汽车自动清洗装置PLC控制机电一体化.docx
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汽车自动清洗装置PLC控制机电一体化
西北大学
继续教育学院
成人高等教育毕业论文
题目：
汽车自动清洗装置PLC控制
指导教师：
学生姓名：
学号：
专业：
机电一体化技术
年级：
学历层次：
学历形式：
完成时间：
二0年月日
西北大学继续教育学院
成人高等教育毕业论文
考核评定书
毕业论文成绩
指导教师：
学生姓名：
学号：
专业：
机电一体化
年级：
学历层次：
学习形式：
西北大学继续教育学院
成人高等教育毕业论文考核评定书
姓名学号专业机电一体化技术
年级学历层次专科学习形式函授
毕业论文撰写时间：
2012年12月～2013年4月
论文题目
汽车自动清洗装置PLC控制
内容摘要
汽车产业突飞猛进的发展起来了，,随之而来的是带动洗车业一起火暴。
目前国内对汽车外部的清洗,基本上还是用一根接有压力水的橡胶管或喷头人工对汽车进行边冲洗、边用刷子刷的办法。
这种方法已经无法满足大型汽车场汽车清洗的需求,并且这种人工洗车效果不理想、极大的浪费人力物力和自然资源,因此市场对节省时间,自动清洗装置的需求更加强烈。
本文设计的汽车自动清洗机就比较理想,它内置三菱FX2N系列PLC控制器,采用先进的传感器技术,自动对需要服务的汽车进行清洗,清洗完毕自动停止刷洗,实现了洗车的自动化控制。
关键词：
三菱FX2、PLC、传感器、自动化
西北大学继续教育学院
指导教师评语：
建议成绩：
（成绩评定标准：
不及格、及格、中、良、优）
指导教师签名：
20年月日
答辩小组成绩评定意见：
答辩小组成员签名：
答辩小组负责人签名：
20年月日
说明：
1.评议意见答辩小组应在答辩现场进行填写。
2.评审意见填写时不得涂改，否则视为无效，需重新新组织答辩。
3.答辩评议结束后，本表交教学部门存档保存。
摘要
汽车产业突飞猛进的发展起来了,随之而来的是带动洗车业一起火暴。
目前国内对汽车外部的清洗,基本上还是用一根接有压力水的橡胶管或喷头人工对汽车进行边冲洗、边用刷子刷的办法。
这种方法已经无法满足大型汽车场汽车清洗的需求,并且这种人工洗车效果不理想、极大的浪费人力物力和自然资源,因此市场对节省时间,自动清洗装置的需求更加强烈。
本文设计的汽车自动清洗机就比较理想,它内置三菱FX2N系列PLC控制器,采用先进的传感器技术,自动对需要服务的汽车进行清洗,清洗完毕自动停止刷洗,实现了洗车的自动化控制。
利用定时器,通过线路的通断来实现汽车自动及手动清洗流程。
它可以最大限度的节省洗车的人力,物理资源,并且满足不同的客户需求,同时它可以高效、准确的完成洗车任务。
为客户提供便利,汽车清洗自动系统结构简单,成本低,适合不同场合的需求,尤其是中小型公司,而且极大限度的节约水资源,符合当代建设节约型社会的时代需求。
根据汽车自动清洗装置的市场需求,设计了基于PLC的控制系统，该系统能实现对汽车位置的检测,如果汽车进入到洗刷位置,清洗机自动向前移动,打开喷淋阀门,同时启动刷子电动机对汽车进行清洗。
如果清洗机到汽车另一端时,清洗机立即返回,当返回到汽车检测位置时,清洗装置完成,停止刷洗,喷淋阀门关闭。
汽车离开,清洗机返回到原点后停止工作。
通过系统的实际运行发现基于PLC的汽车自动清洗装置控制系统可靠性好,大大提高了工作效益,具有很大的推广价值。
关键词：
三菱FX2、PLC、传感器、自动化
1.4PLC的特点...................................................7
1.5PLC与继电器的比较...........................................8
1.6PLC的工作原理...............................................9
第2章汽车自动清洗装置PLC控制线路设计...................11
第5章PLC控制程序的设计................................26
5.4PLC控制梯形图及语句表.......................................26
5.2I/O分析表.................................................26
5.3PLC控制接线图..............................................27
致谢...........................................................31
前言
市场上常见的汽车自动清洗机简介
它改变传统高压水枪单相流、单一介质的清洗原理。
采用高速气流配合水硬雾冲洗的新技术（两相流清洗）。
水被微粒化利用，几十倍提高水的利用率，达到节水90％以上，并且集清洗、喷清洁剂、吹干等多功能于一身。
小巧手持、随意移动，任何环境均可工作。
最大限度的提高单位水量的利用率，并具备一定的冲力和温度，极有效地清除和溶解车身及所有缝隙的灰尘和油污。
（汽车的门边、门缝、车牌、车头发动机组、人手难以触及的沟、缝、细孔等。
）用水量是水枪的二十分之一，耗能是它的一半， 其他设备所无法比拟的是：
彻底清洗细微之处；快速吹干功能；无水花飞溅；无满地流水；（洗车后没有污水横流）。
清洗车身；洗门缝、门边、发动机组，细微之处显身手；油、泥厚处重的地方也是轻而易举，快速吹干。
第一章PLC以及汽车自动清洗装置的PLC应用
1.1PLC的定义
ProgrammableLogicController简称为PLC，即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
1.2PLC的的发展历程
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，仍常常将PLC简称PC。
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。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.
