基于PLC的自動洗車機課程設(shè)計.doc

電氣控制與PLC課程設(shè)計題目：自動洗車機院 系：工學(xué)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(xué) 號：XXXXXXXXXXXX 指導(dǎo)教師：XXXXXX 二一五年六月PLC課程設(shè)計任務(wù)書一、基本情況 學(xué)時：1周 學(xué)分：1學(xué)分 適應(yīng)班級：二、進(jìn)度安排本設(shè)計共安排1周，合計30學(xué)時，具體分配如下：實習(xí)動員及準(zhǔn)備工作： 1學(xué)時總體方案設(shè)計：4學(xué)時硬件設(shè)計：10學(xué)時軟件設(shè)計：10學(xué)時撰寫設(shè)計報告：4 學(xué)時總結(jié)： 1學(xué)時教師輔導(dǎo)： 隨時三、基本要求1、課程設(shè)計的基本要求電氣控制與PLC課程設(shè)計的主要內(nèi)容包括：理論設(shè)計與撰寫設(shè)計報告等。其中理論設(shè)計又包括總體方案選擇，硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計；硬件設(shè)計包括單元電路，選擇元器件及計算參數(shù)等；軟件設(shè)計包括模塊化層次結(jié)構(gòu)圖，程序流程圖，應(yīng)用程序。程序設(shè)計是課程設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過進(jìn)一步完善程序設(shè)計，使之達(dá)到課題所要求的指標(biāo)。課程設(shè)計的最后要求是寫出設(shè)計總結(jié)報告，把設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行全面的總結(jié)，若有實踐條件，把實踐內(nèi)容上升到理論高度。2、課程設(shè)計的教學(xué)要求電氣控制與PLC課程設(shè)計的教學(xué)采用相對集中的方式進(jìn)行，以班為單位全班學(xué)生集中到設(shè)計室進(jìn)行。做到實訓(xùn)教學(xué)課堂化，嚴(yán)格考勤制度，在實訓(xùn)期間累計曠課達(dá)到6節(jié)以上，或者遲到、早退累計達(dá)到6次以上的學(xué)生，該課程考核按不及格處理。在實訓(xùn)期間需要外出查找資料，必須在指定的時間內(nèi)方可外出。課程設(shè)計的任務(wù)相對分散，每3-4名學(xué)生組成一個小組，完成一個課題的設(shè)計。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設(shè)計方法和經(jīng)驗。但每個學(xué)生必須單獨完成設(shè)計任務(wù)，要有完整的設(shè)計資料，獨立撰寫設(shè)計報告，設(shè)計報告雷同率超過50%的課程設(shè)計考核按不及格處理。四、設(shè)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(shè)備開始噴水，刷子開始洗刷。2.洗車機右移到達(dá)右極限開關(guān)后，開始左移，噴水及刷子繼續(xù)工作。3.洗車機左移到達(dá)極限位置后，開始右移，噴水機及刷子停止工作，清洗機設(shè)備開始動作噴灑清洗劑。4.洗車機右移到達(dá)極限位置，開始左移，繼續(xù)噴灑清潔劑。5.洗車機左移到達(dá)極限位置，開始右移，清潔劑停止噴灑，當(dāng)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(dá)右極限開關(guān)后停止，然后往左移。7.重復(fù)上面第6步，左移碰左極限開關(guān)停止。8.洗車機往右移，風(fēng)機設(shè)備動作將車吹干，碰到右極限開關(guān)時，洗車機往左移，直到碰到左極限開關(guān)，重復(fù)2次動作。洗車整個過程完成。啟動燈熄滅。9.原點復(fù)位設(shè)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(fù)位，將洗車機復(fù)位到原點，才能做洗車全流程的動作，其動作就是按下復(fù)位按鈕，則洗車機的右移、噴水、洗刷、風(fēng)扇及清潔劑噴灑均需停止，洗車機往左移，當(dāng)洗車機到達(dá)左極限開關(guān)時，原點復(fù)位燈亮起，表示洗車機完成復(fù)位動作。五、設(shè)計報告設(shè)計完成后，必須撰寫課程設(shè)計報告。設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計）；(4) 軟件設(shè)計流程及描述（流程圖及文字說明；(5) 源程序代碼及調(diào)試；5、心得體會 6、參考文獻(xiàn) 六、考核方法電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計的考核方式為考查，考核結(jié)果為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分?jǐn)?shù)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(jìn)行：平時表現(xiàn)20%；設(shè)計過程25%；設(shè)計報告 40%；設(shè)計答辯15%。有下列情形之一者，課程設(shè)計考核按不及格處理：1、設(shè)計期間累計遲到、早退達(dá)8次；2、設(shè)計期間累計曠課達(dá)6節(jié)；3、設(shè)計報告雷同率超過50%或無設(shè)計報告；4、不能完成設(shè)計任務(wù)，達(dá)不到設(shè)計要求。摘 要本文PLC的課程設(shè)計采用西門子S7-300PLC來實現(xiàn)自動洗車機的自動清洗任務(wù)。并利用Microsoft Visio 繪圖工具，進(jìn)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(shè)計。在老師的指導(dǎo)下，對PLC的編程程序進(jìn)行仿真和調(diào)試。本次設(shè)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(jié)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(xiàn)了洗車的自動化。