毕业论文（设计）汽车自动清洗机控制系统设计

汽车自动清洗机控制系统设计摘要文章对我国发展低成本自动化的重要性等方面进行了研究。以自动汽车清洗机为对象，探讨了全自动汽车清洗机智能控制系统的实现方案。根据实际需要和市场的需求，在常规的可编程控制器（PLC）和单片机控制中，选择了以可编程控制器为主的控制方案。根据自动清洗机的工艺过程和控制要求，采用三菱 FX2N 型号可编程序控制器设计了自动洗车机的控制系统。它要求其控制设备具有很强的抗干扰能力，而 PLC 是近几年发展起来的一种新型工业控制器。由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广泛等优点与控制器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业过程控制中的应用越来越广泛。文章中采用了以工业顺序控制过程中广泛使用的可编程控制器（PLC）对自动洗车机进行控制。通过对自动洗车机的工作原理的分析，提出总体设想，初步设计了电气控制部分的设计方案和 PLC 控制的程序流程图。关键字：可编程控制器；自动控制；顺序控制；自动洗车机 ICONTROL SYSTEM OF PROGRAMMABLE CONTROLLER USED IN AUTOMATIC CAR WASHERSAbstract Article develop to our country low cost automatic importance，etc. respect carry on research. Regard industrial board cutting machine as target, probe into full-automatic to can cut board quick-witted realization scheme of the control system. According to the real demand of and the market, in the regular programmable controller (PLC) and one-chip computer control, have chosen the control scheme relying mainly on programmable controller.According to the technological process and control requirements of the automatic car washer，a FX2N programmable controller is applied in the control system of that washer. It requires its apparatus of control to have very strong anti-interference ability, and PLC is the controller of a kind of infant industry developed in recent years. Because the programming of a pair of computer of its is flexible , and controller control of system simple easy to use, anti-interference ability strong, price getting cheap advantage combined together, and it has characteristics such as small, light, power consumptive provinces etc., the application in the industrial process is controlled is more and more extensive.Article adopt in industrial order controlling programmable controllering (PLC ) that course using extensively to automatic car washer control automatically. Through to cutting the analysis of the operation principle of the board machine automatically, put forward the general program, have designed the procedure flow diagram that design plan and PLC of the electric running part controlled tentatively. Keyword：Programmable controller; Automatic control; The order is controlled; Automatic car washer II 目 录摘要.IAbstract.II1 前言.11.1 背景.11.2 问题的提出.11.3 研究本课题的内容.22 自动洗车控制系统设计工艺流程.32.1 