水斧M7自动洗车机的控制设计
引言 1
一、自动洗车机的方案分析与论证 2
（一）自动洗车机的要求 2
（二）自动清洗机工作的动作要求 2
（三）自动洗车机的方案分析 3
（四）方案论证 4
二、控制系统硬件设计 5
（一）PLC的选型 5
（二）自动洗车机控制系统I/O分配表 6
三、辅助元件 7
（一）车辆监测传感器的选型 7
（二）中间继电器 7
（三）电源模块 8
（四）接触器 8
四、主电路 8
（一）三相异步电动机的工作原理 8
（二）三相异步电动的选用 8
（三）主电路的原理图 9
五、控制系统软件设计 10
（一）主程序流程图 10
（二）主程序梯形图 11
六、设计测试结果仿真与调试 13
（一）仿真调试 13
（二）模拟调试 15
总结 17
参考文献 18
谢辞 19
附录1：软件设计部分源程序 20
引言
自动洗车机是通过电脑编程实现了家用汽车的自动清洗的机器。它分为无接触式自动洗车机和毛刷式全自动洗车机，通过靠高压水喷射洗车的是无接触自动洗车机，依靠毛刷式工作原理的是毛刷式全自动洗车机，它大多以泡沫为主要的刷洗材料。其中，毛刷式全自动洗车机又分为往复式洗车机和隧道式洗车机。
对于小型家用汽车的清洗，很长一段时间过分的依赖于人工劳动，对于科技高速发展的今天，人工清洗不仅花费的时间长，而且浪费水资源，效率低下，质量得不到很好的保证，所以实现汽车的自动化清洗很有必要的。汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
车的清洗行业有着很大的发展潜能，而且自动洗车机的自动化程度会越来越高，甚至会在未来脱离人工控制，实现真正的自动化。
自动洗车机能够解放人们的劳动力，在相对人工清洗汽车上有节约时间、节省资源上有明显的优势。本篇论文所设计的自动洗车机，可以更加有效、快速的清洗小轿车，用最少的资源来创造最大的效益。
一、自动洗车机的方案分析与论证
（一）自动洗车机的要求
现有的自动洗车机分为：无接触式自动洗车机和毛刷式全自动洗车机。无接触自动洗车机的缺点是清洁程度不高，清洗不干净需要人工来辅助清洗。而毛刷式全自动洗车机受场地的限制，而且等级要求很高。所以本论文所设计的自动洗车机取其所长，将二者的优点融合，设计出一种灵活、高效的自动洗车机。
本论文所设计的自动洗车机构思如下：将高压喷头和毛刷清洗结合一起，用PLC来控制清洗步骤。
该图由四个门架组成，每个门架有六个喷水的喷头，由遮断型光电开关来判断有无车辆，三个滚筒分别分布在左、右、上方的位置，门架一部分固定，一部分是可移动的。
图1-1为自动洗车机整体示意图。
图1-1 自动洗车机整体示意图
（二）自动清洗机工作的动作要求
1.当汽车驶入自动洗车机的通道时，车辆监测传感器监测到有汽车时自动洗车机系统自动复位（时间10秒）。复位要求是，3个面的滚筒回到初始位置；
2.在复位完成5秒钟后，同时两个喷头同时开始喷混合好的洗车液10S，2秒之后喷头停止喷水，此时汽车已经被喷湿。3个面的滚筒由电机控制，到达指定位置，10S后开始转动，摩擦洗车，并且前后的运行。上限位滚筒到达车身的前部进行清洗。清洗30S；
3.摩擦清洗之后，3个面的滚筒回到初始位置，到达各自的限位5S。5S之后高压喷头喷水，高压来清洗摩擦清洁之后的污渍（30S）。
注：自动洗车机的初始位置为：门架处于后限位。
洗车机的水喷头的位置分别处于四根支架上面，并与旁边的左右滚筒形成45度，90度，135度这几种角度，而且每根支架上面有6跟喷头，均匀的排布在支架上面，便于汽车的清洗。其中第一次喷头的洗车液和第二次清洗时的清水不一样。所以在实际运用中需要加以区分。
自动洗车机在运行中出现故障时，按下急停按钮，自动洗车机立刻停止运动。
（三）自动洗车机的方案分析
方案1：单片机控制系统
单片机是典型的嵌入式微控制器（MCU），最早它在工业控制领域使用。单片机没有自己开发的能力，需要开发工具。单片机是有运算器、控制器、存储器组成。
优点:
1.使用成本较低
