基于PLC的自動洗車機課程設計.doc

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電氣控制與PLC課程設計 題目：自動洗車機 院 系：工學院電氣與電子工程系 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級：電氣工程XXXX班 　 姓 名：XXXXXX 　　　　　　 學 號：XXXXXXXXXXXX 　　 指導教師：XXXXXX 　　　　　　 二〇一五年六月 PLC課程設計任務書 一、基本情況 學時：1周 學分：1學分 適應班級： 二、進度安排 本設計共安排1周，合計30學時，具體分配如下： 實習動員及準備工作： 1學時 總體方案設計：4學時 硬件設計：10學時 軟件設計：10學時 撰寫設計報告：4 學時 總結： 1學時 教師輔導： 隨時 三、基本要求 1、課程設計的基本要求 電氣控制與PLC課程設計的主要內容包括：理論設計與撰寫設計報告等。其中理論設計又包括總體方案選擇，硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計；硬件設計包括單元電路，選擇元器件及計算參數等；軟件設計包括模塊化層次結構圖，程序流程圖，應用程序。程序設計是課程設計的關鍵環(huán)節(jié)，通過進一步完善程序設計，使之達到課題所要求的指標。課程設計的最后要求是寫出設計總結報告，把設計內容進行全面的總結，若有實踐條件，把實踐內容上升到理論高度。 2、課程設計的教學要求 電氣控制與PLC課程設計的教學采用相對集中的方式進行，以班為單位全班學生集中到設計室進行。做到實訓教學課堂化，嚴格考勤制度，在實訓期間累計曠課達到6節(jié)以上，或者遲到、早退累計達到6次以上的學生，該課程考核按不及格處理。在實訓期間需要外出查找資料，必須在指定的時間內方可外出。 課程設計的任務相對分散，每3-4名學生組成一個小組，完成一個課題的設計。小組成員既有分工、又要協作，同一小組的成員之間可以相互探討、協商，可以互相借鑒或參考別人的設計方法和經驗。但每個學生必須單獨完成設計任務，要有完整的設計資料，獨立撰寫設計報告，設計報告雷同率超過50%的課程設計考核按不及格處理。 四、設計題目及控制要求 題目：自動洗車機 要求： 1.按下啟動按鈕，洗車機開始往右移，噴水設備開始噴水，刷子開始洗刷。 2.洗車機右移到達右極限開關后，開始左移，噴水及刷子繼續(xù)工作。 3.洗車機左移到達極限位置后，開始右移，噴水機及刷子停止工作，清洗機設備開始動作噴灑清洗劑。 4.洗車機右移到達極限位置，開始左移，繼續(xù)噴灑清潔劑。 5.洗車機左移到達極限位置，開始右移，清潔劑停止噴灑，當洗車機往右移3s后停止，刷子開始洗刷。 6.刷子洗刷5s停止，洗車機繼續(xù)右移3s，刷子又開始洗刷5s停止，洗車機繼續(xù)右移，到達右極限開關后停止，然后往左移。 7.重復上面第6步，左移碰左極限開關停止。 8.洗車機往右移，風機設備動作將車吹干，碰到右極限開關時，洗車機往左移，直到碰到左極限開關，重復2次動作。洗車整個過程完成。啟動燈熄滅。 9.原點復位設計 若洗車機正在動作時發(fā)生停電或故障，則故障排除后必須使用原點復位，將洗車機復位到原點，才能做洗車全流程的動作，其動作就是按下[復位按鈕]，則洗車機的右移、噴水、洗刷、風扇及清潔劑噴灑均需停止，洗車機往左移，當洗車機到達左極限開關時，原點復位燈亮起，表示洗車機完成復位動作。 五、設計報告 設計完成后，必須撰寫課程設計報告。設計報告必須獨立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）不少于2000字，圖形繪制規(guī)范。設計報告的格式如下： 1、封面 2、摘要 3、目錄 4、正文 (1) 所作題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能； (2) 方案選擇及論證； (3) 硬件電路設計及描述（包括硬件的選型及電路圖、輸入輸出接線圖等的設計）； (4) 軟件設計流程及描述（流程圖及文字說明； (5) 源程序代碼及調試； 5、心得體會 6、參考文獻 六、考核方法 電氣控制與PLC技術課程設計的考核方式為考查，考核結果為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分數在90-100之間為優(yōu)秀，80-89分之間為良好，70-79分之間為中等，60-69分之間為及格，60分以下為不及格。 考核分三個方面進行：平時表現20%；設計過程25%；設計報告 40%；設計答辯15%。 有下列情形之一者，課程設計考核按不及格處理： 1、設計期間累計遲到、早退達8次； 2、設計期間累計曠課達6節(jié)； 3、設計報告雷同率超過50%或無設計報告； 4、不能完成設計任務，達不到設計要求。 