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摘 要
在现代现如今快节奏的都市生活下，人们只要稍微松懈，就有机会追不上时间的尾巴，二十一世纪，随着时间正在前进，科学技术也不断发达。在上个世纪九十年代，曾经遥不可及的小四轮车，在现在也是无处不在了，走在街道上经常可以看到人拿着水枪来洗车，在看到了车主的快乐的同时，却也造成水资源的大量浪费。而随着现代科技技术的发达以及车辆领域的显著改善，对车辆的要求也日渐提高，车辆的维修问题也随之产生，其中车辆清洁便是不可或缺的内容。而届时全自主洗车机进入了国内市场，直到今天已经慢慢地霸占了车友们的视线。国内自动洗车机的数量正以百分之十五-百分之二十的发展速度迅速占据着大片的国内市场，这些机器节约了人们的洗车时间。
本工程设计主要实现的目标是一个完全采用PLC的自动洗车机控制器的实现，采用以西门子S7-200PLC为主题控件，洗车机的梯形图，并根据相关软件完成了自动洗车机的组态设计。再设计中，自动洗车机的主要电路图首先被提出，然后凭借详细的设计说明PLC控制系统的自动洗车机的工作过程，并对了多种控制系统方法进行对比，最终决定了本系统所采用的主要控件。然后就是自动清洗机器的硬件设计步骤，在具体工程设计中，先提供对PLC的简介，并分析PLC的工作原理，以及对PLC的选择，并提供行程开关的基本原理以及选择、电源的选择、及其相应的硬件设置，最后再提供整个系统的程序图，并提供组态王软件的组态相关设计。
本文主要针对自动洗车机控制器的设计流程进行方案设计，先后描绘了主电路线、控制器的接线图、控制器阶梯过程示意图等、并利用组态王程序进行了控制器的集态设置，以更好的满足了设计控制条件，进而完成了自动洗车机控制器的产品设计全过程，并大大的提升了效率，以实现较好的工程设计效果。
关键词：自动洗车机；PLC；组态王；梯形图
ABSTRACT
In today’s fast-paced life, once a little relaxed, it may fail to catch up with the tail of The Times. In the 21st century, The Times are progressing, and science and technology are developing. In the 1990s,the distant four-wheel car, now is everywhere, walking on the street often see people with water guns to wash the car, see the owner of the joy of the car at the same time, but also caused the waste of water resources. With the development of modern science and technology, the automobile industry has been significantly improved. With the passage of time, people’s living standards continue to improve, and the demand for cars is gradually increasing, and car maintenance problems appear, among which car cleaning is an indispensable content. At that time, the automatic car washing machine entered the Chinese market, until now has gradually occupied the vision of the car friends. The number of automatic car washing machines in China has rapidly occupied a large area of The Chinese market with a development speed of 15%-20%.This kind of machine saves our car washing time.
This design mainly completes the implementation of an automatic car washing machine control system based on PLC, using Siemens S7-200 PLC as the main controller, writes the trapezoidal diagram program of automatic car washing machine, and combines the configuration king configuration software to carry out the overall design of automatic car washing machine. In this design, the main circuit diagram of the automatic car washing machine is given first, and then the workflow of the automatic car washing machine controlled by PLC is introduced in detail, and several control modes are analyzed, and finally the controller used in this system is determined. Then is the automatic car machine hardware design, in the hardware design, the first completed the PLC, analyzes the running principle of PLC, and PLC selection, and gives the principle of the stroke switch and type selection, motor selection, and related hardware design, finally gives the control system flow chart, and the configuration king configuration software configuration design is given.
This paper, according to the automatic washing machine control system process design, respectively designed the main circuit diagram, control system wiring diagram, control trapezoidal diagram, and using the configuration king software control system configuration design, better to achieve the control requirements, completed the whole process of automatic washing machine control, greatly improve the land utilization, achieve good results.
