基于PLC的自动洗车机课程设计

电气控制与电气控制与 PLCPLC 课程设计课程设计 题目题目 自动洗车机 院院 系系 工学院电气与电子工程系 专专 业业 电气工程及其自动化 班班 级级 电气工程 XXXX 班 姓姓 名名 XXXXXX 学学 号号 XXXXXXXXXXXX 指导教师指导教师 XXXXXX 二二 一五年六月一五年六月 PLC 课程设计任务书课程设计任务书 一 基本情况一 基本情况 学时 1 周 学分 1 学分 适应班级 二 进度安排二 进度安排 本设计共安排 1 周 合计 30 学时 具体分配如下 实习动员及准备工作 1 学时 总体方案设计 4 学时 硬件设计 10 学时 软件设计 10 学时 撰写设计报告 4 学时 总结 1 学时 教师辅导 随时 三 基本要求三 基本要求 1 课程设计的基本要求 电气控制与 PLC 课程设计的主要内容包括 理论设计与撰写设计报告等 其中理 论设计又包括总体方案选择 硬件系统设计 软件系统设计 硬件设计包括单元电路 选择元器件及计算参数等 软件设计包括模块化层次结构图 程序流程图 应用程序 程序设计是课程设计的关键环节 通过进一步完善程序设计 使之达到课题所要求的 指标 课程设计的最后要求是写出设计总结报告 把设计内容进行全面的总结 若有 实践条件 把实践内容上升到理论高度 2 课程设计的教学要求 电气控制与 PLC 课程设计的教学采用相对集中的方式进行 以班为单位全班学生 集中到设计室进行 做到实训教学课堂化 严格考勤制度 在实训期间累计旷课达到 6 节以上 或者迟到 早退累计达到 6 次以上的学生 该课程考核按不及格处理 在实 训期间需要外出查找资料 必须在指定的时间内方可外出 课程设计的任务相对分散 每 3 4 名学生组成一个小组 完成一个课题的设计 小组成员既有分工 又要协作 同一小组的成员之间可以相互探讨 协商 可以互相 借鉴或参考别人的设计方法和经验 但每个学生必须单独完成设计任务 要有完整的 设计资料 独立撰写设计报告 设计报告雷同率超过 50 的课程设计考核按不及格处 理 四 设计题目及控制要求四 设计题目及控制要求 题目 自动洗车机 要求 1 按下启动按钮 洗车机开始往右移 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 开始左移 喷水及刷子继续工作 3 洗车机左移到达极限位置后 开始右移 喷水机及刷子停止工作 清洗机设备 开始动作喷洒清洗剂 4 洗车机右移到达极限位置 开始左移 继续喷洒清洁剂 5 洗车机左移到达极限位置 开始右移 清洁剂停止喷洒 当洗车机往右移 3s 后 停止 刷子开始洗刷 6 刷子洗刷 5s 停止 洗车机继续右移 3s 刷子又开始洗刷 5s 停止 洗车机继续 右移 到达右极限开关后停止 然后往左移 7 重复上面第 6 步 左移碰左极限开关停止 8 洗车机往右移 风机设备动作将车吹干 碰到右极限开关时 洗车机往左移 直到碰到左极限开关 重复 2 次动作 洗车整个过程完成 启动灯熄灭 9 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 才能做洗车全流程的动作 其动作就是按下 复位按钮 则洗车机的 右移 喷水 洗刷 风扇及清洁剂喷洒均需停止 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 五 设计报告五 设计报告 设计完成后 必须撰写课程设计报告 设计报告必须独立完成 格式符合要求 文字 不含图形 程序 不少于 2000 字 图形绘制规范 设计报告的格式如下 1 封面 2 摘要 3 目录 4 正文 1 所作题目的意义 本人所做的工作及系统的主要功能 2 方案选择及论证 3 硬件电路设计及描述 包括硬件的选型及电路图 输入输出接线图等的设计 4 软件设计流程及描述 流程图及文字说明 5 源程序代码及调试 5 心得体会 6 参考文献 六 考核方法六 考核方法 电气控制与 PLC 技术课程设计的考核方式为考查 考核结果为优秀 良好 中等 及格和不及格五等 分数在 90 100 之间为优秀 80 89 分之间为良好 70 79 分之间为 中等 60 69 分之间为及格 60 分以下为不及格 考核分三个方面进行 平时表现 20 设计过程 25 设计报告 40 设计答辩 15 有下列情形之一者 课程设计考核按不及格处理 1 设计期间累计迟到 早退达 8 次 2 设计期间累计旷课达 6 节 3 设计报告雷同率超过 50 或无设计报告 