本科生课程设计（论文）
第1章 绪论
自从19世纪第一辆汽车诞生以来，汽车行业随着现代科技技术的发展有了质的飞跃，随着时代的发展，人们生活水平的提高，人们对汽车的需求量也逐渐加大，随之而来的便是汽车的保养，其中汽车的清洗便是不可缺少的内容。目前，国内的汽车清洗由传统的人工完成。对于当今社会，高科技的发展实现了各行各业的自动化控制，但是在汽车清洗行业，大部分仍是靠人工来完成。传统的洗车业通常由人工完成，利用人力资源，对汽车进行涂抹泡沫，然后采用高压水泵，利用水泵对汽车进行冲洗，再在自然光及风等自然条件下，让清洗的汽车进行自动风干。虽然可以达到清洗汽车的目的，但过分依赖于劳动力，操作时间长，洗车过程慢，并且浪费了大量的水资源，经济性差，不适合洗车业的发展需求。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、喷漆等自动化工程，但成本比较高，其自动控制系统不是适合小型的、专门的汽车清洗行业，因此，相对于中小型城市，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工厂的汽车自动清洗装置，就成了汽车清洗行业发展的必然要求。
在当前中国洗车市场领域，存在着人工洗车，半自动洗车，全自动洗车等三种主要方式洗车的应用。人工洗车方式的主要优点在于资金投资少，洗车管理较方便，洗车质量最优质。但其缺点也极其突出，主要在于较浪费水资源，浪费人力以及人工难管理。半自动洗车方式的优点在资金投入比全自动洗车机便宜，但是不可避免的暴露了不能较好的节省水电，也不能较好的节省人力，并且由电脑程序控制流程，洗车效率较高，节约水资源。但资金投入较大，后期维护较为麻烦。由于全自动洗车方式具有洗车质量优质，洗车效率高等巨大优势，故广受用户欢迎。欧美发达国家早已普及这种全自动洗车方式，正是其巨大优势，使其能够在欧美如此普及。当前国家正在号召建立节约型社会，故推广普及全自动洗车具有重要意义?
基于PLC控制的洗车控制系统的具有可靠性高、抗干扰能力强，功能完善、适用性强，维护方便、改造方便，体积小、重量轻、能耗低等许多优点。由于基于PLC控制的自动洗车控制系统相比基于其他控制方式的洗车控制系统有许多无可比拟的优点，所以现在市面上大部分洗车控制系统是基于PLC控制。PLC的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形语言，当工作程序需要改变时，只需要改变PLC的内部，重新编写程序，无需对外围进行重新的改动，从这些方面突出了使用PLC控制的自动洗车的优越性?
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第2章 课程设计的方案
2.1 概述
本次设计主要是综合应用所学知识，设计基于西门子S7-300的洗车控制系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握PLC控制系统设计的基本方法。
以西门子S7-300为控制核心，设计了一个可以控制两个洗车车间的自动洗车控制系统。可以实现每个车间的泡沫清洗、清水冲洗和风干三道工艺的洗车过程。通过系统设置能实现“自动”和“手动”两种控制方式的选择。自动模式下可以进行洗车的自动控制过程，手动模式下可以自由的对洗车的工艺过程进行控制。出现异常状态时系统可报警显示。
2.2 系统工艺流程
通过分析洗车控制过程可以知道，当按下系统启动按钮并且选择自动洗车过程时，系统开启自动洗车模式，可以准备洗车，当光电传感器检测到汽车进入清洗范围时，首先负责泡沫清洗的电动机启动进行泡沫清洗，随后负责清水冲洗的电动机启动，最后负责风干过程的电动机启动，结束后汽车可以离开车间，自动洗车过程结束。启动系统后，选择在手动模式下，可以通过按钮来任意控制洗车车间的清洗工艺过程。在整个清洗过程中如果出现故障，则可以按下系统停止按钮来结束系统运行。为此，设计出洗车控制系统的工艺流程图，如图2.1所示。
是否有车进入车间否是系统启动是否为自动洗车模式否否是否有车进入车间是是泡沫清洗10秒清水冲洗20秒风干8秒手动控制模式 图2.1 洗车控制系统的工艺流程图
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2.3 系统组成总体结构
根据控制系统要求的功能，设计出系统的整体框图。如图2.2所示。
电机1手动/自动转换开关电机2电机3按钮PLC电机电机44电机5光电传感器电机电机66报警
图2.2 系统整体框图
本系统采用西门子S7-300作为控制核心，用一个转换开关来实现“自动”和“手动”两种控制方式的选择，在每一个车间中按钮部分则由5个按钮组成，每个车间控制方式独立，其中启动和停止按钮来实现系统的启停，在手动模式下可以用3个按钮来控制一个车间3台电机的启动和停止，在自动模式下在每个车间中的3台电机可自动执行洗车工艺过程。其中电机1、电机2、电机3为一个洗车车间的，电机4、电机5、电机6为另一个洗车车间的。3台电机在一个车间中分别执行清洗、清水冲洗和风干的工艺过程。光电传感器为检测是否有车进入洗车车间，另外根据电机的通断状态和光电传感器的检测状态可以判断系统是否出现故障，每个车间都有各自的报警系统，当出现故障时可以报警。