2.可以根据需要对外部存储容量进行扩展，设计方面比较灵活
3.可以直接调用现存的完善的子程序，从而减少工作量
4.集成度高
5.体积小
6.功耗低
缺点：
1.硬件的系统设计有些复杂，工作量大
2.系统抗干扰能力比较差
3.修理维护麻烦
4.系统不能保证可靠运行
对于将单片机运用在自动洗车机这个庞大的工程上面，单片机没有很大的可靠性，其控制系统的可靠性过低。
方案2：PLC控制系统
优点：
1.系统结构比较灵活，容易扩展
2.使用起来方便，程序编写容易，梯形图简洁明了
3.可以在各种环境下运行，有很强的抗干扰能力，可靠性好
在自动清洗机上使用PLC作为控制系统，具有很好的可靠性，可以很好的编写出程序，也便于维修和修改。
方案3：电气控制系统
电气控制系统称为电气设备二次控制回路
优点：
1.可以提供一个完整的面向工业控制的安全可靠的高效灵活的解决方案
2.数据通讯是以模块为单位的结构化数据，数据管理能力非数据表方式可比
缺点：
1.能够处理的输出点较少
2.运算的速度没有PLC快
电气控制系统的主要功能：
1.自动控制功能
2.保护功能
3.监视功能
4.测量功能
（四）方案论证
根据三个控制系统的比较来看，选择PLC控制系统的自动清洗机更能符合当今社会发展的趋势，更为经济、耐用。
二、控制系统硬件设计
（一）PLC的选型
随着时代的发展，越来越多的PLC的种类出现在人们的生活当中，因此需要选择合适的品牌与型号的PLC运用在所需要的地方。其中，需要根据设计选择合适的输入输出点数，根据该自动洗车机的输入输出的要求，由于三菱FX2N系列的PLC系统配置固定灵活，编程简单可自由选择，具有高速处理和扩展特殊功能模块的功能，灵活性较好，控制能力也很强，因此选用三菱FX2N-32MR-001型号的PLC作为该设计的控制系统，其中有16个输入点数，16个继电器输出点数，输出频率为32kHz，直流电源为24V完全满足该设计所需的控制要求。
一、自动洗车机的方案分析与论证 2
（一）自动洗车机的要求 2
（二）自动清洗机工作的动作要求 2
（三）自动洗车机的方案分析 3
（四）方案论证 4
二、控制系统硬件设计 5
（一）PLC的选型 5
（二）自动洗车机控制系统I/O分配表 6
三、辅助元件 7
（一）车辆监测传感器的选型 7
（二）中间继电器 7
（三）电源模块 8
（四）接触器 8
四、主电路 8
（一）三相异步电动机的工作原理 8
（二）三相异步电动的选用 8
（三）主电路的原理图 9
五、控制系统软件设计 10
（一）主程序流程图 10
（二）主程序梯形图 11
六、设计测试结果仿真与调试 13
（一）仿真调试 13
（二）模拟调试 15
总结 17
参考文献 18
谢辞 19
附录1：软件设计部分源程序 20
引言
自动洗车机是通过电脑编程实现了家用汽车的自动清洗的机器。它分为无接触式自动洗车机和毛刷式全自动洗车机，通过靠高压水喷射洗车的是无接触自动洗车机，依靠毛刷式工作原理的是毛刷式全自动洗车机，它大多以泡沫为主要的刷洗材料。其中，毛刷式全自动洗车机又分为往复式洗车机和隧道式洗车机。
对于小型家用汽车的清洗，很长一段时间过分的依赖于人工劳动，对于科技高速发展的今天，人工清洗不仅花费的时间长，而且浪费水资源，效率低下，质量得不到很好的保证，所以实现汽车的自动化清洗很有必要的。汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
车的清洗行业有着很大的发展潜能，而且自动洗车机的自动化程度会越来越高，甚至会在未来脱离人工控制，实现真正的自动化。
自动洗车机能够解放人们的劳动力，在相对人工清洗汽车上有节约时间、节省资源上有明显的优势。本篇论文所设计的自动洗车机，可以更加有效、快速的清洗小轿车，用最少的资源来创造最大的效益。
一、自动洗车机的方案分析与论证
（一）自动洗车机的要求
