畢業(yè)設(shè)計基于PLC控制的汽車清洗裝置

1、課程設(shè)計題目：基于PLC控制的汽車清洗裝置學院：應用技術(shù)學院專業(yè)班級：機電一體化技術(shù)1302班學生姓名：xxx指導老師：楊鵬程學 號：31312030XXX時間：2015年12月29日摘 要汽車產(chǎn)業(yè)突飛猛進的發(fā)展起來了，隨之而來的是帶動洗車業(yè)一起火暴。然而傳統(tǒng)的人工洗車效果不理想、極大的浪費人力物力和自然資源。我們這里設(shè)計的汽車自動清洗機就比較理想，它內(nèi)置三菱FX2系列PLC控制器，采用先進的傳感器技術(shù)，自動對需要服務(wù)的汽車進行清洗，清洗完畢自動停止刷洗，實現(xiàn)了洗車的自動化控制。關(guān)鍵詞：三菱FX2、PLC、傳感器、自動西安工程大學課程設(shè)計（報告）目錄1前言22 PLC以及汽車自動清洗裝置的PL

2、C應用42.1 PLC的特點42.2 PLC的工作原理52.3 汽車自動清洗裝置中應用PLC的優(yōu)勢53 汽車自動清洗裝置PLC控制線路設(shè)計63.1 設(shè)計任務(wù)要求63.2 分析任務(wù)要求及解決方案64 硬件選型84.1 PLC的選擇8411 PLC型號的選擇8412 PLC容量選擇8413 I/O模塊的選擇9414 電源模塊的選擇95 FX2系列PLC基本指令介紹115.1功能指令1152程序流控制指令126 PLC控制程序的設(shè)計166.1 I/O分析166.2 I/O分配表166.3 PLC控制接線圖166.4 PLC控制梯型圖及語句表176.5程序原理分析187 總 結(jié)19參考文獻20致謝21

3、1前言市場上常見的汽車自動清洗機簡介。它改變傳統(tǒng)高壓水槍單相流、單一介質(zhì)的清洗原理。采用高速氣流配合水硬霧沖洗的新技術(shù)（兩相流清洗）。水被微?；?，幾十倍提高水的利用率，達到節(jié)水90以上，并且集清洗、噴清潔劑、吹干等多功能于一身。小巧手持、隨意移動，任何環(huán)境均可工作。最大限度的提高單位水量的利用率，并具備一定的沖力和溫度，極有效地清除和溶解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、人手難以觸及的溝、縫、細孔等。）用水量是水槍的二十分之一，耗能是它的一半， 其他設(shè)備所無法比擬的是： 徹底清洗細微之處；快速吹干功能；無水花飛濺；無滿地流水；(洗車后沒

4、有污水橫流)。清洗車身；洗門縫、門邊、發(fā)動機組，細微之處顯身手；油、泥厚處重的地方也是輕而易舉，快速吹干。下面我們以上海某公司的產(chǎn)品為例簡單介紹其性能和主要技術(shù)參數(shù)。表1-1型號：XD-518B地軌式洗車機(經(jīng)濟形) 武鋼鍍鋅鋼板烤漆機體意大利品質(zhì)雙向渦輪行走系統(tǒng)，2套臺灣合資高功率水泵（配滬產(chǎn)7.5電機）NMB旋轉(zhuǎn)噴頭配置，7組合資高壓底盤沖洗系統(tǒng)，11組韓國高壓泡沫管路國產(chǎn)鋼絲繩管線傳動合資電路控制纜，低壓分體控制器，達到人電分離國產(chǎn)手閥切換底盤，車身沖洗系統(tǒng)原廠產(chǎn)全方位泡沫噴淋系統(tǒng)（4組）臺灣合資倒車鏡及車尾沖洗系統(tǒng)（2組）臺灣合資輪胎鋼圈沖洗系統(tǒng)（2組）武鋼產(chǎn)輕軌軌道，靜音軌道（可任選

5、其一）機器尺寸cm85X300X250場地尺寸cm330X270X600耗水量40-60耗電量0.16元/臺清洗液0.05元/臺清洗能力（輛/H）20-30圖1-1 旋轉(zhuǎn)自動洗車機2 PLC以及汽車自動清洗裝置的PLC應用2.1 PLC的特點1) 高可靠性、抗干擾能力強（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（5）對采用的器件進行嚴格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，C

6、PU立即采用有效措施，以防止故障擴大。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高2) 豐富的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3) 配套齊全、功能完善、適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制

7、場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 4) 系統(tǒng)的設(shè)計、工作量小、維護方便、容易改造PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。5) 體積小、重量輕、能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm ，

8、重量小于150g 耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想設(shè)備。2.2 PLC的工作原理圖2-1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖2.3 汽車自動清洗裝置中應用PLC的優(yōu)勢隨著時代的發(fā)展，人們生活水平的提高，汽車的數(shù)量也越來越多，洗車產(chǎn)業(yè)也越來越壯大，如何在眾多的從業(yè)者中脫穎而出，搶占先機？應用了PLC的汽車自動清洗裝置就成了提升服務(wù)質(zhì)量的一個法寶。它可以最大限度的節(jié)省洗車的人力物力，提供客戶更加快捷的服務(wù)，在這個分秒必爭的時代無疑具有極其巨大的市場價值和競爭優(yōu)勢。同時它也可以節(jié)約更多的水資源，符合建設(shè)節(jié)約型社會的時代需要。3 汽車自動清洗裝置PLC控制線路設(shè)計3.1 設(shè)計任務(wù)要

