汽車自動清洗PLC控制畢業(yè)設計論文

第一部分設計任務與調(diào)研汽車自動清洗裝置，它讓水的利用率得到了幾十倍的提高，達到了節(jié)水90%以上，具有非常好的市場前景。然而隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的高速發(fā)展，汽車行業(yè)也迅速發(fā)展起來，隨之而來的洗車行業(yè)也展現(xiàn)出蓬勃生機，也涌現(xiàn)出了許多各式各樣的洗車方式，傳統(tǒng)的水槍式洗車越來越不能滿足國內(nèi)洗車業(yè)增長的需要，效率低下，而且嚴重浪費了水資源。相反而國外洗車行業(yè)發(fā)展很快，但所用的技術含量高以及資金投入大，所以還是很不適合我們國內(nèi)的市場，而我們設計汽車自動清洗PLC控制比較理想，采用了先進的傳感技術，PLC是專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，它具有通用性強、可靠性高、使用簡單、系統(tǒng)維護方便等特點，在清洗機控制系統(tǒng)中占據(jù)主導地位，因此本文利用三菱FX2系列PLC控制器設計了一款簡易車輛清洗控制系統(tǒng)，自動對需要服務的汽車進行清洗，清洗完畢自動停止刷洗，實現(xiàn)了洗車自動化控制，有效的提高了洗車的效率，提高了洗車的技術含量，而且洗車費用相對大眾化，國內(nèi)一般有車族都能消費的起，很好的實現(xiàn)了使汽車實現(xiàn)了自動清洗。1.1設計任務要求設計一臺汽車自動清洗機，其工作步驟圖如下：圖1-1工作步驟設計圖1.2分析任務要求及解決方案1、分析任務按下開始指令，清洗機開始工作，清洗機接觸器和水閥門都會打開，檢測汽車是否進入洗刷范圍，若進入，刷子接觸器開啟，開始進入刷洗。當清洗機移動到另一端時會返回檢測點，使得清洗工作結(jié)束，停止刷洗，清洗機返回原點位置，結(jié)束刷洗。2、解決方案通過以上的分析可以知道，先是按下開始，它就會自動開啟清洗接觸器和水閥門；當傳感器檢測到汽車進入清洗范圍時，刷子接觸器打開靠近汽車進行清洗；清洗機開始移動，傳感器檢測到汽車離開清洗范圍時，刷子接觸器停止刷洗；清洗機返回原點位置時，清洗機接觸器和水閥門停止和關閉。因此，我設計出自動洗車機的工作流程圖如下：選擇開關選擇開關自動運行手動運行泡沫清洗清水清洗風干停止停止開關圖1-2工作流程圖第二部分設計說明汽車自動清洗裝置PLC控制線路設計2.1設計任務要求設計一臺汽車自動清洗機，其工作步驟圖如下：圖2-1工作步驟設計圖2.2分析任務要求及解決方案1、分析任務按下開始指令，清洗機開始工作，清洗機接觸器和水閥門都會打開，檢測汽車是否進入洗刷范圍，若進入，刷子接觸器開啟，開始進入刷洗。當清洗機移動到另一端時會返回檢測點，使得清洗工作結(jié)束，停止刷洗，清洗機返回原點位置，結(jié)束刷洗。2、解決方案通過以上的分析可以知道，先是按下開始，它就會自動開啟清洗接觸器和水閥門；當傳感器檢測到汽車進入清洗范圍時，刷子接觸器打開靠近汽車進行清洗；清洗機開始移動，傳感器檢測到汽車離開清洗范圍時，刷子接觸器停止刷洗；清洗機返回原點位置時，清洗機接觸器和水閥門停止和關閉。因此，我設計出自動洗車機的工作流程圖如下：選擇開關選擇開關自動運行手動運行泡沫清洗清水清洗風干停止停止開關圖2-2工作流程圖第三部分設計說明3硬件選型3.1PLC產(chǎn)品的比較3.1.1歐姆龍PLC簡介日本OMRON(立石公司)電機株式會社是世界上生產(chǎn)PLC的著名廠商之一。SYSMACC系列PLC產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)的微型PLC機是以C20P為代表的機型。疊裝式(或稱緊湊型)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。具有體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過I/O擴展可實現(xiàn)10~140點輸入輸出點數(shù)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(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機系列產(chǎn)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(chǎn)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(shù)模塊、位置控制模塊、通訊聯(lián)接模塊等?？梢耘c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(wǎng)絡。在一般的工業(yè)控制系統(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，一般采用小型PLC都能夠滿足需求。3.1.2西門子PLC簡介德國西門子(SIEMENS)公司生產(chǎn)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(chǎn)線等領域都有應用。西門子(SIEMENS)公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)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(wǎng)絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)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(如S7-400)等。