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1、基于PLC的自動洗車機系統(tǒng)設計摘要:針對目前市場上洗車方式存在的洗車速度慢、勞動成本高等缺點,設計了一款基于三菱的自動洗車控制系統(tǒng),通過 系統(tǒng)傳遞指令信號,實現自動洗車的功能,大大提高了洗車的工作效率。軟件調試的結果表明:基于 的自動洗車控制系統(tǒng)設計可靠,能夠滿足設計需求,可應用到實際工作場合。關鍵詞:自動洗車 控制系統(tǒng) 設計 Application of PLC and servo in sorting and sorting of mobile phone shell Abstract: Aiming at the disadvantages of low speed and high l
2、abor cost of car washing on the market at present, an automatic car washing control system based on Mitsubishi FX2N-48MR PLC is designed, and the command signal is transmitted through PLC system. The function of automatic car washing is realized, and the working efficiency of car washing is greatly
3、improved. The results of software debugging show that the design of automatic car washing control system based on PLC is reliable, can meet the design requirements, and can be applied to practical work.keyword: automatic car wash PLC Control design目錄第一章 引言21.設計汽車自動清洗裝置的目的和意義22.汽車自動清洗實現的目標4第二章 PLC的簡介
4、51. 可編程控制器(PLC)的簡介5第三章 系統(tǒng)對電氣控制的要求11(1)功能完善13(2)模塊化結構,硬軟件開發(fā)方便14(3)操作方便,維護改造容易14(4)性能穩(wěn)定,可靠性高14(5)具有較高的性價比14(1) 根據被控制對象的控制要求,確定整個系統(tǒng)的輸入、輸出設備的數量,從而確定16第四章 自動洗車控制系統(tǒng)總體方案171.控制系統(tǒng)總體方案172.自動洗車控制系統(tǒng)工作流程173.自動洗車控制系統(tǒng)在使用時根據實際情況選擇工作方式。18第五章 控制系統(tǒng)硬件設計191.PLC的選型192.PLC控制系統(tǒng)類型213.系統(tǒng)的運行方式214、PLC的停運方式225.系統(tǒng)硬件設計根據226.PLC的機
5、型選擇237.輸入/輸出模塊的選擇238.系統(tǒng)硬件設計文件25第六章 控制系統(tǒng)軟件設計271.I/O點的估算272.PLC的選擇273.I/OD的分配274.控制系統(tǒng)SFC圖和階梯圖的設計28第七章 PLC自動洗車控制系統(tǒng)調試291.調試前準備292.系統(tǒng)的調試293.調試結果29結語:30參考文獻:30第一章 引言1.設計汽車自動清洗裝置的目的和意義自從19世紀第一輛汽車誕生以來,汽車行業(yè)隨著現代科技技術的發(fā)展有了質的的飛躍,隨著時代的發(fā)展,人們生活水平的提高,人們對汽車的需求量也逐漸提高,隨之而來的便是汽車的維修保養(yǎng),其中汽車的清洗便是不可缺少的一部分。目前,國內的汽車清洗由傳統(tǒng)的人工手洗
6、完成。對于當代社會,高科技的發(fā)展實現了各行各業(yè)的自動化控制,但是在汽車清洗這個行業(yè),大部分仍是靠人工手洗來完成的。傳統(tǒng)的洗車行業(yè)通常由人工完成,利用人力資源,對汽車進行涂抹泡沫,然后采用高壓快速水槍,利用水泵和水槍對汽車進行沖洗,再在太陽光及風等自然條件下,讓清洗的汽車進行自動風干。雖然可以達到清洗汽車的目的,但過分依賴于勞動力,操作時間長,洗車過程慢,并且浪費了大量的水資源,成本太高,消耗太大,不適合和洗車業(yè)的發(fā)展需求以及進步。目前比較大型的汽車美容店,雖然實現了汽車的清洗、打蠟、噴漆等自動一體化工程,但成本依然比較高,它的自動控制洗車系統(tǒng)不是適用小型的或專門的汽車清洗店,因此,相對于二三線
7、城市,汽車清洗行業(yè)有著很大的發(fā)展前景。如何實現高效、高質量、低成本并且適用于小型汽車清洗店的自動清洗裝置,就成了汽車清洗行業(yè)發(fā)展的必然需求。因此,本次設計就是采用PLC的方式來操作,利用定時的裝置,通過線路的通斷來實現汽車自動清洗的流程。它可以最大量的省下洗車的人力、物力的消耗,并且能夠滿足不同的客戶需求,同時它也可以精準的、高質量的完成洗車任務,為洗車的人提供方便,而且能夠節(jié)省很多水資源,符合當代建設環(huán)保社會的時代要求。并且本次汽車清洗自動系統(tǒng)設計簡單,投入少,適合不同地方洗車店的需要,尤其是中小型公司。所以本論文專門研究PLC自動洗車控制系統(tǒng)的設計。1.1市場上常見的汽車自動清洗機簡介 它
8、改變傳統(tǒng)高壓水槍只用水沖刷的清洗原理。采用高速氣體的流動配合水的硬霧氣沖洗的新技術。水被微小顆?;茫瑤资短岣咚睦寐?,達到節(jié)水90%以上,并且讓沖水,清潔,吹干等好幾個功能集合在一起。輕巧好拿,方便快捷,任何地方都可工作。最大程度上的提高了用水的效率,并具備一定的沖擊力,很有效地清洗和清潔車身及所有縫隙的灰塵和油污。(汽車的門邊、門縫、車牌、車頭發(fā)動機組、人觸碰不到的溝、縫、細孔等。)水的使用量是是水槍的5%,消耗的能量是水槍的一半,其他設備沒有辦法比較的是徹底清洗細小的地方,很快的吹好的功能,水不會到處飛濺四處流淌 (洗車后沒有太多的污水)。清洗車身、洗門縫、門邊、發(fā)動機組,細小的地
