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1、西门子PLC课程设计题目： 汽车自动清洗装置PLC控制 姓名： 班级： 学号： 报告格式（20分）设计说明（20分）设计图纸（20分）科技文献分析（20分）其它（10分）平时10分总评（100分） 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。然而传统的人工洗车效果不理想、极大的浪费人力物力和自然资源。我们这里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FX2N、PLC、传感器、自动化目 录第一章 前言3第二章 PLC以及汽车自动清洗装置
2、的PLC应用52.1 PLC的定义52.2 PLC的的发展历程52.3 PLC的特点62.4 汽车自动清洗装置中应用PLC的优势7第三章 汽车自动清洗装置PLC控制线路设计83.1 设计任务要求83.2 分析任务要求及解决方案8第四章 硬件选型94.1 PLC产品的比较91）欧姆龙PLC简介92） 西门子PLC简介93） 三菱FX系列PLC简介124.2 PLC的选择12第五章 PLC控制程序的设计135.1 I/O分析135.2 I/O分配表135.3 PLC控制接线图135.4 PLC控制体型图及语句表145.5程序原理分析15第六章 参考文献16 6.1科技文献分析18第七章 总结19参
3、考文献20第一章 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
4、)。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。下面我们以上海某公司的产品为例简单介绍其性能和主要技术参数。表1-1型号：XD-518B地轨式洗车机(经济形) 武钢镀锌钢板烤漆机体意大利品质双向涡轮行走系统，2套台湾合资高功率水泵（配沪产7.5电机）NMB旋转喷头配置，7组合资高压底盘冲洗系统，11组韩国高压泡沫管路国产钢丝绳管线传动合资电路控制缆，低压分体控制器，达到人电分离国产手阀切换底盘，车身冲洗系统原厂产全方位泡沫喷淋系统（4组）台湾合资倒车镜及车尾冲洗系统（2组）台湾合资轮胎钢圈冲洗系统（2组）武钢产轻轨轨道，静音轨道（可任选其一）机器
5、尺寸cm85X300X250场地尺寸cm330X270X600耗水量40-60耗电量0.16元/台清洗液0.05元/台清洗能力（辆/H）20-30现将图附上，以增加直观印象，如图1： 图1第二章 PLC以及汽车自动清洗装置的PLC应用2.1 PLC的定义 Programmable Logic Controller 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。2.2 PLC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。196
6、8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ProgrammableController（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ProgrammableLogicController（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
7、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3040%。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.2.3 PLC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
8、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1020ms.（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
9、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
10、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。2.4 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
11、，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。第三章 汽车自动清洗装置PLC控制线路设计3.1. 工作流程图如下： 图23.2 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
12、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，清洗鸡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3第四章 硬件选型4.1 PLC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。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
13、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。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
14、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。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
15、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
16、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S7-200 PLC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
17、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；S7-300 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
18、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O
19、P27，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） 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
