電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)

1、電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)題 目: 自動(dòng)洗車機(jī)控制設(shè)計(jì) 院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)F0805 學(xué)生姓名： 周起偉 學(xué) 號(hào)： 200848280525 指導(dǎo)教師： 王艷芳 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 中2-211 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2011.07.042011.07.10 成績(jī)：指導(dǎo)老師簽名： 日期： 目錄1系統(tǒng)描述及其要求11.1系統(tǒng)描述11.2系統(tǒng)要求22硬件設(shè)計(jì)22.1硬件選擇23 軟件設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)的整體程序流程圖53.2梯形圖64 系統(tǒng)調(diào)試分析124.1 硬件調(diào)試124.2 軟件調(diào)試134.3 整機(jī)調(diào)試13設(shè)計(jì)心得14參考文獻(xiàn)15 1系統(tǒng)描述及其要求1.1系統(tǒng)描述此文的主要思路是是基于PLC

2、技術(shù)的自助洗車機(jī)設(shè)計(jì)。其中把PLC作為主要控制器，將各種繼電器采集的信息經(jīng)過(guò)一定的控制算法后，通過(guò)PLC的I/O口來(lái)控制繼電器的閉合達(dá)到自動(dòng)控制的目的。洗車機(jī)的主運(yùn)動(dòng)是左右循環(huán)運(yùn)動(dòng)由左右行程開(kāi)關(guān)控制，同時(shí)不同循環(huán)次序伴隨不同的其它動(dòng)作，如噴水、刷洗、噴灑清潔劑及風(fēng)扇吹干動(dòng)作等。因每次動(dòng)作的開(kāi)始都是碰到左行程開(kāi)關(guān)才實(shí)現(xiàn)，所以運(yùn)用計(jì)數(shù)器記錄左極限信號(hào)脈沖的次數(shù)從而控制上述輔助運(yùn)動(dòng)按要求依次動(dòng)作。系統(tǒng)還采用了復(fù)位設(shè)計(jì)，如在洗車過(guò)程中由其它原因使洗車停止在非原點(diǎn)的其它位置，則需要手動(dòng)對(duì)其進(jìn)行復(fù)位，到位時(shí)復(fù)位燈亮，此時(shí)才可以啟動(dòng)，否則啟動(dòng)無(wú)效，洗車機(jī)經(jīng)啟動(dòng)后可自動(dòng)完成洗車動(dòng)作后自行停止，也可在需要時(shí)手動(dòng)

3、停止。此設(shè)計(jì)系統(tǒng)由三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列的PLC、人機(jī)交互和串口通信、數(shù)碼管、指示燈和電源部分組成。系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)原理圖如圖1.1所示。圖1.1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)原理圖PLC :該部分的功能不僅包括對(duì)各種開(kāi)關(guān)信息的采集、處理，還包括對(duì)執(zhí)行單元的控制。PLC是整個(gè)系統(tǒng)的核心及數(shù)據(jù)處理核心。人機(jī)交互和串口通信：人機(jī)交互的目的是為了提高系統(tǒng)的可用性和實(shí)用性。主要是按鍵輸入。輸出顯示：通過(guò)按鍵輸入進(jìn)入相應(yīng)進(jìn)程，而輸出顯示則是顯示金額。串口通信的主要功能是完成PLC與上位機(jī)（比如電腦）的通信，便于進(jìn)行系統(tǒng)的維修、改進(jìn)和升級(jí)，為將來(lái)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展做好基礎(chǔ)工作。 電源部分：本部分的主要功能是為PLC提供適當(dāng)?shù)墓?/p>

4、作電壓，同時(shí)也為其他模塊提供電源。如顯示屏、按鍵等。1.2系統(tǒng)要求1) 按下啟動(dòng)按鈕，洗車機(jī)開(kāi)始往右移，噴水設(shè)備開(kāi)始噴水，刷子開(kāi)始洗刷。2)洗車機(jī)右移到達(dá)右極限開(kāi)關(guān)后，開(kāi)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(kāi)始右移，噴水機(jī)及刷子停止工作，清洗機(jī)設(shè)備開(kāi)始動(dòng)作噴灑清洗劑。4)洗車機(jī)右移到達(dá)極限位置，開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)始洗刷5s停止，洗車機(jī)繼續(xù)右移，到達(dá)右極限開(kāi)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(kāi)關(guān)停止。8)

