課程設計（論文）汽車自動清洗裝置PLC控制

《課程設計（論文）汽車自動清洗裝置PLC控制》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《課程設計（論文）汽車自動清洗裝置PLC控制（28頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 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，自動對需要服務的汽車進行清洗，清洗完畢自動停止刷洗，實現(xiàn)了洗車的自動化控制。 關鍵詞： 三菱FX2、PLC、傳感器、自動化  目 錄 第一章 前言 1 第二章 PLC以及汽車自動清洗裝置的PLC應用 2 2.1 PLC的定義 2 2.2 PLC的的發(fā)展歷程 2 2.3 可編程控制器的基本組成 3 2

2、.4 PLC的特點………………………………………………………………………….........6 2 .5 PLC與繼電器的比較.........................................................................................................7 2 .6 PLC的工作原理.................................................................................................................7

3、 2.7 汽車自動清洗裝置中應用PLC的優(yōu)勢 9 第三章 汽車自動清洗裝置PLC控制線路設計 10 3.1 設計任務要求 10 3.2 分析任務要求及解決方案 10 第四章 硬件選型 12 4.1 PLC產(chǎn)品的比較 12 4.2 PLC的選擇 14 第五章 FX2系列PLC基本指令介紹 16 5.1 基本邏輯指令 16 5.2 功能指令 17 5.3 程序流控制指令 19 第六章PLC控制程序的設計........................................................................................

4、.................22 6.1 I/O分析 22 6.2 I/O分析表.......................................................................................................................22 6.3 PLC控制接線圖................................................................................................................23 6.4

5、PLC控制梯形圖及語句表.................................................................................................23 6.5程序原理分析 24 第七章 總結 25 參考文獻 26 附錄 26 2 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊

6、 課程設計報告紙 第一章 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（兩相流清洗）。水被微粒化利用，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

7、水槍的二十分之一，耗能是它的一半，其他設備所無法比擬的是：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

8、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（可任選其一） 機器尺寸cm 85X300X250 場地尺寸cm 330X270X600 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 現(xiàn)將圖附上，以增加直觀印象，如圖1-1： 圖1-1 第二章 PLC以及汽車自動清洗裝置的PLC應用

9、 2.1 PLC的定義 Programmable Logic Controller 簡稱為PLC，即可編程控制器，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。 2.2 PLC的的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableContr

10、oller（PC）。 　　個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。 　　PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其

11、功能的原則設計。 　　上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng). 2、3 可編程控制器的基本組成 2、3、1中央處理單元（CPU） 中央處理單元是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分等任務?？删幊炭刂破鞑捎玫腃PU一般有三大類，一類通用微處理器，如80286、80386等；一類為單片機芯片，如8031、8096等；另

12、外還有位處理器，如AMD2900、AMD2903等。一般說來，可編程控制器的檔次越高，CPU的位數(shù)越多，運算速度也越快，指令功能也越強?，F(xiàn)在常見的可編程機型一般多為8位或者16位。為了提高PLC的性能，一臺PLC可采用多個CPU。 2、3、2 存儲器 存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、擁護程序及運算數(shù)據(jù)的單元。和一般計算機一樣，可編程控制器的存儲器有只讀存儲器（ROM）和隨機讀寫存儲器（RAM）兩大類，只讀存儲器是用來保存那些需要永久保存，即使機器掉電后也需保存程序的存儲器，一般為掩膜只讀存儲器和可編程電擦寫只讀存儲器。只讀存儲器用來存放系統(tǒng)程序。隨機讀寫存儲器的特點是寫入與擦除都

13、很容易但在掉電情況下存儲的數(shù)據(jù)就會丟失，一般用來存放用戶程序即系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)，為了能使用戶程序及某些運算數(shù)據(jù)在可編程控制器脫離外界電源后也能保持，在實際使用中都為一些重要的隨機讀寫存儲器配備電池或電容等掉電保護裝置。 可編程控制器的存儲器區(qū)域按用途不同，又可分為程序區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)。程序區(qū)用來存放用戶程序，一般有數(shù)千個字節(jié)。存放用戶數(shù)據(jù)的區(qū)域一般要小一些。在數(shù)據(jù)區(qū)中，各類數(shù)據(jù)存放的位置都有嚴格的劃分。由于可編程控制器是為熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用的，可編程控制器的數(shù)據(jù)單元都叫做繼電器，如輸入繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等。不同用途的繼電器在存儲區(qū)占有不同的區(qū)域。每個存