9、方能大顯身手,油污厚重的地方也是很容易能夠洗干凈,并且快速的吹干。1.2 PLC控制汽車自動清洗裝置設計內容可編程序控制器及機器都應按照易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,容易擴充它的功能的設計原則。PLC是一種用程序來改變控制能的工業(yè)控制計算機,不僅能從應用、金錢、可靠性和對現場工作環(huán)境及設計資金等各個方面因素的考慮,這個系統(tǒng)使用S7-200系列PLC進行設計。這個設計采用可編程序控制器PLC控制汽車自動清洗的精準穩(wěn)定的運行。通過PLC的選擇性好和擴充拓展,電機及驅動方面的控制、檢查元件型號上的選擇、低壓電器的選擇、電源設計完成燃油鍋爐的硬件設計部分。通過STEP7軟件以及仿真軟件的模擬使用和調
10、整試用完成汽車自動清洗裝置的軟件設計。2.汽車自動清洗實現的目標隨著著經濟條件的提高,人們的生活條件水平是越來越好,這幾年來家用的小汽車也越來越多,城里面洗車的事情也是越來越繁瑣,特別是大城市里洗車越來越麻煩。隨著時代的發(fā)展,人們生活水平的提高,汽車的數量也越來越多,洗車產業(yè)也越來越壯大,如何在眾多的從業(yè)者中脫穎而出,搶先使用PLC的汽車自動清洗裝置提升服務質量。它可以最大程度上的節(jié)省洗車的人工和資源,為社會空出大量人工勞動,提供客戶更加快捷的服務,在這個高速發(fā)展的的時代無疑具有極其巨大的市場價值和競爭優(yōu)勢。同時它也節(jié)約更多的水資源,實現建設節(jié)約型社會的時代需要。同時也實現了手工業(yè)向自動化方向
11、的轉變。第二章 PLC的簡介1. 可編程控制器(PLC)的簡介1.1可編程控制器的發(fā)展第一臺可編程控制器的設計規(guī)范是美國通用公司提出的。當時的目的是要求設計一種新的控制裝置以取代繼電器盤,在保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點的基礎上,同時具有現代化生產線所要求的時間速度快、控制精準高、可靠性好、控制程序、可隨便改變工藝、方便與與計算機接口、維修方便等諸多高質量功能。這個想法提出來以后,美國數字設備公司(DEC)于1969年研制成第一臺PLC,型號為PDP-14,并且使用到通用汽車公司的生產線控制中,取得了令人滿意的效果,從此開創(chuàng)了PLC的新時代。第一臺PLC具有模塊化、可
12、以拓展,可以再次編程,并且適用于工業(yè)環(huán)境的特性。這些控制器易于安裝,占用空間小,可重復使用。盡管控制器編程有些瑣碎,但它具有公共的工廠標準梯形圖編程語言,這樣使得不熟悉計算機的人也能方便的使用它。在短短的時間內,PLC在其他工業(yè)部門也得到應用。到70年代初,各個行業(yè)的工業(yè)部門都開始使用PLC代替繼電器控制機器,邁出了其實用化階段的第一步。70年代中期,由于大規(guī)模集成電路的出現,使8位小處理器和位片處理器相繼問世,使可編程控制技術產生了飛躍。在邏輯運算功能的基礎上,增加了數值運算、閉環(huán)控制、提高了運算速度,擴大了輸入輸出規(guī)模。在這個時期,日本、西德(原)和法國相繼研制出了自己的PLC,我們國家在
13、1974年也開始研制。70年代由于超大規(guī)模集成電路的出現,讓PLC向大的模式以及高級性能方向發(fā)展,形成了多種系列化產品。這是面向工程技術人員的編程語言發(fā)展成熟,出現了工藝人員使用的圖形語言。在功能上,PLC可以代替某些模擬控制設備和小型機DDC系統(tǒng)。進入八九十年代后,PLC的軟硬件功能進一步得到加強,PLC已發(fā)展成為一種可提供很多功能的穩(wěn)定的控制系統(tǒng),能與其他設備通信,生成報表,調整生產,可以判斷自己的毛病以及機器的損壞。這些改進使PLC符合現在對高質量高產出的要求。盡管PLC功能變得更強大,但他還能夠保留了先前的簡單與易于使用的特性。1.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件 1.3 PLC的性能特點a)
14、硬件的可靠性PLC是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應用而設計的,一個設計良好的PLC能置于各種惡虐的環(huán)境中工作。在硬件設計方面,首先是選用好的元件,再就是使用恰當的系統(tǒng)結構,加固,簡化安裝,使它能夠承受住震動的沖擊,對印制電路板的設計、加工及焊接都采取了極為嚴格的工藝措施,而且在電路、結構及工藝上采取了一些獨特的方式。例如,在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施,做到電浮空,既方便接地,用提高了抗干擾性能;各個I/O端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外,還加上了數字濾波;里面還裝了電磁屏蔽的一些東西,防止輻射干擾;采用了較先進的電源電路,以防止由電源回路串入的干擾信號;采用了較合理的電路程序,一旦某模塊出
15、現故障,進行在線插拔、調試時不會影響各機的正常運行。由于PLC本身具有很高的可靠性,所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入/輸出的部件上,以及如傳感器件、限位開關、光電開關、電磁電機等外圍裝置上。b) 編程簡單,使用方便用微機實現自動控制,常使用匯編語言編程,難于掌握,要求使用者具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程,容易掌握。例如,目前打多數PLC均采用的梯形圖語言編程方式,不僅有了傳統(tǒng)控制路線的清楚直接的感覺,又顧及了大多數電氣技術人員的讀圖習慣及應用微機的水平很容易被電氣技術人員所接受,易于編程,程序改變時也容易修改,很靈活方便。這種面向控制過程
16、、面向問題的編程方式,與目前微機控制常用的匯編語言相比,雖然在PLC內部加了對程序的解讀,延長了時間的執(zhí)行,但對大多數的機電控制設備來說,這是微不足道的。c)線路連接很簡答,方便PLC的接線只需將輸入信號的機器(按鈕、開關等)與PLC輸入端子連接,將接受輸出信號執(zhí)行控制任務的執(zhí)行元件(接觸器、電磁閥等)與PLC輸出端子連接。接線簡單、工作最少,省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線網絡”,這樣生產線的自動化過程就能隨意改變。這種性能使PLC具有很高的經濟效益。用于連接現場設備的硬件接口實際上是PLC的組成部分,模塊化的自診斷接口電路能指出故障,
