PLC自動洗車機控制設計

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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： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 成績：

2、指導老師簽名： 日期： 1 目錄 1 系統(tǒng)概述 1 1.1 設計目的 1 1.2 設計內容 2 1.3 設計要求 2 2 方案論證 2 2.1 洗車機的分類 2 2.2 自動洗車機種類的選擇 3 3 硬件設計 4 3.1 系統(tǒng)原理方框圖 4 3.2 主電路設計 4 3.3 I/O分配 4 3.4 I/O接線圖 5 3.5 元器件選型 5

3、 3.6 控制器選擇 6 3.6.1 單片機的特點 6 3.6.2 PLC的優(yōu)點 6 3.6.3 PLC選擇 7 3.6.4 FX2N PLC簡介 8 3.6.5 傳感器的選用 9 4 軟件設計 9 4.1 主流程 9 4.2 梯形圖 11 5 系統(tǒng)調試 13 設計心得 15 參考文獻 16 1 系統(tǒng)概述 1.1 設計目的 與傳統(tǒng)的洗車方式相比較，自動洗車機有著許多無可比擬的優(yōu)點，自動洗車機具有安全可靠，快捷高效，洗車潔凈，環(huán)保節(jié)水，不傷漆面，節(jié)省人工等優(yōu)點，為了滿足人們快速的節(jié)奏步伐和現(xiàn)代化社會的需

4、求，需要設計一種全自動的高效快速的設備，自動洗車機給人們帶來了無盡的方便，同時，也符合了現(xiàn)在社會技術發(fā)展的要求。 1.2 設計內容 自動洗車控制系統(tǒng)設計 1.3 設計要求 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

5、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。 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.原點復位設計 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 方案論證 洗車機有

6、很多種控制方案，這還要根據(jù)洗車機的種類而定。 2.1 洗車機的分類 一．按工作方式分：固定式和移動式 固定式：洗車機不動，汽車由機械牽引或自行緩慢通過洗車機的工作區(qū)域，洗車機通過各種檢測設備反饋的信息，按照相應的指令程序自動運行，達到清洗汽車的工作方式，例如：隧道式連續(xù)洗車機、大（中、?。┬屯ǖ罊C、無軌電車清洗機等。 移動式：即汽車不動，洗車機按照一定的程序在導軌上來回移動，同時執(zhí)行洗車機指令的工作方式。如：龍門往復式洗車機、大（中、?。┬鸵苿酉窜嚈C等。 二．按清洗車型分：小車型、大車型、特種車型。 市場上用于商業(yè)用途的絕大部分都屬于小車型洗車機，該類包含龍門往復式洗車機、隧道式

7、連續(xù)洗車機、無刷往復式洗車機等。大車型洗車機只要包含大型移動式洗車機、大型通道式洗車機。特種車型洗車機主要是洗輪機、垃圾車清洗劑、列車清洗機等。 三．洗車機從原理方面可以分為硬支承洗車機，軟支承洗車機、半硬支承洗車機。 硬支承洗車機是平衡轉速遠低于參振系統(tǒng)共振頻率的洗車機。平衡校驗時，支承擺架相對處于“硬”狀態(tài)，因此，轉子可以在接近實際軸承條件下進行平衡校正。具有操作簡便，安全性能好的特點。 軟支承洗車機是平衡轉速大于參振頻率的洗車機。平衡校驗時，支承擺架相對處于“軟”狀態(tài)，因此轉子校驗平衡時，支承條件與實際軸承條件不同。具有測量精度高的特點。 半硬支承洗車機是平衡轉速在0.3—0.5

