基于PLC的自動洗車機(jī)課程設(shè)計.doc
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電氣控制與PLC課程設(shè)計題目:自動洗車機(jī)院 系:工學(xué)院電氣與電子工程系專 業(yè):電氣工程及其自動化 班 級:電氣工程XXXX班 姓 名:XXXXXX 學(xué) 號:XXXXXXXXXXXX 指導(dǎo)教師:XXXXXX 二一五年六月PLC課程設(shè)計任務(wù)書一、基本情況 學(xué)時:1周 學(xué)分:1學(xué)分 適應(yīng)班級:二、進(jìn)度安排本設(shè)計共安排1周,合計30學(xué)時,具體分配如下:實習(xí)動員及準(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、基本要求1、課程設(shè)計的基本要求電氣控制與PLC課程設(shè)計的主要內(nèi)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)計包括模塊化層次結(jié)構(gòu)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,使之達(dá)到課題所要求的指標(biāo)。課程設(shè)計的最后要求是寫出設(shè)計總結(jié)報告,把設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行全面的總結(jié),若有實踐條件,把實踐內(nèi)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)行,以班為單位全班學(xué)生集中到設(shè)計室進(jìn)行。做到實訓(xùn)教學(xué)課堂化,嚴(yán)格考勤制度,在實訓(xùn)期間累計曠課達(dá)到6節(jié)以上,或者遲到、早退累計達(dá)到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,必須在指定的時間內(nèi)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)驗。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。四、設(shè)計題目及控制要求題目:自動洗車機(jī)要求:1.按下啟動按鈕,洗車機(jī)開始往右移,噴水設(shè)備開始噴水,刷子開始洗刷。2.洗車機(jī)右移到達(dá)右極限開關(guān)后,開始左移,噴水及刷子繼續(xù)工作。3.洗車機(jī)左移到達(dá)極限位置后,開始右移,噴水機(jī)及刷子停止工作,清洗機(jī)設(shè)備開始動作噴灑清洗劑。4.洗車機(jī)右移到達(dá)極限位置,開始左移,繼續(xù)噴灑清潔劑。5.洗車機(jī)左移到達(dá)極限位置,開始右移,清潔劑停止噴灑,當(dāng)洗車機(jī)往右移3s后停止,刷子開始洗刷。6.刷子洗刷5s停止,洗車機(jī)繼續(xù)右移3s,刷子又開始洗刷5s停止,洗車機(jī)繼續(xù)右移,到達(dá)右極限開關(guān)后停止,然后往左移。7.重復(fù)上面第6步,左移碰左極限開關(guān)停止。8.洗車機(jī)往右移,風(fēng)機(jī)設(shè)備動作將車吹干,碰到右極限開關(guān)時,洗車機(jī)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)計若洗車機(jī)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(jī)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(jī)的右移、噴水、洗刷、風(fēng)扇及清潔劑噴灑均需停止,洗車機(jī)往左移,當(dāng)洗車機(jī)到達(dá)左極限開關(guān)時,原點復(fù)位燈亮起,表示洗車機(jī)完成復(fù)位動作。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)范。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;(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、考核方法電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計的考核方式為考查,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)行:平時表現(xiàn)20%;設(shè)計過程25%;設(shè)計報告 40%;設(shè)計答辯15%。有下列情形之一者,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。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(jī)的自動清洗任務(wù)。并利用Microsoft Visio 繪圖工具,進(jìn)行主電路圖、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。在老師的指導(dǎo)下,對PLC的編程程序進(jìn)行仿真和調(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(I0.0-I0.3),八個輸出信號(Q0.0-Q0.7)。其中噴水、刷子動作和噴灑洗潔劑等電動機(jī)的運行由PLC的程序控制執(zhí)行。自動洗車機(jī)啟動后能按順序完成要求動作,結(jié)束后自行停止,若斷電停止在得電后不會自行啟動,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)行操作,該型號西門子為中小型,有著模塊化結(jié)構(gòu)、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(jī) 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3章軟件設(shè)計83.1 流程圖83.2 PLC梯形圖113.3 仿真調(diào)試15心得體會19參考文獻(xiàn)20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(qiáng),功耗和體積減小,成本下降,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發(fā)展,使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)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(jī),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,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)過多年的發(fā)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(qiáng)了功能,擴(kuò)展了PLC的應(yīng)用范圍,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(qiáng)大功能使其無論單機(jī)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用于自動洗車機(jī)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(jī)可以推動洗車行業(yè)的發(fā)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)行總體設(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)行模擬調(diào)試;4.編寫課程設(shè)計說明書。(二)本設(shè)計的主要研究范圍及要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù)有:1.是自動洗車機(jī)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.對自動洗車機(jī)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(jī)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)行系統(tǒng)控制,也就難以滿足如何實現(xiàn)并且達(dá)到高效可靠的要求,本設(shè)計就是基于以上問題進(jìn)行的一些探討。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)形變達(dá)到一定距離時,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(jī)的過載保護(hù)。