PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計自助洗車機

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1、PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計 目錄 第1章 自助洗車機流程分析 1 1.1 自助洗車機流程設(shè)計目的 1 1.2 自助洗車機設(shè)計任務(wù) 1 1.3 自助洗車機設(shè)計控制要求 2 第2章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 3 2.1 系統(tǒng)的硬件組成 3 2.2 控制方法分析 4 2.3 I/O分配 4 2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計 5 第3章 系統(tǒng)控制梯形圖程序設(shè)計 6 3.1 控制程序流程圖設(shè)計 6 3.2 控制程序時序圖設(shè)計 7 3.3 控制程序設(shè)計思路 7 第4章 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 8 4.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊 8 4.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計 9

2、4.3 實現(xiàn)的效果 13 第5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 14 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題 14 5.2 結(jié)果分析 15 課程設(shè)計心得 16 參考文獻(xiàn) 17 附錄 18 第1章 自助洗車機流程分析 24 24 1.1 自助洗車機流程設(shè)計目的 我國汽車工業(yè)高速度完成長，汽車行業(yè)前景廣闊。根據(jù)調(diào)查結(jié)果表明，預(yù)計2011年將持續(xù)保持增長，預(yù)計增長率在19%至20%之間。到2020年，中國本土汽車產(chǎn)量將達(dá)到2000萬輛左右，其中兩成產(chǎn)品將進(jìn)入國際市場。 根據(jù)汽車行業(yè)專家們的預(yù)測，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展和人們消費觀念的改變，中國將成為世界轎車的最大消費國之一，即我

3、國轎車保有量在未來的一二十年里將會有飛速提高。在不久的將來，開車將會是人們普遍掌握的生活技能，轎車也不再是特權(quán)人士的標(biāo)志，而將是人們出門的代步工具。那么當(dāng)人們擁有一輛自己的愛車時，無疑會呵護(hù)倍至。汽車的平時清潔護(hù)理和定期美容保養(yǎng)，必然成為人們?nèi)粘５南M內(nèi)容。另一方面，我國各大中城市雖然發(fā)展很快，但建設(shè)不配套，缺乏停車場所，使大量汽車只能露天棲息，飽受風(fēng)吹、雨淋、日曬的無奈，致使汽車日漸老化。這就更加促進(jìn)了汽車美容業(yè)的發(fā)展。而汽車清洗是汽車美容項目的重要，雖然人工洗車和pc洗車的收費相差不幾，但在時間、效率、人的勞力、物力上卻涇渭分明。而使用自助洗車機則具有以下優(yōu)點： 1) 洗一輛車的時間只需

4、要3至4分鐘，效率高； 2) 能大大削減生產(chǎn)力、降低勞動強度，節(jié)省成本； 3) 手洗比起來更易吸引客戶，在提高群體形象的同時，又能大幅度提高的經(jīng)濟(jì)收益； 4) 可以采用輪回水設(shè)備，減少用水量，節(jié)能環(huán)保。 1.2 自助洗車機設(shè)計任務(wù) 根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進(jìn)度計劃，運用所學(xué)的理論知識，進(jìn)行自助洗車機運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括： 1）設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等； 2）系統(tǒng)有啟動、停止功能； 3）運用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計，并有主程序

5、、子程序和中斷程序； 4）程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計； 5）進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)自助洗車機的控制要求。 1.3 自助洗車機設(shè)計控制要求 1) 設(shè)計投幣100元自助洗車機。 2) 有3個投幣孔，分別為5元、10元及50元3種，當(dāng)投幣合計100元或超過時，按啟動開關(guān)洗車機才會動作，啟動燈亮起。7段數(shù)碼管會顯示投幣金額（用BCD碼），當(dāng)投幣超過100元時，可按退幣按鈕，這時7段數(shù)碼管會退回零，表示找回余額（退幣選作）。 洗車機動作流程： (1) 按下啟動開關(guān)之后，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，開始往左移，噴水機及刷子繼續(xù)動

