電氣控制與PLC課程設計 自動洗車機控制設計

1、電氣控制與plc課程設計題 目: 自動洗車機控制設計 院系名稱： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 自動f0805 學生姓名： 周起偉 學 號： 200848280525 指導教師： 王艷芳 設計地點： 中2-211 設計時間： 2011.07.042011.07.10 成績：指導老師簽名： 日期： 15目錄1系統(tǒng)描述及其要求11.1系統(tǒng)描述11.2系統(tǒng)要求22硬件設計22.1硬件選擇23 軟件設計53.1系統(tǒng)的整體程序流程圖53.2梯形圖64 系統(tǒng)調(diào)試分析124.1 硬件調(diào)試124.2 軟件調(diào)試134.3 整機調(diào)試13設計心得14參考文獻15 1系統(tǒng)描述及其要求1.1系統(tǒng)描述此文的主要思路是是基于p

2、lc技術的自助洗車機設計。其中把plc作為主要控制器，將各種繼電器采集的信息經(jīng)過一定的控制算法后，通過plc的i/o口來控制繼電器的閉合達到自動控制的目的。洗車機的主運動是左右循環(huán)運動由左右行程開關控制，同時不同循環(huán)次序伴隨不同的其它動作，如噴水、刷洗、噴灑清潔劑及風扇吹干動作等。因每次動作的開始都是碰到左行程開關才實現(xiàn)，所以運用計數(shù)器記錄左極限信號脈沖的次數(shù)從而控制上述輔助運動按要求依次動作。系統(tǒng)還采用了復位設計，如在洗車過程中由其它原因使洗車停止在非原點的其它位置，則需要手動對其進行復位，到位時復位燈亮，此時才可以啟動，否則啟動無效，洗車機經(jīng)啟動后可自動完成洗車動作后自行停止，也可在需要時

3、手動停止。此設計系統(tǒng)由三菱公司生產(chǎn)的fx2n系列的plc、人機交互和串口通信、數(shù)碼管、指示燈和電源部分組成。系統(tǒng)的總設計原理圖如圖1.1所示。圖1.1 系統(tǒng)總設計原理圖plc :該部分的功能不僅包括對各種開關信息的采集、處理，還包括對執(zhí)行單元的控制。plc是整個系統(tǒng)的核心及數(shù)據(jù)處理核心。人機交互和串口通信：人機交互的目的是為了提高系統(tǒng)的可用性和實用性。主要是按鍵輸入。輸出顯示：通過按鍵輸入進入相應進程，而輸出顯示則是顯示金額。串口通信的主要功能是完成plc與上位機（比如電腦）的通信，便于進行系統(tǒng)的維修、改進和升級，為將來系統(tǒng)功能的擴展做好基礎工作。 電源部分：本部分的主要功能是為plc提供適當

4、的工作電壓，同時也為其他模塊提供電源。如顯示屏、按鍵等。1.2系統(tǒng)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。

5、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)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。2硬件設計2.1硬件選擇 1）plc的比較（1）歐姆龍plc 簡介 日本omron（立石公司）電機株式會社是世界上生產(chǎn)plc的著名廠商之一。 sysmac c 系列plc產(chǎn)品以其良好的性能價格比

6、被廣泛地應用于化學工業(yè)、食品加工、材料處理和工業(yè)控制過程等領域，其產(chǎn)品在日本其銷量僅次于三菱，居第二位，在我國也是應用非常廣泛plc之一。 omronc系列plc產(chǎn)品門類齊、型號多、功能強、適應面廣。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大類產(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)的微型plc 機是以c20p 為代表的機型。疊裝式（或稱緊湊型）結(jié)構(gòu)的微型機以 cj 型機最為典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。小型plc機以p 型機和cpm 型機最為典型，這兩種都屬堅固整體型結(jié)構(gòu)。具有體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過i/o 擴展可實現(xiàn) 10140 點輸入輸出點數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進行編程，cp

7、m 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。可以與上位計算機、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

8、 都能夠滿足需求。（2） 西門子plc 簡介 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（siemens）公司的plc 產(chǎn)品包括logo，s7-200，s7-300，s7-400，工業(yè)網(wǎng)絡，hmi 人機界面，工業(yè)軟件等。 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，可靠性更高。s7 系列plc 產(chǎn)品可分為微型plc（如s7-200），小規(guī)模性能要求plc（如s7-300）和中、高性能要求plc（如s7-400）等。 它的人機界面（hmi）硬件 hmi 硬件配合plc 使用，為用戶提供數(shù)

9、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（如 protool）組態(tài)才能配合plc使用。（3） 三菱fx 系列plc簡介 fx 系列plc是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原f、f1、f2 系列plc 產(chǎn)品。其中fx2 是1991 年推出的產(chǎn)品，fx0 是在fx2 之后推出的超小型plc，近幾