控制系统要求及结构.32.1.1 控制系统要求.32.1.2 系统结构组成.32.2 系统的操作步骤.43 可编程控制器概述.53.1 PLC 可编程控制器的定义.53.2 PLC 的特点与应用.53.2.1 PLC 特点.53.2.2 PLC 应用领域.63.2.3 可编程控制器的发展趋势.73.3 PLC 的分类.73.3.1 按 I/O 点数分类.73.3.2 按结构分类.83.3.3 按功能分类.83.4 PLC 产品的比较.93.4.1 欧姆龙 PLC 简介.93.4.2 西门子 PLC 简介.93.5 三菱 FX 系列 PLC.103.5.1 三菱 FX 系列简介.103.5.2 三菱 FX2N 系列 PLC 的特点.113.6 传感器的选择.124 自动洗车机可编程控制系统设计.144.1 PLC 控制系统设计原则.144.2 PLC 型号选择.144.3 PLC 控制系统设计内容.174.2.1 自动洗车机 PLC 控制系统分配表分配表.174.2.2 程序状态转换图.17 4.2.3 自动洗车机 PLC 外部装置接线图.194.2.4 控制系统主电路图和电器接线图.194.2.5 PLC 控制梯形图.21总 结.23参考文献.24附录 PLC 控制指令表.22致 谢.25 01 前言1.1 背景我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC 产品有很大的应用空间，如机械行业 80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。随着竞争的日益加剧，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。 在发达国家，汽车的清洗、上蜡、吹干等维护工作，大多已经实现全自动电脑控制，一般可以在 67min 内自动完成，质量高，效果好。尤其是用 PLC 控制的自动洗车机，由于 PLC 的可靠性好，通用性强，编程方便，使自动洗车系统的控制简单，抗干扰能力强，工作可靠，设计周期短，修改方便，省去大量的中间继电器、时间继电器，安装接线方便，并且当洗车机工艺过程要求变动时，一般不需要大量改动硬件控制电路，只需改变软件程序即可实现，而且可在监控状态下现场检查和修改；因此 PLC 是一种较理想的控制工具。1.2 问题的提出全自动汽车清洗机是汽车清洗行业普遍使用的设备。随着我国汽车制造行业的持续高速增长，社会对汽车后发展时代的需求量不断增长，对汽车自动清洗功能提出了更高的要求；另外，随着洗车行业里的竞争日益加剧和人力资源成本的上升，各家为了在竞争中占据有利地位，除了保证汽车清洗快速化外，对汽车清洗的效率和质量也提出了更高的要求。基于上述，汽车自动清洗迫切需要高质量、高效率的产品设备。全自动汽车清洗机是汽车后时代发展服务关键的设备之一，一些资金充足的服务公司购进先进的汽车自动清洗机，增加服务的质量和效率。人工洗车的不足：1）用水量大在这个资源日益匮乏的时代，节约创新是企业的生存之道。在能源方面水的不足也日益显现，南水北调工程足以证明北方淡水资源的缺乏，大城市中淡水资源的缺乏和污染促使了城市水价的上调，尤其是商业用水，生活用水也由原来的每立方两元的价格调到如今的四元多，商业用水有的地方每立方则达到八元之多。然而在人工洗车时不能控制水的用量，而且水的回收利用率较低，这就使得商家在成本上在增加了投入。2）劳动量大、效率不高人工洗车的效率不高，劳动量大，一个全自动洗车机洗一部车仅需要几分钟，操作工人只需一个，而人工洗一部车则需要十几分钟甚至几十分钟，而且还是多人以上同时工作，其效率大大低于自动洗车机。 1控制系统设计的基本要求如下：1）实现自动循环。当满足自动洗车机的初始条件后由一名操作员操作一次后能实现全部清洗工作。初始条件：门架在后部位置，水平滚筒在升起位置，一辆车在冲洗区。初始条件满足后，按下启动按钮。这时循环指示灯亮，等待 10s。水平滚筒向下移动5s。水平滚筒开始旋转，同时门架向前移动。门架碰到前限位开关时停止向前运动，并自动后退。门架碰到后限位开关时停止向后运动，同时滚筒停止旋转，并发出升起水平滚筒的指令，直到到达上限位开关，循环结束。2）手动停止。在自动洗车过程中如果出现紧急情况可以一键停止，如果想再洗车必须要手动升起滚筒和门架后退到初始位置。本课题的研究，主要是针对汽车自动清洗机控制设备的系统设计。通过设计控制电气图和 PLC 程序的编写，实现对设备的自动控制，提高设备和资源的利用率以及洗车的质量。在本次的研究和设计过程中，虽然遇到了多方面的问题，但是通过查阅大量的资料和对实际生产的观察和研究，以及得到了大家的支持和帮助，不但使得问题得到了解决，而且使我在这种设计的过程中，学到了更多的知识。这种知识和经验的积累，将会对控制设计有更大的促进作用。此次的设计，在很多方面还存在着不足，但我相信，在今后的工作过程中，通过实际的生产经验的积累和技术的不断提高，设备的不断更新，各控制技术的发展，在设备的控制理论的不断研究，将会使得这种系统的设计更加完善，控制系统更加优越。1.3 研究本课题的内容本课题主要从实际应用的角度出发，解决生产和应用实际中存在的问题，采用比较基本的控制手段和机械安装结构来完成全自动洗车机的开发。本课题研究和实现的目的是通过实际项目，解决汽车清洗过程中的低自动化程度、低效率、低洗车清洁度、低水资源利用率等缺点。并在此基础上，大大地降低了洗车业的成本。