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1、目 录第一部分 设计任务与调研3第二部分 设计说明8第三部分 设计成果15第四部分 结束语20第五部分 致谢21第六部分 参考文献22I第一部分 设计任务与调研1毕业设计的主要任务当前世界面临的水资源危机。世界上对水资源的需求正在以惊人的速度增长，而世界上可供消费的水资源正在急剧减少。可以预测，在今后20年中，世界上人均水资源消费量将会减少1/3。据联合国水资源世界评估项目2003年3月4日发表的一份报告，到本世纪中叶，将有60个国家的近70亿人口面临缺水问题。即便是最乐观的估计，也将有48个国家的20亿人口缺水。另一方面，国内洗车行业的蓬勃发展。近几年随着私家车的大量涌入,汽车清洗行业发展很
2、快。最新统计表明,我国私人汽车的保有量已经突破了1000万辆,汽车正日益发展成为一种大众消费品。汽车产业突飞猛进的发展起来了，随之而来的是带动洗车业一起火暴。中国汽车市场呈现高速增长势头，被许多业内专家公认为中国开始进入汽车社会。在车消费结构方面，家庭购买比例越来越大，已经成为市场需求的主体，随着中国汽车市场的蓬勃发展，中国人的消费热情将全面升级，与之相伴的必然是汽车清洗行业的快速发展。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。人们将不再只是依靠经验来清洗，各种实用化的计算机软件将问世，而汽车自动清洗装置PLC控制能有效完成清洗任务，整个过程可在两分钟内完成，且启动之后无需由人控
3、制，实现真正的全自动，且简而易懂，即使非专业出身者也能迅速掌握，其前景无限美好。1.1任务要求根据对任务要求的分析和理解，要保证本设计要实现以下具体要求。具体要求：要保证洗车装置能实现以下的基本要求：按下启动按钮，清洗机开始移动，同时打开喷淋阀门；当检测到进入刷洗距离时，启动刷子电动机运转清洗，离开汽车则停止刷车，同时清洗机停止移动并关闭喷淋阀门，洗刷结束。要求系统设置轨道终点限位开关并能发出报警信号。2设计的思路与方法2.1设计思路： 依托PLC等实训设备，充分运用所学专业知识和实践技能，详细制定设计方案和阶段进度计划，通过程序设计、模拟调试、修订完善，设计出能实现汽车自动清洗的plc自动控
4、制系统。2.2方法： 文献检索、图书馆借阅、手册查询、设备选型、PLC编程、PLC实训室程序调试；分析商场时间客流不同的照明流程、分析控制要求与方式、分析系统设计的原则和方法、西门子S7-200系列PLC控制、硬件系统设计 、软件程序设计。3与本课题相关的资料目前市面上主要的几种汽车清洗方式（1）人工洗车：先用抹布蘸水擦湿车身，再涂上清洗液清洗车身，再用清水清洗，然后用抹布擦干。这种方式不仅会对车身的油漆造成伤害，还会降车面的光洁度，同时造成水资源的浪费和环境的污染，这种传统的洗车方式已近快被淘汰。（2）高压清洗机洗车：（图1.1）这种方式洗车，优点是快捷方便，洗车时间短，但是水枪的压力很高，
5、对车身油漆的伤害很大，并且这样洗车容易让车子内部进水，造成金属腐蚀，甚至造成车子内部电路短路，产生危险。 图1-1 高压清洗机 （3）泡沫清洗机洗车：泡沫清洗机（图1.2）与高压清洗机的不同之处在于泡沫清洗机不但可以增压还可以在水中掺进专用的清洗剂使喷出来的水能产生泡沫均匀的覆盖在车的表面，通过化学反应达到较好的清洗效果。缺点是这种方式洗车要使用大量的水，造成水资源的浪费同时这种方法的成本较高。 图1-2泡沫清洗机 (4)蒸汽洗车：蒸汽洗车是通过蒸汽洗车机（图1.3）将水加温产生蒸汽洗车，具有节能节水的特点。缺点是安全性不高，清洗效果较差。 图1-3 蒸汽洗车机 (5)全自动洗车机：全自动电脑
6、洗车机是利用电脑控制毛刷和高压水来清洗汽车的一种机器。主要由控制系统、电路、气路、水路和机械结构构成。全自动电脑洗车 是用大量的流动水冲洗车身，洗完后还会经过机器自动风干程序，可以把存留在车身所有缝隙里的水流全部吹出，起到了保护汽车内部部件的作用，同时，完全避免了泥沙划伤车漆的现象。全自动电脑洗车机技术先进，造型美观，有多种全自动洗车程序可供选择。它通过光电系统检测，经电脑分析计算出各种动作的最佳位置和力度，达到最佳的洗车效果。 全自动电脑洗车能自动闪避照后镜、旗杆等，确保汽车安全；电脑洗车洗净力强、含水量大、不伤车，对本身油漆的磨损程度为手工洗车的30%以下，电脑洗车刷压力均匀、洗车速度及方