1、3可编程控制器的基本组成
1、3、1中央处理单元（CPU）
中央处理单元是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分等任务。
可编程控制器采用的CPU一般有三大类，一类通用微处理器，如80286、80386等；一类为单片机芯片，如8031、8096等；另外还
有位处理器，如AMD2900、AMD2903等。
一般说来，可编程控制器的档次越高，CPU的位数越多，运算速度也越快，指令功能也越强。
现在常见的可编程机型一般多为8位或者16位。
为了提高PLC的性能，一台PLC可采用多个CPU。
1、3、2存储器
存储器是可编程控制器存放系统程序、拥护程序及运算数据的单元。
和一般计算机一样，可编程控制器的存储器有只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）两大类，只读存储器是用来保存那些需要永久保存，即使机器掉电后也需保存程序的存储器，一般为掩膜只读存储器和可编程电擦写只读存储器。
只读存储器用来存放系统程序。
随机读写存储器的特点是写入与擦除都很容易但在掉电情况下存储的数据就会丢失，一般用来存放用户程序即系统运行中产生的临时数据，为了能使用户程序及某些运算数据在可编程控制器脱离外界电源后也能保持，在实际使用中都为一些重要的随机读写存储器配备电池或电容等掉电保护装置。
可编程控制器的存储器区域按用途不同，又可分为程序区及数据区。
程序区用来存放用户程序，一般有数千个字节。
存放用户数据的区域一般要小一些。
在数据区中，各类数据存放的位置都有严格的划分。
由于可编程控制器是为熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用的，可编程控制器的数据单元都叫做继电器，如输入继电器、时间继电器、计数器等。
不同用途的继电器在存储区占有不同的区域。
每个存储单元有不同的地址编号。
1、3、3输入输出接口
输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。
输入口用来接受生产过程的各种参数。
输出口用来送出可编程控制器运算后得到的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。
由于可编程控制器字工业生产现场工作，对输入输出接口有两个主要的要求，一是接口有良好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求。
可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元，主要有以下几种。
1、开关量输入接口
开关量输入借口的作用是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。
开关量输入接口可接纳的外信号电源的类型的不同分为直流输入单元和交流输入单元。
输入接口中都有滤波电路及藕合隔离电路。
滤波有抗干扰的作用，藕合有
抗干扰及产生标准信号的作用。
2、开关量输出接口
开关量输出接口的作用是把可编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。
开关量输出接口编程机内使用的器件可分为继电器型、晶体管型及可控硅型。
各类输出接口也都具有隔离藕合电路。
这里特别要指出的是，输出接口本身都不带电源，而且在考虑外驱动电源时，还需要考虑输出器件的类型。
继电器式的输出接口可用于交流及直流两种电源，但接通断开的频率低，晶体管式的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合，可控硅型的输出接口仅适用于交流驱动场合。
3、模拟量输入接口
模拟量输入接口的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程控制器内部处理的由若干位二进制数字的信号。
模拟量输入接口接受标准模拟信号，无论是电压信号或是电流信号均可。
这里标准信号是指国际标准的通用交互电压电流信号值，如4-20mA的直流电流信号，1-10V的电流电压信号等。
工业现场中模拟量信号的变化范围一般是不标准的，在送入模拟量接口时一般都需经交换处理才能使用。
模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电藕合后为可编程控制器提供一定的数字量信号。
4、模拟量输出接口
模拟量输出接口的作用是将可编程控制器运算处理后的若干数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。
模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A转换和信号驱动等环节组成。
5、智能输入输出接口
为了适应较复杂的控制工作的需求，可编程控制器还有一些智能控制单元。
如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。
这类单元大多是独立的工作单元，它们和普通输入输出接口的区别在于一般带有单独的CPU，有专门的处理能力。
在具
体的工作中，每个扫描周期智能单元和主机的CPU交换一次信息，共同完成控制任务。
从近期的发展来看，不少新型的可编程控制器本身也带有PID功能及高速计数器接口，但它们的功能一般专用单元的功能弱。
1、3、4编程器
可编程控制器的特点是其中的程序是可变更的，能方便地加载程序，也可方便地修改程序。
编程设备就成了工作中不可缺少的设备。
可编程控制器的编程设备一般有两类，一类是专用的编程器，有手持的、台式的，也有的可编程控制器机身上自带编程器。
其中手持式的编程器携带方便，适合工业控制现场应用。
另一类是个人计算机。
在个人计算机上运行可编程控制器相关的编程任务。
借助软件编程比较容易，一般编好了以后再下载的可编程控制器中去。
编程器除了编程以外，一般都还具有一定的调试及监视功能，可以通过键盘调取及显示PLC的状态、内部器件及系统参数，它经过接口与处理器联系，完成人机对话操作。
按照功能强弱，手持编程器又可分为简易及智能型两类。
前者只能联机编程，后者既可联机编程又可脱机编程。
所谓脱机编程是指在编程时，把程序存储在编程器本身存储器中的一种编程方式，它的优点是在编程及修改程序时，可以不影响PLC机内原有程序的执行。
它可以在远离主机的异地编程后再到主机所在地下载程序。
1.4PLC的特点