摘 要 本文PLC的課程設計采用西門子S7-300PLC來實現自動洗車機的自動清洗任務。并利用Microsoft Visio 繪圖工具，進行主電路圖、I/O接線圖和流程圖的繪制，最后利用SIMATIC Manager編程軟件完成梯形圖的程序設計。在老師的指導下，對PLC的編程程序進行仿真和調試。 本次設計中，自動洗車控制系統(tǒng)采用了四個輸入信號（I0.0-I0.3），八個輸出信號（Q0.0-Q0.7）。其中噴水、刷子動作和噴灑洗潔劑等電動機的運行由PLC的程序控制執(zhí)行。自動洗車機啟動后能按順序完成要求動作，結束后自行停止，若斷電停止在得電后不會自行啟動，用PLC實現了洗車的自動化。PLC的程序設計和編程文中選擇西門子S7-300型PLC進行操作，該型號西門子為中小型，有著模塊化結構、易于實現分布式的配置以及性價比高等優(yōu)點，有助于本文設計實現。 關鍵詞：自動洗車機 西門子S7—300 PLC設計  目錄 第1章緒論 1 1.1 課題簡述 1 1.2 課題背景和意義 1 1.2.1 背景 1 1.2.2 課題研究的必要性 1 1.3 課題要求 1 第2章硬件電路設計 3 2.1 熱繼電器的選擇 3 2.2 接觸器的選擇 3 2.3 總電路圖 3 2.4 PLC的選擇 4 2.5 PLC輸入、輸出口分配（I/O分配） 5 2.6 PLC I/O接線圖 6 第3章軟件設計 8 3.1 流程圖 8 3.2 PLC梯形圖 11 3.3 仿真調試 15 心得體會 19 參考文獻 20 第1章 緒論 1.1 課題簡述 如今，PLC技術已非常成熟，不僅控制功能增強，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程I/O和通信網絡、數據處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產過程控制的方向發(fā)展，成為實現工業(yè)生產自動化的一大支柱[2]。 而我們本次設計的自動洗車機，也是應運而生，隨著汽車種類的增多和汽車均價的下降，有車族人數不斷攀升，而隨之興起的汽車周邊產業(yè)中，洗車行業(yè)則算是龍頭。我們的生活中見到的大都是人力洗車，所以我們需要研究和設計自動洗車系統(tǒng)，來優(yōu)化洗車行業(yè)、提升洗車效率。 1.2 課題背景和意義 1.2.1 背景 經過多年的發(fā)展，為滿足工業(yè)自動化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來，PLC廠家先后開發(fā)了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開發(fā)和應用不僅增強了功能，擴展了PLC的應用范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。 SIMATIC S7-300 PLC是中小型化的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。S7-300 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網絡都能實現復雜的控制功能。本次設計是將PLC用于自動洗車機的運行和實現，對學習和實用是很好的結合[3]。 1.2.2 課題研究的必要性 （1）可以促進我國PLC產業(yè)與當下熱門行業(yè)的結合 （2）研究自動洗車機可以推動洗車行業(yè)的發(fā)展和自動化； （3）使有車族對汽車的使用和保養(yǎng)更加方便快捷 （4）解放勞動力，讓洗車行業(yè)更加高效 1.3 課題要求 （一）本次課題的設計要求為： 1.進行總體設計規(guī)劃，合理分配I/O點，并繪出電氣控制線路的原理草圖； 2.繪制電氣原理圖，計算并選擇電器元件； 3.編寫PLC軟件清單并進行模擬調試； 4.編寫課程設計說明書。 （二）本設計的主要研究范圍及要求達到的技術參數有： 1.是自動洗車機可以按照規(guī)定的程序運行； 2.滿足PLC對所有裝置的控制； 3.對自動洗車機實現的設計和個人程序調試。 本課題應解決的主要問題是如何使PLC實現自動洗車機洗車的功能和多種要求，在實際當中對PLC運用于洗車技術并不多見，以致人們難以根據它的具體情況正確選用參數進行系統(tǒng)控制，也就難以滿足如何實現并且達到高效可靠的要求，本設計就是基于以上問題進行的一些探討。  第2章 硬件電路設計 2.1 熱繼電器的選擇 熱繼電器的工作原理是由流入熱元件的電流產生熱量，使有不同膨脹系數的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現電動機的過載保護。繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優(yōu)點在生產中得到了廣泛應用[4]。 我們選用JR16B-60/3D型熱繼電器。其中“J”表示繼電器，“R”為熱的諧音，“16”表示設計序號，“60”表示額定電流，“3D”表示三相保護。相關元件主要技術參數如下： （1）額定電流為20（A）； （2）熱元件額定電流為32/45（A）。 2.2 接觸器的選擇 CJX2系列交流接觸器主要用于交流50Hz或60Hz、額定絕緣電壓690V,在AC-3使用類別下，額定工作電壓380V、額定工作電流至620A的電力系統(tǒng)中，供遠距離接通和分斷電路及頻繁地起動和控制交流電動機。并可與適當的熱過載繼電器或電子式保護裝置組合成電磁起動器，以保護可能發(fā)生過載的電路。 選用CJl0Z-40／3型接觸器，其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，10為設計編號，“40”為額定電流，“3”為主觸點數目[5]。 2.3 總電路圖 由題目可知，我們需要設置的裝置有：洗車機、清洗機、刷子、風機和噴水機。分別設置交流接觸器來開斷和控制電路，設置熔斷器和隔離開關保護電路，根據題意和選擇好的器件，我們最終設計出的總電路圖如圖2.1所示。 圖 2.1 自動洗車機電路圖 2.4PLC的選擇 生活中常見的洗車一般都是人力清洗，用時較長，而且由于工作時間較長會導致疲勞，工作精度下降?；诖?，我們考慮利用PLC的知識，設計一個可以自動清洗車輛的自動洗車機，在工作效率、工作精度和工作時間上為洗車這一行業(yè)提供便利及創(chuàng)新。 隨著PLC應用領域日益擴大，PLC技術及其產品結構都在不斷改進，功能日益強大，性價比越來越高。在產品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。一方面，大力發(fā)展速度更快、性價比更高的小型和超小型PLC。以適應單機及小型自動控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技術完善的大型PLC方向發(fā)展。隨著復雜系統(tǒng)控制的要求越來越高和微處理器與計算機技術的不斷發(fā)展，人們對PLC的信息處理速度要求也越來越高，要求用戶存儲器容量也越來越大。而其中，西門子PLC的優(yōu)勢也很明顯，第一，西門子PLC抗干擾能力比較強，也比較耐用，維護率，損壞率比較低；第二，西門子PLC的通信效果特別好；第三，西門子PLC的軟件SIMATIC Manager比較好用；第四，技術支持服務比較好；第五，網上資料比較多。所以我們選用了課程所學的西門子PLC，型號為S7-300。西門子的S7系列有快速的CPU處理速度，大程序容量，以及編程及監(jiān)控功能強大，維修簡單，所以性價比比較高[6]。 西門子PLC的一般結構如圖2.2。 圖2.2 PLC一般結構圖 （1）中央處理單元（CPU）與通用計算機中的CPU一樣，PLC中的CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件，主要有運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的地址總線、數據總線和控制總線構成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關電路。 （2）存儲器10存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型有RAM、EPROM、EEPROM等。 （3）I/O模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯系而實現的。 （4）電源模塊輸入、輸出接口電路是PLC與現場I/O設備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉換為外部設備所需要的強電信號。 2.5 PLC輸入、輸出口分配（I/O分配） 根據圖2.1總電路圖，我們設置PLC的I/O分配，其中I0.0-I0.3共4個輸入端點，Q0.0-Q0.7共8個輸出端點，如表2.1所示。 表2.1 I/O分配表 輸入點地址 功能 輸出點地址 功能 I0.0 SB1啟動開關 Q0.0 洗車機左移 I0.1 復位按鈕 Q0.1 洗車機右移 I0.2 左側極限開關 Q0.2 噴水機噴水 I0.3 右側極限開關 Q0.3 刷子動作 Q0.4 清潔劑噴灑 Q0.5 風機動作 Q0.6 啟動燈 Q0.7 復位燈 2.6 PLC I/O接線圖 根據I/O分配和電路圖，我們設計出I/O接線圖，如圖2.3所示。