電氣控制課程設計最終版講解

1、課 題： 汽車自動清洗裝置 PLC 控制專 業(yè)： 電氣工程及其自動化班 級： 2012 級 2 班姓 名： 劉 超( 12151744 )楊延成( 12154426)指導教師： 鄭雪娜設計日期：2014年12月9日至 2014年12月19日成 績：重慶大學城市科技學院電氣信息學院電氣控制技術課程設計報告一、設計要求及任務1設計要求 根據下面的流程圖工作：2設計任務1）繪制工作流程框圖或順序功能圖；2）繪制 PLC 的硬件接線圖；3）相關元器件的計算與選型，制定元器件明細表；4）編寫全程序梯形圖或指令表，并通過調試；5）編寫設計說明書。、進度安排及完成時間1設計時間：兩周， 2014年12月 0

2、9日至 2014年12月19日。 2進度安排第一周：布置設計任務，查閱資料，熟悉設計要求及任務，軟硬件設計。 第二周：整理資料，按格式撰寫設計說明書，上交設計作業(yè)（打印稿及電子 文檔）。目錄第 1 章 概述11.1 引言11. 2 PLC 的定義 11. 3 PLC 的發(fā)展 歷程 21.4 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本內容21.5 PLC 控制系統(tǒng)設計的步驟3第 2 章 硬件設計 42.1 控制系統(tǒng)的功能要求42.2 I/0 分析52.3 輸入和輸出點分配表52.4 I/O 接線圖6第 3 章 軟件設計73.1 系統(tǒng)設計順序功能圖73.2 系統(tǒng)設計梯形圖93.3 系統(tǒng)設計編程圖10第 4 章 系

3、統(tǒng)調試114.1硬件調試114.2軟件調試114.3 運行調試11體會總結12附錄13參考文獻 20電氣控制技術課程設計報告第 1 章 概述1.1 引言隨著微處理器、 計算機和數字通信技術的飛速發(fā)展， 計算機控制已擴展到所 有的控制領域。 現代社會要求制造業(yè)對市場需求迅速的反應， 生產出小批量、 多 品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品。為了滿足這一需求，生產設備和自動生 產線的控制系統(tǒng)必須具有極高的靈活性和可靠性， 可編程控制器正是順應這一要 求出現的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體， 易于擴充其功能的原則設計。 PLC

4、是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算 機，除了能完從應用、 價格、 可靠性和對現場工作環(huán)境及設計資金等各個方面因 素的考慮，本系統(tǒng)采用三菱 FX2N系列 PLC進行設計。市場上常見的汽車自動清洗機簡介：它改變傳統(tǒng)高壓水槍單相流、 單一介質的清洗原理。 采用高速氣流配合水硬 霧沖洗的新技術（兩相流清洗）。水被微?；?，幾十倍提高水的利用率，達 到節(jié)水 90以上，并且集清洗、噴清潔劑、吹干等多功能于一身。小巧手持、 隨意移動， 任何環(huán)境均可工作。 最大限度的提高單位水量的利用率， 并具備一定 的沖力和溫度， 極有效地清除和溶解車身及所有縫隙的灰塵和油污。 用水量是水 槍的二十分之一， 耗能是

5、它的一半， 其他設備所無法比擬的是： 徹底清洗細 微之處；快速吹干功能；無水花飛濺；無滿地流水；清洗車身；洗門縫、門邊、 發(fā)動機組，細微之處顯身手；油、泥厚處重的地方也是輕而易舉，快速吹干。1.2 PLC 的定義Programmable Logic Controller簡稱為 PLC，即可編程控制器，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。1.3 PLC 的的發(fā)展歷程在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制， 它按照邏輯條件進行順序動作， 并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統(tǒng)上， 這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現的。 1968 年美國 GM（通用汽車）公 司

6、提出取代繼電氣控制裝置的要求， 第二年， 美國數字公司研制出了基于集成電 路和電子技術的控制裝置， 首次采用程序化的手段應用于電氣控制， 這就是第一 代可編程序控制器稱為 Programmable Controller （ PC）。個人計算機（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器 的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller （PLC）， 現在，仍常常將 PLC簡稱 PC。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會（ IEC）對 PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境 下應用而設計。 它采用可編程

