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1、 PLC技術(shù)及應用 課程設計（論文） 題目： 汽車自動清洗裝置的設計 院（系）： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起止時間： 課程設計（論文）任務及評語

2、學 號 學生姓名 專業(yè)班級 設計題目 汽車自動清洗裝置的設計 課程設計（論文）任務 課題完成的功能、設計任務及要求、技術(shù)參數(shù) 完成的功能 設計一個由PLC實現(xiàn)的汽車自動清洗裝置，能夠完成泡沫清洗、清水沖洗和風干三道工藝，既可以手動控制也可以自動控制。① 若方式選擇開關（COS）置于手動方式，當按下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；按風干按鈕則執(zhí)行風干。② 若方式若選擇開關置于自動方式，當按START啟動后，自動按洗車流程執(zhí)行。③任何時候按下STOP，則所有輸出復位，停止洗車。 技術(shù)參數(shù) 1．泡沫清洗

3、15秒、清水沖洗30秒、風干10秒，結(jié)束后回到待洗狀態(tài)。 2．電機要滿足 1000-1500轉(zhuǎn)/每分。 設計任務與要求 1、根據(jù)控制要求進行方案選擇論證，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、光電傳感器、控制電機和擴展模塊； 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，設計系統(tǒng)的梯形圖； 4、上機調(diào)試、完善程序； 5、按學校規(guī)定的書寫格式，撰寫、打印設計說明書一份；設計說明書應在4000字以上。 工作計劃 1、布置任務，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

4、號和類型，選擇PLC主機和擴展模塊。（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，設計系統(tǒng)的梯形圖。（3天） 5、上機調(diào)試、修改程序、答辯。（2天） 6、撰寫、打印設計說明書（1天） 指導教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 指導教師簽字： 總成績： 年 月 日 注：成績：平時20%

5、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)當中的定時器，達到汽車清洗的自動和手動控制，設計簡單的汽車自動清洗系統(tǒng)，實現(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，通過對定時器的時間設置以及定時器的線路通斷控制，實現(xiàn)當系統(tǒng)處于手動狀態(tài)下，可以分別實現(xiàn)泡沫清洗、清水清洗以及清洗后的風干；當處于自動狀態(tài)下，自動完成汽車清洗的一套工序。上述試驗已通過實驗室的模擬實驗，希望此系統(tǒng)能夠運動到相應的汽車清洗工業(yè)中。 關鍵詞：PLC 自動化 定時器

6、 目 錄 第1章 緒論 1 第2章 汽車自動清洗裝置的方案設計 2 2.1 概述 2 2.2 汽車自動清洗系統(tǒng)流程圖及組成 2 2.3 PLC的選型 3 2.3.1 歐姆龍系列 3 2.3.2 西門子系列 4 2.3.3 PLC的選擇 5 2.4 電機的選擇 5 2.4.1 直流電動機 5 2.4.2 異步電動機 5 2.4.3 同步電動機 6 2.4.4 電機的選擇 6 第3章 硬件設計 7 3.1 PLC的CPU模塊 7 3.2 汽車清洗控制面板 7 3.3 電機控制模塊 8 3.4 PLC控制接線圖 8 第4章 軟件設計 10 4.1 I／O

7、分析 10 4.2 PLC程序梯形圖 10 第5章 設計程序調(diào)試及分析 13 第6章 課程設計總結(jié) 14 參考文獻 15 第1章 緒論 自從19世紀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。對于當今社會，高科技的發(fā)展實現(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，對汽車進行涂抹泡沫，然后采用高壓水泵，利用水泵對汽車進行沖洗，再在

8、自然光及風等自然條件下，讓清洗的汽車進行自動風干。雖然可以達到清洗汽車的目的，但過分依賴于勞動力，操作時間長，洗車過程慢，并且浪費了大量的水資源，經(jīng)濟性差，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?。如何實現(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，本次設計就是采用PLC控制，利用定時器，通過線路的通斷來實現(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

