PLC技術(shù)及應(yīng)用課程設(shè)計論文汽車自動清洗裝置的設(shè)計

PLC技術(shù)及應(yīng)用 課程設(shè)計（論文）題目： 汽車自動清洗裝置的設(shè)計 院（系）： 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起止時間： 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語 學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級設(shè)計題目汽車自動清洗裝置的設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)完成的功能設(shè)計一個由PLC實(shí)現(xiàn)的汽車自動清洗裝置，能夠完成泡沫清洗、清水沖洗和風(fēng)干三道工藝，既可以手動控制也可以自動控制。 若方式選擇開關(guān)（COS）置于手動方式，當(dāng)按下START啟動按鈕后，按下列程序動作：按泡沫清洗按鈕則執(zhí)行泡沫清洗；按清水沖洗按鈕則執(zhí)行清水沖洗；按風(fēng)干按鈕則執(zhí)行風(fēng)干。 若方式若選擇開關(guān)置于自動方式，當(dāng)按START啟動后，自動按洗車流程執(zhí)行。任何時候按下STOP，則所有輸出復(fù)位，停止洗車。技術(shù)參數(shù)1泡沫清洗15秒、清水沖洗30秒、風(fēng)干10秒，結(jié)束后回到待洗狀態(tài)。2電機(jī)要滿足 1000-1500轉(zhuǎn)/每分。設(shè)計任務(wù)與要求1、根據(jù)控制要求進(jìn)行方案選擇論證，即分析系統(tǒng)功能，確定系統(tǒng)的輸入/輸出信號及類型，選擇PLC主機(jī)、光電傳感器、控制電機(jī)和擴(kuò)展模塊；2、根據(jù)輸入/輸出信號建立I/O分配表，完成PLC與輸入/輸出信號的的外部接線；3、按系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計系統(tǒng)的梯形圖；4、上機(jī)調(diào)試、完善程序；5、按學(xué)校規(guī)定的書寫格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份；設(shè)計說明書應(yīng)在4000字以上。工作計劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。（2天）2、確定系統(tǒng)的輸入/輸出信號和類型，選擇PLC主機(jī)和擴(kuò)展模塊。（1天）3、建立I/O分配表，完成PLC與輸入輸出信號的的外部接線。（1天）4、按系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計系統(tǒng)的梯形圖。（3天）5、上機(jī)調(diào)試、修改程序、答辯。（2天）6、撰寫、打印設(shè)計說明書（1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 指導(dǎo)教師簽字： 總成績： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘要本文利用PLC技術(shù)當(dāng)中的定時器，達(dá)到汽車清洗的自動和手動控制，設(shè)計簡單的汽車自動清洗系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車清洗的自動化。具體步驟：采用三個定時器以及三個電機(jī)，通過對定時器的時間設(shè)置以及定時器的線路通斷控制，實(shí)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)處于手動狀態(tài)下，可以分別實(shí)現(xiàn)泡沫清洗、清水清洗以及清洗后的風(fēng)干；當(dāng)處于自動狀態(tài)下，自動完成汽車清洗的一套工序。上述試驗(yàn)已通過實(shí)驗(yàn)室的模擬實(shí)驗(yàn)，希望此系統(tǒng)能夠運(yùn)動到相應(yīng)的汽車清洗工業(yè)中。關(guān)鍵詞：PLC 自動化 定時器目 錄第1章 緒論1第2章 汽車自動清洗裝置的方案設(shè)計22.1 概述22.2 汽車自動清洗系統(tǒng)流程圖及組成22.3 PLC的選型32.3.1 歐姆龍系列32.3.2 西門子系列42.3.3 PLC的選擇52.4 電機(jī)的選擇52.4.1 直流電動機(jī)52.4.2 異步電動機(jī)52.4.3 同步電動機(jī)62.4.4 電機(jī)的選擇6第3章 硬件設(shè)計73.1 PLC的CPU模塊73.2 汽車清洗控制面板73.3 電機(jī)控制模塊83.4 PLC控制接線圖8第4章 軟件設(shè)計104.1 IO分析104.2 PLC程序梯形圖10第5章 設(shè)計程序調(diào)試及分析13第6章 課程設(shè)計總結(jié)14參考文獻(xiàn)15第1章 緒論自從19世紀(jì)第一輛汽車誕生以來，汽車行業(yè)隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的發(fā)展有了質(zhì)的的飛躍，隨著時代的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對汽車的需求量也逐漸加大，隨之而來的便是汽車的保養(yǎng)，其中汽車的清洗便是不可缺少的內(nèi)容。