7、序的存貯器， 用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、 順 序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸 出，控制各種類型的機械或生產過程。 可編程序控制器及其有關設備， 都應按易 于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。上世紀 80 年代至 90 年代中期， 是 PLC發(fā)展最快的時期， 年增長率一直保持 為 3040%。在這時期， PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和 網絡能力得到大幅度提高， PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在 過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)1.4 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本內容一個 PLC控制系統(tǒng)由信號

8、輸入元件（如按鈕，限位開關，傳感器等），輸出 執(zhí)行器件（如電磁閥，接觸器，電鈴等），顯示器件和 PLC構成。因此， PLC控 制系統(tǒng)的設計，就包括這些器件的選取和連接等。 輸入器件，輸出執(zhí)行器件，顯示器件等。一個輸入信號，進入 PLC后和 PLC 內部可以多次重復使用，而且和可獲得其常開，常閉，延時等各種形式的觸點。 因此，信號輸入器件只要有一個觸點即可。 輸出器件應盡量選取相同電源電壓的 器件，并盡可能選取工作電流較小的器件。 顯示器件應盡量選取 LED器件，其壽 命較長，而且工作電流較小。 設計控制系統(tǒng)主回路。應根據執(zhí)行機構是否需要正，反向動作，是否需要 高低速，設計出控制系統(tǒng)主回路。 選

9、取 PLC。根據輸入，輸出信號的數量，輸入輸出信號的空間分布情況， 程序容量的大致情況，具有的特殊功能等，選取 PLC。 進行 I/O 分配，繪制 PLC控制系統(tǒng)硬件原理圖。 程序設計及模擬調試。設計 PLC控制程序，并利用輸入信號開關板進行模 擬調試，檢查硬件設計是否完整，正確，軟件是否能滿足工藝要求。 設計控制柜。 在控制柜中，強電和弱電控制信號應盡可能進行隔離和屏蔽， 防止強電磁干擾影響 PLC的正常運行。 編制技術文件，包括電器原理圖，軟件清單，使用說明書，元件明細表等。1.5 PLC 控制系統(tǒng)設計的步驟對控制任務的分析和軟件的編制， 是 PLC控制系統(tǒng)設計的兩個關鍵環(huán)節(jié)。 通 過對控

10、制任務的分析， 確定 PLC控制系統(tǒng)的硬件構成和軟件工作過程； 通過軟件 的編制，實現被控對象的動作關系。 PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟為：對控制任務進行分析， 對較復雜的控制任務進行分塊， 劃分成幾個相對獨 立的子任務，以減小系統(tǒng)規(guī)模分散故障。分析各個子任務中執(zhí)行機構的動作過程。 通過對各個子任務執(zhí)行機構動作 過程的分析， 畫出動作邏輯關系圖， 列出輸入信號和輸出信號， 列出要實現的非 邏輯功能。對于輸入信號，每個按鈕，限位開關，開關式傳感器等作為輸入信號 占用一個輸入點，接觸的輔助觸點不需要輸入 PLC，故不作為輸入信號。對于輸 出信號，每個輸出執(zhí)行器件，如接觸器，電磁閥，電鈴等，均作為輸

11、出信號占用 一個輸出點，對于狀態(tài)顯示， 如果是輸出執(zhí)行器件的動作顯示， 可與輸出執(zhí)行器 件的動作的顯示， 可與輸出執(zhí)行器件共用輸出點， 不再作為新的輸出信號； 如是 非動作顯示，如“運行”，“停止”，“故障”等指示，應作為輸出信號占用輸第 2 章 硬件設計2.1 控制系統(tǒng)的功能要求2.1.1 分析任務要求及解決方案1）分析任務 當發(fā)出啟動命令時， 清洗機開始工作， 清洗機接觸器和水閥門都打開， 汽車 進入洗刷范圍時，刷子接觸器開啟， 進入刷洗程序。當檢測器檢測到車子離開時， 停止刷洗，清洗機接觸器、水閥門和刷子接觸器全關閉，發(fā)出停機命令，結束刷 洗。2 ）解決方案我們通過以上的分析可以知道，