10、年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機殼內(nèi)的fx0s、fx1s、fx0n、fx1n、fx2n、fx2nc 等系列的，具有較高的性能價格比，應用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu) 。2)plc的選擇 經(jīng)過對幾家公司生產(chǎn)的plc 主要從應用、價格、可靠性和對現(xiàn)場工作環(huán)境及設計資金等各個方面因素的考慮，本系統(tǒng)采用三菱fx2n 系列plc 進行設計。下圖3.1為實物圖。三菱 fx2n 系列 plc是超小型機，i/o 點數(shù)最大 可擴展到 256 點。它有內(nèi)置 8k 步的 ram，使用存儲盒后，最大容 量可擴大到 16k 步，編程指令達 327 條。plc 運行時，對一條基本 指令的處理時間

11、只要 0.08s。它不僅能完成邏輯控制、數(shù)據(jù)排列、 三角函數(shù)運算、平方根以及浮點數(shù)運算、pid 運算等更為復雜的數(shù) 據(jù)處理。 本系統(tǒng)選用三菱 fx2n-32mr 型 plc，i/o 總點數(shù)為 32 點。 輸入、輸出端選 ac 電源 220v。圖2.1 三菱fx2n 系列plc實物圖2.2系統(tǒng)硬件總體設計1）i/o 分配表如下表2.2（a）所示表2.2（a）輸入信號輸出信號 啟動x0啟動燈y0 右極限開關x1洗車右移y1左極限開關x2洗車左移y2復位x6噴水控制開關y3刷子洗刷開關y4噴清潔劑控制開關y5風扇控制開關y6復位燈y72）系統(tǒng)硬件總結(jié)線圖如下圖2.2（b）所示圖2.2 系統(tǒng)總結(jié)線圖3

12、 軟件設計3.1系統(tǒng)的整體程序流程圖系統(tǒng)的整體程序的流程圖如下圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)的整體程序流程圖3.2梯形圖系統(tǒng)的洗車程序如下圖3.2所示，圖3.2梯形圖4 系統(tǒng)調(diào)試分析4.1 硬件調(diào)試為了準確發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題，需要進行系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試的順序按照先硬件后軟件，先局部后整體的順序來完成。首先介紹系統(tǒng)的硬件安裝過程及針對各單元模塊的硬件電路調(diào)試，檢驗其是否符合設計初衷，能否達到相應指標。硬件調(diào)試主要包括按鍵電路的調(diào)試、數(shù)碼管驅(qū)動電路的調(diào)試、電源部分的調(diào)試幾部分。 為保證整個系統(tǒng)能夠正常工作，首先要保證電源系統(tǒng)正常工作并且保證輸出為+5v。通過測量輸出口的電壓值不斷修改電路設計，完成電源系統(tǒng)

13、的調(diào)試。其次是數(shù)碼管驅(qū)動電路的調(diào)試，這一部分調(diào)試主要是i/o口和數(shù)碼管的檢查。調(diào)試的關鍵在于確定數(shù)碼管電路連接是否正確。再次是按鍵電路的調(diào)試，這一部分主要是按鈕是否安裝好，接線是否正常，特別是有無按鈕的失效。最后是洗車部分的調(diào)試。這一部分占了設備的絕大部分，因此這部分的調(diào)試尤為重要。調(diào)試的關鍵是電機正反轉(zhuǎn)的接線是否正常，是否有電壓、電流的保護裝置等等。4.2 軟件調(diào)試 此部分主要介紹了自助洗車機控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試過程，檢驗其是否符合設計初衷，能否達到相應的指標。 首先是投幣子程序的調(diào)試，這一部分的調(diào)試的關鍵是投幣時程序是否能得到信號，在滿足條件的情況下能否得到響應，比如吐幣、亮燈等等。最后是主

14、程序的調(diào)試，通過假定輸入一定的初值看看程序運行是否正常。4.3 整機調(diào)試 整個系統(tǒng)調(diào)試順序按照先硬件后軟件，先局部后全部的順序調(diào)試，當軟件與硬件都調(diào)試無誤之后，就可以整機調(diào)試，整機調(diào)試也就是整個系統(tǒng)設計的功能測試。設計心得 這個學期學習了plc這門學科，并且也有了一定的了解，plc在實際生活中應用十分廣泛，因此它是一門應用性很強的科目，光學理論不實際練習是不能學好的，更不能在實際中用plc設計出有用的東西。然而在做課程設計的過程中收獲很多，加深了對plc控制與應用知識的理解，此次課程設計主要是運用plc控制的一些相關知識，在整個設計過程中，都離不開對plc課程知識的再學習。同時也懂得了理論聯(lián)系實際重要性，課程設計就是通過選擇的題目，根據(jù)要求，運用所學知識將其付諸實踐來完成。這并不是在課堂上的單純聽懂，或者課后看書過程中的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實踐的能力。理論知識往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設論，而實際的動手操作則完全不同，需要考慮實際中的很多問題。有些知識在理論上可能完全沒錯但到了實際中則不然。課程設計只是一個開端，連接是關鍵，測試是必須的。所以實現(xiàn)過程中不僅要求對知識的掌握要足夠準確與精通，更要有絕對的耐心與細心。參考文獻1 袁任光可編程控制器應用技術與實例m廣州：華南理工大學出版社 ，20032 常曉玲 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器m北京：機械工