8、倍參振系統(tǒng)共振頻率的洗車機，同時具有硬支承洗車機支承剛度高的特點，又有軟支承洗車機精度高的優(yōu)點。 四．洗車機從應用方面可以分為：立式和臥式洗車機；專用和通用洗車機。 臥式洗車機是被平衡轉子的旋轉軸在洗車機上呈水平狀態(tài)的洗車機。適用于有轉軸或可裝配工藝軸的轉子。如機床主軸、滾筒、風機、增壓器、電機轉子、汽輪機等等。 立式洗車機是被平衡轉子的旋轉軸在洗車機上呈垂直狀態(tài)下的洗車機。適用于轉子本身不具轉軸的盤狀工件。如離合器、齒輪、壓盤及其總成、制動盤、風葉、水泵葉輪、汽車飛輪等盤類零件。 通用洗車機是指能對形狀和支承形式比較規(guī)則的轉子進行平衡的洗車機。通用式洗車機操作簡單，效率也較高。 專

9、用洗車機是能對支承形式和外觀與一般轉子不同的轉子進行平衡的洗車機。例如特別針對發(fā)動機的曲軸，汽車的傳動軸進行設計的洗車機。 2.2 自動洗車機種類的選擇 本課題選擇固定往返式洗車機，這種類型的洗車機適合采用PLC編程控制。往返式自動洗車機是：汽車停在固定位置不動，洗車設備根據(jù)車型來往復運動。 3 硬件設計 3.1 系統(tǒng)原理方框圖 3.2 主電路設計 當閉合啟動開關時，電動機M1的線圈得電，其主觸頭閉合，電動機M1正轉，洗車機向右運動，當碰到右極限開關時，電機主觸頭KM1斷開，KM2閉合，電機反轉，洗車機向左運動。當電機M2的主觸頭KM3閉合時，噴水機啟動運行開始噴水；當電機

10、M3主觸頭KM4閉合時，電機M3開始運行，開始噴灑清洗劑；當電機M4主觸頭KM5閉合時，電機M4開始運行，刷子開始工作；當電機M5主觸頭KM6閉合時，電機M5開始運行，風機工作開始吹風。其主電路圖如圖3—1所示。 圖3—1 自動洗車機主電路圖 3.3 I/O分配 根據(jù)外部設計要求，設定各個輸入口、輸出口的地址，X0、X1、X2、X3、X4分別代表左極限開關、右極限開關、啟動開關、停止開關和復位開關；Y0—Y7分別代表各個輸出量。I/O分配表如表3—1所示。 表3—1 自動洗車機I/O分配 輸入地址號 信號名稱 輸出地址號 信號名稱

11、 X0 左極限開關ST1 Y0 洗車機左移KM1 X1 右極限開關ST1 Y1 洗車機右移KM2 X2 啟動開關SB1 Y2 噴水機灑水KM3 X3 停止開關SB2 Y3 清洗劑控制KM4 X4 復位按鈕SB3 Y4 刷子控制KM5 Y5 風機控制KM6 Y6 啟動指示燈HL1 Y7 復位指示燈HL2 3.4 I/O接線圖 根據(jù)PLC引腳的分配及引腳的功能，其與外部設備連接引線如下圖3--2所示： 圖3—2 自動洗車機I/O接線圖 3

12、.5 元器件選型 根據(jù)外部設計要求，需要選擇不同型號的各個元器件，以及元器件的代號、名稱、型號以及數(shù)量。下表羅列了各種元器件的名稱、代號、型號以及數(shù)量，如表3—2所示。 表3—2 各元器件的型號 序號 代號 名稱 型號 數(shù)量 1 M 三相異步電動機 J02-22-4,1.5kw 1410轉/分，380v，3.49安 5 2 QS 低壓隔離器（空氣開關） DZ47-3P 1 3 FR 熱繼電器 JR36-20 5 4 CPU PLC處理器 CPU222 1 5 KM 交流接觸器 CJX2-09 6 6 SB 按鈕 LAY