6、作。 (3) 洗車機左移到達(dá)左極限開關(guān)后，開始往右移，噴水機及刷子停止動作，清潔劑設(shè)備開始動作——噴灑清潔劑。 (4) 洗車機右移到達(dá)右極限開關(guān)后，開始往左移，繼續(xù)噴灑清潔劑。 (5) 洗車機左移到達(dá)左極限開關(guān)后，開始往右移，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后停止，洗車機繼續(xù)往右移，右移3s后洗車機停止，刷子又開始洗刷5s后停止，洗車機繼續(xù)往右移，到達(dá)右極限開關(guān)停止，然后往左移。 (7) 洗車機往左移3s后停止，刷子開始洗刷5s后停止，洗車機繼續(xù)往左移3 s后停止，刷子開始洗刷5s后停止，洗車機繼續(xù)往左移，直到碰到左極限開關(guān)后停止，然后往

7、右移。 (8) 洗車機開始往右移，并噴灑清水與洗刷動作，將車洗干凈，當(dāng)碰到右極限開關(guān)時，洗車機停止前進(jìn)并往左移，噴灑清水及刷子洗刷繼續(xù)動作，直到碰到左極限開關(guān)后停止，并開始往右移。 (9) 洗車機往右移，風(fēng)扇設(shè)備動作將車吹干，碰到右極限開關(guān)時，洗車機停止并往左移，風(fēng)扇繼續(xù)吹干動作，直到碰到左極限開關(guān)，則洗車整個流程完成，啟動燈熄滅。 3) 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)

8、位燈亮起，表示洗車機完成復(fù)位動作。 第2章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1 系統(tǒng)的硬件組成 本系統(tǒng)采用PLC作為核心控制。以按鍵和投幣作為信息采集單元，以PLC為作為數(shù)據(jù)處理和控制單元，以數(shù)碼管作為數(shù)據(jù)顯示單元，以指示燈作為用戶狀態(tài)單元和開鎖指示單元，組成硬件結(jié)構(gòu)框架圖。 其中按鈕輸入信號包括人工輸入的信號和洗車機碰到限位開關(guān)時的信號。人工輸入信號包括：開始按鈕、開始投幣按鈕、投幣結(jié)束按鈕、開始洗車按鈕；洗車機碰到限位開關(guān)的信號包括：洗車機初始位置信號、左限位開關(guān)信號、右限位開關(guān)信號。 2.2 控制方法分析 本系統(tǒng)由三菱公司生產(chǎn)的FX2N

9、系列的PLC、人機交互和串口通信、數(shù)碼管和電源組成。其所需完成的功能是將鍵盤和投幣機采集到的信息通過I/O端口輸送到PLC內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到的結(jié)果判斷是否滿足開始洗車的條件，以實現(xiàn)對洗車電路的控制。同時數(shù)據(jù)處理時要求進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)顯示和指示燈的閃動。 2.3 I/O分配 表2-1 I/O分配表 輸入信號 輸出信號 啟動開關(guān) X0 顯示個位的七段數(shù)碼管 Y0~Y7 復(fù)位開關(guān) X1 顯示十位的七段數(shù)碼管 Y10~Y17 右極限開關(guān) X2 顯示百位的七段數(shù)碼管 Y20~Y27 左極限開關(guān) X3 洗車機左移 Y30 5元投幣

10、孔 X4 洗車機右移 Y31 10元投幣孔 X5 洗車指示燈 Y32 50元投幣孔 X6 復(fù)位指示燈 Y33 退幣 X7 噴水 Y34 刷子洗刷 Y35 噴清潔劑 Y36 風(fēng)扇 Y37 找錢指示燈 Y40 2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計 圖２－２　硬件系統(tǒng)總體接線圖 第3章 系統(tǒng)控制梯形圖程序設(shè)計 3.1 控制程序流程圖設(shè)計 圖3-1 程序流程圖 3.2 控制程序時序圖設(shè)計 3.3

