自动洗车机电气控制系统设计说明书样本.doc

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题 目: 自动洗车机电气控制系统设计

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目 录

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
3.3 I/O分配 7
3.4 PLC选择 8
3.5 PLC控制原理图 9
3.6 PLC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

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, 可是在汽车清洗行业, 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。当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、 高质量而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, 经过线路的通断来实现汽车自动清洗。它能够节省人力、 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, 特别是中小型公司。
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, 4KW 380V 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, 1.5KW 220V 50HZ, 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1KW 220V 50HZ, 喷头由电磁阀控制DC24V 5W。洗车机外部框架结构示意图如图1.2.1所示。
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; 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, 可经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, 有的芯片能够达到1 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。
3 硬件设计
3.1系统原理方框图
本次设计思路是经过启动、 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。

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
图3.2 系统主电路原理图
3.3 I/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, 则能够进行自动刷洗, 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
3.4 PLC选择
( 1) 欧姆龙PLC简介
OMRON C系列PLC产品门类齐、 型号多、 功能强、 适应面广。大致能够分成微型、 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, 经过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产品用户当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。能够与上位计算机、 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中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。
( 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。
3.5 PLC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

图3.3 PLC控制原理图
3.6 PLC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。
图3.4 PLC控制接线图

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
三相异步电动机
Y112M, 4kw 2980r/min, 380V, 10.53A, 50HZ
聚霸
550元
1
2
M2
水泵电机
YL8022, 1.1KW, 2800r/min, 220V, 7.02A , 50HZ
佛力环球
850元
1
3
M3～M5
单相异步电机
YL90L4, 1.5KW, 1400r/min, 220V, 6.82A, 50HZ
金五峰
568元×3
3
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
DC24V 5W
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

4 软件设计
4.1 主流程图
图4.1 主流程图
4.2 梯形图

5 系统调试

设计心得
历时两个星期的课程设计, 既是对所学知识的检验, 也是对自己能力的提高。经过此次课程设计, 使我在课本外发现了知识运用的乐趣。将自己所学运用于实际使用中, 虽然只是一次简单的设计工作, 并没有用于实践, 但这已经提醒自己课程的实用性。在设计过程中, 资料的翻阅, 查找, 一步步深化了知识层次, 使自己不再局限于课本、 考试之中。对于效益、 成本这些更加职业化的因素加深了印象。学习最终还是应用于生产工作, 效益为王才是最终目的。能够说, 一次课程设计也是一次低层次的对知识本质上的重新正视。
这次设计还有许多的不足, 功能上还不尽完善, 根据需要还能够添加清洁剂喷洒, 吹风机风干车体。另外还有复位功能的完善, 比如在行进和后退的过程中遇到故障以及所采取的措施等等。该设计还有很大的改进空间以待以后完善。
参考文献
[1] 三菱微型可编程控制器FX1s,FX2N,FX1N,FX2NC编程手册.三菱电子公司.
[2] 电气控制与PLC系统.任胜杰.北京: 机械工业出版社. .1
[3] 流行PLC实用程序及设计( 三菱FX2系列) .贺哲荣, 石帅军. [M].西安: 西安电子科技大学出版社:
[4] 可编程控制器应用技术.第二版.田瑞庭主编.北京: 机械工业出版社.1994