4 不能完成设计任务 达不到设计要求 摘 要 本文 PLC 的课程设计采用西门子 S7 300PLC 来实现自动洗车机的自动清洗任务 并利用 Microsoft Visio 绘图工具 进行主电路图 I O 接线图和流程图的绘制 最后利 用 SIMATIC Manager 编程软件完成梯形图的程序设计 在老师的指导下 对 PLC 的编 程程序进行仿真和调试 本次设计中 自动洗车控制系统采用了四个输入信号 I0 0 I0 3 八个输出信号 Q0 0 Q0 7 其中喷水 刷子动作和喷洒洗洁剂等电动机的运行由 PLC 的程序控制 执行 自动洗车机启动后能按顺序完成要求动作 结束后自行停止 若断电停止在得 电后不会自行启动 用 PLC 实现了洗车的自动化 PLC 的程序设计和编程文中选择西门 子 S7 300 型 PLC 进行操作 该型号西门子为中小型 有着模块化结构 易于实现分布 式的配置以及性价比高等优点 有助于本文设计实现 关键词 自动洗车机 西门子 S7 300 PLC 设计 目录 第 1 章绪论 1 1 1 课题简述 1 1 2 课题背景和意义 1 1 2 1 背景 1 1 2 2 课题研究的必要性 1 1 3 课题要求 1 第 2 章硬件电路设计 3 2 1 热继电器的选择 3 2 2 接触器的选择 3 2 3 总电路图 3 2 4 PLC 的选择 4 2 5 PLC 输入 输出口分配 I O 分配 5 2 6 PLC I O 接线图 6 第 3 章软件设计 8 3 1 流程图 8 3 2 PLC 梯形图 11 3 3 仿真调试 15 心得体会 19 参考文献 20 1 第 1 章 绪论 1 1 课题简述 如今 PLC 技术已非常成熟 不仅控制功能增强 功耗和体积减小 成本下降 可靠性提高 编程和故障检测更为灵活方便 而且随着远程 I O 和通信网络 数据处 理以及图象显示的发展 使 PLC 向用于连续生产过程控制的方向发展 成为实现工业 生产自动化的一大支柱 2 而我们本次设计的自动洗车机 也是应运而生 随着汽车种类的增多和汽车均价 的下降 有车族人数不断攀升 而随之兴起的汽车周边产业中 洗车行业则算是龙头 我们的生活中见到的大都是人力洗车 所以我们需要研究和设计自动洗车系统 来优 化洗车行业 提升洗车效率 1 2 课题背景和意义 1 2 1 背景 经过多年的发展 为满足工业自动化各种控制系统的需要 近年来 PLC 厂家先 后开发了不少新器件和模块 如智能 I O 模块 温度控制模块和专门用于检测 PLC 外 部故障的专用智能模块等 这些模块的开发和应用不仅增强了功能 扩展了 PLC 的应 用范围 还提高了系统的可靠性 SIMATIC S7 300 PLC 是中小型化的 PLC 它适用于各行各业 各种场合中的自动 检测 监测及控制等 S7 300 PLC 的强大功能使其无论单机运行 或连成网络都能实 现复杂的控制功能 本次设计是将 PLC 用于自动洗车机的运行和实现 对学习和实用 是很好的结合 3 2 1 2 2 课题研究的必要性 1 可以促进我国 PLC 产业与当下热门行业的结合 2 研究自动洗车机可以推动洗车行业的发展和自动化 3 使有车族对汽车的使用和保养更加方便快捷 4 解放劳动力 让洗车行业更加高效 1 3 课题要求 一 本次课题的设计要求为 1 进行总体设计规划 合理分配 I O 点 并绘出电气控制线路的原理草图 2 绘制电气原理图 计算并选择电器元件 3 编写 PLC 软件清单并进行模拟调试 4 编写课程设计说明书 二 本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有 1 是自动洗车机可以按照规定的程序运行 2 满足 PLC 对所有装置的控制 3 对自动洗车机实现的设计和个人程序调试 本课题应解决的主要问题是如何使 PLC 实现自动洗车机洗车的功能和多种要求 在实际当中对 PLC 运用于洗车技术并不多见 以致人们难以根据它的具体情况正确选 用参数进行系统控制 也就难以满足如何实现并且达到高效可靠的要求 本设计就是 基于以上问题进行的一些探讨 3 第 2 章 硬件电路设计 2 1 热继电器的选择 热继电器的工作原理是由流入热元件的电流产生热量 使有不同膨胀系数的双金 属片发生形变 当形变达到一定距离时 就推动连杆动作 使控制电路断开 从而使 接触器失电 主电路断开 实现电动机的过载保护 继电器作为电动机的过载保护元 件 以其体积小 结构简单 成本低等优点在生产中得到了广泛应用 4 我们选用 JR16B 