17、并易于排除故障與替換故障部件,這樣的軟硬件設計就使現場電氣人員與技術人員易于是用。d)可連接為控制網絡系統(tǒng)PLC可連成功能很強的網絡系統(tǒng)。網絡可分為兩類:一類是低速網絡,采用主從方式通信,傳輸速率從幾千波特到上萬波特,傳輸距離為5002500m;另一類為高速網絡,采用令牌傳送方式通信,傳輸速率為1M10Mbps,傳輸距離為5001000m,網上結點可達1024個。這兩類網絡可以級連,網上可兼容不同類型的可編程控制器和計算機,從而組成控制范圍很大的局部網絡。e) 易于安裝,便于維護PLC安裝的操作很容易,其相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方,在從繼電器系統(tǒng)改換到PLC系
18、統(tǒng)的情況下,PLC小的模塊結構使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端,其實改換很方便,只要將輸入/輸出設備連向接線端即可。在大型安裝中,長距離輸入/輸出站點安放在最優(yōu)地點。長距離站通過同軸電纜獲雙扭線連向CPU,這種配置大大減少了物料和勞力,長距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達安裝場地前由PLC制造商預先連好線,這一方法大大減少了電氣技術人員的現場安裝時間。從一開始,PLC便以易維護作為設計目標。由于幾乎所有器件都是固定不動的,維護時只要更換模塊級插入式部件,故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中,就能指示器是否正常工作,借助于編程設備可見輸入/輸出是ON還是OFF,還可寫編程指令
19、來報告故障。PLC的這些及其他特性使之成為任何一個控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后,其作用立即顯現,其收益也馬上實現,向其他智能設備一樣,PLC的潛在優(yōu)點還取決于應用時的創(chuàng)造性。1.4 PLC的用途PLC的一開始由于價錢高又因為控制器裝置的原因,使其應用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降,使PLC的成本下降,同時又由于PLC的功能大大增強,使PLC 的應用越來越廣泛,廣泛應用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應用通??煞譃槲宸N類型:a)順序控制,這是PLC應用最廣泛的領域,用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應用于單個機
20、器控制、多個機器一起控制、生產線的自動化控制等。如注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產線、電鍍流水線及電梯控制等。b)運動控制 ,PLC制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模版。在多數情況下,PLC把掃描目標位置的數據送給模版塊,其輸出移動一軸或數軸到目標位置。每個軸移動時,位置控制模塊保持適當的速度和加速度,確保運動平滑。相對來說,位置控制模塊比計算機數值控制(CNC)裝置的個頭更小,錢更低,速度更快,操作方便。c)閉環(huán)過程控制 ,PLC能操控很多的物理方面的性能,比如溫度、壓力、速度和流量等。PID(Proportional Inter
21、gral Derivative)模塊的提供使PLC具有封閉循壞的控制功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當過程控制中某一個變量出現偏差時,PID控制計算方法會計算出正確的輸出,把變化量保持在已設置好的數值上。d)數據處理 ,在機械加工中,出現了把支持順序控制的PLC和計算機數值控制(CNC)設備緊密結合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列,已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實現PLC和CNC設備之間內部數據自由傳遞,該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件,用戶可以自己一個人編程,由PLC送至CNC設備使用。美國GE公司的CNC設備新機種也
22、同樣使用了具有數據處理的PLC。預計今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主要的控制和管理系統(tǒng)e)通信和聯(lián)網 ,為了配合這些年來工廠的自動化系統(tǒng)的要求、柔性制造系統(tǒng)(FMS)及集散控制系統(tǒng)(DCS)等發(fā)展的需要,必須發(fā)展PLC之間,PLC和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統(tǒng),不僅PLC數據通信速率要求高,而且要考慮出現停電故障時的對策。目前,PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況主要分為如下幾類:1)電器開關的使用控制2)運動控制3)封閉循環(huán)過程控制4)數據處理5)通信聯(lián)網1.5 PLC的工作原理PLC是采