目前，國內(nèi)的汽車清洗由傳統(tǒng)的人工完成。對于當(dāng)今社會，高科技的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了各行各業(yè)的自動化控制，但是在汽車清洗行業(yè)，大部分仍是靠人工來完成。傳統(tǒng)的洗車業(yè)通常由人工完成，利用人力資源，對汽車進(jìn)行涂抹泡沫，然后采用高壓水泵，利用水泵對汽車進(jìn)行沖洗，再在自然光及風(fēng)等自然條件下，讓清洗的汽車進(jìn)行自動風(fēng)干。雖然可以達(dá)到清洗汽車的目的，但過分依賴于勞動力，操作時間長，洗車過程慢，并且浪費(fèi)了大量的水資源，經(jīng)濟(jì)性差，不適合和洗車業(yè)的發(fā)展需求。目前比較大型的汽車美容公司，雖然實(shí)現(xiàn)了汽車的清洗、打蠟、噴漆等自動化工程，但成本比較高，其自動控制系統(tǒng)不是適合小型的、專門的汽車清洗行業(yè)，因此，相對于中小型城市，汽車清洗業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。如何?shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量并且適用于小型工廠的汽車自動清洗裝置，就成了汽車清洗行業(yè)發(fā)展的必然要求。因此，本次設(shè)計就是采用PLC控制，利用定時器，通過線路的通斷來實(shí)現(xiàn)汽車自動及手動清洗流程。它可以最大限度的節(jié)省洗車的人力、物力資源，并且滿足不同的客戶需求，同時它可以高效、準(zhǔn)確的完成洗車任務(wù)，為客戶提供便利，而且極大限度的節(jié)約水資源，符合當(dāng)代建設(shè)節(jié)約型社會的時代需要。并且本次汽車清洗自動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適合不同場合的需求，尤其是中小型公司。本論文由汽車清洗裝置設(shè)計方案、PLC間的比較以及運(yùn)行程序等部分組成。第2章 汽車自動清洗裝置的方案設(shè)計2.1 概述本次汽車自動清洗裝置的設(shè)計的內(nèi)容主要是PLC控制技術(shù)的的定時器應(yīng)用，設(shè)計汽車自動清洗裝置，并在實(shí)踐的中進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面的鞏固和應(yīng)用“PLC應(yīng)用技術(shù)”課程所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型PLC系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。應(yīng)用場合：應(yīng)用于汽車美容公司或者是汽車清洗場，當(dāng)汽車進(jìn)入清洗車間，通過光電傳感器或者手動方式，實(shí)現(xiàn)不同要求的清洗工作?？刂破饔?2V的蓄電池供電。汽車自動清洗裝置的主要功能是：當(dāng)選擇開關(guān)（COS）置于手動方式，當(dāng)按下START啟動按鈕后，實(shí)現(xiàn)按泡沫清洗按鈕，則運(yùn)行泡沫清洗；按清水沖洗按鈕，則運(yùn)行清水沖洗；按下風(fēng)干按鈕，則運(yùn)行風(fēng)干。當(dāng)方式選擇開關(guān)置于自動方式，當(dāng)按下START啟動后，自動按洗車流程執(zhí)行。任何時候按下STOP，則所有輸出復(fù)位，停止洗車。本系統(tǒng)由控制面板，PLC系統(tǒng)，三個電機(jī)組成，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示控制面板PLC控制系統(tǒng)汽車電 機(jī)圖2.1 汽車清洗結(jié)構(gòu)圖2.2 汽車自動清洗系統(tǒng)流程圖及組成汽車清洗控制流程圖如圖2.2所示選擇開關(guān)自動運(yùn)行手動運(yùn)行泡沫清洗清水清洗風(fēng) 干停 止停止開關(guān)圖2.2 汽車自動清洗流程圖2.3 PLC的選型2.3.1 歐姆龍系列OMRON C系列PLC產(chǎn)品門類齊、型號多、功能強(qiáng)、適應(yīng)面廣。CPM型機(jī)是OMRON產(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機(jī)系列產(chǎn)品。