60 3D 型热继电器 其中 J 表示继电器 R 为热的谐音 16 表示设计序号 60 表示额定电流 3D 表示三相保护 相关元件主要技术 参数如下 1 额定电流为 20 A 2 热元件额定电流为 32 45 A 2 2 接触器的选择 CJX2 系列交流接触器主要用于交流 50Hz 或 60Hz 额定绝缘电压 690V 在 AC 3 使用类别下 额定工作电压 380V 额定工作电流至 620A 的电力系统中 供远距离接 通和分断电路及频繁地起动和控制交流电动机 并可与适当的热过载继电器或电子式 保护装置组合成电磁起动器 以保护可能发生过载的电路 选用 CJl0Z 40 3 型接触器 其中 C 表示接触器 J 表示交流 10 为设计编 号 40 为额定电流 3 为主触点数目 5 2 3 总电路图 由题目可知 我们需要设置的装置有 洗车机 清洗机 刷子 风机和喷水机 分别设置交流接触器来开断和控制电路 设置熔断器和隔离开关保护电路 根据题意 4 和选择好的器件 我们最终设计出的总电路图如图 2 1 所示 L1 L2 L3 M1 3 M2 3 M3 3 M4 3 M5 3 洗车机喷水机清洗机刷子风机 Fu FR1FR2FR3FR4FR5 KM1 KM2KM3 KM4KM5 KM6 图 2 1 自动洗车机电路图 2 4PLC 的选择 生活中常见的洗车一般都是人力清洗 用时较长 而且由于工作时间较长会导致 疲劳 工作精度下降 基于此 我们考虑利用 PLC 的知识 设计一个可以自动清洗车 辆的自动洗车机 在工作效率 工作精度和工作时间上为洗车这一行业提供便利及创 新 随着 PLC 应用领域日益扩大 PLC 技术及其产品结构都在不断改进 功能日益强 大 性价比越来越高 在产品规模方面 向两极发展 一方面 大力发展速度更快 性价比更高的小型和超小型 PLC 以适应单机及小型自动控制的需要 另一方面 向 高速度 大容量 技术完善的大型 PLC 方向发展 随着复杂系统控制的要求越来越高 和微处理器与计算机技术的不断发展 人们对 PLC 的信息处理速度要求也越来越高 5 要求用户存储器容量也越来越大 而其中 西门子 PLC 的优势也很明显 第一 西门 子 PLC 抗干扰能力比较强 也比较耐用 维护率 损坏率比较低 第二 西门子 PLC 的通信效果特别好 第三 西门子 PLC 的软件 SIMATIC Manager 比较好用 第四 技 术支持服务比较好 第五 网上资料比较多 所以我们选用了课程所学的西门子 PLC 型号为 S7 300 西门子的 S7 系列有快速的 CPU 处理速度 大程序容量 以及编程及 监控功能强大 维修简单 所以性价比比较高 6 西门子 PLC 的一般结构如图 2 2 电源 输 入 模 块 输 出 模 块 CPU EPROM 扫描程序 I O管理 RAM 用户储存器 编程器 主机 图 2 2 PLC 一般结构图 1 中央处理单元 CPU 与通用计算机中的 CPU 一样 PLC 中的 CPU 也是整 个系统的核心部件 主要有运算器 控制器 寄存器及实现它们之间联系的地址总线 数据总线和控制总线构成 此外还有外围芯片 总线接口及有关电路 2 存储器 10 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器 存放应用软 件的存储器称为用户程序存储器 PLC 常用的存储器类型有 RAM EPROM EEPROM 6 等 3 I O 模块 输入模块和输出模块通常称为 I O 模块或 I O 单元 PLC 的对外功能主要是通过 各种 I O 接口模块与外界联系而实现的 4 电源模块输入 输出接口电路是 PLC 与现场 I O 设备相连接的部件 它的作 用是将输入信号转换为 PLC 能够接收和处理的信号 将 CPU 送来的弱电信号转换为外 部设备所需要的强电信号 2 5 PLC 输入 输出口分配 I O 分配 根据图 2 1 总电路图 我们设置 PLC 的 I O 分配 其中 I0 0 I0 3 共 4 个输入端点 Q0 0 Q0 7 共 8 个输出端点 如表 2 1 所示 表 2 1 I O 分配表 输入点地址功能输出点地址功能 I0 0SB1 启动开关Q0 0洗车机左移 I0 1复位按钮Q0 1洗车机右移 I0 2左侧极限开关Q0 2喷水机喷水 I0 3右侧极限开关Q0 3刷子动作 Q0 4清洁剂喷洒 Q0 5风机动作 Q0 6启动灯 Q0 7复位灯 7 2 6 PLC I O 接线图 根据 I O 分配和电路图 我们设计出 I O 