在设计和实现的过程中，着重对以下几个主要问题进行研究：1）充分利用可编程控制器的优点，采用 PLC 进行系统控制设计；2）实现正常全自动高效率洗车功能；3）洗车过程步骤实时显示，系统工作状态清晰； 4）实现急停、手动复位、停电记忆保存等附加功能；5）增加其它功能时程序修改简单，无需过多修改硬件。 22 自动洗车控制系统设计工艺流程2.1 控制系统要求及结构2.1.1 控制系统要求1）自动循环初始条件：门架在后部位置，水平滚筒在升起位置，一辆车在冲洗区。初始条件满足后，按下启动按钮。这时循环指示灯亮，等待 10s。水平滚筒向下移动 5s。水平滚筒开始旋转，同时门架向前移动。门架碰到前限位开关时停止向前运动，并自动后退。门架碰到后限位开关时停止向后运动，同时滚筒停止旋转，并发出升起水平滚筒的指令，直到到达上限位开关，循环结束。 2）手动停止用带自锁的停止按钮，可在任何时刻停止循环。若要开始新的循环，应进行如下操作：手动升起滚筒到上限；手动门架后退到后限位。图 2-1 电脑自动洗车结构示意图2.1.2 系统结构组成洗车系统主要有以下几部分组成：1）一个支撑水平滚筒和垂直滚筒门架，由一个双向操作（向前和向后）的电机驱动。 32）一个用于旋转的水平滚筒和垂直滚筒的电机。3）一个用于升降水平滚筒的电机。4）限位开关：水平滚筒的上限位、门架的前后位置限制。5）一对光电开关、交流接触器以及相应的闪烁灯2.2 系统的操作步骤1）自动循环冲洗 初始条件：门架在后部位置（后限位开关闭合）水平滚筒在生气位置（上限位开关闭合） ，一辆车在冲洗区内（车辆出现传感器闭合） 。当初始条件满足时，按下启动按钮，开始如下图的循环过程：循环指示灯亮，等待 10 秒。水平滚筒向下移动（KM1 闭合）5 秒。水平滚筒开始旋转（KM3 闭合）并且门架向前运动（KM4 闭合） ，设置喷水泵和旋转滚筒的电机同时被激活。门架向前运动，碰到门架前限位开关时停止，这时门架自动后退（KM5闭合） 。门夹后退，碰到后限位开关时停止，同时滚筒停止旋转，并发出升起水平滚筒的指令（KM2 闭合） ，直到达到上限位开关，结束循环。2）手动立即停止一个锁存按钮可以在任何时候停止循环（立即停止所有电机） 。要开始一个新的循环，必须执行一下操作：按下手动升起按钮，将水平滚筒升至上限位置（至上限位开关） 。按下门架后退按钮，将门架退至后部位置（至后限位开关） 。3）循环冲洗流程图如图 2-2。 4初始条件循环开始指示灯亮降低滚筒（KM1）滚筒旋转（KM3）门架前进（KM4）门架前进停止门架后退（KM5）门架后退停止滚筒旋转停止升起滚筒(KM2)启动条件延迟 10s(KT1)延迟 5s(KT2)门架前限位开关 X003门架后限位开关 X004上限位开关 X005图 2-2 自动洗车系统控制流程图循环结束3 可编程控制器概述3.1 PLC 可编程控制器的定义可编程控制器，简称 PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ”3.2 PLC 的特点与应用3.2.1 PLC 特点1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2) 丰富的 I/O 接口模块PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。3）配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。4）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。5）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。6）体积小，重量轻，能耗低 5以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3.2.2 PLC 应用领域目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1）开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3）运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制、自动清洗机等场合有非常广泛的应用。 5）数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6）通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的 6网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。3.2.3 可编程控制器的发展趋势PLC 是一门综合技术，其发展与微电子技术和计算机技术密切相关，随着可编程控制器应用领域不断扩大，它本身也在不断发展。目前，PLC 主要朝两个方向发展：1.小型化方向发展目前的小型 PLC 大都局限在开关量输入输出，而且 CPU 和 I/O 部件组装在一个箱体内，今后的小型 PLC 也将增加模拟量处理功能，而且也将有灵活的组态特性并且能与其他机型连用。2.大型化方向发展主要有以下几个方面：1）功能不断增强：不仅具有逻辑运算、计数、定时等基本功能，还具有数值运算、模拟调节、监控、记录、显示、与计算机接口、通信等功能。