12、先由人來發(fā)出啟動命令， 自動開啟清洗接觸 器和水閥門； 傳感器檢測到汽車進入清洗范圍時， 刷子接觸器打開靠近汽車進行 清洗；傳感器檢測到汽車離開清洗范圍時， 刷子接觸器停止刷洗； 最后我們發(fā)出 停止命令， 清洗機接觸器和水閥門停止和關閉。 由此，我們設計出自動洗車機的 工作流程圖如下：圖1 自動洗車機的工作流程圖汽車清洗機上有啟動按鈕和一個車輛檢測器， 當按下啟動開關后， 洗車機開始工作，清洗接觸器和水門閥接通， 當車輛檢測器檢測到有車輛進來且清洗機和 車輛到位后，刷子接觸器接通，刷洗開始，當刷洗機開始后 2 分鐘車輛離開后， 刷洗機停止刷洗， 刷子接觸器關閉， 按下停機開關后， 清洗機接觸器

13、和水閥門關 閉，清洗結束。用 FXGP_WIN-C軟件編制 PLC控制程序，并將程序寫入到 PLC， 通過 PLC控制實現汽車自動清洗裝置工作過程的自動控制。2.2 I/O 分析經過對控制過程和要求的詳細分析，我明確了具體的控制任務是在啟動命 令下，汽車進入則可以進行自動刷洗， 汽車離開則可以自動停止刷洗。 確定了要 完成的動作后， 再確定動作的順序： 有啟動一個輸入點和停止一個輸入點。 按下 啟動按鈕，啟動清洗機接觸器和水閥門， 接著傳感器檢測汽車是否進入清洗范圍， 進入則開始刷洗；汽車離開則停止刷洗，按下停止命令則清洗結束。2.3 輸入和輸出點分配表代號輸入名稱代號輸出名稱SDI0.0啟動

14、按鈕L3Q0.3控制噴淋器繼電 器 KASTI0.1停止按鈕R1Q0.0噴淋器閥門 YVSQ1I0.2起始行程開關R2Q0.1清洗機電動機M2SQ2I0.3終止行程開關R3Q0.2刷子接觸器 KM1L1Q0.5控制傳送帶接觸器KM3刷子電動機 M1L2Q0.4控制清洗機接觸器KM2傳送帶電動機M3表 1 輸入和輸出點分配表2.4 I/O 接線圖圖 2 I/O 接線圖- 6 -第 3 章 軟件設計要求3.1 系統(tǒng)設計順序功能圖圖3 順序功能圖- 7 -功能圖說明：按下啟動按鈕 SD，控制傳送帶接觸器 KM3的線圈通電，它的常開觸點閉合， 傳送帶電動機 M3通電工作，帶動傳送帶運行； 控制噴淋器繼

15、電器 KA的線圈通電， 常開觸點待閉合，計時器 T37開始計時，計時為 2.5s ，2.5 秒后噴淋器閥門 YV 打開，開始噴水；控制清洗機接觸器 KM2的線圈通電，它的常開觸點待閉合，計 時器 T38開始計時，計時為 3.0s ，3.0 秒后控制清洗機運動的電機 M2通電，清 洗機工作，開始清洗。當汽車隨傳送帶到起始行程開關 SQ1時，起始行程開關 SQ1閉合，并且終止行程開關 SQ2斷開，控制刷子接觸器 KM1的線圈通電，它的 常開觸點閉合 , 刷子電動機 M1通電工作，刷子開始刷洗。 當汽車隨傳送帶到終止 行程開關 SQ2時，終止行程開關 SQ2閉合，并且起始行程開關 SQ1斷開，控制刷

16、 子接觸器 KM1的線圈斷電，它的常開觸點斷開，刷子電動機 M1停止工作，刷子 也就停止工作。 當第一輛車超過終止行程開關 SQ2后，其他車輛將繼續(xù)重復起始 行程開關 SQ1與終止行程開關 SQ2這個過程。汽車隨傳送帶運動， 直到出庫為止。 按下停止按鈕 ST，控制傳送帶接觸器 KM3的線圈斷電，它的常開觸點斷開，傳 送帶電動機 M3停止工作， 傳送帶也就停止； 控制噴淋器繼電器 KA斷開，噴淋器 閥門 YV關閉，噴淋器停止噴水；控制清洗機接觸器 KM2的線圈斷電，它的常開 觸點斷開， 清洗機電動機 M2停止工作， 清洗機也就停止。 停止按鈕 ST 也可使刷 子接觸器 KM1的線圈斷電，常開觸