Key words: automatic car wash; PLC; configuration king; trapezoidal diagram
目 录
第1章 研究背景 2
1.1 课题背景与研究意义 2
1.2 国内外自动洗车机研究现状 2
第2章 自动洗车机的系统分析与方案选择 4
2.1 自动洗车机系统分析 4
2.2 自动洗车机控制系统方案论述 5
第3章 自动洗车机控制系统的硬件设计与选型 8
3.1 洗车机的主电路图 8
3.2 PLC的概述及发展 8
3.3 PLC的组成以及应用 9
3.4 PLC的分类 10
3.5 PLC的选型 11
3.5.1 I/O点数的选择 11
3.5.2 存储器容量的选择 11
3.5.3 PLC型号选择 12
3.6 控制系统的I/O分配 13
3.7 限位开关的原理与选型 14
3.8 车辆检测传感器选型 14
3.9 电机的选择 15
第4章 自动洗车机控制系统的软件设计 16
4.1 自动洗车机控制系统流程图 16
4.2 组态王软件概述 17
4.3 自动洗车机的组态设计 17
4.4 自动洗车机控制系统梯形图 17
4.4.1 梯形图设计过程 17
4.4.2 梯形图 20
第5章 组态调试环节 27
结 论 33
参考文献 34
致 谢 35
引 言
在世界文明的历史当中，在人们追求优质生命的历程当中，人类聪明才智既促进科学发展，又使人们走向科学至上的人生。如今的世界已经是个技术高速发展的时代，自动控制技术也大行其道当人们谈到自动控制时，可能很多人首先想到的就是人工智能，但是也许人们还会认为，自动化技术就是聪明人专门给懒人开发的技术，但是实际上这句话并不是绝对的正确，因为尽管自动化技术也可以说是给聪明人开发的，但是却是为人们整体提供的。也就是由于自动化技术的出现与发达，使得人们可以有多余的时间去干一些非常有价值的工作。
普通的人力清洁费耗时很长，越来越不能适应当下人越来越高的生活节奏，再加上人力清洗汽车极其消耗大量资源，容易污染环境，所以这个技术在很多地方已经被当地政府部门的明令禁止。在经过了一个"自己动手，丰衣足食"的时代以后，水泵消火栓的出现导致了人力清洗车机的兴起。
手动洗车作为一个新兴出现的产业，和国内有所不同，目前自动洗车机在部分国家中已经广泛使用，在美国、南韩等国家中百分之八十的站点都装有自动洗车机，只要加油就能够免费洗车。由于自动洗车技术在我国迅速的发展，可以极大的节省人的工作量和工作时间长度，于是，被更多的人所了解，并变成人们随处可见的洗车工具。
本项目开展关于自动洗车机的控制器方案设计，指出了国内对于自动洗车机的研发现状，而如今在世界范围内，相比欧美西方的自动洗车机控制器研发，已经具有巨大的科技力量，所以虽然在国内开展本项目的研究时机还很晚，但是发展的相当迅速。首先展开关于控制器的方案设计，涉及到硬件方面，进而对硬件系统PLC，传感器，单片机等进行了分别说明，以及选择相应的控制元件。通过组态王软件设计实现系统的集态仿真，以及通过组态上位计算机设计实现的系统运行。该项目实现了整个系统的梯形图设计，组态王设计，经过现场测试才可以达到设计要求，使人们洗车过程更具科技感。[1]
第1章 研究背景
1.1 课题背景与研究意义
伴随现代科技技术的发展汽车行业有质的飞越，由于时代在发展，由于民众日常生活水准在提升，人类对车辆的需求量自在也逐步增多，其中车辆的清洁也是至关重要的一个事情。虽然现代社会已经实现了高端科技的发展，但在车辆清洁行业中，很多工作依然是靠人来进行的。传统的汽车洗车依靠人力劳作，在车身涂刷泡沫后，再用高压泵对车辆进行清洗，最后在自然光和大风等条件下，“现在各大洗车店大多采用人工洗车，占用时间较长，浪费人力资源。”[2]不能适应社会。本自动洗车项目可以节省很多洗车的时间，时间的控制用定时器，且可以从外部进行人工操作来控制是否通电，进而控制洗车程序的时点，这就是PLC控制器的特点。另外，其汽车清洗自动系统结构简单，价格低廉，能够适应公司不同情况的需要，尤其适合小型汽车公司。
