目录
1 系统概述 ......................................................... 2 1.1 应用背景及意义.................................................. 2 1.2 系统描述及设计要求.............................................. 2
2 方案论证 ...................................................... 4
3 硬件设计 .................................................. 5 3.1 系统原理方框图........................................... 5 3.2 系统主电路原理图......................................... 5 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.......................................... 11 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 .............................................. 14
设计心得 ............................................ 17
参考文献 ......................................... 18
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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，但是在汽车清洗行业，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。目前比较大型的汽
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、高质量并且适用于小型汽车
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，
通过线路的通断来实现汽车自动清洗。它可以节省人力、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，尤其是中小型公司。
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
3
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。
洗车机门式框架
左刷子 上刷子
右刷子
车头限位置开关
车辆检测接近传感器 车尾限位置开关 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
4
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，可通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，有的芯片可以达到 100 年以上。 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。
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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
本次设计思路是通过启动、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
复位 停止 启动 洗车机移向车尾 PLC洗车机移向车头 控制 喷水机喷水 刷子洗刷 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
6
图3.2 系统主电路原理图
7
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，则可以进行自动刷洗，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 洗车机移向车尾 KM1 X0 车头限位置开关 SQ1 Y0 Y1 X1 车尾限位置开关 SQ2 启动开关 SB1 洗车机移向车头 KM2 喷水机洒水 KM3 X2 Y2 Y3 X3 停止开关 SB2 复位按钮 SB3 上刷子控制 KM4 右刷子控制 KM5 X4 Y4 Y5 左刷子控制 KM6 启动指示灯 HL1 Y6 Y7 复位指示灯 HL2 上喷头电磁阀 YV1 Y10 Y11 右喷头电磁阀 YV2 左喷头电磁阀 YV3
Y12 表 3.1 I/O 分配表
7
8
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。大致可以
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，通过
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 产品用户目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。可以与上位计算机、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）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），
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9
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
、FX2C 、FX1S 、FX1N 、FX2N 、FX2NC 、FX3U 、FX3UC 、FX3G 等 11 个系列。
FX 系列 PLC 具有庞大的家族。基本单元(主机)有 FX0 、FX2
、FXON
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
0 1
图3.3PLC控制原理图
1 1
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。
600
M6
L1 L2 L3 L11L12L13 L11 N4 L11 N3 L11 N2 L11 N1 L11 N6 L11 N8
QF1 QF2
QF3
QF4
QF5
QF6 QF7
QF8
L11L12L13 U11V11W11 U21 W21 U31 W31 U41 W41 U51 W51 L14 N5 L15 N7
FX2N-32MR N7
U11 V11W11
20 N7 U11 V11W11
21 N7 U21 W21
KM3 U31 W31
N7 U41 W41
N7
U51 W51
N7
800
KM1 KM2
25 25 22
KM4
23 KM5
26 KM6
27
U12V12 W12
24 24 W12 V12 U12 U22 W22 U32 W32 U42
W42
U52 W52
U12 V12W12 20
F R
接地铜排
U13 V13W13 7
L1 L2 L3 N1 N2 N3 N4 U13 V13 W13 U22 W22 U32 W32 U42 W42 U52 W52 N6 N8 1 2 3 4 5 6 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
N7
28 4
启动
1 5
N7
29 6
复位
1
停止
1
控制面板
图 3.4 PLC 控制接线图
2 1
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 Y112M，4kw 三相异步电动机 2980r/min，380V，10.53A ，50HZ 水泵电机 YL8022，1.1KW，2800r/m in, 220V，7.02A ，50HZ 聚霸 550 元 1 2 M2 佛力环球 850 元 1 3 M3～M5 单相异步电机 YL90L4， 金五峰 568 元×3 3 1.5KW，1400r/min， 220V，6.82A，50HZ 4 QF1 QF2 低压断路器 DZ47-3P 正泰 18.5 元 1 1 5 低压断路器 DZ47-3P 正泰 18.5 元 15.8 元 6 QF3 低压断路器 DZ47-2P 正泰 正泰 1 3 7 QF4～QF6 FR 低压断路器 DZ47-2P JR36-20 15.8 元×3 43 元 8 热继电器 电磁阀 上海人民 XRN 1 3 9 YV CPU DC24V 5W FX2N-32MR-001 20 元×3 1750 元 10 PLC 处理器 交流接触器 三菱 上海柏立 1 6 11 KM SB CJX2-09 LAY8-22D 16 元×6 25 元×3 12 按钮 行程开关 德力西 金山 3 2 13 SQ FU LXK2-311 RT16-20 10 元×2 1.8 元 14 熔断器 导线 时雨 1 若干 15 L AC 16 交流电源 220V 1 17 合计：5250 元 表 3.2 元器件选型
3 1
4 软件设计
4.1 主流程图
开始
洗车机移向车头，继续洗刷
N 在原点？N
复位
车头限位置？ Y
Y
启动
复位灯亮
洗车机移向车尾，继续洗刷
N 车尾限位置？ Y
洗车机移向车尾，喷头喷
水，启动灯亮
车尾限位置？
N
Y
Y
洗车机移向车头，继续洗刷 N
N 车头限位置？ Y
洗车机移向车头，继续喷水
N
车头限位置？
Y
洗刷两次？
Y
洗车机移向车尾，继续喷
水，刷子工作
洗车结束，启动灯灭
车尾限位置？
N
结束 图 4.1 主流程图
1
4 4.2 梯形图
5 1
1
6
7 1
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。通过此次课程设计，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。可以说，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，根据需要还可以添加清洁剂喷洒，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
8 1
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.2001 2.电气控制与 PLC 系统.任胜杰.北京：机械工业出版社.2013.1
3.流行 PLC 实用程序及设计（三菱 FX2 系列）.贺哲荣，石帅军. [M]安电子科技大学出版社：2006
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
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