5、洗車機(jī)往右移，風(fēng)機(jī)設(shè)備動(dòng)作將車吹干，碰到右極限開(kāi)關(guān)時(shí)，洗車機(jī)往左移，直到碰到左極限開(kāi)關(guān)，重復(fù)2次動(dòng)作。洗車整個(gè)過(guò)程完成。啟動(dòng)燈熄滅。9)若洗車機(jī)正在動(dòng)作時(shí)發(fā)生停電或故障、則故障排除后必須使用原點(diǎn)復(fù)位，將洗車機(jī)復(fù)位到原點(diǎn)，才能做洗車全流程的動(dòng)作，其動(dòng)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(kāi)關(guān)時(shí)，原點(diǎn)復(fù)位燈亮起，表示洗車機(jī)完成復(fù)位動(dòng)作。2硬件設(shè)計(jì)2.1硬件選擇 1）PLC的比較（1）歐姆龍PLC 簡(jiǎn)介 日本OMRON（立石公司）電機(jī)株式會(huì)社是世界上生產(chǎn)PLC的著名廠商之一。 SYSMAC C 系列PLC產(chǎn)品以其良好的性能價(jià)格比被廣

6、泛地應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、食品加工、材料處理和工業(yè)控制過(guò)程等領(lǐng)域，其產(chǎn)品在日本其銷量?jī)H次于三菱，居第二位，在我國(guó)也是應(yīng)用非常廣泛PLC之一。 OMRONC系列PLC產(chǎn)品門(mén)類齊、型號(hào)多、功能強(qiáng)、適應(yīng)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(jié)構(gòu)的微型PLC 機(jī)是以C20P 為代表的機(jī)型。疊裝式（或稱緊湊型）結(jié)構(gòu)的微型機(jī)以 CJ 型機(jī)最為典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。小型PLC機(jī)以P 型機(jī)和CPM 型機(jī)最為典型，這兩種都屬堅(jiān)固整體型結(jié)構(gòu)。具有體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過(guò)I/O 擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn) 10140 點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進(jìn)行編程，CPM

7、型機(jī)是OMRON 產(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機(jī)系列產(chǎn)品。OMRON 中型機(jī)以C200H 系列最為典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG 和C200HE 等型號(hào)產(chǎn)品。中型機(jī)在程序容量，掃描速度和指令功能等方面都優(yōu)于小型機(jī)，除具備小型機(jī)的基本功能外，它同時(shí)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(jì)算機(jī)、下位PLC 機(jī)及各種外部設(shè)備組成具有各種用途的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)中，小型PLC機(jī)要比大、中型機(jī)的應(yīng)用更廣泛。在電氣設(shè)備的控制應(yīng)用方面，一般采用小型PLC 都

8、能夠滿足需求。（2） 西門(mén)子PLC 簡(jiǎn)介 德國(guó)西門(mén)子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門(mén)子（SIEMENS）公司的PLC 產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI 人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 西門(mén)子S7 系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7 系列PLC 產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求PLC（如S7-300）和中、高性能要求PLC（如S7-400）等。 它的人機(jī)界面（HMI）硬件 HMI 硬件配合PLC 使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、

9、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板 TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17 等；圖形/文本操作面板 OP27， OP37 等，觸摸屏操作面板 TP7，TP27/37，TP170A/B 等；SIMATIC 面板型 PC670 等。個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）也可以作為 HMI 硬件使用。HMI 硬件需要經(jīng)過(guò)軟件（如 ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。（3） 三菱FX 系列PLC簡(jiǎn)介 FX 系列PLC是由三菱公司近年來(lái)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(chǎn)品。其中FX2 是1991 年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0 是在FX2 之后推出的超小型PLC，近幾年來(lái)