繼電器作為電動機(jī)的過載保護(hù)元件,以其體積小,結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應(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20(A);(2)熱元件額定電流為32/45(A)。2.2 接觸器的選擇CJX2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(jī)。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-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(jī)、清洗機(jī)、刷子、風(fēng)機(jī)和噴水機(jī)。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(jī)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。基于此,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(jī),在工作效率、工作精度和工作時間上為洗車這一行業(yè)提供便利及創(chuàng)新。隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大,PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn),功能日益強(qiáng)大,性價比越來越高。在產(chǎn)品規(guī)模方面,向兩極發(fā)展。一方面,大力發(fā)展速度更快、性價比更高的小型和超小型PLC。以適應(yīng)單機(jī)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方向發(fā)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(jī)技術(shù)的不斷發(fā)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(qiáng),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,西門子PLC的軟件SIMATIC Manager比較好用;第四,技術(shù)支持服務(wù)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(qiáng)大,維修簡單,所以性價比比較高6。西門子PLC的一般結(jié)構(gòu)如圖2.2。圖2.2 PLC一般結(jié)構(gòu)圖(1)中央處理單元(CPU)與通用計算機(jī)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、寄存器及實現(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。(3)I/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(qiáng)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I0.0-I0.3共4個輸入端點,Q0.0-Q0.7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(jī)左移I0.1復(fù)位按鈕Q0.1洗車機(jī)右移I0.2左側(cè)極限開關(guān)Q0.2噴水機(jī)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(jī)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,Q0.2-Q0.5為噴水、刷子等電動機(jī),Q0.6和Q0.7為啟動燈、復(fù)位燈。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(jī)執(zhí)行流程為:(1)按下啟動按鈕,洗車機(jī)開始往右移,噴水設(shè)備開始噴水,刷子開始洗刷。(2)洗車機(jī)右移到達(dá)右極限開關(guān)后,開始左移,噴水及刷子繼續(xù)工作。(3)洗車機(jī)左移到達(dá)極限位置后,開始右移,噴水機(jī)及刷子停止工作,清洗機(jī)設(shè)備開始動作噴灑清洗劑。(4)洗車機(jī)右移到達(dá)極限位置,開始左移,繼續(xù)噴灑清潔劑。(5)洗車機(jī)左移到達(dá)極限位置,開始右移,清潔劑停止噴灑,當(dāng)洗車機(jī)往右移3s后停止,刷子開始洗刷。(6)刷子洗刷5s停止,洗車機(jī)繼續(xù)右移3s,刷子又開始洗刷5s停止,洗車機(jī)繼續(xù)右移,到達(dá)右極限開關(guān)后停止,然后往左移。(7)重復(fù)上面第6步,左移碰左極限開關(guān)停止。(8)洗車機(jī)往右移,風(fēng)機(jī)設(shè)備動作將車吹干,碰到右極限開關(guān)時,洗車機(jī)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:若洗車機(jī)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(jī)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(jī)的右移、噴水、洗刷、風(fēng)扇及清潔劑噴灑均需停止,洗車機(jī)往左移,當(dāng)洗車機(jī)到達(dá)左極限開關(guān)時,原點復(fù)位燈亮起,表示洗車機(jī)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)行梯形圖的編程,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)行運行操作,我們可以得到程序仿真圖,模擬自動洗車機(jī)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。左移到觸碰左極限開關(guān)I0.2后,開始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,開始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,停止噴灑清潔劑,Q0.3刷子開始動作。Q0.1右移3s,Q0.3刷子動作5s停止再次右移,交替進(jìn)行,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。Q0.0左移3s、Q0.3刷子動作5s停止再次左移,交替進(jìn)行,直至左移至左極限。左移觸碰左極限開關(guān)I0.2,此時刷子停止動作,實現(xiàn)Q0.1右移、Q0.5風(fēng)機(jī)動作。右移觸碰右極限開關(guān)I0.3,開始Q0.0左移,此時Q0.5風(fēng)機(jī)繼續(xù)動作。左右移動往返重復(fù)2次,Q0.5風(fēng)機(jī)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,停止時Q0.6啟動燈滅,無電動機(jī)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(jī)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(jī)的背景和發(fā)展概況,對自動洗車機(jī)有了初步的了解,之后我們進(jìn)行了硬件的電路圖繪制,對各個電機(jī)進(jìn)行了保護(hù)。再根據(jù)繪制的總電路圖,選擇主要的硬件器件,主要包括熱繼電器和接觸器。之后是設(shè)計重點,相關(guān)于PLC的選擇和設(shè)計,我們選用了常見的西門子S7-300型號PLC,相對于三菱等牌子更加智能和優(yōu)化,基于此PLC選擇,我們對洗車機(jī)的要素進(jìn)行了I/O分配,然后繪制出I/O接線圖,完成了硬件設(shè)計。軟件設(shè)計是重點也是難點,我們先根據(jù)題目要求寫出工作流程圖,然后根據(jù)流程圖編程梯形圖,在編程的過程中,我們在左移、右移、風(fēng)干和復(fù)位編程上面沒有遇到阻礙,但是在噴水、刷子工作和噴灑清潔劑上面遇到了問題,導(dǎo)致第一次沒能成功運行,最后經(jīng)過咨詢老師和同學(xué),我們又設(shè)計了計時器,然后重新編程了噴水、刷子工作和噴灑清潔劑,才得以成功運行,得到了最后的仿真模擬圖,完成了本文的設(shè)計。在本次設(shè)計中,我不僅僅是鞏固實踐了PLC的學(xué)習(xí)內(nèi)容,更是充分了解到了自己在PLC方面的不足,我在I/O接線圖和梯形圖編程上還有一些漏洞,比如不會設(shè)置時間和對程序重復(fù)設(shè)置的錯誤,在老師的耐心指導(dǎo)下,我改正并且牢牢記住了。感謝老師和同學(xué)的幫助,也感謝學(xué)校提供給我一個實踐編程的機(jī)會,相信在不久的將來,我會在PLC上更大的進(jìn)步。參考文獻(xiàn)1 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