2）应用范围不断扩大：不仅能进行一般的逻辑控制，种类齐全的接口模块还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。3）性能不断提高：采用高性能处理器，提高处理速度，加快 PLC 的响应时间；为了扩大存储容量，许多公司已使用了磁泡存储器或硬盘；采用多处理器技术，以提高性能；采用冗余热设备用系统或三选二表决系统，以提高系统可靠性。4）编程软件多样化和高级化、标准化。5）构成形式的分散化和集散化：PLC 与 I/O 口分散，分散的每个 I/O 口输入输出点数可以少到几十个点，分散的单元可以是几十个或上百个，通信和网络功能逐步增强。3.3 PLC 的分类PLC 产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对 PLC 的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。 3.3.1 按 I/O 点数分类 PLC 按其 I/O 点数多少一般可分为以下 4 类。 1）微型 PLC:I/O 点数小于 64 点的 PLC 为超小型或微型 PLC。 2）小型 PLC:I/O 点数为 256 点以下，用户程序存储容量小于 8KB 的为小型 PLC。它可以连接开关量和模拟量 I/O 模块以及其他各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网等功能。如西门子公司的 S7-200PLC，三菱公司的 F1、F2 和 FX0 系列 PLC 都属于小型机。 3）中型 PLC：I/O 点数在 5122048 点之间的为中型 PLC。它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。如西门子公司的 S7-300PLC、三菱公司的 A1S 系列 PLC 都属于中型机. 74）大型 PLC：I/O 点数为 2048 点以上的为大型 PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外大型 PLC 还可以采用三个 CPU 构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。如西门子公司的 S7-400 系列 PLC、三菱公司的 A3M、A3N 系列 PLC 都属于大型机。 3.3.2 按结构分类 PLC 按其结构可分为整体式、模块式及叠装式 3 种。 1）整体式 PLC 将 CPU、I/O 单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的称为整体式 PLC。整体式PLC 由不同 I/O 点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。基本单元内有 CPU、I/O 接口、与 I/O 扩展单元相连的扩展口以及与编程器相连的接口。扩展单元内只有 I/O 接口和电源等，没有 CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。它还配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。整体式 PLC 一般都是小型机。 2）模块式 PLC 模块式 PLC 是将 PLC 的每个工作单元都制成独立的模块，如 CPU 模块、I/O 模块、电源模块(有的含在 CPU 模块中)以及各种功能模块。模块式 PLC 由母板(或框架)以及各种模块组成。把这些模块按控制系统需要选取后，安插到母板上，就构成了一个完整的PLC 系统。这种模块式 PLC 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 PLC 一般采用模块式结构。例如，西门子公司的S7-300 系列、S7-400 系列 PLC 都采用模块式结构形式。 3）叠装式 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 PLC。叠装式 PLC 将 CPU 模块、电源模块、通信模块和一定数量的 I/O 单元集成到一个机壳内，如果集成的 I/O 模块不够使用，可以进行模块扩展。其 CPU、电源、I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间要靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。叠装式 PLC 集整体式 PLC 与模块式PLC 优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。西门子公司的 S7-200 系列 PLC 就是叠装式的结构形式。 3.3.3 按功能分类 根据 PLC 所具有的功能不同，可将 PLC 分为低档、中档、高档 3 类。 1）低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量 I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 2）中档 PLC 8除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量 I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID(比例、积分、微分控制)控制等功能，以适用于复杂控制系统。 