PLC的程序設(shè)計和編程文中選擇西門子S7-300型PLC進(jìn)行操作，該型號西門子為中小型，有著模塊化結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及性價比高等優(yōu)點，有助于本文設(shè)計實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：自動洗車機 西門子S7300 PLC設(shè)計 目錄第1章緒論11.1 課題簡述11.2 課題背景和意義11.2.1 背景11.2.2 課題研究的必要性11.3 課題要求1第2章硬件電路設(shè)計32.1 熱繼電器的選擇32.2 接觸器的選擇32.3 總電路圖32.4 PLC的選擇42.5 PLC輸入、輸出口分配（I/O分配）52.6 PLC I/O接線圖6第3章軟件設(shè)計83.1 流程圖83.2 PLC梯形圖113.3 仿真調(diào)試15心得體會19參考文獻(xiàn)20第1章 緒論1.1 課題簡述如今，PLC技術(shù)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(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一大支柱2。而我們本次設(shè)計的自動洗車機，也是應(yīng)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(shù)不斷攀升，而隨之興起的汽車周邊產(chǎn)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(shè)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(jīng)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(yīng)用不僅增強了功能，擴展了PLC的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。本次設(shè)計是將PLC用于自動洗車機的運行和實現(xiàn)，對學(xué)習(xí)和實用是很好的結(jié)合3。1.2.2 課題研究的必要性（1）可以促進(jìn)我國PLC產(chǎn)業(yè)與當(dāng)下熱門行業(yè)的結(jié)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(shè)計要求為：1.進(jìn)行總體設(shè)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(jìn)行模擬調(diào)試；4.編寫課程設(shè)計說明書。（二）本設(shè)計的主要研究范圍及要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù)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(xiàn)的設(shè)計和個人程序調(diào)試。本課題應(yīng)解決的主要問題是如何使PLC實現(xiàn)自動洗車機洗車的功能和多種要求，在實際當(dāng)中對PLC運用于洗車技術(shù)并不多見，以致人們難以根據(jù)它的具體情況正確選用參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)控制，也就難以滿足如何實現(xiàn)并且達(dá)到高效可靠的要求，本設(shè)計就是基于以上問題進(jìn)行的一些探討。第2章 硬件電路設(shè)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(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)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(xiàn)電動機的過載保護(hù)。繼電器作為電動機的過載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)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(shè)計序號，“60”表示額定電流，“3D”表示三相保護(hù)。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)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(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嚯娐芳邦l繁地起動和控制交流電動機。并可與適當(dāng)?shù)臒徇^載繼電器或電子式保護(hù)裝置組合成電磁起動器，以保護(hù)可能發(fā)生過載的電路。選用CJl0Z-403型接觸器，其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，10為設(shè)計編號，“40”為額定電流，“3”為主觸點數(shù)目5。2.3 總電路圖由題目可知，我們需要設(shè)置的裝置有：洗車機、清洗機、刷子、風(fēng)機和噴水機。分別設(shè)置交流接觸器來開斷和控制電路，設(shè)置熔斷器和隔離開關(guān)保護(hù)電路，根據(jù)題意和選擇好的器件，我們最終設(shè)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(dǎo)致疲勞，工作精度下降?；诖耍覀兛紤]利用PLC的知識，設(shè)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(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)，功能日益強大，性價比越來越高。在產(chǎn)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(yīng)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(shù)完善的大型PLC方向發(fā)展。隨著復(fù)雜系統(tǒng)控制的要求越來越高和微處理器與計算機技術(shù)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(hù)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(shù)支持服務(wù)比較好；第五，網(wǎng)上資料比較多。所以我們選用了課程所學(xué)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(jié)構(gòu)如圖2.2。圖2.2 PLC一般結(jié)構(gòu)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(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)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(yīng)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(lián)系而實現(xiàn)的。