现有的自动洗车机分为：无接触式自动洗车机和毛刷式全自动洗车机。无接触自动洗车机的缺点是清洁程度不高，清洗不干净需要人工来辅助清洗。而毛刷式全自动洗车机受场地的限制，而且等级要求很高。所以本论文所设计的自动洗车机取其所长，将二者的优点融合，设计出一种灵活、高效的自动洗车机。
本论文所设计的自动洗车机构思如下：将高压喷头和毛刷清洗结合一起，用PLC来控制清洗步骤。
该图由四个门架组成，每个门架有六个喷水的喷头，由遮断型光电开关来判断有无车辆，三个滚筒分别分布在左、右、上方的位置，门架一部分固定，一部分是可移动的。
图1-1为自动洗车机整体示意图。
图1-1 自动洗车机整体示意图
（二）自动清洗机工作的动作要求
1.当汽车驶入自动洗车机的通道时，车辆监测传感器监测到有汽车时自动洗车机系统自动复位（时间10秒）。复位要求是，3个面的滚筒回到初始位置；
2.在复位完成5秒钟后，同时两个喷头同时开始喷混合好的洗车液10S，2秒之后喷头停止喷水，此时汽车已经被喷湿。3个面的滚筒由电机控制，到达指定位置，10S后开始转动，摩擦洗车，并且前后的运行。上限位滚筒到达车身的前部进行清洗。清洗30S；
3.摩擦清洗之后，3个面的滚筒回到初始位置，到达各自的限位5S。5S之后高压喷头喷水，高压来清洗摩擦清洁之后的污渍（30S）。
注：自动洗车机的初始位置为：门架处于后限位。
洗车机的水喷头的位置分别处于四根支架上面，并与旁边的左右滚筒形成45度，90度，135度这几种角度，而且每根支架上面有6跟喷头，均匀的排布在支架上面，便于汽车的清洗。其中第一次喷头的洗车液和第二次清洗时的清水不一样。所以在实际运用中需要加以区分。
自动洗车机在运行中出现故障时，按下急停按钮，自动洗车机立刻停止运动。
（三）自动洗车机的方案分析
方案1：单片机控制系统
单片机是典型的嵌入式微控制器（MCU），最早它在工业控制领域使用。单片机没有自己开发的能力，需要开发工具。单片机是有运算器、控制器、存储器组成。
优点:
1.使用成本较低
2.可以根据需要对外部存储容量进行扩展，设计方面比较灵活
3.可以直接调用现存的完善的子程序，从而减少工作量
4.集成度高
5.体积小
6.功耗低
缺点：
1.硬件的系统设计有些复杂，工作量大
2.系统抗干扰能力比较差
3.修理维护麻烦
4.系统不能保证可靠运行
对于将单片机运用在自动洗车机这个庞大的工程上面，单片机没有很大的可靠性，其控制系统的可靠性过低。
方案2：PLC控制系统
优点：
1.系统结构比较灵活，容易扩展
2.使用起来方便，程序编写容易，梯形图简洁明了
3.可以在各种环境下运行，有很强的抗干扰能力，可靠性好
在自动清洗机上使用PLC作为控制系统，具有很好的可靠性，可以很好的编写出程序，也便于维修和修改。
方案3：电气控制系统
电气控制系统称为电气设备二次控制回路
优点：
1.可以提供一个完整的面向工业控制的安全可靠的高效灵活的解决方案
2.数据通讯是以模块为单位的结构化数据，数据管理能力非数据表方式可比
缺点：
1.能够处理的输出点较少
2.运算的速度没有PLC快
电气控制系统的主要功能：
1.自动控制功能
2.保护功能
3.监视功能
4.测量功能
（四）方案论证
根据三个控制系统的比较来看，选择PLC控制系统的自动清洗机更能符合当今社会发展的趋势，更为经济、耐用。
二、控制系统硬件设计
（一）PLC的选型
随着时代的发展，越来越多的PLC的种类出现在人们的生活当中，因此需要选择合适的品牌与型号的PLC运用在所需要的地方。其中，需要根据设计选择合适的输入输出点数，根据该自动洗车机的输入输出的要求，由于三菱FX2N系列的PLC系统配置固定灵活，编程简单可自由选择，具有高速处理和扩展特殊功能模块的功能，灵活性较好，控制能力也很强，因此选用三菱FX2N-32MR-001型号的PLC作为该设计的控制系统，其中有16个输入点数，16个继电器输出点数，输出频率为32kHz，直流电源为24V完全满足该设计所需的控制要求。
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