23、用“順序掃描,不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時,CPU根據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序,按指令步序號(或地址號)作周期性循環(huán)掃描,如無跳轉指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序,直至程序結束。然后重新返回第一條指令,開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中,還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必經輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。a)輸入采樣PLC在開始執(zhí)行程序之前,首先掃描輸入端子,按順序將所有輸入信號,讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中,這個過程稱為輸入采樣,也稱輸入刷新。PLC在運行程序時,所需的輸入信號不是現時取輸入
24、端子上的信息,而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內采樣結果的內容不會改變,只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。b)程序執(zhí)行PLC完成了輸入采樣工作后,按順序從0000號地址開始的程序進行逐條掃描執(zhí)行,并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數據進行運算處理,再將程序執(zhí)行的結果寫入輸出映像寄存器中保存。但這個結果在全部程序末執(zhí)行完之前不會送到輸出端子上。c)輸出刷新在執(zhí)行到END指令,即執(zhí)行完用戶所有程序后,PLC將輸出映像寄存器中的內容送到輸出鎖存器C中進行輸出,驅動用戶設備。PLC重復地執(zhí)行上述三個階段,每重復一次的時間就是一個掃描周期(也稱一個工作周期
25、)。在每次掃描中,可編程控制器只對輸入采樣一次,輸出刷新一次,這可以確保在程序執(zhí)行階段,在同一個掃描周期的輸入映像寄存器和輸出鎖存電路中的內容保持不變。用戶程序存儲區(qū):用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC,其存儲容量各不相同。電源:PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可得電源系統(tǒng)是無法正常工作的,因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內,可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。PLC具有微機的許多特點,但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。PLC則采用循環(huán)掃
26、描工作方式。在PLC中,用戶程序按先后順序存放,CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序,直至遇到結束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。一個掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個階段。所謂I/O刷新即對PLC的輸入進行一次讀取,將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入PLC中存入內部寄存器,同時將新的運算結果送到輸出端。這實際是將存入輸入、輸出狀態(tài)的寄存器內容進行了一次更新,故稱為“I(輸入)/O(輸出) 刷新”。由此可見,若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化,則本次掃描期間輸出端也會相應的發(fā)生變化,或者說輸出隊輸入產生了響應。反之,若在本次I/O刷新之后,輸入變量才發(fā)生變化,則
27、本次掃描輸出不變,即不響應,而要到下一次掃描期間輸出才會產生響應。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式,所以它的輸出對輸入的響應速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個因數:一是CPU執(zhí)行指令的速度,二是每條指令占用的時間,三是指令條數的多少,即程序的長短。對于慢速控制系統(tǒng),響應速度常常不是主要的,故這種方式不但沒有壞處反而可以增強系統(tǒng)抗干擾能力。因為干擾常是脈沖式的、短時的,而由于系統(tǒng)響應較慢,常常要幾個掃描周期才響應一次,而多次掃描后,瞬間干擾所引起的誤動作將會大大減少,故增加了抗干擾能力。但對控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng),這一問題就需慎重考慮。應對響應時間作出精確
28、的計算,精心編排程序,合理安排指令的順序,以盡可能減少周期造成的響應延時等的不良影響第三章 系統(tǒng)對電氣控制的要求1.自動洗車機模擬裝置簡介用洗車機實物操作不方便,代價大,所以用模擬裝置代替實物。用8個LED燈分別代替電動機前進接觸器,電動機后退接觸器,噴水電磁閥,噴清潔劑電磁閥,刷子電動機接觸器,風扇吹干器接觸器,啟動指示燈,原點復位指示燈,停止指示燈。用兩個開關分別代替后限位開關和前限位開關。2.系統(tǒng)對電氣控制的要求汽車金融自動洗車機后,按下啟動開關SA1, 啟動燈D1亮,洗車機開始從車尾限位開關SQ1出向前移動,噴水設備開始噴水,刷子開始洗刷:洗車機向前移到車前限位開關SQ2時,再向車尾限
29、位開關移動,并繼續(xù)噴水和刷子刷洗,來回移動噴水洗刷3次,進入清洗劑噴灑工序。洗車機來回移動噴水洗刷3次后,停在車前限位開關SQ2處,開始向車尾移動,并向車身噴灑清洗劑,洗車機移動到車尾限位開關SQ1處時,噴清洗劑結束。 洗車機移動到車尾限位開關SQ1處時,開始向車前移動,每移動3秒停下,刷子開始洗刷5秒后停下,洗車機在向車前移動3秒停下,刷子開始洗刷5秒后停下一直到車前限位開關SQ2,洗車機向車尾每移動3秒停下,刷子開始洗刷5秒后停下,洗車機再向車前移動3秒停下,刷子開始洗刷5秒后停下一直到碰到車尾限位開關SQ1,完成洗刷一個來回結束。洗車機移動到車位限位開關SQ1處時,開始向車前移動,噴水設