接线图 如图 2 3 所示 其中 SB1 SB2 分别为启动和复位两个手动按钮 Q0 2 Q0 5 为喷水 刷子等电动机 Q0 6 和 Q0 7 为 启动灯 复位灯 I0 0 I0 1 I0 2 I0 3 1M M 1M Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 M L Q0 4 Q0 5 Q0 6 Q0 7 Q1 0 Q1 1 N KM3KM1 KM2 DC24V M M M 2L Q1 2 Q1 3 SB1 SB2 喷水机 刷子 清洗机 风机 启动灯 复位灯 C1 C2 C3 C4 KM4 图 2 3 I O 接线图 8 第 3 章 软件设计 3 1 流程图 自动洗车机执行流程为 1 按下启动按钮 洗车机开始往右移 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 开始左移 喷水及刷子继续工作 3 洗车机左移到达极限位置后 开始右移 喷水机及刷子停止工作 清洗机设 备开始动作喷洒清洗剂 4 洗车机右移到达极限位置 开始左移 继续喷洒清洁剂 5 洗车机左移到达极限位置 开始右移 清洁剂停止喷洒 当洗车机往右移 3s 后停止 刷子开始洗刷 6 刷子洗刷 5s 停止 洗车机继续右移 3s 刷子又开始洗刷 5s 停止 洗车机继 续右移 到达右极限开关后停止 然后往左移 7 重复上面第 6 步 左移碰左极限开关停止 8 洗车机往右移 风机设备动作将车吹干 碰到右极限开关时 洗车机往左移 直到碰到左极限开关 重复 2 次动作 洗车整个过程完成 启动灯熄灭 9 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 才能做洗车全流程的动作 其动作就是按下 复位按钮 则洗车机的 右移 喷水 洗刷 风扇及清洁剂喷洒均需停止 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 9 设计流程图如图 3 1 10 是否存在故 障 停止 启动指示灯亮 右极限 复位 洗车右移 喷水 刷子洗刷 右极限 左极限 右极限 洗车左移 喷水 刷子洗刷 洗车右移 喷洒清洁剂 Y N N Y N Y N N Y 启动 11 洗车左移 喷洒清洁剂 左极限 洗车右移 3s 洗车停止右移 刷子洗刷 5s 右极限 洗车左移 3s 洗车停止左移 刷子洗刷 5s 左极限 N Y N Y N Y N N Y N Y N Y 12 洗车右移 风机吹风 右极限 洗车左移 风机吹风 左极限 洗车结束 指示灯灭 吹风3次 Y N Y N Y N Y 图 3 1 流程图 3 2 PLC 梯形图 根据流程图 图 3 1 我们在 SIMATIC Manager 编程软件中 进行梯形图的编程 具体程序如图 3 2 所示 13 14 15 16 17 图 3 2 梯形图 3 3 仿真调试 由编程完成的梯形图进行运行操作 我们可以得到程序仿真图 模拟自动洗车机 的运行过程 18 点击 I0 0 启动按钮 启动后实现 Q0 1 右移 Q0 2 喷水 Q0 3 刷子动作 Q0 6 启 动灯亮 运行过程中 启动灯 Q0 6 一直亮 右移直至触碰到 I0 3 右极限开关 此时运行 Q0 0 左移 Q0 2 喷水 Q0 3 刷子动 作 左移到触碰左极限开关 I0 2 后 开始 Q0 1 右移 Q0 4 清洁剂喷洒 19 右移直至触碰右极限开关 I0 3 开始 Q0 0 左移 此时 Q0 4 清洁剂继续喷洒 左移直至触碰左极限开关 I0 2 停止喷洒清洁剂 Q0 3 刷子开始动作 Q0 1 右移 3s Q0 3 刷子动作 5s 停止再次右移 交替进行 直至再次右移至极限 20 右移触碰右极限开关 I0 3 此时 Q0 3 刷子继续动作 Q0 0 左移 3s Q0 3 刷子动作 5s 停止再次左移 交替进行 直至左移至左极限 左移触碰左极限开关 I0 2 此时刷子停止动作 实现 Q0 1 右移 Q0 5 风机动作 21 右移触碰右极限开关 I0 3 开始 Q0 0 左移 此时 Q0 5 风机继续动作 左右移动往返重复 2 次 Q0 5 风机持续动作 Q0 6 启动灯一直亮 22 动作 2 次后 直至再次触碰到 I0 2 左极限开关 完成整个洗车过程 停止时 Q0 6 启动灯灭 无电动机动作 心得体会 经过小组 4 人的研究与讨论 最终我们完成了基于西门子 S7 300PLC 的自动洗车 机简单设计 在本次设计中 我们先在书籍和网络上调查了