一开始的工业自动化期间，常用的控制手段是以继电器为主，但这种方式存在着不小的技术问题。其具有很大的能源消耗、较差的准确性、较低的运行效率等。不仅如此，在实际生产时，软、硬件方面的重新设定均可以由生产技术或产品需求的改变而改变，这无疑会导致项目的时间变长，浪费了不少时间，耽误进度。另外，这对于新产品的上市时间冲击也很大，且特别对于由复杂技术构成的设备来说，PLC的优势更加明显。例如，当一个很复杂的控制器刚开始重新来过时，其程序会相当繁琐，工作也会非常麻烦，且是否能达到预期也是一个未知数；此外，对这项复杂的程序进行检修或搜寻故障原因时，也需要耗费大量的工作量。所以，PLC作为可以通过编程的控制器，就是为了解决上述困难，可以给出了非常好的解决方案，而且现在人们所用的控制器大多是以PLC为主要基础的。
1.2 国内外自动洗车机研究现状
在自动洗车机的研发方面，由于欧美国家在该方面有着绝对的领导地位，而且欧美国家人工成本也十分高昂，这就促使了全自动洗车机的开发，再加上当时西欧的国民经济增长的很迅速，各个国家都有着至少一部小汽车，甚至也有的国家有着二部或者三部小汽车，在人工洗车质量很差，且昂贵，而且小汽车保有量很巨大的二个情况下，自动洗车机的研发也十分有必要，而且开始对电动洗车机开发研制并且投入商业应用的时候也相当早，从上个世纪六十年代前后，就开始进行了机械式的停车装置的研发。当时人们主要使用的就是这种垂直升降式的洗车装置，它的优势很明显，比如较高的运行效率、能重复利用等。
随着这种自动洗车项目的不断发展，其蔓延到了像韩国、中国等这样的很多国家，对日本这种技术的引进，不仅加速了对自己洗车项目的开发研究，而且结合自身状况，因地制宜地对其进行改善，扩大市场规模。除此之外，各国政府的支持以及出台了相关政策，更加有利于此技术的研发与运用，实现了大幅快速发展，对其的应用也越来越稳定。而如今在韩国也已经十分稳定的应用了全自动洗车机技术。
就目前中国的自动洗车机核心技术的研发而言，起步的时候也相对晚，大概是在上个世纪的八十年代前后的时候起步的，后来又在九十年代的时候，引进了部分国家的全自动洗车机核心技术，包括停车设备，也包括引进韩国、日本的全自动洗车机核心技术，并在上海，深圳，广州，北京这几个城市中率先实践。如今由于中国本土厂商的研发进入，在中国已经具备了一定的技术壁垒，由刚开始的一些民营企业就参与到了全自动洗车机设备的研发当中，到了如今已经遍地开花的数十家、甚至上百家的民营企业，一些自停车技术也已经相当的成熟，甚至可以输出给中国周边的一些市场，为搭建控制系统提供了支持。[3]
电动洗车机的停车领域是一个综合领域的大集合，许多的新领域都在发展，在中国的电动洗车机的研发方面，也仍然面临着一些的技术困难的，包括了在节能减排上面，经济效率方面，还有是在安全性方面，也还是有很多事情可以做好的，比如“洗车系统配备有水循环回收装置，可减少用水量，有效节约用水。”[4]另外就是在技术质量标准上还存在不足，由于没有相应的标准，在技术管理方面也还需要去完善，由于技术还是不够，在国家的财政上，也都需要再注入许多的资金。
第2章 自动洗车机的系统分析与方案选择
2.1 自动洗车机系统分析
系统通过西门子S7-200仿真设计实现编程，EM235为最常见的模拟扩展功能，可以实现四次虚拟输入量和一次模拟输出功能，本设计可以选择增加功能的EM235。另外，通过在S7-200仿真程序中设置了用于设计的多个功能，然后安装程序后转换为实际运行状态完成了调试，本设计通过可编编程序的控制器PLC实现了汽车自动洗涤机设计，能够完成用户要求的全自动洗车流程。[5]并进行了PLC的选择与放大后，通过发电机的起动控制、检测单元的选择、高低压电子选择、电源设定等实现洗车硬件调整，在仿真环境下对STEP_7进行编程、仿真和测量，完成车辆自动清洗设备的软件设计。“喷淋系统启动，控制水泵和喷淋电磁阀的启停，可以对汽车不同位置的冲洗；稍后，擦抹系统启动，清洗滚筒在电机的驱动下，汽车在冲洗过程中，擦抹系统和喷淋系统交互作业。”[6]
