自動洗車機plc課程設計.doc

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目錄 1 系統(tǒng)概述 1 1.1 應用背景及意義 2 1.2 系統(tǒng)描述及設計要求 2 2 方案論證 4 3 硬件設計 5 3.1 系統(tǒng)原理方框圖 5 3.2 系統(tǒng)主電路原理圖 5 3.3 I/O 分配 7 3.4 PLC 選擇 8 3.5 PLC 控制原理圖 9 3.6 PLC 控制接線圖 11 3.7 元器件選型 12 4 軟件設計 13 4.1 主流程圖 13 4.2 梯形圖 14 設計心得 17 參考文獻 18 1 系統(tǒng)概述 1.1 應用背景及意義 汽車行業(yè)隨著科學技術的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。隨著時代發(fā)展，人們生活水 平提高，人們對汽車的需求逐漸增加，隨之而來的便是汽車的保養(yǎng)。其中汽車 清洗便是不可或缺的一項內(nèi)容。當今社會，高科技的發(fā)展實現(xiàn)了各行業(yè)的自動 化控制，但是在汽車清洗行業(yè)，大部分仍是人工完成。傳統(tǒng)洗車業(yè)利用人力， 對汽車涂抹泡沫，然后利用水泵對汽車進行沖洗，再在自然光及風等條件下， 使清洗后的汽車進行自然風干。雖然實現(xiàn)汽車清洗，但過分依賴人力，操作時 間長，浪費大量水資源，經(jīng)濟性差，不利于洗車業(yè)的發(fā)展。目前比較大型的汽 車美容公司，雖然實現(xiàn)了汽車的清洗、打蠟、噴漆等的自動化，但成本高，其 自動控制系統(tǒng)不適合小型的、專門的汽車清洗行業(yè)。因此，對于中小型城市， 汽車清洗業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。如何實現(xiàn)高效、高質(zhì)量并且適用于小型汽車 的自動清洗，就成了汽車清洗行業(yè)發(fā)展的必然要求。本次設計采用 PLC 控制， 通過線路的通斷來實現(xiàn)汽車自動清洗。它可以節(jié)省人力、物力資源，高效、準 確的完成洗車任務，為客戶提供便利，而且極大的節(jié)約水資源，符合建設節(jié)約 型社會的時代需要。這套汽車自動清洗系統(tǒng)結構簡單，成本低，適合不同場合 的需求，尤其是中小型公司。 1.2 系統(tǒng)描述及設計要求 自動洗車機由門式框架組成，門式框架有一臺三相異步電機拖動，4KW 380V 50HZ，在車頭和車尾處分別設置有一個行程開關，門式框架上安裝有 3 個刷子（上、左、右各 1 個），分別有 1 臺單相電機拖動，1.5KW 220V 50HZ，同時門式框架上安裝有 3 組噴水噴頭（上、左、右各 1 個），由一臺水泵電機拖動 1KW 220V 50HZ，噴頭由電磁閥控制 DC24V 5W。洗車機外部框架結構示意圖如圖 1.2.1 所示。 洗車機門式框架 左刷子 上刷子 右刷子 車頭限位置開關 車輛檢測接近傳感器 車尾限位置開關 圖 1.1 洗車機外部框架結構圖 具體功能實現(xiàn)： 1、按下啟動按鈕，洗車機框架開始由車頭向車尾移動，噴水設備開始噴水。 2、門式框架移動到達車尾限位開關后，開始返回，并保持繼續(xù)噴水。 3、門式框架移到車頭限位置后，保持噴水，同時刷子開始工作，框架開始 向車尾移動。 4、門式框架移到車尾限位置后，保持噴水，刷子轉(zhuǎn)動，框架開始向車頭移 動。 5、重復上面第 3、4 步，框架向車頭移動至限位開關停止。洗車整個過程 完成。啟動燈熄滅 2 方案論證 使用 PLC 控制洗車機。自動洗車機有啟動、停止、復位功能，設計時需要 三個輸入口輸入信號。本方案，按下啟動按鈕，啟動指示燈亮，自動洗車機啟 動；洗車機由車頭向車尾移動，噴水設備噴水；當?shù)竭_車尾限位置時，觸動行 程開關 SQ2，洗車機向車頭移動，保持噴水；當?shù)竭_車頭限位置時，行程開關 SQ1 動作，計數(shù)器 C0 動作，保持噴水，刷子開始工作，洗車機向車尾移動； 當?shù)竭_車尾限位置后，保持噴水，刷子轉(zhuǎn)動，洗車機向車頭移動；洗車機到達車頭限位置后重復刷子開始工作后的過程一次，洗車機再次回到車頭限位置后停止工作，整個洗車過程完成，啟動燈熄滅。若在工作過程中發(fā)生停電等突發(fā)事情導致洗車機停止工作，可通過復位按鈕使洗車機復位，然后啟動重新工作。 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(nèi)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(nèi)部的數(shù)據(jù)信息保存時間很長，有的芯片可以達到 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。 也可采用常規(guī)低壓電器控制的方式實現(xiàn)功能，缺點很明顯，對人力消耗較 大。 為了達到方案要求，本設計采用 PLC 控制的模塊化設計。