9、求設(shè)計一臺汽車自動清洗機，其工作步驟圖如下： 圖3-1 自動清洗機工作步驟圖3.2 分析任務(wù)要求及解決方案1）分析任務(wù)當發(fā)出啟動命令時，清洗機開始工作，清洗機接觸器和水閥門都打開，汽車進入洗刷范圍時，刷子接觸器開啟，進入刷洗程序。當檢測器檢測到車子離開時，清洗機接觸器、水閥門和刷子接觸器全關(guān)閉，停止刷洗，發(fā)出停機命令，結(jié)束刷洗。2）解決方案我們通過以上的分析可以知道，先由人來發(fā)出啟動命令，自動開啟清洗接觸器和水閥門；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；傳感器檢測到汽車離開清洗范圍時，刷子接觸器停止刷洗；最后我們發(fā)出停止命令，清洗雞接觸器和水閥門停止和關(guān)閉。由此，我們

10、設(shè)計出自動洗車機的工作流程圖如下：啟動命令清洗開始水閥門ON清洗機接觸器ONN車是否進入清洗范圍刷子接觸器ONY清洗N車輛是否離開Y停止命令清洗結(jié)束圖3-2自動洗車機的工作流程圖4 硬件選型4.1 PLC的選擇411 PLC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：1.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。2.功能強弱適當對于開關(guān)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(guān)量控制為

11、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)。3.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)

12、一，有利于技術(shù)人員的培訓；其外部設(shè)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。412 PLC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(chǔ)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(chǔ)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

13、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(guān)，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此，在程序設(shè)計之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個I/O點及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致如下：開關(guān)量輸入所需存儲器字數(shù) = 輸入點數(shù)×10開關(guān)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

14、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。413 I/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(shè)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(shè)備，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)控制。外部設(shè)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

15、轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)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(guān)量輸入模塊、開關(guān)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。414 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

16、以下各電流。 框架中帶有處理器時，則加上處理器的最大電流值。 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： 列出將來要擴展的I/O模塊所需的電流。 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。經(jīng)過對幾家公司生產(chǎn)的PLC主要從應用、價格、可靠性和對現(xiàn)場工作環(huán)境及設(shè)計資金等各個方面因素的考慮，本系統(tǒng)采用三菱FX2N系列PLC進行設(shè)計。5 FX2系列PLC基本指令介紹5.1

17、功能指令 1.循環(huán)移位指令用法及說明 ROR：右循環(huán)移位指令。 ROL：左循環(huán)移位指令。 2.帶進位的循環(huán)指令用法及說明 RCL：帶進位的左移循環(huán)指令。 RCR：帶進位的右移循環(huán)指令。3.移位指令的用法SFTL：左移位指令。SFTR：右移位指令。4.字右移位指令和字左移位指令的用法WSFR：字右移位指令。WSFL：字左移位指令。52程序流控制指令 1條件跳轉(zhuǎn)指令的用法及說明 CJ和CJ（P）：條件跳轉(zhuǎn)指令，用于跳過順序程序中的某一部分，以減少掃描時間。操作碼后加“P”，表示當其控制線路由“斷開”到“閉合”時執(zhí)行該指令。 2子程序指令的用法及說明 CALL和CALL（P）：子程序調(diào)用指令。 SR

18、ET：子程序返回指令，指令不需要控制線路，直接與左母線相連。3.中斷指令用法及說明EI：允許中斷指令。DI：禁止中斷指令。IRET；中斷服務(wù)子程序返回指令。4.警戒時鐘指令的用法及說明WDT、WDT（P）：是刷新順序程序的警戒時鐘，實際上是一個專業(yè)計時器，沒有操作元件。 5循環(huán)指令FOR-NEXT用法及說明FOR指令和NEXT指令是一組循環(huán)指令，必須成對使用，其梯形圖如下圖（a）所示，兩條指令都直接與左母線連接。指令操作元件選用范圍如圖b）所示。當CPU掃描到FOR指令后，就將FOR指令到NEXT指令之間的梯形圖重復掃描4次，然后再掃描NEXT指令下面的梯形圖。6 PLC控制程序的設(shè)計6.1

19、I/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(wù)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。6.2 I/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KM2Y2 6.3 PLC控制接線圖根據(jù)選

20、擇的PLC類型和裝置的原理我確定裝置接線圖如下6.4 PLC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：6.5程序原理分析當按下啟動按鈕SB1時輸入點X0接通，MO接通，輔助觸頭MO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(guān)閉，按下停止按鈕清洗機接觸器關(guān)閉同時水閥門關(guān)閉。7 總 結(jié)選定題目后，感覺困難很大。在老師的幫助下，查看了一些資料后，頭腦里開始有了設(shè)計思路和方向。在設(shè)計中走了一些彎路，幸虧在老師的啟發(fā)指點下，及時改正，發(fā)現(xiàn)一個個問題；另外通過鉆研課本，請教老師和同學，及時解決每一個問題，最終完成了本次設(shè)計。本課程設(shè)計是在我的老師馮碩的悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，馮老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。在此謹向馮老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 另外，我還要感謝在一起愉快的度過3年的同學們，正是由于你們的幫助