9、且滿足不同的客戶需求，同時它可以高效、準確的完成洗車任務，為客戶提供便利，而且極大限度的節(jié)約水資源，符合當代建設節(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計方案、PLC間的比較以及運行程序等部分組成。 第2章 汽車自動清洗裝置的方案設計 2.1 概述 本次汽車自動清洗裝置的設計的內(nèi)容主要是PLC控制技術(shù)的的定時器應用，設計汽車自動清洗裝置，并在實踐的中進行一次系統(tǒng)的訓練。能夠較全面的鞏固和應用“PLC應用技術(shù)”課程所學的基本理論和基本方法，并初步掌握小型P

10、LC系統(tǒng)設計的基本方法。 應用場合：應用于汽車美容公司或者是汽車清洗場，當汽車進入清洗車間，通過光電傳感器或者手動方式，實現(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：當選擇開關（COS）置于手動方式，當按下START啟動按鈕后，實現(xiàn)按泡沫清洗按鈕，則運行泡沫清洗；按清水沖洗按鈕，則運行清水沖洗；按下風干按鈕，則運行風干。當方式選擇開關置于自動方式，當按下START啟動后，自動按洗車流程執(zhí)行。任何時候按下STOP，則所有輸出復位，停止洗車。本系統(tǒng)由控制面板，PLC系統(tǒng)，三個電機組成，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示 控制面板 PLC控制系統(tǒng) 汽車 電 機

11、 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 自動運行 手動運行 泡沫清洗 清水清洗 風 干 停 止 停止開關 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、適應面廣。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。中型機在程序容量，掃描速度和指令功能等方面

12、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。 2.3.2 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

13、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(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（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比

14、較有效地實現(xiàn)了更為復雜的算術(shù)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。SIMATIC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；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)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

15、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。S7-300 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

16、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┠０?，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)過軟件組態(tài)才能配合PLC使用。 2.3.3 PLC的選

17、擇 經(jīng)過對幾家公司生產(chǎn)的PLC要從應用、價格、可靠性和實驗室的實際情況考慮等各個方面因素的考慮，依據(jù)本設計需要6輸入口，3輸出口，本系統(tǒng)設計選用西門子S7—200系列，CPU選擇CPU221。 2.4 電機的選擇 2.4.1 直流電動機 直流電動機是依靠直流工作電壓運行的電動機，廣泛應用于收錄機、錄像機、影碟機、電動剃須刀、電吹風、電子表、玩具等。直流電動機具有調(diào)速性能好、起動容易、能夠載重起動等優(yōu)點，所以目前直流電動機的應用仍然很廣泛，尤其在可控硅直流電源出現(xiàn)以后。 2.4.2 異步電動機 異步電機是一種交流電機，其負載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關系。還隨著負載的大小發(fā)

18、生變化。負載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機包括感應電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。感應電機應用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應電機為異步電機。異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點。異步電動機主要廣泛應用于驅(qū)動機床、水泵、鼓風機、壓縮機、起重卷揚設備、礦山機械、輕工機械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機械等大多數(shù)工農(nóng)生產(chǎn)機械以及家用電器和醫(yī)療器械等。 2.4.3 同步電動機 同步電動機主要用于大型機械，如鼓風機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機以及小型、微型儀器設設備或者充當控制元件。其中三相同步電動機是其主體。此外，還可以當調(diào)

19、相機使用，向電網(wǎng)輸送電感性或者電容性無功功率。 2.4.4 電機的選擇 經(jīng)過對幾種電動機的應用、價格、可靠性、轉(zhuǎn)速和實驗室的實際情況考慮等各個方面因素的考慮，本系統(tǒng)設計選異步電動機Y132M-4。 表2.1電機參數(shù) 型號 功率（KW） 馬力（hp） 電流（A） 轉(zhuǎn)速（r／min） 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-4 7.5 10 15.4 1440 87 7.0 2.2 86 0.85 第3章 硬