(1)SIMATICS7-200PLCS7-200PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)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)SIMATICS7-300PLCS7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200PLC比較，S7-300PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速(0.6~0.1μs)的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復雜的算術運算；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(shù)賦值；方便的人機界面服務已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，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(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；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高度、有效地保護其技術機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改；S7-300PLC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，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300PLC可通過編程軟件Step7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。S7-300PLC具有多種不同的通信接口，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(wǎng)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SIMATICS7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。(3)SIMATICS7-400PLCS7-400PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。S7-400PLC采用模塊化無風扇的設計，可靠耐用，同時可以選用多種級別(功能逐步升級)的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)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?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(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(shù)據(jù)、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HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件(如ProTool)組態(tài)才能配合PLC使用。4.1.3三菱FX系列PLC簡介FX系列PLC是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC產(chǎn)品。其中FX2是1991年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機殼內(nèi)的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有較高的性能價格比，應用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。3.2PLC的選擇由于PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量繁多，其結(jié)構(gòu)形式、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各不相同，因此合理的選擇PLC，使其具有較高的性能價格比顯得非常重要，PLC選型的基本原則是所選PLC能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。一般從系統(tǒng)控制功能、物理結(jié)構(gòu)、指令和編程方式、PLC存儲量和響應時間、通信聯(lián)網(wǎng)功能等幾個方面綜合考慮，同時，正確的統(tǒng)計出I/O點數(shù)。3.2.1PLC型號的選擇機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護使用方便及最佳的性能價格比。具體應考慮因素如下：結(jié)構(gòu)合理對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件好、維修量較小的場合，選用單元式結(jié)構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。功能強弱適當對于開關量控制的工程項目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC。如三菱公司的FX2系列機。對于以開關量控制為主、帶少量模擬控制的工程項目，可選用含有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除運算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔PLC。對于控制比較復雜、控制功能要求較高的工程項目，如要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可根據(jù)控制規(guī)模及復雜的程度，選用中擋或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)和整個工廠的自動化等。當系統(tǒng)的各個控制對象分布在不同地域時，應根據(jù)各部分的具體要求來選擇PLC，以組成一個分布式的控制系統(tǒng)。機型統(tǒng)一選用PLC時，盡量要做到機型統(tǒng)一。由于同一機型的PLC，其模塊可互為備用，以便備件的采購和管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術人員的培訓；其外部設備通用也有利于資源共享。