7、向稳定。测试结果表明：电脑洗车50次后车身油漆磨损小于万分之三毫米，而人工洗车磨损大于万分之十毫米。全自动电脑洗车机按其工作方式可分为隧道式和往复式两种：1龙门往复式全自动电脑洗车机综述：在国外发达国家是没有龙门往复式洗车机的。往复式洗车机在国内的出现，是国内生产厂家为了适应前几年国内市场的观念、经济状况、实际市场定位，而专门从隧道式洗车机标准版的基础上，重新设计的一种“降低标准的简化版”。往复式全自动电脑洗车机主要洗车原理为：车辆进入洗车机后，拉紧手刹，机器在较短时间内，往复行走，完成洗车、冲洗底盘、打蜡、风干等工作程序。洗车速度：清洗一台车约3-4分钟 。电源要求：380伏 20千瓦机器占
8、地：长11米，宽3.66米，高2.8米；现在，国内的经济与当初相比，发生了根本的变化，人们的消费观念、经营理念、生活习惯，都与当初大相径庭，龙门往复式洗车机已经基本退出了首选的行列。但是它对于场地受限制，资金有困难，相对较小的县城、城镇仍然有着较大的吸引力。 2、隧道式自动清洗机综述：隧道式洗车机，它是一条非常美观的玻璃幕墙包裹的洗车通道，其外形可以处理成非常抢眼的、很醒目的色彩，一般情况下，经营者会把它安装街边，让它起到广告和吸引来往车辆的作用，以达到加强经营效果的目的。隧道式全自动电脑洗车机主要洗车原理为车辆由输送机带动前进，在车辆经过隧道的很短时间内，完成洗车、冲洗底盘、打蜡、风干等工作
9、程序。其特点：洗车速度快，清洗一台车90秒钟 。电源要求：380伏 2442千瓦。占地要求：需要有出口；4调研目的与总结 经过大量资料的真理分析和市场调查，发现目前市面上各种洗车装置，在不同方面都有一定的缺点，鉴于此点，从而设计开发适合我国目前汽车清洗状况的汽车清洗装置。完成以下几个内容： 1汽车自动清洗装置的总体设计方案。 2汽车自动清洗装置的电气系统的总体设计。 3汽车自动清洗装置plc控制系统的设计，其中包括硬件设计和软件设计。 21第二部分 设计说明1理论分析 清洗过程：按下启动按钮，清洗机开始移动，同时打开喷淋阀门；当检测到进入刷洗距离时，启动刷子电动机运转清洗，离开汽车则停止刷车，
10、同时清洗机停止移动并关闭喷淋阀门，洗刷结束。 图2-1汽车自动清洗机组成图2设计方案按照清洗过程的要求，得到以下装置清洗汽车是的工作流程图。按下启动按钮，装置执行清洗命令，打开清洗机的移动，同时喷淋开关也同时打开，在没有碰到前限位开关之前，持续运行此步骤；碰到前限位开关后，代表车子已进入清洗范围，进入下一步骤，打开刷子的接触器，刷子开始运转，汽车开始清洗，同样，汽车在不停的移动中，碰到后限位开关后，表示车子以脱离洗车范围，洗车结束，随即报警，再按下停止按钮，结束清洗。 清洗开始水阀门ON移动接触器ON车是否进入清洗范围 刷子接触器ON 清洗ON车是否离开 结束清洗 图2-2工作流程图3 plc
11、的介绍及选型3.1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。3.2PLC的工作原理 与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常地工作。软件分为系统软件和应用软件两部分。PLC的基本工作如下: 输入现场信息:
12、在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态; 执行程序:顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算:输出控制信号:根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。在实 际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的If序操作，PLC的工作方式与此相似。因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。为了提高工作的可靠性
13、，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。 每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障.此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。 诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等处理完通信后，PLC继续往下扫
