)。根據(jù)上述的電動(dòng)機(jī)選擇原則，風(fēng)機(jī)、主水泵和潛水泵所使用的電動(dòng)機(jī) 均為Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。而根據(jù)工況的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)的其他電機(jī)也均采用交流異 步電動(dòng)機(jī)。汽車自動(dòng)清洗機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率，一般情況下無法精確計(jì)算，因此我們采用類 比法，通過參考其他汽車清洗機(jī)的情況。本系統(tǒng)確定選用額定電壓為380V 。頂刷電機(jī)功 率為0.55KW ，側(cè)刷電機(jī)功率為0.55KW ，機(jī)架行走電機(jī)為0.37KW，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為 4KW，主水泵電機(jī)與潛水泵電機(jī)功率均為3KW 。綜合考慮汽車清洗機(jī)的實(shí)際情況，本設(shè) 計(jì)所選定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速均為1500r/min。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 4 汽車自動(dòng)清洗機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 可編程控制器（PLC）的組成 PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，在設(shè)計(jì)理念上，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電-接觸器 控制電路相結(jié)合的產(chǎn)物，因而它與工業(yè)控制對(duì)象有非常強(qiáng)的接口能力 [13]。由于PLC本質(zhì)上 仍然是一臺(tái)適合于工業(yè)控制的微型計(jì)算機(jī)，所以其基本結(jié)構(gòu)和組成也具備一般微型計(jì)算 機(jī)的特點(diǎn)：以中央處理單元（CPU）為核心，在系統(tǒng)程序（相當(dāng)于操作系統(tǒng)）的管理下運(yùn) 行。PLC與控制對(duì)象的接口由專門設(shè)計(jì)的I/O部件來完成，通常還需要配以專用的供電電源 及其他專用功能模塊。PLC的基本組成部件如下： 1、中央處理器（CPU） 2、存儲(chǔ)器單元 3、電源單元 4、輸入/輸出單元 5、接口單元 6、外接設(shè)備 4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和一般步驟 4.2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域或其他領(lǐng)域的被控對(duì)象來說，電氣控制的目的是在滿足其生產(chǎn)工藝要 求的情況下，最大限度的提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為達(dá)到此目的，在可編程控制器系 統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則： ① 最大限度地滿足被控對(duì)象的要求； ② 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、適用及維護(hù)方便； ③ 保證系統(tǒng)的安全可靠 ④ 考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的要求，在選型時(shí)應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊?4.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 由于PLC的結(jié)構(gòu)和工作方式與一般的微型計(jì)算機(jī)和繼電器相比各有特點(diǎn)，所以其設(shè)計(jì) 的步驟也不相同，具體設(shè)計(jì)步驟如下： ①詳細(xì)了解被控對(duì)象的生產(chǎn)工藝過程，分析控制要求； ②根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備； ③選擇PLC機(jī)型； ④分配PLC的I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O連接圖； ⑤PLC軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工； ⑥系統(tǒng)調(diào)試，固化程序，交付使用。 其設(shè)計(jì)流程如圖4.1所示。 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 圖 4.