若配備了上位計算機，可把各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布控制系統(tǒng)，相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。3.2.2PLC容量選擇PLC容量包括兩個方面：一是I/O點數(shù)；二是用戶存儲器的容量(字數(shù))。1、I/O點數(shù)是基礎I/O點數(shù)可以衡量PLC規(guī)模的大小。準確統(tǒng)計被控制對象的輸入信號和輸出信號的總數(shù)并考慮今后調(diào)整和擴充，在實際統(tǒng)計I/O點數(shù)基礎上，一般應加上10%-20%的備用量。多數(shù)小型PLC為單元式，具有體積小，價格便宜等優(yōu)點，適于工藝過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC采用主機模塊與輸入模塊、功能模塊組合使用的方法，比單元式方便靈活，維修更快模塊、判斷與處理故障快速方便，適用于工藝變化較多，控制要求復雜的系統(tǒng)。2、用戶存儲器容量的估算根據(jù)經(jīng)驗，在選擇存儲容量時，一般按實際需要的10%-25%考慮裕量。用戶應用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。根據(jù)經(jīng)驗，每個I/O點及有關功能器件占用的內(nèi)存大致如下：開關量輸入所需存儲器字數(shù)=輸入點數(shù)×10開關量輸出所需存儲器字數(shù)=輸出點數(shù)×8定時器/計數(shù)器所需存儲器字數(shù)=定時器/計數(shù)器×2模擬所需存儲器字數(shù)=模擬量通道數(shù)×100通信接口所需存儲器字數(shù)=接口個數(shù)×300根據(jù)存儲器的總字數(shù)再加上一個裕量。3.2.3I/O模塊的選擇PLC是一種控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設備或工業(yè)生產(chǎn)過程，它的工業(yè)環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。PLC與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。通過I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制器對被控制對象進行控制的依據(jù)。同時控制器有通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控設備，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)控制。外部設備或生產(chǎn)過程中的信號電平各種各樣，各種機構(gòu)所需的信息電平也不相同，而PLC的CPU所處理的信息只能是標準電平，所以I/O接口模塊還需實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設備的控制信號都需要經(jīng)過一定距離。為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好抗干擾能力。根據(jù)實際需要，PLC相應有許多種I/O接口模塊，包括開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實際需要進行選擇使用。3.2.4電源模塊的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流總和。選擇電源模塊一般規(guī)則如下。(1)確定電源的輸入電壓。(2)將框架中每快I/O模塊所需的總電流相加，計算出I/O模塊所需的總電流值。(3)I/O模塊所需的總電流值再加上以下各電流。①框架中帶有處理器時，則加上處理器的最大電流值。②當框架中帶有遠程適配器模塊或擴展本地I/O適配器模塊時，應加上其最大電流值。(4)如果框架中留有空槽用于將來擴展時，可做以下處理：①列出將來要擴展的I/O模塊所需的電流。②將所有擴展的I/O模塊的總電流值與步驟。(5)在框架中是否有用于電源的空槽，否則將電源裝到框架的外面。(6)根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總電流值，從用戶手冊中選擇合適的電源模塊。第四部分設計成果4PLC控制程序的設計4.1I/O分析經(jīng)過對控制過程和要求的詳細分析，我明確了具體的控制任務是在啟動命令下，汽車進入則可以進行自動刷洗，汽車離開則可以自動停止刷洗。確定了要完成的動作后，再確定動作的順序：有啟動一個輸入點和停止一個輸入點。按下啟動按鈕，啟動清洗機接觸器和水閥門，接著傳感器檢測汽車是否進入清洗范圍，進入則開始刷洗；汽車離開則停止刷洗，按下停止命令則清洗結(jié)束。4.2I/O分配表通過I/O分析后，我確定了本裝置的I/O分配表，如下：信號名稱代號輸入/出點標號輸入信號啟動按鈕SB1X0停止按鈕SB2X1檢測器STX2輸出信號噴淋閥門YVY0刷子接觸器KM1Y1清洗接觸器KM2Y24.3PLC控制接線圖根據(jù)選擇的PLC類型和裝置的原理我確定裝置接線圖如下：4.4PLC控制梯型圖及語句表根據(jù)PLC的控制線路圖和I/O分配表，畫出其控制梯形圖如下：4.5程序原理分析當按下啟動按鈕SB1時輸入點X0接通，M0接通，輔助觸頭M0接通，進而輸出點Y2和Y0接通，清洗機和水閥門打開。當傳感器X2檢測到汽車進入清洗距離時，刷子接觸器開始工作，進行刷洗。當汽車離開，清洗結(jié)束，M1工作使刷子接觸器關閉，按下停止按鈕清洗機接觸器關閉同時水閥門關閉。第五部分結(jié)束語在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable-controller(PC)。

個人計算機(簡稱PC)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable

Logic

Controller(PLC)，現(xiàn)在，PLC的定義有許多種。國際電工委員會(IEC)對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。

上世