3）高档 PLC 除具有中档 PLC 的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT 可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。一般低档机多为小型 PLC，采用整体式结构；中档机可为大、中、小型 PLC，其中小型 PLC 多采用整体式结构，中型和大型PLC 采用模块式结构。3.4 PLC 产品的比较3.4.1 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。SYSMAC C 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。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 10140 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。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。3.4.2 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）SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC 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 9及控制等。S7-200 PLC 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）SIMATIC S7-300 PLC S7-300 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，S7-300 PLC 采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）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；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；S7-300 PLC 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，S7-300 PLC 可通过编程软件 Step 7 的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC 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 SIMATIC S7/M7/C7 等自动化控制系统。 3）SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC 是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。S7-400 PLC 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。3.5 三菱 FX 系列 PLC3.5.1 三菱 FX 系列简介1）F、F1、F2 系列 PLC F 系列 PLC 是三菱公司 1981 年推出的早期产品，它是仅有开关量控制功能的小型整体式结构 PLC，指令只有 20 条，它由基本单元、扩展单元和功能单元组成。 10 F 系列 PLC 只有 20 条指令，但其指令系统与三菱公司后来推出的 F、F1、F2 和 FX2系列兼容。它的内部元件如辅助继电器、定时器、计数器等也较少。 F1、F2 系列 PLC 是在 F 系列 PLC 之后开发出来的，因此它们在软硬件方面有许多相同之处，但 F、F1、F2 系列的功能增强很多。2）FX 系列 PLC 20 世纪 80 年代末，三菱公司又推出 FX 系列产品（FX-16M、FX-24M、FX32-M、FX-48M、FX64-M、FX-80M 等）这些产品在容量、速度、特殊功能、网络通信等方面都较 F1、F2 系列都又较大的提高。上世纪 90 年代该公司开发出了整体式高功能小型机 FX2 系列。近几年该公司又推出了 FX1、FX0、FX0S、FX0N、FX2N等系列产品。其中FX0S、FX0N、FX2N目前在中国市场的销量较好，这三种型号的 PLC 在外观、高度、宽度上差不多，但性能和价格上又很大差别。表 3-1 FX0S、FX0N、FX2N的性能比较型号I/O 点数用户程序步数功能指令（条）通信功能基本指令执行时间（s）模拟量模FX0S10-30800 步 EEPROM50无1.6-3.6无FX0N24-1282K 步 EEPROM55较强1.6-3.6有FX2N16-256内附 8K 步 RAM298强0.08有FX2N系列是三菱公司近几年推出的新品种，它的功能更为强大，扩展模块非常丰富，本课题就采用该型号，在下章将详细介绍。3）A 系列 PLC A 系列是三菱公司新型的带智能接口的 PLC，它包括 AOJ2、A1、A2、A3 和 A2A等系列几大品种。 