洗车机设计.doc

毕业设计说明书

设计课题 自动洗车机的PLC控制设计

第一章 概 述
计算机控制技术的基础上发展起来的一种可编程序控制器，简称PC或PLC。它是20世纪70年代以来，在继电器控制技术和计新型工业自动控制设备。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，目前被广泛用于自动化控制的各个领域中。 PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。
我的毕业设计课题选的是基于PLC控制的自动洗车机的程序设计。功能要求如下：
1．投币退币功能
（1）设计投币100元自助洗车。
（2）有3个投币孔，分别为5元、10元和50元。当投币值等于或大于100元时，启动灯亮
（3）七段数码管显示投币金额，当投币值大于100元时，可按退币按钮。
2．洗车机动作流程
（1）按下启动按钮之后，洗车机开始右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。
（2）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。
（3）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，开始喷洒清洁剂。
（4）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。
（5）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，停止喷洒清洁剂，当洗车机右移3s后停止, 刷子开始洗刷。
（6）刷子洗刷5s后停止, 洗车机继续右移, 右移3s后，洗车机停止, 刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续右移，到达右极限开关后停止，开始往左移。
（7）洗车机左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续左移，到达左极限开关后停止，往右移。
（8）洗车机开始右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，喷洒清水与刷子洗刷继续动作，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。
（9）洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。
3．原点复位
将洗车机复位到原点，才能做洗车全流程的动作。
第二章 PLC简介
2.1.分类与结构
2.1.1.分类
（一）根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类
    （1）整体式PLC  整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。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，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O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。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。
    （2）模块式PLC   模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，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由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。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。
    还有一些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其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。
（二）根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为微型、小型、中型、大型和巨型五类
   超小型或微型PLC  I/O点数小于的64点。
   小型PLC          I/O点数为64点以上、256点以下的为小型PLC。
   中型PLC          I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC。
   大型PLC          I/O点数为2048以上、8192点以下的为大型PLC。
   超大型PLC         I/O点数超过8192点。
2.1.2.结构
（一） CPU单元
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU。PLC的CPU有8位，16位，32位。中型PLC以上，均采用16位~32位CPU，微、小型PLC原采用8位CPU，现在根据通讯等方面要求，有的也改用16位~32位CPU。（注8位 CPU一次处理二进制数的位数，也代表CPU通用寄存器的位宽）。在工作频率相同的情况下，32位CPU的处理速度比8位、16位的更快。
存储器：存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM。另一种是只读（当然也是可写的）存储器主要有EEPROM和Flash Menory（擦写能在10万次以上，数据保存也能在10年以上）。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。不过也不必盲目追求速度和内存，适用就行。
（二） I/O单元（信号：开关量，高速脉冲［数字量］，模拟量，运动控制，过程控制）
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。常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交/直流输入接口，常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：是继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。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。电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V），AD有8bit,12bit,14bit,16bit等。高速脉冲控制 接受旋转编码器发出的高速脉冲信号，和控制步进马达/伺服电机。
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。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、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
（三） 通讯单元
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。
（四）电源单元
 PLC配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值±15% 的范围内波动。许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。　　

2.2. PLC编程语言与性能指标
PLC编程语言。共有5类，这里只介绍梯形图语言梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。
2.2.1存储容量
存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型PLC的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。
2.2.2I/O点数
输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。
2.2.3扫描速度
扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/K字为单位。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。
2.2.4指令的功能与数量
指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。
2.2.5内部元件的种类与数量
在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。
2.2.6特殊功能单元
特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大。
2.2.7可扩展能力
PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。
第三章 自动洗车机的投币显示程序设计

3.1 PLC外部输入与输出点分配
（1） 输入X0：左极限感测开关 X1：右极限感测开关
X2：启动开关 X3：复位开关
X4：退币孔 X5：5元投币孔
X10：10元投币孔 X15：50元投币孔
（2） 输出Y0：洗车机左移 Y1：洗车机右移
Y2：喷水机洒水 Y3：喷洒清洁剂
Y4：刷子洗刷动作 Y5：风扇吹干动作
Y6：启动灯 Y7：原点复位灯
Y10~Y17：七段灯显示金额

3.2功能设计

3.2.1投币功能 利用PLC加法应用指令ADD来实现
①投币5元

当投币5元时，X005合上，把D0中的内容加上5后，仍寄存在D0中。例若D0开始为20元则X005合上后，D0中更新为25元。
②投币10元

③投币50元

3．2．2逻辑判断功能 利用PLC的比较应用指令CMP来实现
①使用格式

比较应用指令是将S1和S2的内容加以比较然后用D所指定的组件来反映比较内容的大小，大小的比较以比较以代数的形式来进行
②指定对象

③功能说明
指定为MO，表示依次用MO，M1，M2 三个组件来反应比较大小。
当M8000=OFF时，CMP指令不执行，M0，M1，M2保持在 之前的ON/OFF状态
当D〉100元时，则MO=ON
当D0=100元时，则M1 =ON
当D0〈100元时，则M2=ON
3．2．3 投币金额指示功能 利用7段数码管扫描应用指令SEGL来实现
①使用格式

S 指定输入点
D 指定输出点
n 指定K，H，n=0~7
本设计把D0中的值送到外部7段数码管显示
②指定对象

当M8000=ON，将D0的值送到Y10 ~Y17外部布线的7段数码管显示。
③四位数一组7段数码管与PLC输出端Y的外部布线如图3.2.1所示。

图3.2.1 数码管与PLC输出端Y的外部布线图
3.2.4退币功能实现 利用减法应用指令SUB来实现
(1)使用格式

将S10的内容减去S20的内容，然后将所得的结果存放在D0当中
(2) 指定对象

当D0大于100元时，可按启动开关X2
(3)退币程序
当D0仍大于50时，先退50元，然后依次退10元，5元，直至D0为0

第四章 自动洗车程序设计
4．1自动洗车程序
4．1．1自动洗车流程图
（一）洗车机工作流程
（1）按下启动按钮之后，洗车机开始右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。
（2）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。
（3）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，开始喷洒清洁剂。
（4）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。
（5）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，停止喷洒清洁剂，当洗车机右移3s后停止, 刷子开始洗刷。
（6）刷子洗刷5s后停止, 洗车机继续右移, 右移3s后，洗车机停止, 刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续右移，到达右极限开关后停止，开始往左移。
（7）洗车机左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续左移，到达左极限开关后停止，往右移。
（8）洗车机开始右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，喷洒清水与刷子洗刷继续动作，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。
（9）洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。
（二）洗车机动作流程图设计
根据洗车机的工作流程，可以将工作过程分解成若干步。这种将整体程序分解成若干步编程的思想就是状态编程的思想，而状态步进编程的主要方法是应用状态元件编制状态转移图。
1）状态元件S 状态元件是状态转移图的基元素，也是一种软元件。状态元件如表4.1.1。
表4.1.1 状态元件表

2）状态转移图 初始准备步用初始状态元件S2表示，其他各用S20开始的一般步骤状态元件表示，根据动作流程要求设计，再将转移条件和驱动功能换成对应的软元件的流程图。自动洗车流程图如图4.1.1所示 。

图4.1.1 自动洗车流程图
4．1．2自动洗车梯形图程序
根据自动洗车机的洗车流程图，运用步进指令可以方便写出梯形图程序。

4.2 原点复位设计
若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必须使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车的全流程的动作。其动作就是按下[复归按钮]，则洗车机的右移动、喷水、风扇及清洁剂喷洒均须停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起。表示洗车机完成复位动作。

附录3 自动洗车机PLC控制电路原理图

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