14、描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。3.3plc机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑因素如下：（1）结构合理 对于工艺过程比较固定、环境条件好、维修量较小的场合，选用单元式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC。（2）功能强弱适当对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC。 对于以开关量控制为主、带少量模拟控制的工程项目，可选用含有A/D转换的模拟量输入模块和含有D/A转换的模拟量输出模块，以及具有加减乘除运算和数据传输功能的低
15、档PLC。 对于控制比较复杂、控制功能要求较高的工程项目，如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可根据控制规模及复杂的程度，选用中挡或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统和整个工厂的自动化等。当系统的各个控制对象分布在不同地域时，应根据各部分的具体要求来选择PLC，以组成一个分布式的控制系统。3.4plc的选型 本设计经过对几种plc的综合考虑决定采用西门子s7-200的plc。以下是该plc的介绍。 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）
16、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。（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
17、8种CPU可供选择使用。（2）SIMATIC S7-300 PLCS7-300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
18、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
19、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
20、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硬件需要经过软件（如ProTool）组态才能配合PLC使用。 SIMATIC S7-200 Micro 自成一体：特别紧凑但是具有惊人的能力特别是有关它的实时性能它速度快，功能强大的通讯方案，并且具有操作简便的硬件和软件。但是还有更多特点：SIMATIC S7-200 Micro PLC具有统一的模块化设计目前不是很大，但是未来不可限量的定制解决方案。这
21、一切都使得SIMATIC S7-200 Micro PLC在一个紧凑的性能范围内为自动化控制提供一个非常有效和经济的解决方案。应用领域：SIMATIC S7-200的应用领域从更换继电器和接触器一直扩展到在单机、网络以及分布式配置中更复杂的自动化任务。S7-200也越来越多地提供了对以前曾由于经济原因而开发的特殊电子设备的地区的进入。 优点： SIMATIC S7-200发挥统一而经济的解决方案。整个系统的系列特点强大的性能，最优模块化和开放式通讯。结构紧凑小巧狭小空间处任何应用的理想选择在所有CPU型号中的基本和高级功能，大容量程序和数据存储器杰出的实时响应在任何时候均可对整个过程进行完全控
22、制，从而提高了质量、效率和安全性易于使用STEP 7-Micro/WIN工程软件初学者和专家的理想选择集成的 R-S 485接口或者作为系统总线使用极其快速和精确的操作顺序和过程控制通过时间中断完整控制对时间要求严格的流程 扩展单元： S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数. 编程器：PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低
23、廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。 程序储存卡：为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储EEPROM6ES7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和
24、16K程序步。 写入器： 写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。文本显示器：文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。4作品特点4.1一体式结构，