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 4.3 汽車自動(dòng)清洗機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4.3.1 汽車自動(dòng)清洗機(jī)控制要求和控制分析 1、汽車自動(dòng)清洗機(jī)的控制要求 （1）完成汽車外觀的清洗、風(fēng)干的自動(dòng)循環(huán)，并且根據(jù)需要同時(shí)進(jìn)行清洗汽車底盤 的工作； （2）在側(cè)刷和頂刷沒有到位的情況下，洗車機(jī)不能繼續(xù)進(jìn)行； （3）在洗車機(jī)運(yùn)行費(fèi)異常的情況下，可停止工作，刷子復(fù)位； （4）清洗機(jī)行走時(shí)不能超越軌道，故應(yīng)設(shè)置行程停止開關(guān)，以保證安全運(yùn)行。 2、汽車自動(dòng)清洗機(jī)的控制分析 汽車自動(dòng)清洗機(jī)主要包括機(jī)架行走機(jī)構(gòu)、側(cè)刷刷洗機(jī)構(gòu)、頂刷刷洗機(jī)構(gòu)、風(fēng)干系統(tǒng)、 PLC 機(jī)器選型和 I/O 設(shè)備選擇 分析評(píng)估控制對(duì)象 I/O 地址分配 電氣系統(tǒng)安裝 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試 連機(jī)調(diào)試 用戶使用 編制程序 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 清水管路系統(tǒng)和清洗劑管路系統(tǒng)。 龍門架（機(jī)架）通過兩臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。通過控制行走電機(jī)的正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)。使機(jī)架前進(jìn)或后退。同時(shí)，為保證汽車清洗機(jī)在軌道上運(yùn)行的安全性、有效性， 在軌道兩端特設(shè)立兩個(gè)行程開關(guān)，即一個(gè)汽車前端感測(cè)開關(guān)和汽車后端感測(cè)開關(guān)，以控 制機(jī)架行走的范圍。 側(cè)刷刷洗機(jī)構(gòu)，刷子轉(zhuǎn)動(dòng)由兩臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，通過控制兩臺(tái)電機(jī)的 啟動(dòng)與停止，來控制刷子的轉(zhuǎn)動(dòng)。 頂刷刷洗結(jié)構(gòu)，刷子轉(zhuǎn)動(dòng)由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，不需要進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控 制。它也是通過控制電機(jī)的起停來控制刷子的轉(zhuǎn)動(dòng)。 風(fēng)干系統(tǒng)由一臺(tái)風(fēng)機(jī)和相應(yīng)管路組成。它的通斷可通過控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止來實(shí) 現(xiàn)。 清水管路系統(tǒng)主要由一臺(tái)水泵以及相應(yīng)的管路組成，水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)通過控制電機(jī)的起 停來完成。 清洗劑管路系統(tǒng)與清水管路系統(tǒng)相似，也是由一臺(tái)水泵和相應(yīng)的清洗劑管路構(gòu)成， 清洗劑管路工作也是通過控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止來實(shí)現(xiàn)。 總而言之，整個(gè)汽車自動(dòng)清洗機(jī)運(yùn)行需要各個(gè)機(jī)構(gòu)相協(xié)調(diào)配合，只有這樣，才能保 證清洗機(jī)安全運(yùn)行，從而達(dá)到安全、高效的清洗車輛的目的。 4.3.2 控制系統(tǒng) I/O 點(diǎn)的確定和 PLC 的選型 1、控制系統(tǒng)的輸入元件和輸出元件的數(shù)量 （1）輸入元件的數(shù)量 整機(jī)的啟動(dòng)按鈕和停止按鈕各一個(gè)，共2個(gè)開關(guān)量。同時(shí)為了防止汽車自動(dòng)清洗機(jī)行 走超出軌道，在軌道上安裝一個(gè)汽車前端感測(cè)控制開關(guān)和一個(gè)汽車后端感測(cè)控制開關(guān)， 兩個(gè)開關(guān)量。同時(shí)若清洗機(jī)在洗刷過程中發(fā)生故障，需安裝一個(gè)復(fù)位開關(guān)，使清洗機(jī)復(fù) 位到原點(diǎn)，從而進(jìn)行排除故障。因此整個(gè)系統(tǒng)共有輸入開關(guān)量5點(diǎn)。 （2）輸出元件的數(shù)量 整個(gè)行走機(jī)架的前進(jìn)、后退需要通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制，因此控制電路中需要 控制接觸器2個(gè)，即需要輸去開關(guān)量2點(diǎn)。水泵噴水、噴灑清洗劑的控制需要2個(gè)控制閥， 共需要開關(guān)量輸出2點(diǎn)。刷子刷洗、風(fēng)干系統(tǒng)的控制，需要兩個(gè)控制閥，開關(guān)量輸出2點(diǎn)。 因此整個(gè)系統(tǒng)共需開關(guān)量輸出6點(diǎn)。 