20、件設計 3.1 PLC的CPU模塊 CPU221具有6輸入／4輸出，無擴展能力程序和數(shù)據(jù)儲存量較小，有一定的高速計數(shù)功能和通信功能，非常適合于少點數(shù)的或特定的控制系統(tǒng)。適合本設計的時間計數(shù)，并且輸入輸出口的數(shù)量與本設計需要相當，符合經(jīng)濟性的要求。 3.2 汽車清洗控制面板 圖3.2 汽車清洗控制面板 3.3 電機控制模塊 圖3.3 電機控制接線圖 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 軟件設計

21、4.1 I／O分析 根據(jù)課程任務要求，當選擇開關（COS）置于手動方式，當按下START啟動按鈕后，實現(xiàn)按泡沫清洗按鈕，則運行泡沫清洗；按清水沖洗按鈕，則運行清水沖洗；按下風干按鈕，則運行風干。當方式選擇開關置于自動方式，當按下START啟動后，自動按洗車流程執(zhí)行。任何時候按下STOP，則所有輸出復位，停止洗車。 I／O分配表 表4.1 I／O分配表 信號 名稱 輸入／輸出端標號 輸入信號 選擇開關COS I0.0 啟動按鈕START I0.1 停止按鈕STOP I0.2 泡沫清洗按鈕 I0.3 清水清洗按鈕 I0.4 風干按鈕 I0.5 輸出信號

22、 泡沫清洗 Q0.0 清水清洗 Q0.1 風干 Q0.2 4.2 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 風干梯形圖如圖4.4所示 圖4.4 風干梯形圖 第5章 設計程序調(diào)試及分析 當打開選擇開關I0.0時，I0/.0常閉觸電斷開，實現(xiàn)手動控制，按下I0.1，可實現(xiàn)手動控制，可以按客戶要求實現(xiàn)清洗：當按下I0.3時，I0.3閉合，線圈得電，進行15s的泡

23、沫清洗，時間到后，常閉觸電T37斷開，泡沫清洗完成；當按下I0.4時，I0.4閉合，線圈得電，進行30s的清水清洗，時間到后，常閉觸點T38斷開，清水清洗完成；當按下I0.5時，線圈得電，進行10s的風干處理，時間到后，T39斷開，完成汽車的風干處理。當I0.0處于關閉狀態(tài)，單獨按下啟動開關I0.1時，I0.0斷電，其常閉觸點閉合，實現(xiàn)汽車泡沫、清水、風干的全自動清洗。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)下進行清水清洗 第6章 課程設計總結(jié) 本課程設計采用西門子S7-200PLC系統(tǒng)控制，達到對對汽車的自動及手動清洗目的，實現(xiàn)汽車清洗業(yè)的

24、自動化。本設計除了具有了其自身特點外，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)濟實用的特點，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，分別進行泡沫清洗、清水清洗、清洗后的風干等操作，為客戶提供了便利。但本系統(tǒng)不適合大型、復雜的清洗工序，有待于改。 參考文獻 [1] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術(shù).北京：北京航空航天大學出版社，2009,5月 [2] 周美蘭,周封,王岳宇編著.PLC電氣控制與組態(tài)設計.北京：科學出版社 2003年5月 [3] 程子華.PLC原理與編程實例分析.北京：國防工業(yè)出版社2007年1月 [4] 李道霖.電氣控制與PLC原理及應用.北京：電子工業(yè)出版社，2006,7月 [5] 曾憲國.PLC在三相異步電動機中的應用.中國知網(wǎng)： [6] 孫 平 .可編程控制器原理及應用.北京：高等教育出版社，2004,8月 [7] 董愛華.可編程控制器原理及應用.北京：中國電力出版社，2009 [8] 張鳳珊.電氣控制及可編程控制（第二版）.北京：中國輕工業(yè)出版社，2009,8月