OMRON 中型機(jī)以C200H系列最為典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG和C200HE等型號產(chǎn)品。中型機(jī)在程序容量，掃描速度和指令功能等方面都優(yōu)于小型機(jī)，除具備小型機(jī)的基本功能外，它同時可配置更完善的接口單元模塊，如模擬量I/O模塊、溫度傳感器模塊、高速記數(shù)模塊、位置控制模塊、通訊聯(lián)接模塊等?？梢耘c上位計算機(jī)、下位PLC機(jī)及各種外部設(shè)備組成具有各種用途的計算機(jī)控制系統(tǒng)和工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)。在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)中，小型PLC機(jī)要比大、中型機(jī)的應(yīng)用更廣泛。在電氣設(shè)備的控制應(yīng)用方面，一般采用小型PLC都能夠滿足需求。2.3.2 西門子系列德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。（1）SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。 （2）SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.60.1s）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。 （3） SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。（4） 人機(jī)界面（HMI）硬件 HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個人計算機(jī)（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件組態(tài)才能配合PLC使用。2.3.3 PLC的選擇經(jīng)過對幾家公司生產(chǎn)的PLC要從應(yīng)用、價格、可靠性和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況考慮等各個方面因素的考慮，依據(jù)本設(shè)計需要6輸入口，3輸出口，本系統(tǒng)設(shè)計選用西門子S7200系列，CPU選擇CPU221。2.4 電機(jī)的選擇2.4.1 直流電動機(jī)直流電動機(jī)是依靠直流工作電壓運(yùn)行的電動機(jī)，廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、電動剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。直流電動機(jī)具有調(diào)速性能好、起動容易、能夠載重起動等優(yōu)點(diǎn)，所以目前直流電動機(jī)的應(yīng)用仍然很廣泛，尤其在可控硅直流電源出現(xiàn)以后。2.4.2 異步電動機(jī)異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其負(fù)載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負(fù)載的大小發(fā)生變化。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)、雙饋異步電機(jī)和交流換向器電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。異步電動機(jī)主要廣泛應(yīng)用于驅(qū)動機(jī)床、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、起重卷揚(yáng)設(shè)備、礦山機(jī)械、輕工機(jī)械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械等大多數(shù)工農(nóng)生產(chǎn)機(jī)械以及家用電器和醫(yī)療器械等。2.4.3 同步電動機(jī)同步電動機(jī)主要用于大型機(jī)械，如鼓風(fēng)機(jī)、水泵、球磨機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)以及小型、微型儀器設(shè)設(shè)備或者充當(dāng)控制元件。其中三相同步電動機(jī)是其主體。此外，還可以當(dāng)調(diào)相機(jī)使用，向電網(wǎng)輸送電感性或者電容性無功功率。2.4.4 電機(jī)的選擇經(jīng)過對幾種電動機(jī)的應(yīng)用、價格、可靠性、轉(zhuǎn)速和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況考慮等各個方面因素的考慮，本系統(tǒng)設(shè)計選異步電動機(jī)Y132M-4。