2、PLC的選型 PLC的選型主要有以下兩點(diǎn)： （1）PLC容量的選擇， （2）PLC機(jī)型的選擇。 由于生產(chǎn)PLC的廠家眾多，實(shí)現(xiàn)的功能雖基本相同，但性能、價(jià)格和編程語言卻有較 大差別，一般從以下幾個(gè)方面考慮： ①功能方面 ②價(jià)格方面 ③售后服務(wù) 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開關(guān)量輸入5點(diǎn)，開關(guān)量輸出10點(diǎn)?？紤]汽車清洗機(jī)的功能和 擴(kuò)展性等綜合因素，故本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇西門子S7-200 CPU22X 系列的產(chǎn)品。西門子S7- 200 CPU22X系列產(chǎn)品指令豐富、速度快、具有較強(qiáng)的通信能力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，并綜合 考慮PLC的選型定為 S7-200 CPU226，其I/O總數(shù)為40點(diǎn)，輸入24點(diǎn)，輸去16點(diǎn)；可帶7個(gè) 擴(kuò)展模塊；用戶程序存儲(chǔ)器容量為8KB；內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，具有 PID控制器的功能；運(yùn)行 速度快、功能強(qiáng)，適用于要求較高的中小型的控制系統(tǒng)。所以，本系統(tǒng)PLC為S7-200 CPU226是非常合適的。 4.3.3 PLC的I/O地址分配表及接線圖 1、I/ O 地址分配表 根據(jù)上文中輸出/輸入量的分析，其I/O地址分配表如下表4-1和表4-2。 表4-1 輸入地址分配表 輸入信號(hào) 啟動(dòng)按鈕SB1 I0.0 清洗機(jī)汽車前端感測(cè)開關(guān) I0.1 清洗機(jī)汽車后端感測(cè)開關(guān) I0.2 復(fù)位開關(guān)SB3 I0.3 停止開關(guān)SB2 I0.4 表4-2 輸出地址分配表 輸出信號(hào) 清洗機(jī)前進(jìn) KM1、KM 3 Q0.0、Q0.2 清洗機(jī)后退 KM2、KM 4 Q0.1、Q0.3 頂刷刷洗 KM5 Q0.4 側(cè)刷刷洗 KM6、KM 7 Q0.5、Q0.6 清水泵噴水 KM8 Q1.0 噴灑清洗劑 KM9 Q1.1 風(fēng)干動(dòng)作 KM10 Q1.2 2、I/O 接線圖 根據(jù)I/O 地址分配表，其I/O接線圖如圖4.2。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖4.2 I/O接線圖 4.4 汽車自動(dòng)清洗機(jī)PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.4.1 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法 在實(shí)際的工作中，軟件的實(shí)現(xiàn)方法有很多種，具體使用哪種方法，因人因控制對(duì)象 而異，以下是幾種常見的方法： 1、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較有效的，可以收到快速、簡(jiǎn) 單的效果。對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，經(jīng)驗(yàn)法一般設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，不易掌握，系統(tǒng)交付使用后， 維護(hù)困難，所以，經(jīng)驗(yàn)法一般只適合于比較簡(jiǎn)單的或與某些典型系統(tǒng)相類似的控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)； 2、邏輯設(shè)計(jì)法 用邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用程序的一般步驟如下： ①列出執(zhí)行元件動(dòng)作節(jié)拍表； ②繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖； ③進(jìn)行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)； ④編寫程序； ⑤對(duì)程序檢測(cè)、修改和完善； 3順序功能圖法 順序功能圖法是首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)順序功能圖，然后再依據(jù)順序功能圖 設(shè)計(jì)順序控制程序。對(duì)于每一步的程序段，只需處理極其簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系，因而這種編 汽車自動(dòng)清洗機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，規(guī)律性強(qiáng)。設(shè)計(jì)出的控制程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好，程序的調(diào)試和運(yùn) 行也很方便，可以極大的提高工作效率；S7-200PLC采用順序功