13、8 2 7 SQ 行程開關 LXK2 2 8 FU 熔斷器 RT16-20 3 9 L 導線 若干 10 AC 交流電源 220v 1 3.6 控制器選擇 3.6.1 單片機的特點 單片機主要應用于辦公自動化設備、機電一體化、實時過程控制、日常生活及家用電器等領域。在各類儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性能價格比；具有以下特點： （1） 片內存儲容量越來越大。 （2）芯片引線齊全，容易擴展。 （3）運行速度高，控制功能強。 （4）單片機內部的數(shù)據(jù)信息保存時間很長，有

14、的芯片可以達到100年以上。 但其也存在速度慢，功能不強，精度低、易受環(huán)境影響等缺點。 3.6.2 PLC的優(yōu)點 1) 豐富的I/O接口模塊 PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網絡，它還有多種通訊聯(lián)網的接口模塊，等等。 2) 配套齊全、功能完善、適用性強 PLC發(fā)展到今天，已經形成了各種規(guī)模的系列化產品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)

15、控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3) 系統(tǒng)的設計、工作量小、維護方便、容易改造 PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4) 體積小、重量輕、能耗低 以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺

16、寸小于100mm ，重量小于150g 耗能僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想設備。 經綜合比較，本設計選用性能較好，控制較準確的PLC作為控制器。 3.6.3 PLC選擇 選擇PLC是首待解決的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面選擇什么公司的PLC及外設。 1）歐姆龍PLC簡介 OMRON C系列PLC產品門類齊、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品。整體式結構的微型PLC機是以C20P為代表的機型。疊裝式（或稱緊湊型）結構的微型機以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CP

17、M型機最為典型，這兩種都屬堅固整體型結構。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)10~140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，CPM型機是OMRON產品用戶目前選用最多的小型機系列產品。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?？梢耘c上位計算機、下位PLC機及各種外

18、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都能夠滿足需求。 2） 西門子PLC簡介 德國西門子（SIEMENS）公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網絡，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，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產品可分為微型PLC（如S7-200

19、），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。 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產品。其中FX2是1991年推出的產品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機殼內的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，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合的疊裝式結構 經過對幾家公司生產的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

20、素的考慮，三菱公司生產的PLC具有體積小，控制靈活，性價比高等優(yōu)點，可與普通電腦編程通信等。本控制系統(tǒng)選用三菱FX2N--32MR型可編程控制器。。 3.6.4 FX2N PLC簡介 20世紀90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎上又推出了FX2N系列產品。該機型在運算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進步，是一種小型化、高速、高性能、各方面都相當于FX系列中最高檔次的超小型的PLC。 FX2NPLC的基本單元可以根據(jù)控制規(guī)模大小外加擴展單元、擴展模塊及特殊功能單元構成疊裝式PLC控制系統(tǒng)。下圖是FX2N可編程控制器基本單元實物圖。

21、 圖1 FX2N可編程控制器實物圖 3.6.5 傳感器的選用 位置的檢測有多種方案，可以用光電傳感器、攝像頭、電阻傳感器等，但這些傳感器易受環(huán)境影響，且自身精度不好控制，故本設計采用位置開關。 4 軟件設計 PLC的軟件設計是指用戶繪制流程圖和編寫程序的過程。PLC的程序設計是以指令為基礎，結合被控對象工藝過程的控制要求和現(xiàn)場信號，對照自動洗車機系統(tǒng)的元件組成及控制過程，畫出流程圖，然后用編程語言進行編程的過程 4.1 主流程 根據(jù)設計要求以及要達到的目的，按照國標編寫流程圖，要求流程圖能滿足設計要求而且簡單并操作方便。如圖4—1所示。

22、 圖4—1 自動洗車機主流程圖 4.2 梯形圖 按照設計要求及要實現(xiàn)的目標，編寫梯形圖，要求符合設計目的，操作簡單。如圖4—2所示。 圖4—2 自動洗車機梯形圖 圖4—2自動洗車機梯形圖（續(xù)） 5 系統(tǒng)調試 經過多次反復調試與修改，本次設計基本滿足了自動洗車機控制的要求：當按下X2時，啟動指示燈亮，表示洗車程序已啟動，此時，實驗臺上表示洗車右移、噴水機噴水和刷子洗刷的輸出口Y1、Y2、Y4對應的指示燈也亮了；按下開關X1模擬洗車到達右極限，此時，Y1的指示燈熄滅，表示洗車左移的按鈕Y0指示燈亮起，Y2、Y4按鈕指示燈繼續(xù)亮；按下開關X0，模擬洗車