30、備噴水刷子洗刷,碰到車前限位開關SQ2時,再繼續(xù)返回向車尾移動,然后噴水和洗刷,來回4次,停在車位限位開關SQ1處,噴水和洗刷結束。洗車機停在車位限位開關SQ1是風扇設備動作將車吹干,來回2次,洗車機碰到車尾限位開關SQ1停止移動,洗車整個流程結束,啟動燈D1熄滅。若洗車機運行中發(fā)生停車或故障,則故障排除后通電,必須先按下遠點復位按鈕SA2,洗車機的噴水、洗刷、噴灑清洗劑、吹風等均需停止,并移動到原點限位開關SQ1處,原點復位燈D2才亮,表示洗車機復位工作完成。3.系統(tǒng)的控制方案洗車機的主運動是前后循環(huán)運動,有前后限位開關控制,同時不同的循環(huán)次序伴隨不同的動作,如噴水、刷子洗刷、噴清洗劑及風扇
31、吹干動作以及過程中遇到故障的處理等。該系統(tǒng)的第一個控制要求是要求洗車機來回移動噴水洗刷3次,從車位限位開關向前移動,碰到撤退限位開關后后退,再向前移動,最后停在撤退限位開關;第二個控制要求是洗車機從車頭限位開關向車尾移動,此過程噴清洗劑,最后停在車尾限位開關處;第三個控制要求是洗車機從車尾向前每移動3秒,刷子洗刷5秒,如此循環(huán),直到碰到車頭限位開關,再向車尾每移動3秒停下,刷子洗刷5秒,如此循環(huán),直到碰到車尾限位開關:第四個控制要求是洗車機從車尾限位開關開觀察向前移動,噴水并洗刷,來回4次,停在車位限位開關處;第五個控制要求是洗車機從車尾限位開關出向前移動,同時風扇動作,來回2次,停在車位限位
32、開關處: 第六個控制要求是在洗車機噴水、洗刷、噴清洗劑、風扇吹干等- .系列過程中都有可能遭遇故障,則需采取排除故障措施。4.車自動清洗裝置PLC控制的總體設計PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)是指PLC控制系統(tǒng)從任務提出到設計定型、制造調試、直到使用的整個過程。在PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)和設計中,首先要明確設計要求,即確定系統(tǒng)的功能指標,然后制定系統(tǒng)方案,最后是方案的實施。PLC控制的主要內容包含總體設計、硬件開發(fā)、軟件開發(fā)等。硬件開發(fā)時要先設計、繪制原理圖,根據系統(tǒng)的各項技術指標獨立進行軟件設計;還要根據所設計的原理電路,綜合考慮系統(tǒng)的性能和計算要求,合理布置元器件圖2-1是系統(tǒng)的研制開發(fā)流程,本次設計就按
33、照此流程來進行設計開發(fā)。5.控制系統(tǒng)的設計 控制系統(tǒng)的設計:可編程序控制器PLC是一種數字控制專用電子計算機,它使用?了可編程序存儲器儲存命令,執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數等功能,并通過模擬和數字輸入、輸出等組件,控制各種機械或工作程序。經過30多年的發(fā)展,PLC已經十分成熟與完善,并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能。具體如下的良好特點:(1)功能完善PLC的輸入、輸出系統(tǒng)功能完善,性能可靠,能夠適應于各種形式和性質的開關量和模擬量信號的輸入和輸出。在PLC內部具備許多控制功能,注入時序、計數器、主控繼電器、位移寄存器、中間繼電器等。由于采用了微處理機,它能夠很方便的實現延時、鎖存、比較、跳轉和強制
34、I/O等諸多功能。它不僅具有邏輯運算、算術運算、數制轉換、順序控制功能,而且還有模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印以及報表生成等功能。此為,它還可以和其他微型計算機系統(tǒng)控制設備共同組成分布式或分散系統(tǒng),還能夠是縣城組數據傳送、矩陣運算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數運算和快速中斷等功能。因此PLC具有很強的適應性,能夠滿足過程控制要求的需要。(2)模塊化結構,硬軟件開發(fā)方便PLC的硬件結構全部采用模塊化結構,可以使用大小規(guī)模不同,功能復雜程度以及現場環(huán)境各異的各種控制要求。硬件系統(tǒng)安裝方便,接線簡單,連接方便可靠,為控制系統(tǒng)的硬件設計提高了方便快捷的途徑,可以大大縮短硬件系統(tǒng)的開發(fā)周期。軟件編程支持梯形圖
35、邏輯語言,直觀方便,只要有了通常的繼電器梯形圖、邏輯圖或邏輯方程,就等于有了PLC系統(tǒng)取代原繼電器控制系統(tǒng),進行老設備改造時十分有利的??傊?,使用PLC系統(tǒng)可以大大縮短整個系統(tǒng)設計、生產、調試周期,節(jié)約系統(tǒng)投資。(3)操作方便,維護改造容易PLC的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映出現信號的變化狀態(tài),PLC還能夠通過各種方式直觀地反應控制系統(tǒng)的運行狀態(tài),如內部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、I/O 點狀態(tài)、異常狀態(tài)、電源狀態(tài)等均有醒目的提示,非常有利于運行、維護人員監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)。PLC采用梯形圖邏輯編程,有利于電器操作人員對PLC的編程,使得操作人員可以方便地調整系統(tǒng)的編程和組態(tài)。另外,PLC的模塊化結構,
36、可以允許維護人員方便的更換故障元件或再生產工藝流程改變時更改系統(tǒng)的結構和品質。(4)性能穩(wěn)定,可靠性高PLC產品都有嚴格的計數標準,這些標準保證了PLC在惡劣的工業(yè)環(huán)境下的正常運行,它的電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸取了生產廠家長期的生產控制經驗,主要模塊采用大規(guī)模的集成電路,I/O 系列設計有完善的通道保護和信號調理電路,在機械結構對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有精心的考慮,所以這些使得PLC具有較好的性能和較高的可靠性。-.般平均無故障時間可達幾萬小時以上。另外,PLC還具有較完善的自診斷、自測試的功能。(5)具有較高的性價比綜上所述,不難看出,由于汽車清洗機的運行過程非常復雜,采用一