其中SB1、SB2分別為啟動和復位兩個手動按鈕，Q0.2-Q0.5為噴水、刷子等電動機，Q0.6和Q0.7為啟動燈、復位燈。 圖2.3 I/O接線圖 第3章 軟件設計 3.1 流程圖 自動洗車機執(zhí)行流程為： （1）按下啟動按鈕，洗車機開始往右移，噴水設備開始噴水，刷子開始洗刷。 （2）洗車機右移到達右極限開關后，開始左移，噴水及刷子繼續(xù)工作。 （3）洗車機左移到達極限位置后，開始右移，噴水機及刷子停止工作，清洗機設備開始動作噴灑清洗劑。 （4）洗車機右移到達極限位置，開始左移，繼續(xù)噴灑清潔劑。 （5）洗車機左移到達極限位置，開始右移，清潔劑停止噴灑，當洗車機往右移3s后停止，刷子開始洗刷。 （6）刷子洗刷5s停止，洗車機繼續(xù)右移3s，刷子又開始洗刷5s停止，洗車機繼續(xù)右移，到達右極限開關后停止，然后往左移。 （7）重復上面第6步，左移碰左極限開關停止。 （8）洗車機往右移，風機設備動作將車吹干，碰到右極限開關時，洗車機往左移，直到碰到左極限開關，重復2次動作。洗車整個過程完成。啟動燈熄滅。 （9）原點復位設計： 若洗車機正在動作時發(fā)生停電或故障，則故障排除后必須使用原點復位，將洗車機復位到原點，才能做洗車全流程的動作，其動作就是按下[復位按鈕]，則洗車機的右移、噴水、洗刷、風扇及清潔劑噴灑均需停止，洗車機往左移，當洗車機到達左極限開關時，原點復位燈亮起，表示洗車機完成復位動作。 設計流程圖如圖3.1。 圖3.1 流程圖 3.2 PLC梯形圖 根據流程圖（圖3.1），我們在SIMATIC Manager編程軟件中，進行梯形圖的編程，具體程序如圖3.2所示。  圖3.2 梯形圖 3.3 仿真調試 由編程完成的梯形圖進行運行操作，我們可以得到程序仿真圖，模擬自動洗車機的運行過程。 點擊I0.0啟動按鈕，啟動后實現Q0.1右移，Q0.2噴水，Q0.3刷子動作，Q0.6啟動燈亮（運行過程中，啟動燈Q0.6一直亮）。 右移直至觸碰到I0.3右極限開關，此時運行Q0.0左移、Q0.2噴水、Q0.3刷子動作。 左移到觸碰左極限開關I0.2后，開始Q0.1右移、Q0.4清潔劑噴灑。 右移直至觸碰右極限開關I0.3，開始Q0.0左移、此時Q0.4清潔劑繼續(xù)噴灑。 左移直至觸碰左極限開關I0.2，停止噴灑清潔劑，Q0.3刷子開始動作。 Q0.1右移3s，Q0.3刷子動作5s停止再次右移，交替進行，直至再次右移至極限。 右移觸碰右極限開關I0.3，此時Q0.3刷子繼續(xù)動作。 Q0.0左移3s、Q0.3刷子動作5s停止再次左移，交替進行，直至左移至左極限。 左移觸碰左極限開關I0.2，此時刷子停止動作，實現Q0.1右移、Q0.5風機動作。 右移觸碰右極限開關I0.3，開始Q0.0左移，此時Q0.5風機繼續(xù)動作。 左右移動往返重復2次，Q0.5風機持續(xù)動作，Q0.6啟動燈一直亮。 動作2次后，直至再次觸碰到I0.2左極限開關，完成整個洗車過程，停止時Q0.6啟動燈滅，無電動機動作。 心得體會 經過小組4人的研究與討論，最終我們完成了基于西門子S7-300PLC的自動洗車機簡單設計。在本次設計中，我們先在書籍和網絡上調查了洗車機的背景和發(fā)展概況，對自動洗車機有了初步的了解，之后我們進行了硬件的電路圖繪制，對各個電機進行了保護。再根據繪制的總電路圖，選擇主要的硬件器件，主要包括熱繼電器和接觸器。之后是設計重點，相關于PLC的選擇和設計，我們選用了常見的西門子S7-300型號PLC，相對于三菱等牌子更加智能和優(yōu)化，基于此PLC選擇，我們對洗車機的要素進行了I/O分配，然后繪制出I/O接線圖，完成了硬件設計。軟件設計是重點也是難點，我們先根據題目要求寫出工作流程圖，然后根據流程圖編程梯形圖，在編程的過程中，我們在左移、右移、風干和復位編程上面沒有遇到阻礙，但是在噴水、刷子工作和噴灑清潔劑上面遇到了問題，導致第一次沒能成功運行，最后經過咨詢老師和同學，我們又設計了計時器，然后重新編程了噴水、刷子工作和噴灑清潔劑，才得以成功運行，得到了最后的仿真模擬圖，完成了本文的設計。 在本次設計中，我不僅僅是鞏固實踐了PLC的學習內容，更是充分了解到了自己在PLC方面的不足，我在I/O接線圖和梯形圖編程上還有一些漏洞，比如不會設置時間和對程序重復設置的錯誤，在老師的耐心指導下，我改正并且牢牢記住了。感謝老師和同學的幫助，也感謝學校提供給我一個實踐編程的機會，相信在不久的將來，我會在PLC上更大的進步。  參考文獻 [1] 柳春生.電器控制與PLC[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2010. 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