17、點斷開，刷子電動機 M1斷電停止，刷子停止 刷洗。3.2 系統(tǒng)設計梯形圖圖 4 梯形圖- 9 -3.3 系統(tǒng)設計編程圖圖 5 編程圖- 10 -第 4 章 系統(tǒng)調試4.1 、硬件調試斷電時檢查電源是否接好，地線是否接好，各輸入 / 輸出點是否接好接牢。接通電源， 檢查三菱 FX2N-48MR可編程控制器是否可以正常工作， 接頭是否 接觸良好。將通訊電纜（ SC-09）的 9 心型插頭插入微機的串行口插座，再將通訊電纜 的圓形插頭插入編程插座。4.2 、軟件調試按要求輸入梯形圖， 轉換成指令表， 并進行語法的檢查， 正確后設置正確的 通信口，將編輯好的程序傳入 PLC運行，使用編輯器聯機調試操作

18、， 檢查各點工 作狀態(tài)，并配合觀察 PLC各點輸入 / 輸出指示 LED或輸入/輸出設備工作是否符合 程序功能要求。配合著上位機軟件動畫效果來觀察硬件的連接。4.3 、運行調試在硬件調試和軟件調試正確的基礎上， 打開三菱 FX2N-48MR可編程控制器的 “RUN”開關進行調試；觀察運行的情況，看是否是隨時按下停止按鈕可以停止 系統(tǒng)運行，或者等待 100 個脈沖后，系統(tǒng)是否停止運行。根據以上的調試情況， 本汽車自動清洗裝置程序的 PLC控制系統(tǒng)設計符合要 求。- 11 -體會總結楊延成：汽車自動清洗裝置在我們的日常生活中比較常見， 一般的洗車廠都是用的這 個，其基本流程和程序要求基本類似，所以

19、控制的實現也可以相互借鑒。對于控制程序的編寫， 這里給出的只是一種實現手段， 使用可編程控制器還 有其他的方法可以實現這樣的控制， 針對所用的具體系統(tǒng)的情況， 設計人員可以 選用不同的方法來編寫程序。汽車自動清洗裝置高效的工作效率， 以及簡單的結構及控制方式是人手不能 替代的，因此汽車自動清洗時裝置使用也將越來越廣泛。通過這次對汽車自動清洗裝置的 PLC設計，讓我了解了 PLC的梯形圖， 順序 功能圖，指令表， 以及外部原理接線圖， 也讓我了解到了有關 PLC的設計原理和 步驟，知道了設計不是件簡單的事情， 只有通過自己不停的鉆研， 才能有所收獲。 劉超：為期兩周的 PLC課程設計已經結束，跟

20、以前的課程有很大的區(qū)別， PLC的靈 活性很強，充分發(fā)揮自己的潛力； 其實學習的過程當中并不一定要學到多少東西， 個人覺得開散思維怎樣去學習， 這才是最重要的，而這門課程恰好體現了這一點。 通過這次的課程 ，讓我受益匪淺。第一 ，認識了團隊合作的力量 ，要完成一個項目不是一個人的事情， 當中， 我們在一起努力過，體驗其中的過程才是真正的收獲。第二，通過這次的實踐操作， 我認識到了自己的不足， 更感覺到了自己與別 人的差距。為了明年的畢業(yè)而做準備， 從各方面充實自己， 使自己適應這個社會。 總之，這次的實訓給予了我不同的學習方法和體驗， 讓我深切的認識到實踐的重 要性。在以后的學習過程中， 我會

21、更加注重自己的操作能力和應變能力， 多與這 個社會進行接觸， 讓自己更早適應這個陌生的環(huán)境， 相信在不久的將來， 可以打 造一片屬于自己的天地。- 12 -附錄實際效果圖圖6該圖是起始時，整體系統(tǒng)處于停止，停止指示燈（上面的紅燈S2）亮，系統(tǒng)通+24v 電源，電源指示燈（下面的紅燈）亮。- 13 -圖7按下啟動按鈕 SD，起始指示燈（上面的紅燈 S1）亮，傳送帶工作，其指示 燈（綠燈 L1）亮；控制清洗機接觸器 KM2的線圈通電，常開觸點待閉合，其指 示燈（綠燈 L2）亮， T38 開始計時，計時為 3.0 秒；控制清噴淋器繼電器 KA的 線圈通電，常開觸點待閉合，其指示燈（綠燈 L3）亮，計時器 T37 開始計時， 計時為 2.5 秒。- 14 -圖82.5 秒后，控制清噴淋器繼電器 KA的常開觸點