主要模塊包括： PLC 控制系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、機械系統(tǒng)。 3 硬件設計 3.1 系統(tǒng)原理方框圖 PLC控制 本次設計思路是通過啟動、停止、復位三個按鈕來控制洗車機的運作。依靠 PLC 控制整個洗車過程的具體實現(xiàn)。總體設計過程如下圖圖 3.1 系統(tǒng)原理方框圖所示。 洗車機移向車尾 啟動 洗車機移向車頭 停止 復位 噴水機噴水 刷子洗刷 圖3.1 系統(tǒng)原理方框圖 3.2 系統(tǒng)主電路原理圖 主電路中，采用斷路器來進行限流，用過熱繼電器防止過熱。系統(tǒng)主電路 原理圖如圖 3.2 所示 圖3.2 系統(tǒng)主電路原理圖 3.3 I/O 分配 經(jīng)過對控制過程和要求分析確定具體的控制任務是在汽車進入后，按下啟 動按鈕，則可以進行自動刷洗，洗完自動停止，也可人工停止。確定了要完成 的動作后，再確定動作的順序。具體 I/O 分配表如表 3.3.1 所示。 輸入地址號 信號名稱 輸入地址號 信號名稱 X0 車頭限位置開關 SQ1 Y0 洗車機移向車尾 KM1 X1 車尾限位置開關 SQ2 Y1 洗車機移向車頭 KM2 X2 啟動開關 SB1 Y2 噴水機灑水 KM3 X3 停止開關 SB2 Y3 上刷子控制 KM4 X4 復位按鈕 SB3 Y4 右刷子控制 KM5 Y5 左刷子控制 KM6 Y6 啟動指示燈 HL1 Y7 復位指示燈 HL2 Y10 上噴頭電磁閥 YV1 Y11 右噴頭電磁閥 YV2 Y12 左噴頭電磁閥 YV3 表 3.1 I/O 分配表 7 3.4 PLC 選擇 （1）歐姆龍 PLC 簡介 OMRON C 系列 PLC 產(chǎn)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(chǎn)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 CPM 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(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機系列 產(chǎn)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(chǎn)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。可以與上位計算機、下位 PLC 機及各種外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(wǎng)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 機都能夠滿足需求。 （2） 西門子 PLC 簡介 德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)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(chǎn)線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司 的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)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(wǎng)絡通信能 力，功能更強，可靠性更高。S7 系列 PLC 產(chǎn)品可分為微型 PLC（如 S7-200）， 8 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 具有龐大的家族?；締卧?主機)有 FX0 、FX2 、FXON 、FX2C 、FX1S 、FX1N 、FX2N 、FX2NC 、FX3U 、FX3UC 、FX3G 等 11 個系列。 每個系列又有 16、32、48、64、80、128 點等不同輸入輸出點數(shù)的機型，每個 系列還有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出三種輸出形式。 FX2N 系列 PLC 是 FX 系列中最高級的模塊。它擁有無以匹及的速度、更高級的功能、邏輯選 件以及定位控制等特點，F(xiàn)X2N 是從 10 到 256 路輸入、輸出的多種應用的選擇 方案。 從應用、價格、可靠性、現(xiàn)場工作環(huán)境、設計資金及對 PLC 掌握情況等各 方面的考慮，三菱公司生產(chǎn)的 PLC 具有體積小，控制靈活，性價比高等優(yōu)點。 本控制系統(tǒng)選用三菱 FX2N-32MR 型可編程控制器。 3.5 PLC 控制原理圖 根據(jù) PLC 實際 I/O 類型及其可實現(xiàn)的功能，確定其與外部設備的連接方案，具體 PLC 控制原理圖如圖 3.3 所示 圖3.3PLC控制原理圖 3.6 PLC 控制接線圖 按照 PLC 控制原理圖的設計方案，根據(jù)所選 PLC 的型號的實物對比，對 PLC 控制接線圖進行了詳細的設計。