具体的洗车机的原理框图如下：
图2.1 洗车机示意图
此车洗刷机上还设置了启动按钮和车辆传感器，当启动电闸时，洗车机就开始运行，“PLC控制器则通过控制各个不同电磁阀。”[7]将刷子触及器连通，完成洗刷，当刷洗机开始操作直至车辆全部离开时，便终止了刷洗，刷子触及器也终止运行，按下结束按键，使洗刷机触及器和清水阀门同时封闭，实现了清洁。本设备采用了STEP7Micro语言进行的PLC编程是设备运行的基本原理，由于将软件引入PLC并且通过PLC控制器进行汽车的自动清洁工作，因此如下所述：
图2.2 自动洗车机设计原理图
2.2 自动洗车机控制系统方案论述
在经济体系的制定过程中，控制方案的选取，也是十分重要的步骤，而控制方案选取的优劣程度，将直接决定于后续实施的困难程度和政府投入的资金多少，从而提高洗车机的安全性和智能性。[8]
方案一：PLC与继电器-接触器方案对比
这种方法的控制原理比较简单易懂，搭建的架构也非常简洁，电机早期最简单的控制器方法就足够了，成本也很低，目前部分主处理器，以及微处理器也都还没有问世，但是，这个控制器方法也是存在着其先天的不足的，那就是由于响应时间比较长，因此控制器效率也并没有充分的提高，特性上也不够可靠，以下将与PLC的控制器方法分别加以对比:
1、控制逻辑方面
在控制逻辑方面，交流继电器控制方式的控制功能可以与实际接线相辅相成，因此如果控制系统要扩大容量，就必须重新定义逻辑，并且PLC电缆的数量非常少，因此PLC控制方式不同，而且大部分都是通过软件来完成逻辑的，也就所有的逻辑都不通过线路，所以，当控制系统进行了升级改造的时候，就十分简单，不需更改软件就能够完成。
2、控制速度
两者之间的控制速度是能够区分两者特性的最佳指标，从上面可以知道，这种控制继电器接触器的方法，所有传输的指令都在实际的硬件线上，而且线路的传输速度也比较慢，通常在微秒的速度，它需要几毫秒，但随着布线的增加，传输重叠信息的速度越慢，传输指令的速度就越慢。PLC是通过软件制作的，命令执行的速度是几微秒，所以如果你用PLC来完成控制系统，快慢是由望即可知的。
3、定时控制方式
定时器的方式不同也有很多，继电器-接触器的计时的方式也大多是依靠时间继电器，但精度根本就不能保证，同时就算在室外放时，也很容易受到外部条件的干扰。PLC则是利用内置的时间计时程序来实现的，精确度能够大大超越普通的继电器，而同时又更不易干扰到PLC内部的正常工作，方法简单，价格低廉，洗车效果也好。[9]
4、可维护性
继电器接触器控制操作、接线时，一旦出现故障位置，就不方便找到问题的位置，而且后续的维护更新也比较困难，PLC主要使用软件来执行此操作，后续的维护或更新或故障位置的检测都可以使用程序进行。
方案二：PLC与单片机控制方案比较
随着单片微型计算机的出现，生产微控制器的成本已经降到了最低点，在一些小家电的控制系统和一些中小企业的电子制造中，也是一种非常典型的制造形式。上述控制通常很灵活，但主要用于某些制造成本相对较低的产品。采用单片机和PLC作为主控底座主要介绍如下:
1、编程难度高
单片机的程序配置也比较复杂，首先是使用汇编语言或者使用单C微机语言进行编程，这种编程方法非常灵活，长期编程技能也很难学习，同时，因为单片机控制器通常需要特定的硬件知识，也需要把软件编程方法运用到硬件电路上，而这些软硬件一般都要求更高的功底，所以单片微型计算机的编程也是相对麻烦的，而PLC的编程则比较简单的多，因为PLC大多是通过梯形图来实现设计功能的，所以对许多在工业中自动控制系统领域工作的工程师而言，从继电器-接触器控制系统方案中转过来的工程设计技术人员，也能够很方