A 系列有很强的通讯功能，每一子系统均有通用型、带光纤通讯接口和带双绞线通讯接口的 3 中 CPU 单元或 CPU 模块。此外还有分散孔子接口和遥控接口。A 系列 PLC 之间，A 系列与 F、F1、F2、FX 系列 PLC 和三菱公司的变频器之间，均可以进行数据交换。4）Q 系列 PLC 近年三菱公司还推出了 Q 系列 PLC,它有为中大型控制系统提供服务的高性能模块，本地 I/O 点数可达 4096 点（加上远程点数，最多可达 8192 点） ，程序容量达 252K 步，每最快可达 0.034s，内部元件非常丰富。也有为中小型控制系统提供服务的基本模块，I/O 点数 256-1024，程序容量 8-14K 步，每步匀速暗暗速度最快 0.1s，内部元件也非常丰富。Q 系列配置灵活，除主基板外，最多还可扩展 7 块基板，共 64 个模板，可进行多CPU 配置。功能模块非常丰富，如高精度 A/D 模块，D/A 模块。位控模块、中断模块、高速计数模块、网络模块、通讯模块等。 113.5.2 三菱 FX2N 系列 PLC 的特点 1）集成型和高性能 CPU 电源 输入输出三为一体。对 6 种基本单元，可以以最小 8 点为单位连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出 256 点。 2）高速运算 基本指令：0.08us/指令，应用指令：1.52 数 100us/指令 3）安心、宽裕的存储器规格 内置 8000 步 RAM 存储器，安装存储盒后，最大可以扩展到 16000 步 4）丰富的软元件范围 辅助继电器：3072 点，定时器：256 点，计数器：235 点 数据寄存器：8000 点 5）面向海外的产品适合各种安全规格3.6 传感器的选择光电传感器是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。光电传感器主要由发光的投光部和接受光线的受光部构成。如果投射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达受光部的量将会发生变化。受光部将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红外光。 光电传感器特点： 1）检测距离长 如果在对射型中保留 10m 以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等）无法离检测达到的长距 2）对检测物体的限制少 由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃、塑料、木材、液体等几乎所有物体进行检测。3）响应时间短 光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。 4）分辨率高 能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。 5）可实现非接触的检测 可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。 6）可实现颜色判别 12 通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。 7）便于调整 在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。通过以上特点及本课题所需要的传感器选择 BZJ-511 型号光电传感器。在包装机械、印刷机械、纺织及造纸机械的控制系统中作为传感器与其它仪器配套使用，对色标或其它可作为标记的图案色块、线条或物体进行检测，可实现自动定位、定长，辨色、分切、纠编、对版、计数等功能。BZJ-511 集光电传感器综合光学技术，半导体光电子技术、调制解调技术，采用先进的 SMT 表面巾装工艺，具有灵敏度高，响应速度快，抗背景光干扰能力强，结构紧凑，使用方便等优点。 134 自动洗车机可编程控制系统设计4.1 PLC 控制系统设计原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： 1）最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2）保证 PLC 控制系统安全可靠保证 PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等） ，也能正常工作。3）力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4）适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，要适当留有余量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。4.2 PLC 型号选择根据自动洗车机控制特点和 PLC 容量的估算，选择日本三菱公司生产的 FX2N系列的可编程控制器，型号为 FX2N -48MR-001。FX2N系列基本单元见表 4-1，FX2N-48M 可编程控制器的技术指标见下表 4-1、表 4-2、表 4-3、表 4-4、表 4-5。 