11、控制程序設(shè)計思路 程序梯形圖見附錄 第4章 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 4.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊 首先啟動Intouch軟件中的IOServer軟件（軟件與Intouch軟件不同時提供，除非盜版）：Modicon MODBUS Ethernet軟件，見下圖所示： IO Server軟件選擇畫面 Server配置 軟件啟動后，點擊Configure->Server Settings…菜單，見下圖所示： 在彈出對話框中主要設(shè)置兩個參數(shù)： l Protocol Timer Tick：該時間必須是最快刷新數(shù)據(jù)所需時間的2～4倍； l Start automatic

12、ally as Windows NT Service：如需系統(tǒng)啟動后，該IO Server驅(qū)動自動運行時，可以選中。 注意： l 上述設(shè)置在下次啟動時自動生效。 Server Settings設(shè)置畫面 4.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計 在組態(tài)王中與施耐德PLC相關(guān)的協(xié)議有：Modbus Plus、Modbus ASCII、Modbus RTU、Modbus RTU unpack、Modbus（以太網(wǎng)）、ModbusServer（以太網(wǎng)）、ModRTUforDTU、TSX Micro八種。組態(tài)王中設(shè)置比其它監(jiān)控軟件要簡單的多。 首先啟動組態(tài)王軟件，組態(tài)王軟件啟動見下圖所示：

13、 組態(tài)王啟動方式工程瀏覽器中通訊設(shè)置（即與PLC通訊時的相關(guān)設(shè)置） 點擊工程瀏覽器中的設(shè)備目錄，在右邊的窗口中雙擊新建圖標(biāo)，見下圖所示： 設(shè)備配置窗口 在彈出的對話框中選擇相應(yīng)的Modbus（以太網(wǎng)）目錄，并打開，點擊目錄下的網(wǎng)卡。見下圖所示： Modbus TCP/IP以太網(wǎng)通訊選擇窗口 點擊“下一步”按鈕，在彈出的窗口中輸入設(shè)備名稱，見下圖所示： 設(shè)備名稱定義窗口 點擊“下一步”按鈕，在彈出的窗口中選擇設(shè)備連接的串口號（這是我最郁悶的，以太網(wǎng)通訊為什么會選擇串口），見下圖所示。利用以太網(wǎng)通訊時，串口號可以隨意選擇。 串口選擇窗口 點擊“下一步”按鈕，在彈

14、出的窗口中輸入設(shè)備的IP地址，和所有上位監(jiān)控軟件類似，IP地址中預(yù)留了網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換時的映射索引值。 注意： l 組態(tài)王定義設(shè)備地址時，格式如下：IP地址 單元號，IP地址和單元號（映射索引）之間有空格。如果沒有網(wǎng)關(guān)，單元號為0； l 組態(tài)王中定義的IP地址 和單元號要與PLC內(nèi)的設(shè)置一致（主要指Concept軟件）； l PLC可以是Quantum、Premium、Twido（Micro的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)我沒有，所以沒法測試）。 以太網(wǎng)IP地址輸入框 點擊“下一步”按鈕，在彈出的窗口中輸入相應(yīng)的通訊參數(shù)（可以默認(rèn)），見下圖所示： 通信參數(shù)設(shè)置窗口 點擊“下一步”按鈕，在彈出的窗口

15、中列出了剛才設(shè)置的所有參數(shù)信息。 4.3 實現(xiàn)的效果 iFIX軟件配置和編程畫面中，雙擊系統(tǒng)配置目錄，彈出對話框見下圖所示： 系統(tǒng)配置窗口 在系統(tǒng)配置窗口中，點擊SCADA組態(tài)按鈕，則SCADA組態(tài)窗口顯示見下圖所示： SCADA組態(tài)窗口 在SCADA組態(tài)窗口中點擊I/O驅(qū)動器名稱選擇按鈕（即？），在彈出的對話框中選擇相應(yīng)的以太網(wǎng)驅(qū)動程序名（MBE）。并點擊“增加”按鈕添加到I/O驅(qū)動器配置列表中。確認(rèn)以太網(wǎng)驅(qū)動程序名稱添加到列表后，選中該驅(qū)動文件，并點擊“配置…”按鈕。在彈出的對話框中選擇Use Local Server，并點擊Connect…按鈕。系統(tǒng)自動

