毕业论文-汽车自动清洗机控制系统设计

1、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、

2、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CONTROL SYSTEM OFPROGRAMMABLE CONTROLLER USEDIN AUTOMATIC CAR WASHERSAbstractArticle develop to our country low cost automatic importance, etc. resp

3、ect 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

4、 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 a

5、nti-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

6、 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

7、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： Programmabl

8、e controller; Automatic control; The order is controlled;Automatic car washer TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 摘要IAbstractII HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 1前言1 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.1背景1 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 1.2问题的提出1 HYPER

9、LINK l bookmark32 o Current Document 1.3研究本课题的内容2 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2自动洗车控制系统设计工艺流程3 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 2.1控制系统要求及结构3控制系统要求3系统结构组成3 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 2.2系统的操作步骤4 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3可编程控制器概述5 HYPERLINK l bo

10、okmark61 o Current Document PLC可编程控制器的定义5PLC的特点与应用5PLC 特点5 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document PLC应用领域6可编程控制器的发展趋势7 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document PLC的分类7 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 按I/O点数分类7 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 按结构分类8 HYPERLINK l bookmark107 o

11、Current Document 按功能分类8PLC产品的比较9欧姆龙PLC简介9西门子PLC简介93.5三菱FX系列PLC10三菱FX系列简介10 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 三菱FX2N系列PLC的特点11 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 3.6传感器的选择12 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 4自动洗车机可编程控制系统设计14 HYPERLINK l bookmark135 o Current Document PLC控制系

12、统设计原则14 HYPERLINK l bookmark143 o Current Document PLC型号选择14 HYPERLINK l bookmark147 o Current Document PLC控制系统设计内容17自动洗车机PLC控制系统分配表分配表17程序状态转换图17自动洗车机PLC外部装置接线图19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 HYPERLINK l bookmark171 o Current Document 附录PLC控制指令表22 HYPERLINK l bookmark174 o Current Docu

13、ment 致谢251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

14、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

15、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

16、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。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

17、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

18、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

19、：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。2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5，。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，

20、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。门架枷I位车辆监测怜IB黯P门架后限位图2-1电脑自动洗车结构示意图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。2）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

21、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

22、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）。图2-2自动洗车系统控制流程图3可编程控制器概述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

23、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。”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

24、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

25、。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

26、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

27、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

28、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 网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。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

29、大，它本身也在不断发展。目前，PLC主要朝两个方向发展：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。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

30、 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。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

31、/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.4）大型PLC： I/O点数为2048点以上的为大型

32、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。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

33、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

34、-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。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。

35、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

36、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

37、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。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

38、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，X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 PLCS7-200 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、监测及 控制等S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运

39、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 PLCS7-300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（0.60.1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-

40、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

41、器来连接AS-1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 PLCS7-400 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

42、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PLC三菱FX系列简介1） F、F1、F2 系列 PLCF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

43、组成。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 PLC20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 FX

44、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3-1FX。、FX。/ FX”,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（M s）模拟量模FX0S10-30800 步 EEPROM50无无FX0N24-1282K 步 EEPROM55较强有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PLCA

45、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0.034m s，内部元件非常丰富。也有为中小型控制系统提供服

46、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0.1m s，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。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R

47、AM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

48、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

49、颜色判别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

50、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。4自动洗车机可编程控制系统设计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

51、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

52、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？匚。、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。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、

53、表4-3、表4-4、表4-5。表4-1 FX2n系列基本单色元型号输入点数输出点数扩展模块可用点数继电器输出晶闸管输出晶体管输出FX2n-16MR-001FX2n-16MSFX2n-16MT882432FX2n-32MR-001FX2n-32MSFX2n-32MT16162432FX2n-48MR-001FX2n-48MSFX2n-48MT24244864FX2n-64MR-001FX2n-64MSFX2n-64MT32324864FX2n-80MR-001FX2n-80MT40404864FX2n-128MR-001FX2n-128MSFX2n-128MT64644864表4-2 FX2nP

54、LC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压输入电流输入ON电流输入off电流输入阻抗输入隔离输入响应 时间X000-7X010以内X000-7X010以内X000-7X010以内X000-7X010以内DC24V7mA5mA4.5 mA3.5mA=1.5mA=1.5mA3.3kQ4.3 kQ光电绝缘0-60ms表4-4 FX2nPLC输出的技术指

55、标项目继电器输出外部电源AC250V,DC30V 以下最大负载电阻负载2A/1点；8A/4点共享；8A/8点共享感性负载80V*A灯负载100W开路部鬲电流响应时间offon约 10msoffon电路隔离约 10ms动作显示继电器通电时led灯亮表4-5 FX2?fLC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运算处理速度基本指令0.08p s/指令应用指令（1.52p s-数百）p 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

56、RAM、EPROM、 EEPROM存储卡盒）指令数基本、步进指令基本（顺控）指令27个，步进指令2个应用指令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点辅助继电器一般用M000-M499 500 点所存用M500M1023 524 点 M1024M3071 2048 点特殊用M8000M8255 256 点定时器100msT0-T199 200 点10msT200-T245 460 点1ms （积算型）T246-T249 4 点100ms （积算型）T250-T199 6 点模拟定时器（内附）1点计数器增计数一般用C0C99

57、（16 位）100 点特殊用C100-C199 （16 位）100 点增/减 计数用一般用C220-C234 （32 位）20 点特殊用C220C234（32 位）15 点高速用C235-C255 点报警信号器有4.3 PLC控制系统设计内容自动洗车机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

58、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5

59、s，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，K

60、M2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。10s5s图4-1自动洗车机控制系统状态转换图自动洗车机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。车辆传感器循环启动停止按钮门架前限位门架后限位滚筒上限位手动滚筒升起手动门架后退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图4-2自动洗车机PLC外部装置接线图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），