23、到達左極限，此時，Y0、Y2、Y4按鈕代表的指示燈全部熄滅，代表噴灑清潔劑的按鈕Y3指示燈亮起和按鈕Y1指示燈亮起;按下開關X1，模擬洗車到達右極限，Y1按鈕指示燈滅，Y0和Y3按鈕指示燈亮；按下開關X0，模擬洗車到達左極限，Y0、Y3指示燈滅，Y1指示燈亮，3秒后Y1指示燈滅，Y4指示燈亮，5秒后，Y1指示燈亮，Y4指示燈滅，若不按X1,則以這兩種狀態(tài)交替進行下去；按下X1后，表示洗車機到達右極限，實驗臺上僅Y0指示燈亮，表示洗車機左移，3秒后Y0指示燈滅，Y4指示燈亮，5秒后，Y0指示燈亮，Y4指示燈滅，若不按X0,則以這兩種狀態(tài)交替進行下去；按下X0，表明洗車機已到達左極限，試驗臺上僅Y

24、1指示燈亮和代表風機動作的Y5指示燈亮;表示洗車機向右運動的同時風機工作吹風，按下X1后，模擬洗車到達右極限，Y1指示燈熄滅，Y0、Y5按鈕指示燈亮；表明洗車機左移的同時吹風機工作吹風。重復2次動作后，實驗臺上所有指示燈均熄滅。為模擬故障復位，在實驗時，按下手動復位按鈕X4，實驗臺上復位指示燈亮。模擬故障停車時，按下停止按鈕X3，實驗臺上所有的指示燈均熄滅，停止工作。C0—C8表示計數(shù)器，當數(shù)值計滿時所對應的常開按鈕閉合。 設計心得 經過近10天的努力，我的課程設計終于完成了。課程設計不僅是對前

25、面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 通過這次課程設計，我明白了自己原來知識還比較欠缺的。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己學的知識能夠應付考試就可以了。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。在設計過程中，我們發(fā)現(xiàn)了很多平時不容易發(fā)現(xiàn)的問題，還有許多問題不是在課本上就能自己解決的，我通過去圖書館查閱有關資料、上網搜索，還跟小組內成員及時討論，總能找到解決的方案。我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗等方式，是自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但是收獲也是同樣巨大。 在整個設計的過程中，

26、我懂得了許多知識，為將來的畢業(yè)設計打下了一定的基礎，也培養(yǎng)了我獨立學習探索的能力。相信這次課程設計會對以后的學習、工作還有生活都有很大的影響，而且大大提高了我的實踐動手能力，使我充分體會到再創(chuàng)作過程中探索的艱難，同時也讓我嘗到了成功時的喜悅。 雖然這個設計也按時做完了，也學還不夠完美，但在課程設計中所學到的知識是豐富的，也將為我以后的學習生涯提供了一個良好的基礎。 參考文獻 1. 王兆義.可編程控制器使用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社.2004. 2. 常曉玲.電器控制系統(tǒng)和可編程控制器[M].北京：機械工業(yè)出版社.2004. 3. 殷洪義.可編程控制器選擇設計與維護[M].北京：機械工業(yè)出版社.2002. 4. 高欽和，可編程控制器應用技術及其設計實例[M].北京:高等教育出版.2004 5. 阮友德.電氣控制與PLC實訓教程[M].北京：人民郵電出版社.2006. 6. 田瑞庭.可編程控制器應用技術.[M].北京：機械工業(yè)出版社. 1994. 17