16、進(jìn)入以太網(wǎng)驅(qū)動配置工具窗口 第5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題 在程序編寫完成后，先檢驗其是否符合設(shè)計初衷，是否能達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。首先是投幣程序的調(diào)試，檢驗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(yīng)。然后是洗車程序的調(diào)試，通過假定輸入一定的初值來檢驗程序是否正常。由于實驗室條件有限，故改用三菱仿真軟件和觸摸屏仿真軟件來調(diào)試。通過多次的調(diào)試和修改，最終程序達(dá)到了控制要求。調(diào)試結(jié)果圖如下： 圖5-1 調(diào)試結(jié)果圖 5.2 結(jié)果分析 經(jīng)過軟件調(diào)試程序后把程序輸入到PLC編程器里面，把外部的接線接好，然后開始進(jìn)行硬件調(diào)試，在調(diào)試過程

17、中，把其中的不足進(jìn)行修改，經(jīng)過多次的調(diào)試，最終使這個程序達(dá)到了部分設(shè)計的要求，實現(xiàn)了部分控制要求，運行過程還算正常。 課程設(shè)計心得 本次綜合實驗主要運用PLC控制的一些相關(guān)知識，如運用PLC的I/O端口、數(shù)碼管顯示等各種實用功能。本次實驗使得我們對于PLC控制器的組成以及工作原理有了更深的了解，鞏固了PLC的編程方法，學(xué)會了使用PLC仿真軟件進(jìn)行編程以及調(diào)試。 1、對PLC控制與應(yīng)用知識的鞏固與提高 這次課程設(shè)計主要是運用PLC控制的一些相關(guān)知識，在最開始，就先將實習(xí)用到的知識通過翻閱教材回顧了一遍，這樣的回顧讓我對知識的理解更加透徹，對后來的快速設(shè)計起了很好的鋪墊作用。 2

18、、學(xué)會了理論聯(lián)系實際 課程設(shè)計，通過選擇的題目，根據(jù)要求，運用所學(xué)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(shè)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。 3、學(xué)會了如何運用PLC的I/O端口，數(shù)碼管顯示等各種實用功能； 雖然這不是第一次用PLC控制器，因為之前的課內(nèi)實驗也用過，但當(dāng)時的運用也只是編個程之類的。這次的實習(xí)中應(yīng)用了整個控制器，實習(xí)后對PLC控制器的組成完全了解了，并能熟練運用。 4、和同學(xué)的互相協(xié)作共同

19、進(jìn)步 在實習(xí)中經(jīng)常會遇到一些自己可能暫時無法想明白的問題，請教同學(xué)或老師是很好的做法，節(jié)省時間也會從別人上上學(xué)到更多。在設(shè)計時和同學(xué)相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對問題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得較好的方案。 參考文獻(xiàn) [1] 袁任光．可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與實例[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003． [2] 常曉玲．電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004． [3] 鐘肇新、彭侃．可編程控制器原理與應(yīng)用[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004． [4] 鐘肇新、范建東．可編程控制器原理及應(yīng)用[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2008． [5] 何有華．可編程控制器及常用控制電器[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2008． [6] 賀哲榮．流行PLC實用程序及設(shè)計[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008． [7] 王建、張宏．三菱PLC入門與典型應(yīng)用[M]．北京：中國電力出版社，2009． [8] 瞿彩萍．PLC應(yīng)用技術(shù)．北京：勞動和社會保障出版社，2006． 附錄 程序梯形圖： 圖 控制系統(tǒng)程序梯形圖