14、儲單元有不同的地址編號。 2、3、3 輸入輸出接口 輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。輸入口用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。輸出口用來送出可編程控制器運算后得到的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。由于可編程控制器字工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場工作，對輸入輸出接口有兩個主要的要求，一是接口有良好的抗干擾能力，二是接口能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號的匹配要求?？删幊炭刂破鳛椴煌慕涌谛枨笤O計了不同的接口單元，主要有以下幾種。 1、開關量輸入接口 開關量輸入借口的作用是把現(xiàn)場的開關量信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標準信號。開關量輸入接口可接納的外信號電源的

15、類型的不同分為直流輸入單元和交流輸入單元。輸入接口中都有濾波電路及藕合隔離電路。濾波有抗干擾的作用，藕合有抗干擾及產(chǎn)生標準信號的作用。 2、開關量輸出接口 開關量輸出接口的作用是把可編程內(nèi)部的標準信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機構所需的開關量信號。開關量輸出接口編程機內(nèi)使用的器件可分為繼電器型、晶體管型及可控硅型。 各類輸出接口也都具有隔離藕合電路。這里特別要指出的是，輸出接口本身都不帶電源，而且在考慮外驅(qū)動電源時，還需要考慮輸出器件的類型。繼電器式的輸出接口可用于交流及直流兩種電源，但接通斷開的頻率低，晶體管式的輸出接口有較高的接通斷開頻率，但只適用于直流驅(qū)動的場合，可控硅型的輸

16、出接口僅適用于交流驅(qū)動場合。 3、模擬量輸入接口 模擬量輸入接口的作用是把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標準信號轉(zhuǎn)換成適合可編程控制器內(nèi)部處理的由若干位二進制數(shù)字的信號。模擬量輸入接口接受標準模擬信號，無論是電壓信號或是電流信號均可。這里標準信號是指國際標準的通用交互電壓電流信號值，如4-20mA的直流電流信號，1-10V的電流電壓信號等。工業(yè)現(xiàn)場中模擬量信號的變化范圍一般是不標準的，在送入模擬量接口時一般都需經(jīng)交換處理才能使用。模擬量信號輸入后一般經(jīng)運算放大器放大后進行A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)光電藕合后為可編程控制器提供一定的數(shù)字量信號。 4、模擬量輸出接口 模擬量輸出接口的作用是將可編程控制器運

17、算處理后的若干數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為相應的模擬量信號輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求。模擬量輸出接口一般由光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換和信號驅(qū)動等環(huán)節(jié)組成。 5、智能輸入輸出接口 為了適應較復雜的控制工作的需求，可編程控制器還有一些智能控制單元。如PID工作單元、高速計數(shù)器工作單元、溫度控制單元等。這類單元大多是獨立的工作單元，它們和普通輸入輸出接口的區(qū)別在于一般帶有單獨的CPU，有專門的處理能力。在具體的工作中，每個掃描周期智能單元和主機的CPU交換一次信息，共同完成控制任務。從近期的發(fā)展來看，不少新型的可編程控制器本身也帶有PID功能及高速計數(shù)器接口，但它們的功能一般專用單元的功能弱。

18、 2、3、4 編程器 可編程控制器的特點是其中的程序是可變更的，能方便地加載程序，也可方便地修改程序。編程設備就成了工作中不可缺少的設備?？删幊炭刂破鞯木幊淘O備一般有兩類，一類是專用的編程器，有手持的、臺式的，也有的可編程控制器機身上自帶編程器。其中手持式的編程器攜帶方便，適合工業(yè)控制現(xiàn)場應用。另一類是個人計算機。在個人計算機上運行可編程控制器相關的編程任務。借助軟件編程比較容易，一般編好了以后再下載的可編程控制器中去。 編程器除了編程以外，一般都還具有一定的調(diào)試及監(jiān)視功能，可以通過鍵盤調(diào)取及顯示PLC的狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)參數(shù)，它經(jīng)過接口與處理器聯(lián)系，完成人機對話操作。 按

19、照功能強弱，手持編程器又可分為簡易及智能型兩類。前者只能聯(lián)機編程，后者既可聯(lián)機編程又可脫機編程。所謂脫機編程是指在編程時，把程序存儲在編程器本身存儲器中的一種編程方式，它的優(yōu)點是在編程及修改程序時，可以不影響PLC機內(nèi)原有程序的執(zhí)行。它可以在遠離主機的異地編程后再到主機所在地下載程序。 2.4 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10~20ms. （3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾

20、。 （4）采用性能優(yōu)良的開關電源。 （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，CPU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構成冗余系統(tǒng)或有三CPU構成表決系統(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)場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；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)

21、局部網(wǎng)絡，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)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖

22、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 ，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備。 2、5 P LC與繼電器控制系統(tǒng)的比較 幾十年來,繼電器控制系統(tǒng)為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工業(yè)領域中大量地應用，然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應工業(yè)控制的要求和發(fā)展，與PLC相比較，存在著質(zhì)的差別。 比較項目繼電器控制PLC 控制功能的實現(xiàn)，通過對繼電器進行硬接線完成相應的控制功能對PL

23、C進行編程實現(xiàn)所需控制要求。 適應性差 只需對程序進行修改 適應性強 可靠性元器件多、觸點多，容易出現(xiàn)故障。 采用大規(guī)模集成電路，絕大部分是軟繼電器，可靠性高柔韌性與靈活性差具有種類齊全的擴展單元，擴展靈活控制的實時性機械動作時間常數(shù)大，實時性差。微處理器控制，實時性非常好。 占用空間與安裝控制柜體積大、笨重，安裝施工工作量大， 體積小，重量輕，安裝工作量小使用壽命易損， 壽命短 壽命長 復雜控制能力極差 很強 價格較 低較高 維護復雜、工作量大 工作量小 2、6 PLC的工作原理 下圖是PLC簡單的外部接線圖： 與普 通 微 機類似

24、，PLC也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下，PLC才能正常地工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩部分。PL C的 基 本工作如下: (1)輸 入 現(xiàn) 場信息:在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài); (2)執(zhí) 行 程 序:順次掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進行邏輯運算: (3) 1 出 控 制信號:根據(jù)邏輯運算的結果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點并行發(fā)出相應的控制信號，實現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。上述 過 程 執(zhí)行完后，又重新開始，反復地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。在實 際應用中，大多數(shù)機械設備的工作過程可以分為一系列

25、不斷重復的If序操作，PLC的工作方式與此相似。因此，PLC的程序可與機器的動作一一對應，程序編制簡單、直觀，不容易出錯，而且容易修改，從而大大減少了軟件的開發(fā)費用，縮短了軟件的開發(fā)周期。為了 提 高 工作的可靠性，及時接收外來的控制命令，PLC在每次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進行故障自診斷，完成與編程器等的通信。 每次掃描開始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入輸出點、存儲器和CPU等進行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分的當前狀態(tài)，并與正常的標準狀態(tài)進行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認為有故障.此時，PLC立即啟動關機程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關斷所有輸出點，

26、然后停機。 診斷結束后，如沒發(fā)現(xiàn)故障，PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。如果有則進行相應的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯信息送給編程器顯示等。 處理完通信后，PLC繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號，完成一個掃描周期。然后又從自診斷開始，進行第二輪掃描。 2.7 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

27、，提供客戶更加快捷的服務，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，符合建設節(jié)約型社會的時代需要。 第三章 汽車自動清洗裝置PLC控制線路設計 3.1 設計任務要求 設計一臺汽車自動清洗機，其工作步驟圖如下： 圖3-1 3.2 分析任務要求及解決方案 1）分析任務 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閉，停止刷洗，發(fā)出停機命令，結束刷洗。 2）解決方案

28、 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閉。由此，我們設計出自動洗車機的工作流程圖如下： 圖3-2 第四章 硬件選型 4.1 PLC產(chǎn)品的比較 1）歐姆龍PLC簡介 日本OMRON（立石公司）電機株式會社是世界上生產(chǎn)PLC的著名廠商之一。SYSMAC C系列PLC產(chǎn)品以其良好的性能價格比被廣泛地應用于化學工業(yè)、食品加工、材料處理和工業(yè)控制過程等領域，其產(chǎn)品在

29、日本其銷量僅次于三菱，居第二位，在我國也是應用非常廣泛的PLC之一。 OMRON C系列PLC產(chǎn)品門類齊、型號多、功能強、適應面廣。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大類產(chǎn)品。整體式結構的微型PLC機是以C20P為代表的機型。疊裝式（或稱緊湊型）結構的微型機以CJ型機最為典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。小型PLC機以P型機和CPM型機最為典型，這兩種都屬堅固整體型結構。具有體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過I/O擴展可實現(xiàn)10~140點輸入輸出點數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進行編程，CPM型機是OMRON產(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機系列產(chǎn)品。OMRON 中型機以C20

30、0H系列最為典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG和C200HE等型號產(chǎn)品。中型機在程序容量，掃描速度和指令功能等方面都優(yōu)于小型機，除具備小型機的基本功能外，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、下位PLC機及各種外部設備組成具有各種用途的計算機控制系統(tǒng)和工業(yè)自動化網(wǎng)絡。 在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)中，小型PLC機要比大、中型機的應用更廣泛。在電氣設備的控制應用方面，一般采用小型PLC都能夠滿足需求。 2） 西門子PLC簡介 德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序

31、控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網(wǎng)絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)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

32、的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。 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用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結構，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。S