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第3章 硬件设计
3.1 PLC的选型
3.1.1 西门子S7-300 PLC介绍
S7-300 是一种模块化了的小型PLC系统，其所拥有的优越的性能价格比，使之逐渐的成为了中小规模控制系统的理想的选择。S7-300 PLC由以下几部分组成
1）中央处理单元（CPU）
各种CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有数字量和模拟量输入/输出点，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒(有的CPU没有)。
S7-300有20种不同型号的CPU，以适应不同等级的控制系统。有的CPU上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接口，有的CPU上集成有PtP接口等，目前大致可以分为以下几类：
紧凑型CPU，带有集成功能和I/O：CPU3l2C，313C，313C-PtP，313C-2DP，314C-PtP和314C-2DP。
重新定义的CPU：CPU312，314和315-2DP。
标准的CPU：CPU313，314，315，315-2DP和316-2DP。 户外型 CPU：CPU312IFM ，314IFM，314户外型和315-2DP。 高端CPU：317-2DP和CPU318-2DP。
故障安全型CPU： CPU3l5F和CPU317F-2DP。 2）负载电源模块（PS）
负载电源模块用于将AC220V电源转换为DC24V电源，供CPU和I/0模块使用。额定输出电流有2A、5A和10A三种，过载时模块上的LED闪烁。
3）信号模块（SM）
信号模块是数字量输入/输出模块和模拟量输入输出/输出模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。信号模块主要有数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322，模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332。模拟量输入模块可以输入热电阻、热电偶、DC4~20mA和DC0~10V等多种不同类型和不同量程的模拟信号。每个模块上有一个背板总线连接器，现场的过程信号连接到前连接器的端子上。 S7-300有多种数字量输入/输出模块，其输入/输出电缆最大长度为1000m（屏蔽电缆）或600m（非屏蔽电缆）。
4）功能模块（FM）
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功能模块主要用于对实时性和存储容量要求高的控制任务，例如计数器模块、快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、定位和连续路径控制模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。
5）通信处理器（CP）
通信处理器用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入PROFlBUS-DP、AS-I和工业以太网，或用于实现点对点通信等。通信处理器可以减轻CPU处理通信的负担，并减少用户对通信的编程工作。
6）接口模块（IM）
接口模块IM用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7-300通过分布式的主机架和3个扩展机架，最多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器。
7）导轨
铝质导轨用来固定和安装S7-300上述的各种模块。
除了带CPU的中央机架（CR），S7-300 PLC最多可以增加3个扩展机架（ER），每个机架可以插8个模块（不包括电源模块、CPU模块和接口模块IM），4个机架最多可以安装32个模块。机架的最左边是1号槽，最右边是11号槽，电源模块总是在I号槽的位置。中央机架（0号机架）的2号槽上是CPU模块，3号槽是接口模块。这3个槽号被固定占用，信号模块、功能模块和通信处理器使用4~11号槽。
S7-300 PLC的优越性：
1）多种规格的处理器，系统采用独特的导轨安装； 2）高速的指令处理，可满足快速程序控制要求； 3）浮点数运算，可有效地实现更为复杂的数学运算；
4）CPU内集MPI接口，多种通讯模块能用来连接AS-I接口、PROFIBUS和工业以太网总线系统；
5）具有时间/中断驱动、开环定位和PID等高级控制功能； 6）I/O模块采用前连接器方式，维修或更换十分方便； 7）系统自行组态，信号或通讯模块不受限制地随意安放；
8）具有满足高速计数、步进电机和伺服定位控制等特殊应用的l/O模块； 9）STEP7编程语言具有大量的以STEP5为基础的指令集，使程序的编制简单快捷。
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