1）高可靠性、抗干扰能力强
（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.
（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
（4）采用性能优良的开关电源。
（5）对采用的器件进行严格的筛选。
（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可
靠性更进一步提高
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。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
3）配套齐全、功能完善、适用性强
PLC发展到今天，已经形成了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。
除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
4）系统的设计、工作量小、维护方便、容易改造
PLC是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，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，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
5）体积小、重量轻、能耗低
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设备。
1、5PLC与继电器控制系统的比较
几十年来,继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工业领域中大量地应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别。
比较项目继电器控制PLC
控制功能的实现，通过对继电器进行硬接线完成相应的控制功能对PLC进行编程实现所需控制要求。
适应性差只需对程序进行修改
适应性强可靠性元器件多、触点多，容易出现故障。
采用大规模集成电路，绝大部分是软继电器，可靠性高柔韧性与灵活性差具有种类齐全的扩展单元，扩展灵活控制的实时性机械动作时间常数大，实时性差。
微处理器控制，实时性非常好。
继电器占用空间与安装控制柜体积大、笨重，安装施工工作量大，但复杂控制能力极差，
PLC体积小，重量轻，安装工作量小使用寿命易损，复杂控制能力强，但价格较高，维护复杂。
1、6PLC的工作原理
下图是PLC简单的外部接线图：
与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。
在软件的控制下，PLC才能正常地工作。
软件分为系统软件和应
用软件两部分。
PLC的基本工作如下:
（1）输入现场信息:
在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态;
（2）执行程序:
顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进
行逻辑运算:
（3）1出控制信号:
根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。
上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。
每执行一遍所需的时间称为扫描周期。
PLC的扫描周期通常为几十毫秒。
在实际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的If序操作，PLC的工作方式与此相似。
因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。
为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。
每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障.此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。
诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。
如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。
处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。
然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。
1.7汽车自动清洗装置中应用PLC的优势
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，如何在众多的从业者中脱颖而出，抢占先机？
应用了PLC的汽车自动清洗装置就成了提升服务质量的一个法宝。
它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。
第二章汽车自动清洗装置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
2.2分析任务要求及解决方案
1）分析任务
当发出启动命令时，清洗机开始工作，清洗机接触器和水阀门都打开，汽车进入洗刷范围时，刷子接触器开启，进入刷洗程序。
当检测器检测到车子离开时，清洗机接触器、水阀门和刷子接触器全关闭，停止刷洗，发出停机命令，结束刷洗。
2）解决方案
我们通过以上的分析可以知道，先由人来发出启动命令，自动开启清洗接触器和水阀门；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；传感器检测到汽车离开清洗范围时，刷子接触器停止刷洗；最后我们发出停止命令，清
洗机接触器和水阀门停止和关闭。
由此，我们设计出自动洗车机的工作流程图如下：
图2-2
第三章硬件选型
3.1PLC产品的比较
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。
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