37、般的控制器操作起來很困難,而可編程序控制器PLC的可靠性好,通用性強,編程方便,省去大,量的中間繼電器,時間繼電器,安裝總線方便,并且當洗車機工藝過程要求變化時,一般不用改變硬件控制電路,只需改變軟件控制程序即可實現,而且可在監(jiān)控狀態(tài)下現場檢查和修改。因此,PLC 是一-種較理想的控制工具。6.自動洗車機的驅動控制系統(tǒng)PLC的5個輸入端分別為啟動按鈕、復位按鈕、停止按鈕、后限位開關、前限位開關,用PLC的9個輸出端分別為控制洗車機電動機正/反轉接觸器KM1/KM2、噴水電磁閥DF1、噴清潔器電磁閥DF2、刷子電動機接觸器KM3、風扇吹干器接觸器KM4及啟動指示燈D1、原點復位指示燈D2、停止指
38、示燈D3.7.PLC的工作原理與普通微機類似,PLC也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下,PLC才能正常地工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩部分。PLC的基本工作如下:(1)輸入現場信息:在系統(tǒng)軟件的控制下,順次掃描各輸入點的狀態(tài);(2)執(zhí)行程序:順次掃描用戶程序中的各條指令,根據輸入狀態(tài)和指令內容進行邏輯運算;(3)輸出控制信號:根據邏輯運算的結果,輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點并行發(fā)出相應的控制信號,實現所要求的邏輯控制功能。上述過程執(zhí)行完后, 又重新開始,反復地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。在實際應用中,大多數機械設備的工作過程可以分為一系列
39、不斷重復的If序操作,PLC的工作方式與此相似。因此,PLC的程序可與機器的動作- -對應,程序編制簡單、直觀,不容易出錯,而且容易修改,從而大大減少了軟件的開發(fā)費用,縮短了軟件的開發(fā)周期。為了提高工作的可靠性,及時接收外來的控制命令,PLC在每次掃描期間,除完成上述三步操作外,通常還要進行故障自診斷,完成與編程器等的通信。每次掃描開始,先執(zhí)行一.次自診斷程序,對各輸入輸出點、存儲器和CPU等進行診斷,診斷的方法通常是測試出各部分的當前狀態(tài),并與正常的標準狀態(tài)進行比較,若兩者-致,說明各部分工作正常,若不一致則認為有故障.此時,PLC立即啟動關機程序,保留現行工作狀態(tài),并關斷所有輸出點,然后停
40、機。診斷結束后,如沒發(fā)現故障,PLC將繼續(xù)往下掃描,檢查是否有編程器等的通信請求。如果有則進行相應的處理,比如,接受編程器發(fā)來的命令,把要顯示的狀態(tài)數據、出錯信息送給編程器顯示等。處理完通信后,PLC繼續(xù)往下掃描,輸入現場信息,順序執(zhí)行用戶程序,輸出控制信號,完成一個掃描周期。然后又從自診斷開始,進行第二輪掃描。用這種不斷地重復運行程序實現控制稱掃描方式。是用計算機進行實時控制的一種方式。此外,計算機用于控制還有中斷方式。在中斷方式下,需處理的控制先申請中斷,被響應后正運行的程序停止運行,轉而去處理中斷工作(運行有關中斷服務程序)。待處理完中斷,又返回運行原來程序。哪個控制需要處理,哪個就去申
41、請中斷。哪個不需處理,將不被理睬。顯然,中斷方式與掃描方式是不同的。在中斷方式下,計算機能得到充分利用,緊急的任務也能得到及時處理。但是,如果同時來了幾個都要處理的任務該怎么辦呢?優(yōu)先級高的還好辦,低的呢?可能會出現照顧不到之處。所以,中斷方式不大適合于工作現場的日常使用。但是,PLC在用掃描方式為主的情況下,也不排斥中斷方式。即,大量控制都用掃描方式,個別急需的處理,允許中斷這個掃描運行的程序,轉而去處理它。這樣,可做到所有的控制都能照顧到,個別應急的也能進行處理。 PLC的實際工作過程比這里講的還要復雜一-些,分析其基本原理,也還有一些理論問題。有關人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實現
42、-信息處理、I/O電路- 空間、時間關系-掃描方式并輔以中斷方式,作為一種思路加以研究,弄清了它,也就好理解PLC是怎樣去實現控制的,也就好把握住PLC基本原理的要點了。8. PLC系統(tǒng)設計流程(1) 根據被控制對象的控制要求,確定整個系統(tǒng)的輸入、輸出設備的數量,從而確定PLC的I/O點數,包括開關量I/O,模擬量I/O以及特殊功能模塊等。(2)充分估計被控制對象今后發(fā)展的需要,所選的PLC的I/O的點數應留有一點的余量。另外,在性價比變化不大的情況下,盡可能的選用同類型中功能強的新一代PLC。(3)確定選用的PLC機型。(4)建立I/O分配表,繪制PLC控制系統(tǒng)輸入、輸出接線圖。(
43、5)根據控制要求繪制用戶程序的流程圖。(6)編制用戶程序,并借助編程器將用戶程序裝入PLC的用戶程序存儲器。(7)在實驗室模擬調試用戶程序(8)進入現場聯(lián)機調試用戶程序。(9)整個系統(tǒng)的調試工作結束后,編程技術文件。(10)交付使用。第四章 自動洗車控制系統(tǒng)總體方案1.控制系統(tǒng)總體方案泡沫滾筒用于洗車流程的第一道工序,滾筒的旋轉軸為空心管,內部可以灌入液體,管壁上有圓孔,當洗車程序啟動以后,開始向旋轉軸注入洗車液,滾筒通過低速旋轉使軸中心的洗車液順著滾筒外側的除垢氈流出,同時可以使洗車液起泡,達到除垢的效果;清水沖洗噴頭用于在泡沫清洗工序完成后,當車輛前進到清水沖洗噴頭的下方,沖洗噴頭噴出足量