PLC 控制接線圖如圖 3.4 所示。 600 M6 L1 L2 L3 L11L12L13 L11 N4 L11 N3 L11 N2 L11 N1 L11 N6 L11 N8 QF1 QF2 QF3 QF4 QF5 QF6 QF7 QF8 L11L12L13 U11V11W11 U21 W21 U31 W31 U41 W41 U51 W51 L14 N5 L15 N7 FX2N-32MR U11 V11W11 20 N7 U11 V11W11 21 N7 U21 W21 N7 U31 W31 N7 U41 W41 N7 U51 W51 N7 800 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 U12V12 W12 24 24 W12 V12 U12 25 25 U22 W22 22 U32 W32 23 U42 W42 26 U52 W52 27 U12 V12W12 20 FR 接地銅排 U13 V13W13 7 L1 L2 L3 N1 N2 N3 N4 U13 V13 W13 U22 W22 U32 W32 U42 W42 U52 W52 N6 N8 1 2 3 4 5 6 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 N7 28 1 5 N7 29 1 4 1 6 啟動 停止 復位 控制面板 圖 3.4 PLC 控制接線圖 3.7 元器件選型 根據(jù)具體要求對所需電機及設備的型號進行選擇和確定，表中列出了型號、品牌、價格及數(shù)量。具體如表 3.2 元器件選型所示 序號 代號 名稱 型號 品牌 價格 數(shù)量 Y112M，4kw 1 M1 三相異步電動機 2980r/min，380V，10.53A 聚霸 550 元 1 ，50HZ 2 M2 水泵電機 YL8022，1.1KW，2800r/m 佛力環(huán)球 850 元 1 in, 220V，7.02A ，50HZ YL90L4， 3 M3～M5 單相異步電機 1.5KW，1400r/min， 金五峰 568 元3 3 220V，6.82A，50HZ 4 QF1 低壓斷路器 DZ47-3P 正泰 18.5 元 1 5 QF2 低壓斷路器 DZ47-3P 正泰 18.5 元 1 6 QF3 低壓斷路器 DZ47-2P 正泰 15.8 元 1 7 QF4～QF6 低壓斷路器 DZ47-2P 正泰 15.8 元3 3 8 FR 熱繼電器 JR36-20 上海人民 43 元 1 9 YV 電磁閥 DC24V 5W XRN 20 元3 3 10 CPU PLC 處理器 FX2N-32MR-001 三菱 1750 元 1 11 KM 交流接觸器 CJX2-09 上海柏立 16 元6 6 12 SB 按鈕 LAY8-22D 德力西 25 元3 3 13 SQ 行程開關 LXK2-311 金山 10 元2 2 14 FU 熔斷器 RT16-20 時雨 1.8 元 1 15 L 導線 若干 16 AC 交流電源 220V 1 17 合計：5250 元 表 3.2 元器件選型 4 軟件設計 4.1 主流程圖 開始 洗車機移向車頭，繼續(xù)洗刷 在原點？N 復位 N 車頭限位置？ Y Y 啟動 復位燈亮 洗車機移向車尾，繼續(xù)洗刷 洗車機移向車尾，噴頭噴 N 水，啟動燈亮 車尾限位置？ N Y 車尾限位置？ 洗車機移向車頭，繼續(xù)洗刷 Y Y N N 洗車機移向車頭，繼續(xù)噴水 車頭限位置？ N Y 車頭限位置？ 洗刷兩次？ Y 洗車機移向車尾，繼續(xù)噴 Y 水，刷子工作 洗車結束，啟動燈滅 N 車尾限位置？ 結束 圖 4.1 主流程圖 4.2 梯形圖 設計心得 歷時兩個星期的課程設計，既是對所學知識的檢驗，也是對自己能力的提高。通過此次課程設計，使我在課本外發(fā)現(xiàn)了知識運用的樂趣。將自己所學運用于實際使用中，雖然只是一次簡單的設計工作，并沒有用于實踐，但這已經(jīng)提醒自己課程的實用性。在設計過程中，資料的翻閱，查找，一步步深化了知識層次，使自己不再局限于課本、考試之中。對于效益、成本這些更加職業(yè)化的因素加深了印象。學習最終還是應用于生產(chǎn)工作，效益為王才是最終目的?？梢哉f，一次課程設計也是一次低層次的對知識本質(zhì)上的重新正視。 這次設計還有許多的不足，功能上還不盡完善，根據(jù)需要還可以添加清潔劑噴灑，吹風機風干車體。另外還有復位功能的完善，比如在行進和后退的過程中遇到故障以及所采取的措施等等。該設計還有很大的改進空間以待以后完善。 參考文獻 1.三菱微型可編程控制器 FX1s,FX2N,FX1N,FX2NC 編程手冊.三菱電子公司.2001 2.電氣控制與 PLC 系統(tǒng).任勝杰.北京：機械工業(yè)出版社.2013.1 3.流行 PLC 實用程序及設計（三菱 FX2 系列）.賀哲榮，石帥軍. [M]安電子科技大學出版社：2006 4.可編程控制器應用技術.第二版.田瑞庭主編.北京：機械工業(yè)出版社.1994