14表 4-1 FX2N系列基本单元型号继电器输出晶闸管输出晶体管输出输入点数输出点数扩展模块可用点数FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT882432FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT16162432FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT24244864FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT32324864FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT40404864FX2N-128MR-001FX2N-128MSFX2N-128MT64644864表 4-2 FX2NPLC 电源技术指标项目FX2N-48M电源电压AC100240V,50/60Hz允许瞬间断电时间对于 10ms 以下的瞬间断电，控制动作不受影响电源保险丝250V,3.15A,5mm*20mm电力消耗 / (V*A)35传感器电源DC24V,250mA 以下表 4-3 FX2NPLC 输入技术指标输入电流输入 ON 电流输入 OFF 电流输入阻抗输入电压X000-7X010以内X000-7X010以内X000-7X010以内X000-7X010以内输入隔离输入响应时间DC24V7mA5 mA4.5 mA3.5 mA=1.5 mA=1.5 mA3.3k4.3 k光电绝缘0-60ms表 4-4 FX2NPLC 输出的技术指标项目继电器输出外部电源AC250V,DC30V 以下电阻负载2A/1 点；8A/4 点共享；8A/8 点共享感性负载80V*A最大负载灯负载100W开路漏电流OFFON响应时间OFFON约 10ms电路隔离约 10ms动作显示继电器通电时 LED 灯亮 15表 4-5 FX2NPLC 功能技术指标运算控制方式存储程序反复运算方法（专用 LSI） ，中断命令输入输出控制方式批处理方式(在执行 END 指令时)但有输入输出刷新指令基本指令0.08s/指令运算处理速度应用指令（1.52s-数百）s /指令程序语言继电器符号+步进梯形图方式（可用 SFC 表示）程序容量存储器形式内附 8k RAM,最大为 16K 步（可选 RAM、 EPROM、 EEPROM 存储卡盒）基本、步进指令基本(顺控)指令 27 个，步进指令 2 个指令数应用指令128 种 298 个输入继电器X000X267(8 进制标号) 184 点输出继电器Y000Y267(8 进制标号) 184 点一般用M000M499 500 点所存用M500M1023 524 点 M1024M3071 2048 点辅助继电器特殊用M8000M8255 256 点100msT0T199 200 点10msT200T245 460 点1ms（积算型）T246T249 4 点100ms（积算型）T250T199 6 点定时器模拟定时器（内附）1 点一般用C0C99 (16 位) 100 点增计数特殊用C100C199 (16 位) 100 点一般用C220C234 (32 位) 20 点增/减计数用特殊用C220C234(32 位) 15 点计数器高速用C235C255 点报警信号器有 164.3 PLC 控制系统设计内容4.2.1 自动洗车机 PLC 控制系统分配表通过对系统操作步骤分析后，我确定了本装置的 I/O 分配地址表如表 4-6。表 4-6 为自动洗车机输入输出接口分配表输入输出地址名称功能地址名称功能X000S0车辆传感器Y000HL循环指示灯X001SB启动按钮Y001KM1降低滚筒接触器X002SB0停止按钮Y002KM2升起滚筒接触器X003SQ1门架前限位开关Y003KM3滚筒旋转接触器X004SQ2门架后限位开关Y004KM4门架前进接触器X005SQ3滚筒上限为开关Y005KM5门架后退接触器X006SB1手动升起滚筒按钮X007SB2手动门架后退按钮4.2.2 程序状态转换图根据控制要求设计状态转换图如图 4-1 所示，由 S000S005 6 个状态顺序驱动。S000 为初始状态，当检测到后限位开关 X004 闭合，上限位开关 X005 闭合，车辆出现，接近传感器输入信号 X000 闭合，按下启动按钮 X001，状态转移到 S001。S001 驱动 Y000 指示灯亮，定时器 T1 计时 10s 后，T1 接点闭合，状态转移到S002。S002 驱动 Y003，接触器 KM1 闭合，滚筒降低，并由计时器 T2 计时 5s，当T1 接触点闭合，状态转移到 S003。S003 驱动 Y003，接触器 KM3 闭合，滚筒旋转，同时驱动 Y004，接触器 KM4闭合，门架前进，当门架前进到前限位位置时，前限位开关 X003 闭合，状态转移到 S004。S004 驱动 Y003，使滚筒继续旋转，同时驱动 Y005，接触器 KM5 闭合，门架后退，到后限位开关 X004 闭合，状态转移到 S005。S005 驱动 Y002，接触器 KM2 闭合，升起滚筒，当上限位开关闭合，返回到S000 状态，表示完成一次。在每个状态中当停止按钮按下，X002 闭合，状态立即返回到初始状态 S600，所有电机立即停止，要开始新的循环，按下手动按钮 X006，Y002 输出，KM2 闭合，滚筒升起到上限位开关。