汽车自动清洗PLC控制毕业设计论文

第一部分设计任务与调研汽车自动清洗装置，它让水的利用率得到了几十倍的提高，达到了节水90%以上，具有非常好的市场前景。然而随着现代经济的高速发展，汽车行业也迅速发展起来，随之而来的洗车行业也展现出蓬勃生机，也涌现出了许多各式各样的洗车方式，传统的水枪式洗车越来越不能满足国内洗车业增长的需要，效率低下，而且严重浪费了水资源。相反而国外洗车行业发展很快，但所用的技术含量高以及资金投入大，所以还是很不适合我们国内的市场，而我们设计汽车自动清洗PLC控制比较理想，采用了先进的传感技术，PLC是专为工业环境下应用而设计的，它具有通用性强、可靠性高、使用简单、系统维护方便等特点，在清洗机控制系统中占据主导地位，因此本文利用三菱FX2系列PLC控制器设计了一款简易车辆清洗控制系统，自动对需要服务的汽车进行清洗，清洗完毕自动停止刷洗，实现了洗车自动化控制，有效的提高了洗车的效率，提高了洗车的技术含量，而且洗车费用相对大众化，国内一般有车族都能消费的起，很好的实现了使汽车实现了自动清洗。1.1设计任务要求设计一台汽车自动清洗机，其工作步骤图如下：图1-1工作步骤设计图1.2分析任务要求及解决方案1、分析任务按下开始指令，清洗机开始工作，清洗机接触器和水阀门都会打开，检测汽车是否进入洗刷范围，若进入，刷子接触器开启，开始进入刷洗。当清洗机移动到另一端时会返回检测点，使得清洗工作结束，停止刷洗，清洗机返回原点位置，结束刷洗。2、解决方案通过以上的分析可以知道，先是按下开始，它就会自动开启清洗接触器和水阀门；当传感器检测到汽车进入清洗范围时，刷子接触器打开靠近汽车进行清洗；清洗机开始移动，传感器检测到汽车离开清洗范围时，刷子接触器停止刷洗；清洗机返回原点位置时，清洗机接触器和水阀门停止和关闭。因此，我设计出自动洗车机的工作流程图如下：选择开关选择开关自动运行手动运行泡沫清洗清水清洗风干停止停止开关图1-2工作流程图第二部分设计说明汽车自动清洗装置PLC控制线路设计2.1设计任务要求设计一台汽车自动清洗机，其工作步骤图如下：图2-1工作步骤设计图2.2分析任务要求及解决方案1、分析任务按下开始指令，清洗机开始工作，清洗机接触器和水阀门都会打开，检测汽车是否进入洗刷范围，若进入，刷子接触器开启，开始进入刷洗。当清洗机移动到另一端时会返回检测点，使得清洗工作结束，停止刷洗，清洗机返回原点位置，结束刷洗。2、解决方案通过以上的分析可以知道，先是按下开始，它就会自动开启清洗接触器和水阀门；当传感器检测到汽车进入清洗范围时，刷子接触器打开靠近汽车进行清洗；清洗机开始移动，传感器检测到汽车离开清洗范围时，刷子接触器停止刷洗；清洗机返回原点位置时，清洗机接触器和水阀门停止和关闭。因此，我设计出自动洗车机的工作流程图如下：选择开关选择开关自动运行手动运行泡沫清洗清水清洗风干停止停止开关图2-2工作流程图第三部分设计说明3硬件选型3.1PLC产品的比较3.1.1欧姆龙PLC简介日本OMRON(立石公司)电机株式会社是世界上生产PLC的著名厂商之一。SYSMACC系列PLC产品以其良好的性能价格比被广泛地应用于化学工业、食品加工、材料处理和工业控制过程等领域，其产品在日本其销量仅次于三菱，居第二位，在我国也是应用非常广泛的PLC之一。OMRONC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都能够满足需求。3.1.2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)，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。(1)SIMATICS7-200PLCS7-200PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。(2)SIMATICS7-300PLCS7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200PLC比较，S7-300PLC采用模块化结构，具备高速(0.6~0.1μs)的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件(例如：超时，模块更换，等等)；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300PLC可通过编程软件Step7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口(MPI)集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统。(3)SIMATICS7-400PLCS7-400PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。S7-400PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别(功能逐步升级)的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。(4)人机界面(HMI)硬件HMI硬件配合PLC使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板TD200(可显示中文)，OP3，OP7，OP17等；图形/文本操作面板OP27，OP37等，触摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。个人计算机(PC)也可以作为HMI硬件使用。HMI硬件需要经过软件(如ProTool)组态才能配合PLC使用。4.1.3三菱FX系列PLC简介FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。3.2PLC的选择由于PLC产品的种类和数量繁多，其结构形式、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，因此合理的选择PLC，使其具有较高的性能价格比显得非常重要，PLC选型的基本原则是所选PLC能够满足控制系统的功能需要。一般从系统控制功能、物理结构、指令和编程方式、PLC存储量和响应时间、通信联网功能等几个方面综合考虑，同时，正确的统计出I/O点数。3.2.1PLC型号的选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑因素如下：结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件好、维修量较小的场合，选用单元式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC。功能强弱适当对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC。如三菱公司的FX2系列机。对于以开关量控制为主、带少量模拟控制的工程项目，可选用含有A/D转换的模拟量输入模块和含有D/A转换的模拟量输出模块，以及具有加减乘除运算和数据传输功能的低档PLC。对于控制比较复杂、控制功能要求较高的工程项目，如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可根据控制规模及复杂的程度，选用中挡或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统和整个工厂的自动化等。当系统的各个控制对象分布在不同地域时，应根据各部分的具体要求来选择PLC，以组成一个分布式的控制系统。机型统一选用PLC时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台PLC联成一个多级分布控制系统，相互通信，集中协调管理。3.2.2PLC容量选择PLC容量包括两个方面：一是I/O点数；二是用户存储器的容量(字数)。1、I/O点数是基础I/O点数可以衡量PLC规模的大小。准确统计被控制对象的输入信号和输出信号的总数并考虑今后调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，一般应加上10%-20%的备用量。多数小型PLC为单元式，具有体积小，价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定，控制要求比较简单的系统。模块式结构的PLC采用主机模块与输入模块、功能模块组合使用的方法，比单元式方便灵活，维修更快模块、判断与处理故障快速方便，适用于工艺变化较多，控制要求复杂的系统。2、用户存储器容量的估算根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%-25%考虑裕量。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。根据经验，每个I/O点及有关功能器件占用的内存大致如下：开关量输入所需存储器字数=输入点数×10开关量输出所需存储器字数=输出点数×8定时器/计数器所需存储器字数=定时器/计数器×2模拟所需存储器字数=模拟量通道数×100通信接口所需存储器字数=接口个数×300根据存储器的总字数再加上一个裕量。3.2.3I/O模块的选择PLC是一种控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工业环境是工业生产现场。PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。同时控制器有通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也不相同，而PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口模块还需实现这种转换。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需要经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好抗干扰能力。根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。3.2.4电源模块的选择电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流总和。选择电源模块一般规则如下。(1)确定电源的输入电压。(2)将框架中每快I/O模块所需的总电流相加，计算出I/O模块所需的总电流值。(3)I/O模块所需的总电流值再加上以下各电流。①框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值。②当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，应加上其最大电流值。(4)如果框架中留有空槽用于将来扩展时，可做以下处理：①列出将来要扩展的I/O模块所需的电流。②将所有扩展的I/O模块的总电流值与步骤。(5)在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。(6)根据确定好的输入电压要求和所需的总电流值，从用户手册中选择合适的电源模块。第四部分设计成果4PLC控制程序的设计4.1I/O分析经过对控制过程和要求的详细分析，我明确了具体的控制任务是在启动命令下，汽车进入则可以进行自动刷洗，汽车离开则可以自动停止刷洗。确定了要完成的动作后，再确定动作的顺序：有启动一个输入点和停止一个输入点。按下启动按钮，启动清洗机接触器和水阀门，接着传感器检测汽车是否进入清洗范围，进入则开始刷洗；汽车离开则停止刷洗，按下停止命令则清洗结束。4.2I/O分配表通过I/O分析后，我确定了本装置的I/O分配表，如下：信号名称代号输入/出点标号输入信号启动按钮SB1X0停止按钮SB2X1检测器STX2输出信号喷淋阀门YVY0刷子接触器KM1Y1清洗接触器KM2Y24.3PLC控制接线图根据选择的PLC类型和装置的原理我确定装置接线图如下：4.4PLC控制梯型图及语句表根据PLC的控制线路图和I/O分配表，画出其控制梯形图如下：4.5程序原理分析当按下启动按钮SB1时输入点X0接通，M0接通，辅助触头M0接通，进而输出点Y2和Y0接通，清洗机和水阀门打开。当传感器X2检测到汽车进入清洗距离时，刷子接触器开始工作，进行刷洗。当汽车离开，清洗结束，M1工作使刷子接触器关闭，按下停止按钮清洗机接触器关闭同时水阀门关闭。第五部分结束语在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable-controller(PC)。

个人计算机(简称PC)发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable

Logic

Controller(PLC)，现在，PLC的定义有许多种。国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

上世