基于PLC的自动洗车机课程设计.docx
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基于PLC的自动洗车机课程设计
电气控制及PLC课程设计
题目:
自动洗车机
院系:
工学院电气及电子工程系
专业:
电气工程及其自动化
班级:
电气工程XXXX班
姓名:
XXXXXX
学号:
XXXXXXXXXXXX
指导教师:
XXXXXX
二〇一五年六月
PLC课程设计任务书
一、基本情况
学时:
1周学分:
1学分适应班级:
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
1、课程设计基本要求
电气控制及PLC课程设计主要内容包括:
理论设计及撰写设计报告等。
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关键环节,通过进一步完善程序设计,使之达到课题所要求指标。
课程设计最后要求是写出设计总结报告,把设计内容进行全面总结,若有实践条件,把实践内容上升到理论高度。
2、课程设计教学要求
电气控制及PLC课程设计教学采用相对集中方式进行,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,必须在指定时间内方可外出。
课程设计任务相对分散,每3-4名学生组成一个小组,完成一个课题设计。
小组成员既有分工、又要协作,同一小组成员之间可以相互探讨、协商,可以互相借鉴或参考别人设计方法和经验。
但每个学生必须单独完成设计任务,要有完整设计资料,独立撰写设计报告,设计报告雷同率超过50%课程设计考核按不及格处理。
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,才能做洗车全流程动作,其动作就是按下[复位按钮],则洗车机右移、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
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。
设计报告格式如下:
1、封面
2、摘要
3、目录
4、正文
(1)所作题目意义、本人所做工作及系统主要功能;
(2)方案选择及论证;
(3)硬件电路设计及描述(包括硬件选型及电路图、输入输出接线图等设计);
(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
电气控制及PLC技术课程设计考核方式为考查,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课程设计采用西门子S7-300PLC来实现自动洗车机自动清洗任务。
并利用MicrosoftVisio绘图工具,进行主电路图、I/O接线图和流程图绘制,最后利用SIMATICManager编程软件完成梯形图程序设计。
在老师指导下,对PLC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运行由PLC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实现了洗车自动化。
PLC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—300PLC设计
2.4PLC选择4
2.6PLCI/O接线图6
3.1流程图8
3.2PLC梯形图11
3.3仿真调试15
心得体会19
参考文献20
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发展,使PLC向用于连续生产过程控制方向发展,成为实现工业生产自动化一大支柱[2]。
而我们本次设计自动洗车机,也是应运而生,随着汽车种类增多和汽车均价下降,有车族人数不断攀升,而随之兴起汽车周边产业中,洗车行业则算是龙头。
我们生活中见到大都是人力洗车,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
经过多年发展,为满足工业自动化各种控制系统需要,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外部故障专用智能模块等,这些模块开发和应用不仅增强了功能,扩展了PLC应用范围,还提高了系统可靠性。
SIMATICS7-300PLC是中小型化PLC,它适用于各行各业,各种场合中自动检测、监测及控制等。
S7-300PLC强大功能使其无论单机运行,或连成网络都能实现复杂控制功能。
本次设计是将PLC用于自动洗车机运行和实现,对学习和实用是很好结合[3]。
1.2.2课题研究必要性
(1)可以促进我国PLC产业及当下热门行业结合
(2)研究自动洗车机可以推动洗车行业发展和自动化;
(3)使有车族对汽车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)本设计主要研究范围及要求达到技术参数有:
1.是自动洗车机可以按照规定程序运行;
2.满足PLC对所有装置控制;
3.对自动洗车机实现设计和个人程序调试。
本课题应解决主要问题是如何使PLC实现自动洗车机洗车功能和多种要求,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要求,本设计就是基于以上问题进行一些探讨。
第2章硬件电路设计
2.1热继电器选择
热继电器工作原理是由流入热元件电流产生热量,使有不同膨胀系数双金属片发生形变,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,实现电动机过载保护。
继电器作为电动机过载保护元件,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。
并可及适当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,根据题意和选择好器件,我们最终设计出总电路图如图2.1所示。
图2.1自动洗车机电路图
2.4PLC选择
生活中常见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知识,设计一个可以自动清洗车辆自动洗车机,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、性价比更高小型和超小型PLC。
以适应单机及小型自动控制需要。
另一方面,向高速度、大容量、技术完善大型PLC方向发展。
随着复杂系统控制要求越来越高和微处理器及计算机技术不断发展,人们对PLC信息处理速度要求也越来越高,要求用户存储器容量也越来越大。
而其中,西门子PLC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通信效果特别好;第三,西门子PLC软件SIMATICManager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西门子PLC,型号为S7-300。
西门子S7系列有快速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一般结构如图2.2。
图2.2PLC一般结构图
(1)中央处理单元(CPU)及通用计算机中CPU一样,PLC中CPU也是整个系统核心部件,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存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件存储器称为用户程序存储器。
PLC常用存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM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对外功能主要是通过各种I/O接口模块及外界联系而实现。
(4)电源模块输入、输出接口电路是PLC及现场I/O设备相连接部件。
它作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理信号,将CPU送来弱电信号转换为外部设备所需要强电信号。
2.5PLC输入、输出口分配(I/O分配)
根据图2.1总电路图,我们设置PLCI/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2.1I/O分配表
输入点地址
功能
输出点地址
功能
I0.0
SB1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
2.6PLCI/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。
图2.3I/O接线图
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,才能做洗车全流程动作,其动作就是按下[复位按钮],则洗车机右移、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。
设计流程图如图3.1。
图3.1流程图
3.2PLC梯形图
根据流程图(图3.1),我们在SIMATICManager编程软件中,进行梯形图编程,具体程序如图3.2所示。
图3.2梯形图
3.3仿真调试
由编程完成梯形图进行运行操作,我们可以得到程序仿真图,模拟自动洗车机运行过程。
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。
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。
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。
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。
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人研究及讨论,最终我们完成了基于西门子S7-300PLC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洗车机背景和发展概况,对自动洗车机有了初步了解,之后我们进行了硬件电路图绘制,对各个电机进行了保护。
再根据绘制总电路图,选择主要硬件器件,主要包括热继电器和接触器。
之后是设计重点,相关于PLC选择和设计,我们选用了常见西门子S7-300型号PLC,相对于三菱等牌子更加智能和优化,基于此PLC选择,我们对洗车机要素进行了I/O分配,然后绘制出I/O接线图,完成了硬件设计。
软件设计是重点也是难点,我们先根据题目要求写出工作流程图,然后根据流程图编程梯形图,在编程过程中,我们在左移、右移、风干和复位编程上面没有遇到阻碍,但是在喷水、刷子工作和喷洒清洁剂上面遇到了问题,导致第一次没能成功运行,最后经过咨询老师和同学,我们又设计了计时器,然后重新编程了喷水、刷子工作和喷洒清洁剂,才得以成功运行,得到了最后仿真模拟图,完成了本文设计。
在本次设计中,我不仅仅是巩固实践了PLC学习内容,更是充分了解到了自己在PLC方面不足,我在I/O接线图和梯形图编程上还有一些漏洞,比如不会设置时间和对程序重复设置错误,在老师耐心指导下,我改正并且牢牢记住了。
感谢老师和同学帮助,也感谢学校提供给我一个实践编程机会,相信在不久将来,我会在PLC上更大进步。
参考文献
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机械工业出版社,2010.
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国防工业出版社,2006.
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高等教育出版社,2004.
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机械工业出版社,2005.
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科普出版社,2002.
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机械工业出版社,2012.
[7]程宪平.现代电气控制及PLC应用技术[M].武汉:
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