44、的清水,將車身上的泡沫以及污垢沖洗干凈;吹風機用于洗車流程的最后一道工序,因為車身上的水漬更加容易吸附灰塵,在清水沖洗完成后通過吹風機將車身吹干,可以使車輛保持長久的清潔。自動洗車控制系統(tǒng)的工作流程如圖所示。整個系統(tǒng)由 控制,可采用自動控制和手動控制兩種方式進行洗車工作。在手動控制狀態(tài)下,可以人工控制洗車的時間;在自動工作狀態(tài)下,則由定時器來控制電機的啟動與關閉,達到自動洗車的效果。2.自動洗車控制系統(tǒng)工作流程3.自動洗車控制系統(tǒng)在使用時根據實際情況選擇工作方式。3.1方式選擇開關置于手動,按下啟動按鈕后,設備啟動,電機MC1啟動,帶動兩個泡沫滾筒開始旋轉,執(zhí)行泡沫清洗程序,可以根據車輛的潔凈
45、程度來控制泡沫清洗的時間,清洗完成后車輛前進,按下清水沖洗按鈕PB1,電機MC1斷電,泡沫滾筒停止旋轉。電機MC2通電,清水沖洗噴頭開始沖洗車輛,在沖洗干凈后按下風干按鈕PB2,電機MC2斷電,清水沖洗噴頭停止噴水。電機MC3得電,吹風機開始運轉,執(zhí)行風干程序,風干完成后按下結束按鈕,電機MC3斷電,吹風機停止工作,結束洗車。3.2方式選擇開關置于自動,在按下啟動按鈕后,開始自動執(zhí)行洗車程序。電機MC1得電,泡沫滾筒開始旋轉,執(zhí)行泡沫清洗程序,計時器TOK100同時開始計時10,10S后泡沫清洗結束,電機MC1斷電,滾筒停止旋轉。泡沫清洗完成后,車輛到達清水沖洗噴頭下方,計時器T1K200通電
46、,計時20S,電機MC2啟動,清水沖洗噴頭,系統(tǒng)開始執(zhí)行清水沖洗,20S后沖洗結束,電機MC2斷電。清水沖洗完成后,計時器 T2K500通電,開始計時5,電機MC3通電,吹風機開始工作,執(zhí)行風干程序,5S后電機MC3斷電,自動洗車過程完成,系統(tǒng)回到待洗狀態(tài)。洗車過程中如果出現特殊情況,按下停止按鈕,系統(tǒng)所有輸出點復位,立即停止洗車。自動洗車控制系統(tǒng)的兩種工作方式可以滿足洗車現場的各種需求,對于一些車身上有很多泥漿的車輛,自動洗車模式可能無法完全清洗干凈,則可以使用手動控制模式,根據車輛的清洗需求來控制各流程的時間以達到完全清洗的效果。第五章 控制系統(tǒng)硬件設計1.PLC的選型1.1歐姆龍PLC的
47、簡介日本OMRON (立石公司)電機株式會社是世界上生產PLC的著名廠商之一 。SYSMACC系列PLC產品以其良好的性能價格比被廣泛地應用于化學工業(yè)、食品加工、材料處理和工業(yè)控制過程等領域,其產品在日本其銷量僅次于三菱,居第二位,在我國也是應用非常廣泛的PLC之一。OMRONC系列PLC產品門類齊、型號多、功能強、適應面廣。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大類產品。整體式結構的微型PLC機是以C20P為代表的機型。疊裝式(或稱緊湊型)結構的微型機以CJ型機最為典型,它具有超小型和超薄型的尺寸。小型PLC機以P型機和CPM型機最為典型,這兩種都屬堅固整體型結構。具有體積更小、指令更豐富、性
48、能更優(yōu)越,通過IO擴展可實現10140點輸入輸出點數的靈活配置,并可連接可編程終端直接從屏幕上進行編程,CPM型機是OMRON產品用戶目前選用最多的小型機系列產品。OMRON中型機以C200H系列最為典型,主要有C200H、C200HS、 C200HX、C200HG和C200HE等型號產品。中型機在程序容量,掃描速度和指令功能等方面都優(yōu)于小型機,除具備小型機的基本功能外,它同時可配置更完善的接口單元模塊,如模擬量I/O模塊、溫度傳感器模塊、高速記數模塊、位置控制模塊、通訊聯(lián)接模塊等。可以與上位計算機、下位PLC機及各種外部設備組成具有各種用途的計算機控制系統(tǒng)和工業(yè)自動化網絡。在一般的工業(yè)控制系
49、統(tǒng)中,小型PLC機要比大、中型機的應用更廣泛。在電氣設備的控制應用方面,-般采用小型PLC都能夠滿足需求。 1.2西門子PLC簡介德國西門子(SIEMENS)公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛,在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子(SIEMENS)公司的PLC產品包括LOGO, S7-200, S7-300, S7-400, 工業(yè)網絡,HMI 人機界面,工業(yè)軟件等。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化,具有網絡通信能力,功能更強,可靠性更高。S7系列PLC產品可分為微型PLC (如S7-200),小規(guī)模性能要求的PLC (如S7-300)和中、高性能要求的PLC (
50、如S7-400) 等。(1)SIMATIC S7-200 PLCS7-200 PLC是超小型化的PLC,它適用于各行各業(yè),在各種地方都能夠自動的檢驗并且能夠控制。S7-200 PLC的因為功能太強大無法單獨運行,或連成網絡都能實現復雜的控制功能。S7-200PLC 可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。(2)SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng),能滿足中等性能要求的應用。它的各個模塊能夠各種組合在一起。與S7-200 PLC比較,S7-300 PLC采用模塊化結構,具備高速(0.60.1s) 的指令運算速度,用浮點數運算比較有效地實現了更為復雜的
51、算術運算,一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數賦值,在S7-300操作系統(tǒng)內方便人和電腦說話,人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面(HMI)從S7-300中取得數據,S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統(tǒng)自己處理傳送的數據,CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件(例如:超時,模塊更換,等等),多級口令保護可以使用戶們完全的保護他們的技術秘密,防止沒有被允許就被人修改和使用了, S7-300 PLC設有操作方式選擇開關,操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出,當鑰匙拔出時,就不能改變操作方式,這樣就可以防
