基于PLC的自動洗車機課程設(shè)計報告

1、-. z電氣控制與電氣控制與 PLCPLC 課程設(shè)計課程設(shè)計題目題目：自動洗車機院系院系：工學(xué)院電氣與電子工程系專業(yè)專業(yè)：電氣工程及其自動化班級班級：電氣工程*班*：* *：* 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師：* 二二一五年六月一五年六月-. zPLCPLC 課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書一、根本情況一、根本情況學(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)發(fā)動及準(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、根本要求三、根本要求1、課程設(shè)計的根本要

2、求電氣控制與 PLC 課程設(shè)計的主要容包括：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)計包括模塊化層次構(gòu)造圖，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，使之到達(dá)課題所要求的指標(biāo)。課程設(shè)計的最后要寫出設(shè)計總結(jié)報告，把設(shè)計容進(jìn)展全面的總結(jié)，假設(shè)有實踐條件，把實踐容上升到理論高度。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)展，以班為單位全班學(xué)生集中到設(shè)計室進(jìn)展。做到實訓(xùn)教學(xué)課堂化，嚴(yán)格考勤制度，在實訓(xùn)期間累計曠課到達(dá)6 節(jié)以上，或者遲到、

3、早退累計到達(dá) 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)歷。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。-. z四、設(shè)計題目及控制要求四、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，洗車機開場往右移，噴水設(shè)備開場噴水，刷子開場洗刷。2.洗車機右移到達(dá)右極限開關(guān)后，開場左移，

4、噴水及刷子繼續(xù)工作。3.洗車機左移到達(dá)極限位置后，開場右移，噴水機及刷子停頓工作，清洗機設(shè)備開場動作噴灑清洗劑。4.洗車機右移到達(dá)極限位置，開場左移，繼續(xù)噴灑清潔劑。5.洗車機左移到達(dá)極限位置，開場右移，清潔劑停頓噴灑，當(dāng)洗車機往右移 3s 后停頓，刷子開場洗刷。6.刷子洗刷 5s 停頓，洗車機繼續(xù)右移 3s，刷子又開場洗刷 5s 停頓，洗車機繼續(xù)右移，到達(dá)右極限開關(guān)后停頓，然后往左移。7.重復(fù)上面第 6 步，左移碰左極限開關(guān)停頓。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)計假設(shè)洗車

5、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頓，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)。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；-. z(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

6、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)計的考核方式為考察，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)展：平時表現(xiàn) 20%；設(shè)計過程 25%；設(shè)計報告 40%；設(shè)計辯論 15%。有以下情形之一者，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

7、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。-. z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)展主電路圖、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。在教師的指導(dǎo)下，對 PLC的編程程序進(jìn)展仿真和調(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 ，八個輸出信號 。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，完畢后自行停頓，假設(shè)斷電停頓在得電后不會自行啟動

8、，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)展操作，該型號西門子為中小型，有著模塊化構(gòu)造、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

9、 3 章軟件設(shè)計 83.1 流程圖 83.2 PLC 梯形圖 11-. z3.3 仿真調(diào)試 15心得體會 19參考文獻(xiàn) 20-. z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，本錢下降，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開展，使 PLC 向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向開展，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，

10、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)過多年的開展，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

11、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)的開展和自動化；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)展總體設(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)展模擬調(diào)試；-. z4.編寫課程設(shè)計說明書。二本設(shè)計的主要研究圍及要求到達(dá)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

12、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)展系統(tǒng)控制，也就難以滿足如何實現(xiàn)并且到達(dá)高效可靠的要求，本設(shè)計就是基于以上問題進(jìn)展的一些探討。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)形變到達(dá)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，構(gòu)造簡單、本錢低等優(yōu)點在生產(chǎn)中

13、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 20A ；2熱元件額定電流為 32/45A 。2.2 接觸器的選擇CJ*2 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

14、-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。-. z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?，我們考慮利用 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

15、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)品構(gòu)造都在不斷改進(jìn)，功能日益強大，性價比越來越高。在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極開展。一方面，大力開展速度更快、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 方向開展。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)的不斷開展，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

16、，西門子 PLC 的軟件 SIMATIC Manager 比較好用；第四，技術(shù)支持效勞比較好；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 的一般構(gòu)造如圖 2.2。圖 2.2 PLC 一般構(gòu)造圖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、存放器及實現(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

17、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。3I/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-. z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，其中共

18、4 個輸入端點，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，為噴水、刷子等電動機，Q0.6 和 Q0.7 為啟動燈、復(fù)位燈。-. z I0.0 I0.1I0.2I0.31MM1MQ0

19、.0Q0.1Q0.2Q0.3ML+Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1N(-)KM3KM1KM2DC24VMMM2LQ1.2Q1.3SB1SB2噴水機刷子清洗機風(fēng)機啟動燈復(fù)位燈C1C2C3C4KM4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，洗車機開場往右移，噴水設(shè)備開場噴水，刷子開場洗刷。2洗車機右移到達(dá)右極限開關(guān)后，開場左移，噴水及刷子繼續(xù)工作。3洗車機左移到達(dá)極限位置后，開場右移，噴水機及刷子停頓工作，清洗機設(shè)備開場動作噴灑清洗劑。4洗車機右移到達(dá)極限位置，開場左移，繼續(xù)噴灑清潔劑。5洗車機左移到達(dá)極限位置，開場右移，清潔劑

20、停頓噴灑，當(dāng)洗車機往右移 3s-. z后停頓，刷子開場洗刷。6刷子洗刷 5s 停頓，洗車機繼續(xù)右移 3s，刷子又開場洗刷 5s 停頓，洗車機繼續(xù)右移，到達(dá)右極限開關(guān)后停頓，然后往左移。7重復(fù)上面第 6 步，左移碰左極限開關(guān)停頓。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：假設(shè)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頓，洗車機往左移，當(dāng)洗車機到達(dá)左極

21、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)展梯形圖的編程，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)展運行操作，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。

22、左移到觸碰左極限開關(guān) I0.2 后，開場 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，開場 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，停頓噴灑清潔劑，Q0.3 刷子開場動作。Q0.1 右移 3s，Q0.3 刷子動作 5s 停頓再次右移，交替進(jìn)展，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。-. zQ0.0 左移 3s、Q0.3 刷子動作 5s 停頓再次左移，交替進(jìn)展，直至左移至左極限。左移觸碰左極限開關(guān) I0.2，此時刷子停頓動作，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，開場 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，停頓時 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開展概況，對自動洗車機有了初步的了解，