20、整体式和模块式相结合的叠装式结构4.2 PLC的选择经过对几家公司生产的PLC主要从应用、价格、可靠性和对现场工作环境及设计资金等各个方面因素的考虑，本系统采用三菱FX2N系列PLC进行设计。第五章 PLC控制程序的设计5.1 I/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。5.2 I/O分配表通过
21、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KM2Y2 5.3 PLC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：5.4 PLC控制体型图及语句表 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：5.5程序原理分析当按下启动按钮SB1时输入点X0接通，MO接通，辅助触头MO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
22、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。第六章 参考文献：PLC控制系统故障分析及处理 一、PLC控制系统组成及故障特性 PLC控制系统由基本单元、扩展单元及外设组成（图1），PLC控制器内总线与输出回路之间的电路结构是这样设置：输入喻出锁存器电路使用八路D触发器电路（74273）芯片。可以连接八个分路，每个分路又单独一个光电祸合器连接一个输出回路，全部锁存器芯片受控于译码控制单元电路。其中译码部分使用一块2-4线译码器（74139）芯片，控制部分使用八同相三态缓冲器线驱动器（74244）。系统发生故障时，其失效率与时间有一定的关系。按该系统使用时间分成早、中、晚期三个阶
23、段。早期指系统设计、工厂制造到初步投入运行阶段；中期指基本达到设计指标的长期使用阶段；晚期指控制系统及相关设备开关老化的阶段。 1早期故障 早期故障多出于系统设计，因工艺欠缺，制造失误，元件质量和施工安装工艺等原因造成。一个PLC系统要经过一段时间的磨合。PLC主机处理器一旦运行23月之后无故障，甚至已经就是过关的产品了。 2中期故障 系统进入生产运行阶段，其故障间隔时间（MTBF）可达10万h。在这段时间比较多的是暴露机械设备的故障和外部电气故障，以及由此影响PLC控制系统I/O模板，损坏现场检测仪表。如果类似故障得以排除，控制系统就能够很快地进入到系统设计生产能力的运行阶段。其间，大多以正
24、常维护和例行检查为主。 3晚期故障 由中期过渡到晚期可能是一个很长的时间。晚期没有明确定义，其中一个重要的标志是损耗故障期。PLC本身故障开始上升，构成系统的某些部件开始老化，导致系统失常。如果能及时检查和发现这些易损件，更换之，整个系统又能平安运行。 二、PLC控制系统故障分布和分层排除 PLC控制系统大多数故障95在外设，仅有5发生在PLC本身。故维修系统的注意力应该首先集中在外部设备而在5的PLC故障中，控制器内的故障只占10%，90发生在I/O模板中。 故障发生时，首先定位故障发生在PLC内部还是外部（第一层）；是在I/O回路还是在控制器内部（第二层）；是PLC硬件故障还是软件故障（第
25、三层）。 1利用PLC输入、输出指示灯判断第一层故障 指示灯亮与否是一个有效而又直观的检查和发现故障的手段。 外设故障一般发生在继电器、接触器；阀门、闸板；开关、限位开关、安全保护、就地和远控转换开关；接线盒、接线端子、螺栓螺母处；传感器、仪表；电源、地线和信号线的噪音等等，排除比较容易。 PLC本身故障原因一般有归输入模块故障。电源（内部）电压不正常。但电压不正常不一定都是电源电路有问题，有时由于内部短路，输出自我保护。控制器内其他电路。控制器部分。 2利用上位监控系统（monitor）功能判断第二层故障 利用上位监控机在线监控状态，通过梯形图进行监控。如软触点显示不同的颜色代表不同的状态。
26、查找输入元件Xo，若为on表明输入信号已送入第二层控制器，然后查找输出元件Yo，若其状态为on表明输出信号已在控制器内的寄存器中形成。如果输入输出的某端口坏了，可以利用冗余端口，将程序稍作改动，就可以恢复正常运行。3通过故障现象分析诊断PLC第三层故障控制器内部电路实际上是一个单片机或单片机系统。若应用程序有误（如删改）可以重新输入备份程序。若不正常，可以编制一个简单的试验程序插入原程序之前，单独运行。如果所有分路都有故障，则故障可能在编码控制单元，应仔细检查相关电路及元件，必要时替换之；如果仅仅是某一组分路都有故障，则可能是某一块锁存器芯片已损坏；更换之。判断控制器内CPU是否出现故障，可以
27、将CPU主板中锉电池取出，用短接线在CPU与电池正、负极连接处短接放电，从而用户程序消失，然后再接好铿电池。再通过编程器，将一个仅有一个语句的用户软件传输到CPU，这个程序仅有一个，“END”语句。断开所有的外部I/O控制与扫描、通信等，对CPU进行冷态启动，如果冷态启动仍然失败，只能说明包括CPU在内的主机箱系统的硬件需要再检查。当冷态启动正常时，说明主机系统没有故障。这时可以通过编程器或上位机重新下载用户程序，再将硬件和软件一点点地或分片与分区地投入，去寻找故障点。总之，当PLC控制系统出现故障，首先定位故障点，然后借助测试工具加上逻辑推理逐层分析，最终把故障排除。参考文献1 江秀汉，李萍
28、，薄保中可编程控制器原理及应用西安科技大学出版社2 汪晓中，孙晓英可编程控制器原理及应用机械工业出版社3 路林吉，王坚清可编程控制器原理及应用清华大学出版社6.1 科技文献分析在我们使用PLC控制系统时，总难免系统会出现故障，这样必然对我们的工作应用带来极大的损害。由此我们必须能尽快找到故障原因，然后以最快的时间修复，把损失减到最小。 在这篇科技文献中，作者对系统出现故障时作出分析和出现故障时如何处理写得比较具体，教我们不少的东西。从这篇科技文献中，让我们知道要知道对系统的进行分析和处理，就必须知道系统的组成结构和原理，然后再对系统进行分析。系统发生故障时，其失效率与时间有一定的关系。按该系统
29、使用时间分成早、中、晚期三个阶段。分析过后再对PLC控制系统故障分布和分层排除，再一步步的检测和进行处理，总之，当PLC控制系统出现故障，首先定位故障点，然后借助测试工具加上逻辑推理逐层分析，最终把故障排除。总结 通过半个学期的学习对PLC有了一定的了解，PLC在实际生活中应用十分广泛，所以PLC是一门应用性很强的科目，光学理论不实际练习是不能学好的，更不能在实际中用PLC设计出有用的东西。虽然PLC课程结束了，我们也做了一些实验，但这些是远远不够的，要想将来能灵活的应用还需要继续学习和动手实践，做一些实际的项目，逐渐积累。同时也通过这次的课程设计，使得我对PLC这门课程加深了了解，也为以后做设计奠定一定了的基础。参考文献1. 张万忠.刘明芹，电器与PLC控制技术（第二版）M.化学工程出版社.2008.2. 邓星钟.机电传动控制（第三版）M.武汉：华中科技大学出版社.20013.肖清.王忠锋，西门子PLC课程设计指导书.2010 20