52、止不合法的刪除以及不合法的修改程序。具備強大的通信功能,S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能,這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC的通信接口種類非常的多,并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網總線系統(tǒng),串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng),多點接口(MPI)集成在CPU中,用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。(3) SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中級和高級的可編程序控制器。S7-400 PLC采用沒有模塊沒有風的設計,不僅而且可靠耐用,同
53、時可以選用各種各樣不同的的CPU,并配有多種通用功能的模板,這使用戶能根據需要組建成自己獨有的系統(tǒng)。當控制系統(tǒng)規(guī)模多種通用功能的模板,這使用戶能根據需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時,只要適當地增加一些模板,便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。(4)人機界面(HMI)硬件HMI硬件配合PLC使用,為用戶提供數據、圖形和事件顯示,主要有文本操作面板TD200 (可顯示中文),OP3, OP7, OP17等;圖形/文本操作面板OP27, OP37等, ,觸摸屏操作面板TP7, TP27/37, TP170A/B 等; SIMATIC 面板型PC670等。個人計算機(PC)也可以作為HM
54、I硬件使用。HMI硬件需要經過軟件(如Protocol)組態(tài)的配合才能使用。2.PLC控制系統(tǒng)類型由PLC構成的單機控制系統(tǒng)可分為下列四種類型。(1)由PLC構成的單機控制系統(tǒng)(2)由PLC構成的集中控制系統(tǒng)(3)由PLC構成的分布式控制系統(tǒng)(4)由PLC構成遠程I/O控制系統(tǒng)3.系統(tǒng)的運行方式用PLC構成的控制系統(tǒng)有三種運行方式,即自動、半自動和手動。(1)自動運行方式。自動運行方式是控制系統(tǒng)的主要運行方式。這種運行方式的主要特點是在系統(tǒng)工作過程中,系統(tǒng)按被確定的程序自動完成被控對象的動作,不需要人來操作,系統(tǒng)的啟動可由PLC本身的啟動系統(tǒng)進行,也可由PLC發(fā)出啟動信號,由操作人員確認并按下
55、啟動響應按鈕后,PLC自動啟動系統(tǒng)。(2)半自動運行方式。這種運行方式的特點是系統(tǒng)在啟動和運行過程中的某些步驟需要人工干預才能進行下去。半自動方式多用于檢測手段不完善,需要人工判斷或某些設備不具備自控條件,需要人工干涉的場合。(3)手動運行方式。手動運行方式不是控制系統(tǒng)的主要運行方式,而是用于設備調試、系統(tǒng)調整和特殊情況下的運行方式,因此它是自動運行方式的輔助方式。4、PLC的停運方式有正常停運、暫時停運和緊急停運三種。(1)正常停運。 由PLC的程序執(zhí)行,當系統(tǒng)的運行步驟執(zhí)行完且不需要重新啟動執(zhí)行程序時,或PLC接收到操作人員的停運指令后,PLC按規(guī)定的停運步驟停止系統(tǒng)運行。(2)暫停方式。
56、用于程序控制方式時暫停執(zhí)行當前程序,使所有輸出都設置成OFF狀態(tài),待暫停解除時將繼續(xù)執(zhí)行被暫停的程序。另外也可用暫停開關直接切斷負荷電源,同時將此信息傳給PLC,以停止執(zhí)行程序,或者把CPU的RUN切換成STOP,以實現對系統(tǒng)的暫停運行。(3)緊急停運方式。是在系統(tǒng)運行過程中設備出現異常情況或故障時,若不中斷系統(tǒng)運行,將導致重大事故或有可能損壞設備,此時必須使用緊急停運按鈕使整個系統(tǒng)立即停運。它是既沒有連鎖條件也沒有延遲時間的停運方式,緊急停運時,所有設備都必須停運,且程序控制被解除,控制內容復位到原始狀態(tài)。5.系統(tǒng)硬件設計根據系統(tǒng)硬件設計必須根據控制對象而定,應包括控制對象的工藝要求、設備狀
57、況、控制功能、IO點數,并據此構成比較先進的控制系統(tǒng)。5.1工藝要求機械手的控制系統(tǒng)為例,討論工藝要求所包含的內容和對系統(tǒng)設計的要求。設備狀況 5.2設備狀況應滿足整個工藝要求5.3控制功能根據工藝要求和設備狀況就可提出控制系統(tǒng)應實現的控制功能。只有掌握了要實現的控制功能,才能據此設計系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機型、模塊、軟件等內容。6.PLC的機型選擇選擇機型所依據的性能指標如下:(1)CPU的能力(存儲容量、擴展能力、驅動能力等)(2)I/O點數:為保證所設計的控制系統(tǒng)的正常運行,在系統(tǒng)硬件設計時,建議根據實際I0點數留有10% 15%的余量。(3)運行速度(4)發(fā)令系統(tǒng)(5)機型選擇的其它考慮:性能價格比、備品備件的統(tǒng)一考慮、技術支持等(6)能不能在線編程,在線編程要求主機和編程器都要有一個CPU。7.輸入/輸出模塊的選擇7.1數字量輸入模塊的選擇(1)選擇電壓等級:按電壓分有直流5V、12V、24V、 48V、60V和交流110V、220V;(2)按保護形式分:有隔離和不隔離兩種(3)選擇模塊密度:按點數分有8點、16點、32點、64點。高密度模塊,如 32點或64點,同時接通點數取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般來講
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