（4）電源模塊輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設(shè)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(jù)圖2.1總電路圖，我們設(shè)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I0.0SB1啟動開關(guān)Q0.0洗車機左移I0.1復(fù)位按鈕Q0.1洗車機右移I0.2左側(cè)極限開關(guān)Q0.2噴水機噴水I0.3右側(cè)極限開關(guān)Q0.3刷子動作Q0.4清潔劑噴灑Q0.5風(fēng)機動作Q0.6啟動燈Q0.7復(fù)位燈2.6 PLC I/O接線圖根據(jù)I/O分配和電路圖，我們設(shè)計出I/O接線圖，如圖2.3所示。其中SB1、SB2分別為啟動和復(fù)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(fù)位燈。圖2.3 I/O接線圖第3章 軟件設(shè)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(shè)備開始噴水，刷子開始洗刷。（2）洗車機右移到達(dá)右極限開關(guān)后，開始左移，噴水及刷子繼續(xù)工作。（3）洗車機左移到達(dá)極限位置后，開始右移，噴水機及刷子停止工作，清洗機設(shè)備開始動作噴灑清洗劑。（4）洗車機右移到達(dá)極限位置，開始左移，繼續(xù)噴灑清潔劑。（5）洗車機左移到達(dá)極限位置，開始右移，清潔劑停止噴灑，當(dāng)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(dá)右極限開關(guān)后停止，然后往左移。（7）重復(fù)上面第6步，左移碰左極限開關(guān)停止。（8）洗車機往右移，風(fēng)機設(shè)備動作將車吹干，碰到右極限開關(guān)時，洗車機往左移，直到碰到左極限開關(guān)，重復(fù)2次動作。洗車整個過程完成。啟動燈熄滅。（9）原點復(fù)位設(shè)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(fù)位，將洗車機復(fù)位到原點，才能做洗車全流程的動作，其動作就是按下復(fù)位按鈕，則洗車機的右移、噴水、洗刷、風(fēng)扇及清潔劑噴灑均需停止，洗車機往左移，當(dāng)洗車機到達(dá)左極限開關(guān)時，原點復(fù)位燈亮起，表示洗車機完成復(fù)位動作。設(shè)計流程圖如圖3.1。圖3.1 流程圖3.2 PLC梯形圖根據(jù)流程圖（圖3.1），我們在SIMATIC Manager編程軟件中，進(jìn)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(diào)試由編程完成的梯形圖進(jìn)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(xiàn)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(guān)，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(guān)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(guān)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(guān)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(jìn)行，直至再次右移至極限。右移觸碰右極限開關(guān)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(jìn)行，直至左移至左極限。左移觸碰左極限開關(guān)I0.2，此時刷子停止動作，實現(xiàn)Q0.1右移、Q0.5風(fēng)機動作。右移觸碰右極限開關(guān)I0.3，開始Q0.0左移，此時Q0.5風(fēng)機繼續(xù)動作。左右移動往返重復(fù)2次，Q0.5風(fēng)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(guān)，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(jīng)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(shè)計。在本次設(shè)計中，我們先在書籍和網(wǎng)絡(luò)上調(diào)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(jìn)行了硬件的電路圖繪制，對各個電機進(jìn)行了保護(hù)。再根據(jù)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(shè)計重點，相關(guān)于PLC的選擇和設(shè)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(jìn)行了I/O分配，然后繪制出I/O接線圖，完成了硬件設(shè)計。軟件設(shè)計是重點也是難點，我們先根據(jù)題目要求寫出工作流程圖，然后根據(jù)流程圖編程梯形圖，在編程的過程中，我們在左移、右移、風(fēng)干和復(fù)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(dǎo)致第一次沒能成功運行，最后經(jīng)過咨詢老師和同學(xué)，我們又設(shè)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(shè)計。在本次設(shè)計中，我不僅僅是鞏固實踐了PLC的學(xué)習(xí)內(nèi)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(shè)置時間和對程序重復(fù)設(shè)置的錯誤，在老師的耐心指導(dǎo)下，我改正并且牢牢記住了。感謝老師和同學(xué)的幫助，也感謝學(xué)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(jìn)步。參考文獻(xiàn)1 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