表2.1電機(jī)參數(shù)型號功率（KW）馬力（hp）電流（A）轉(zhuǎn)速（rmin）效率(%)堵轉(zhuǎn)電 流額定電流(A)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩額定轉(zhuǎn) 矩重量（kg）功率因數(shù)Y132M-47.51015.41440877.02.2860.85第3章 硬件設(shè)計3.1 PLC的CPU模塊CPU221具有6輸入4輸出，無擴(kuò)展能力程序和數(shù)據(jù)儲存量較小，有一定的高速計數(shù)功能和通信功能，非常適合于少點(diǎn)數(shù)的或特定的控制系統(tǒng)。適合本設(shè)計的時間計數(shù)，并且輸入輸出口的數(shù)量與本設(shè)計需要相當(dāng)，符合經(jīng)濟(jì)性的要求。3.2 汽車清洗控制面板圖3.2 汽車清洗控制面板3.3 電機(jī)控制模塊圖3.3 電機(jī)控制接線圖3.4 PLC控制接線圖根據(jù)選擇的PLC類型和裝置的原理確定裝置接線圖如圖3.4所示圖3.4 外部接線圖第4章 軟件設(shè)計4.1 IO分析 根據(jù)課程任務(wù)要求，當(dāng)選擇開關(guān)（COS）置于手動方式，當(dāng)按下START啟動按鈕后，實(shí)現(xiàn)按泡沫清洗按鈕，則運(yùn)行泡沫清洗；按清水沖洗按鈕，則運(yùn)行清水沖洗；按下風(fēng)干按鈕，則運(yùn)行風(fēng)干。當(dāng)方式選擇開關(guān)置于自動方式，當(dāng)按下START啟動后，自動按洗車流程執(zhí)行。任何時候按下STOP，則所有輸出復(fù)位，停止洗車。IO分配表表4.1 IO分配表信號名稱輸入輸出端標(biāo)號輸入信號選擇開關(guān)COSI0.0啟動按鈕STARTI0.1停止按鈕STOPI0.2泡沫清洗按鈕I0.3清水清洗按鈕I0.4風(fēng)干按鈕I0.5輸出信號泡沫清洗Q0.0清水清洗Q0.1風(fēng)干Q0.24.2 PLC程序梯形圖手動和自動選擇選擇梯形圖如圖4.2所示圖4.2 手動和自動選擇梯形圖泡沫清洗和清水清洗梯形圖如圖4.3所示圖4.3 泡沫清洗和清水清洗梯形圖風(fēng)干梯形圖如圖4.4所示圖4.4 風(fēng)干梯形圖第5章 設(shè)計程序調(diào)試及分析當(dāng)打開選擇開關(guān)I0.0時，I0/.0常閉觸電斷開，實(shí)現(xiàn)手動控制，按下I0.1，可實(shí)現(xiàn)手動控制，可以按客戶要求實(shí)現(xiàn)清洗：當(dāng)按下I0.3時，I0.3閉合，線圈得電，進(jìn)行15s的泡沫清洗，時間到后，常閉觸電T37斷開，泡沫清洗完成；當(dāng)按下I0.4時，I0.4閉合，線圈得電，進(jìn)行30s的清水清洗，時間到后，常閉觸點(diǎn)T38斷開，清水清洗完成；當(dāng)按下I0.5時，線圈得電，進(jìn)行10s的風(fēng)干處理，時間到后，T39斷開，完成汽車的風(fēng)干處理。當(dāng)I0.0處于關(guān)閉狀態(tài)，單獨(dú)按下啟動開關(guān)I0.1時，I0.0斷電，其常閉觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)汽車泡沫、清水、風(fēng)干的全自動清洗。手動狀態(tài)下演示如圖5.1所示圖5.1系統(tǒng)處于手動狀態(tài)下進(jìn)行清水清洗第6章 課程設(shè)計總結(jié)本課程設(shè)計采用西門子S7-200PLC系統(tǒng)控制，達(dá)到對對汽車的自動及手動清洗目的，實(shí)現(xiàn)汽車清洗業(yè)的自動化。本設(shè)計除了具有了其自身特點(diǎn)外，還具備了結(jié)構(gòu)簡單明了、安裝調(diào)試簡便、操作簡便易懂、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，具有高性價比，是汽車自動清洗裝置的簡單系統(tǒng)。并且，在清洗過程中，準(zhǔn)確的控制了用水量及用水時間，大大的節(jié)約了水資源。而且可以滿足客戶的不同需求，分別進(jìn)行泡沫清洗、清水清洗、清洗后的風(fēng)干等操作，為客戶提供了便利。但本系統(tǒng)不適合大型、復(fù)雜的清洗工序，有待于改。參考文獻(xiàn)1 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009,5月2 周美蘭,周封,王岳宇編著.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計.北京：科學(xué)出版社 2003年5月3 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