25、结构简单，操作方便。4.2喷淋式与刷子同时工作，节省洗车时间，节省水资源。4.3装置简单，成本较小。4.4装置不受特殊环境要求限制，可大面积多地域的推广。第三部分 设计成果1设计成果 根据程序的控制要求，确定以下程序数据1.1 I/O分配 本汽车自动清洗系统采用4个输入信号：分别为启动开关I0.0、停止开关I0.1、前限位开关I0.2、后限位开关I0.3；4个输出信号：移动q0.0、喷淋q0.2、刷子q0.3、报警q0.4。一下是详细的I/O地址分配表 汽车自动清洗plc控制系统I/O地址分配表名称代号输入名称代号输出启动SB1I0.0移动KM1Q0.1停止SB2I0.1喷淋KM2Q0.2前限
26、位SQ1I0.2刷子KM3Q0.3后限位SQ2I0.3报警KM4Q0.4热继电器FRI0.41.2硬件接线图 本设计的plc外部接线图如下图所示，经核算plc的输出电流和继电器触点容量都符合本次设计的要求，可以采用该型号的plc，具体接线如下。 图3-1硬件接线图1.3 程序流程图 流程图主要由过程动作、有向连线、转换条件组成。过 程 与 动 作：顺 序 控 制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个相连的阶段,这些阶段称为过程。过程是根据输出量的状态变化来划分的,在任何一个过程之内,各输出量的ON and OFF状态不变。但是相邻两过程输出量的状态是不同的。以下就是本设计的程序流
27、程图： 图3-2程序流程图1.4程序梯形图 图3-3程序梯形图 2作品的特点本设计能实现对大多种车型的清洗任务，具有节约用水，清洗过程用时少等特点，一键式操作，没有过于复杂的操控，适合新手学习操作使用。同时虽然本装置单造价低廉，但功能的都满足于现代车辆清洗的要求，成本不高，占地不大，适合车行的扩展。尽管如此，本设计仍有一点的缺陷，隧道式洗车容易造成车辆底盘和车毂内侧的区域清洗不到，可能需要人工的二次清洗。没有烘干功能，在阴冷天气可能会需要其他辅助机器进行再次处理。固定的清洗宽度，不能清洗比装置大的车辆，这也是次设计的一大缺陷。3佐证材料 1指令图 图3-4程序指令图 第四部分 结束语 毕业设计
28、是对我们大学三年的一次综合的检验，它要求我们要把三年所学的知识综合的运用，一份毕业设计综合了许多学科的知识。这有利于提高我们的思维能力和创造力。这次毕业设计中出现了许多问题，在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。由于有些基础知识没有完全掌握，导致程序不完整等等现象，这种问题多次出现，虽然这些问题都一一解决了，但这仍值得我
29、们思考，这是我们应该知道学习的重要性，同时要具有发散思维，不能局限在死知识上，要多联系啊生活，设计才能符合现在的要求。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 第五部分 致谢这次的毕业设计，首先要感谢老师的悉心指导，从设计方案开始，老师就给与了已经的建议和指导，出现问题是老师的及时指出，让我少走很多弯路。同时，毕业设计的完成也少不了同学们的帮助，虽然这次课程要求独立制作，但是仍脱离不了集体的力量，同学间的共同讨论，讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。
30、多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。毕业设计的完成，我感到成功的喜悦。同时也看到了自己学习上的不足，设计上出现的问题就是自己知识的欠缺，今后要好好学习，查漏补缺，积极思考，这次设计中的感悟都会是今后我人生中宝贵的财富。再次感谢我的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
31、而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。 第六部分 参考文献【1】电气控制与可编程控制技术及应用.张晓锋.国防工业出版社.2010 .P25-88【2】机电传动控制.邓星钟. 华中科技大学出版社.2013.P125-130【3】可编程控制器应用技术及其设计实例.高钦和.高等教育出版社.2012.P12-17【4】可编程控制器选择设计与维护.殷洪义.机械工业出版社.2012.P25-77【5】 PLC在三相异步电动机中的应用.曾宪国.2011.P45-115【6】 可编程控制器原理及应用.董爱华.中国电力出版社.2009.P3-68【7】电气控制及可编程控制（第二版）.张凤珊.北京：中国轻工业出版社.2009.P25-78【8】 现代电气控制及PLC应用技术.王永华.北京航空航天大学出版社.2009.P1-55