33、IMATIC人機界面（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（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改；S7-300 PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，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-

34、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到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(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采用模塊化無風扇的設計，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)。當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當?shù)卦黾右恍?/p>

35、模板，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。 （4） 人機界面（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（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。 3） 三菱FX系列PLC簡介 FX系列PLC是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC產(chǎn)品。其中

36、FX2是1991年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機殼內(nèi)的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有較高的性能價格比，應用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結合的疊裝式結構 4.2 PLC的選擇 4、2 PLC的選擇 4、2、1 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、 結構合理 對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件好、維修量較小的場合，選用單元式結構的PLC；否則，選用模塊式結構的

37、PLC。 2、 功能強弱適當 對于開關量控制的工程項目，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。 對于以開關量控制為主、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

38、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)一，有利于技術人員的培訓；其外部設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。 4、2、2 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 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)基礎上，一

39、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)。模塊式結構的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，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此，在程序設計之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個I/O點及有關功能器件占用的內(nèi)存大致如下： 開關量輸入所需存儲器

40、字數(shù) = 輸入點數(shù)10 開關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。 4、2、3 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果送給工業(yè)生

41、產(chǎn)過程中的被控設備，驅(qū)動各種執(zhí)行機構來實現(xiàn)控制。 外部設備或生產(chǎn)過程中的信號電平各種各樣，各種機構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)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設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，包括開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、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。 4、2、4 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

42、、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以下各電流。 ① 框架中帶有處理器時，則加上處理器的最大電流值。 ② 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： ① 列出將來要擴展的I/O模塊所需的電流。 ② 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

43、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。 4.2.5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進行設計。 第五章 FX2系列PLC基本指令介紹 5、1 基本邏輯指令 指令 功能 目標元素 備注 LD 用于常開觸點與母線連接 X、Y、M、T、C、S 常開觸點 LDI 用于常閉觸點與母線連接

44、 X、Y、M、T、C、S 常閉觸點 AND 用于單個常開觸點的串聯(lián) X、Y、M、T、C、S 常開觸點 ANI 用于單個常閉觸點的串聯(lián) X、Y、M、T、C、S 常閉觸點 OR 用于單個常開觸點的并聯(lián) X、Y、M、T、C、S 常開觸點 ORI 用于單個常閉觸點的并聯(lián) X、Y、M、T、C、S 常閉觸點 ANB 用于并聯(lián)電路塊的串聯(lián) 無 ORB 用于串聯(lián)電路塊的并聯(lián) 無 O

45、UT 用于邏輯運算的結果驅(qū)動指定線圈 Y、M、T、C、S MPS 進棧 無 MRD 讀棧 無 MPP 出棧 無 SET 置位 Y、M、S RST 復位 Y、M、S、D、V、Z、T、C PLS 上升沿微分輸出 Y、M PLF 下降

46、沿微分輸出 Y、M MC 用于公共邏輯條件控制多個線圈 Y、M MCR 主控結束時返回母線 Y、M NOP 空操作 無 END 用于程序的結束 無 5、2 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

47、。 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。 5、3 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。 SRET：子程序返回指令，指令不需

48、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

49、4次，然后再掃描NEXT指令下面的梯形圖。 第六章 PLC控制程序的設計 6.1 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束。 6.2 I/

50、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 SB1 X0 停止按鈕 SB2 X1 檢測器 ST X2 輸出信號 噴淋閥門 YV Y0 刷子接觸器 KM1 Y1 清洗接觸器 KM2 Y2 6.3 PLC控制接線圖 根據(jù)選擇的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

51、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，清洗結束，M1工作使刷子接觸器關閉，按下停止按鈕清洗機接觸器關閉同時水閥門關閉。 第七章 總結 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，頭腦里開始有了設計思路和方向。 在設計中走了一些彎路，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，最終完成了本次設計。 本課程設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

52、，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和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 總之，從開始進入課題到設計的順利完成，師長、同學、朋友給了我太多的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意! 參考文獻 [1]史增芳主編. 可編程控制器原理與應用. 北京：希望電子出版社， 2006 [2]李偉主編. 機床電器與PLC. 西安：西安電子科技大學出版社， 2006 [3]陸劍主編. PLC實驗實訓指導書. 河南工業(yè)職業(yè)技術學院， 2006 [3].鄧星鐘.機電傳動控制（第三版）[M].武漢：華中科技大學出版社.2001. [4].賀哲榮，石帥軍.流行PLC實用程序及設計（三菱FX2系列）[M].西安：西安電子科技大學出版社：2006 附錄 汽車自動清洗機PLC控制接線圖 汽車自動清洗機PLC控制程序的梯形圖 第 26 頁