按下门架手动后退按钮，X007 闭合 Y005 输出，KM5 闭合，门后退到后限位开关，若有车辆 X000 闭合，按下启动 X001 新的循环开始。 17S001S002Y002Y005Y000KT1S S600Y001KT2S S600S003Y003Y004S S600Y003Y005S004S S600S005Y002S S600M8002X006X007X004X002T451T45010sX0025sX006X000X003X002X002X004X005X002图 4-1 自动洗车机控制系统状态转换图S000X001 184.2.3 自动洗车机 PLC 外部装置接线图根据选择的 PLC 类型和装置的原理我确了装置接线图如图 4-2。X0X1X2X3X4X5X6X7COMY0Y1Y2Y3Y4Y5COMKM1KM2KM3KM4KM524V车辆传感器循环启动停止按钮手动门架后退手动滚筒升起滚筒上限位门架后限位门架前限位电源HA循环指示灯降低滚筒接触器升起滚筒接触器滚筒旋转接触器门架前进接触器门架后退接触器器输入部分输出部分图 4-2 自动洗车机 PLC 外部装置接线图4.2.4 控制系统主电路图和电器接线图通过对整个课题的分析首先确定了电源控制电路图（如图 4-3，图 4-4） ，这部分的线路图与继电器控制的硬接线一样，提供 PLC 的 220V 交流电由一台 380V AC/220V AC 的变压器提供。输出端的电源电压时 24V AC，由另外一台变压器提供。 19图 4-3 自动洗车机系统主电路图图 4-4 自动洗车机控制电器接线图 204.2.5 PLC 控制梯形图根据 PLC 的控制线路图和 I/O 分配表，画出其控制梯形图如图 4-5。图 4-5 自动洗车机 PLC 控制梯形图 21总 结随着时代的发展，人们生活水平的提高，汽车的数量也越来越多，洗车产业也越来越壮大，应用了 PLC 的汽车自动清洗装置后可以最大限度的节省洗车的人力物力，提供客户更加快捷的服务，在这个分秒必争的时代无疑具有极其巨大的市场价值和竞争优势。同时它也可以节约更多的水资源，符合建设节约型社会的时代需要。经过为期三个月的毕业设计，使我对设计的基本思路有了一个细致的了解，从选定题目到收集资料，再进入设计阶段，每一步都是设计过程中必不可少的阶段。自动洗车机的可编程控制器，本系统中的顺序动作基本上都是由行程开关发出的指令，系统的连贯作业保证了自动洗车的高效率。整个控制系统的工作状态都有指示灯显示，使系统的工作状态清晰可见。同时，安置了安全急停开关，有效的控制了系统的顺序动作实现所预期的功能。在整个的设计过程中，我碰到了许多在课堂上没有遇到过的问题，经过老师的指导才逐渐对问题有了更进一步的了解，在知识加以深化的基础上，再加以这么长时间以来的设计，使我对原来印象不是很深的基础知识得到了强化，真正学到了好多东西。通过这个过程中我已可以比较熟练地运用 AutoCAD 绘图软件、三菱 FX2N系列编程软件应用仿真，并且逐渐培养了自己独立思考、冷静处理问题的能力。在这次专题研究设计中，深深的体会到每一种产品设计者的苦心，让我们也认识到要在社会中与别人竞争，少了磨练与实力都是不行的。希望踏进社会后，能将自己所学贡献给社会。 22参考文献参考文献1 黄惟公，曾盛绰.机械工程测试技术与信号分析M.重庆：重庆大学出版社.2002.2 周明德，微机计算机系统原理及应用（第四版）M.北京：清华大学出版社，2002.3 邓星钟.机电传动控制（第三版）M.武汉：华中科技大学出版社.2001. 4 贺哲荣，石帅军.流行 PLC 实用程序及设计（三菱 FX2 系列）M.西安：西安电子科技大学出版社,20065 张宏林.PLC 应用开发技术与工程实践.北京：人民邮电出版社,20086 李方圆.PLC 行业应用实践M.北京：中国电力出版社,20077 廖常初.PLC 编程及应用.机械工业出版社M,20028 林晓峰.可编程序控制其原理及应用.北京：高等教育出版社,1911.1129 尚涛,唐新星.机电控制系统设计.化学工业出版社,2006.410 杨公源.机电控制技术及应用.电子工业出版社,2005.511 金振华.组合机床及其调整与使用M.北京：机械工业出版社,1990 12 常文平.电气控制与PLC原理及应用M.西安：西安电子科技大学出版社,1990 13 郑丹丹.图解PLC控制系统M.北京：人民邮电出版社,2006年14 陈红康,王兆晶.设备电器控制与PLCM.济南：山东大学出版,200515 张同苏.电器及PLC控制技术M .北京：高等教育出版社,2006年 23附录 PLC 控制指令表 24致 谢历时三个月的毕业设计结束了，毕业设计的顺利完成使我获得很多平时没学到的知识。毕业设计是大学四年所学知识的综合运用，也是理论走向实践的第一步，为以后走向工作岗位奠定了基础。首先，感谢锅彦娣老师给予我耐心细致的辅导，在设计过程中虽然我有一段时间在校外实习，但锅老师对我没有一点忽视，反而是经常联系沟通了解我的设计进程，当了解到我在设计中遇到的一些困难的时候，锅老师除了帮我查阅相关资料外，还给予了详细的讲解与分析并鼓励我积极面对困难、善于创新，给了我很大的启发和帮助。刚选择题目时，感觉困难很大。但是在锅老师的指导帮助下，我查看了一些资料后，头脑里开始有了大体的设计思路和方向。在设计中走了一些弯路，幸亏在老师的启发指点下，及时改正，发现一个个问题；另外通过钻研课本，