10、又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機(jī)殼內(nèi)的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC 等系列的，具有較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu) 。2)PLC的選擇 經(jīng)過(guò)對(duì)幾家公司生產(chǎn)的PLC 主要從應(yīng)用、價(jià)格、可靠性和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境及設(shè)計(jì)資金等各個(gè)方面因素的考慮，本系統(tǒng)采用三菱FX2N 系列PLC 進(jìn)行設(shè)計(jì)。下圖3.1為實(shí)物圖。三菱 FX2N 系列 PLC是超小型機(jī)，I/O 點(diǎn)數(shù)最大 可擴(kuò)展到 256 點(diǎn)。它有內(nèi)置 8k 步的 RAM，使用存儲(chǔ)盒后，最大容 量可擴(kuò)大到 16k 步，編程指令達(dá) 327 條。PLC 運(yùn)行時(shí)，對(duì)一條基本 指令的處理時(shí)間只要

11、 0.08s。它不僅能完成邏輯控制、數(shù)據(jù)排列、 三角函數(shù)運(yùn)算、平方根以及浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、PID 運(yùn)算等更為復(fù)雜的數(shù) 據(jù)處理。 本系統(tǒng)選用三菱 FX2N-32MR 型 PLC，I/O 總點(diǎn)數(shù)為 32 點(diǎn)。 輸入、輸出端選 AC 電源 220V。圖2.1 三菱FX2N 系列PLC實(shí)物圖2.2系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)1）I/O 分配表如下表2.2（a）所示表2.2（a）輸入信號(hào)輸出信號(hào) 啟動(dòng)X0啟動(dòng)燈Y0 右極限開(kāi)關(guān)X1洗車右移Y1左極限開(kāi)關(guān)X2洗車左移Y2復(fù)位X6噴水控制開(kāi)關(guān)Y3刷子洗刷開(kāi)關(guān)Y4噴清潔劑控制開(kāi)關(guān)Y5風(fēng)扇控制開(kāi)關(guān)Y6復(fù)位燈Y72）系統(tǒng)硬件總結(jié)線圖如下圖2.2（b）所示圖2.2 系統(tǒng)總結(jié)線圖3 軟

12、件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的整體程序流程圖系統(tǒng)的整體程序的流程圖如下圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)的整體程序流程圖3.2梯形圖系統(tǒng)的洗車程序如下圖3.2所示，圖3.2梯形圖4 系統(tǒng)調(diào)試分析4.1 硬件調(diào)試為了準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試的順序按照先硬件后軟件，先局部后整體的順序來(lái)完成。首先介紹系統(tǒng)的硬件安裝過(guò)程及針對(duì)各單元模塊的硬件電路調(diào)試，檢驗(yàn)其是否符合設(shè)計(jì)初衷，能否達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)。硬件調(diào)試主要包括按鍵電路的調(diào)試、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)試、電源部分的調(diào)試幾部分。 為保證整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作，首先要保證電源系統(tǒng)正常工作并且保證輸出為+5V。通過(guò)測(cè)量輸出口的電壓值不斷修改電路設(shè)計(jì)，完成電源系統(tǒng)的調(diào)

13、試。其次是數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)試，這一部分調(diào)試主要是I/O口和數(shù)碼管的檢查。調(diào)試的關(guān)鍵在于確定數(shù)碼管電路連接是否正確。再次是按鍵電路的調(diào)試，這一部分主要是按鈕是否安裝好，接線是否正常，特別是有無(wú)按鈕的失效。最后是洗車部分的調(diào)試。這一部分占了設(shè)備的絕大部分，因此這部分的調(diào)試尤為重要。調(diào)試的關(guān)鍵是電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接線是否正常，是否有電壓、電流的保護(hù)裝置等等。4.2 軟件調(diào)試 此部分主要介紹了自助洗車機(jī)控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試過(guò)程，檢驗(yàn)其是否符合設(shè)計(jì)初衷，能否達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。 首先是投幣子程序的調(diào)試，這一部分的調(diào)試的關(guān)鍵是投幣時(shí)程序是否能得到信號(hào)，在滿足條件的情況下能否得到響應(yīng)，比如吐幣、亮燈等等。最后是主程序

14、的調(diào)試，通過(guò)假定輸入一定的初值看看程序運(yùn)行是否正常。4.3 整機(jī)調(diào)試 整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試順序按照先硬件后軟件，先局部后全部的順序調(diào)試，當(dāng)軟件與硬件都調(diào)試無(wú)誤之后，就可以整機(jī)調(diào)試，整機(jī)調(diào)試也就是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能測(cè)試。設(shè)計(jì)心得 這個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)了PLC這門(mén)學(xué)科，并且也有了一定的了解，PLC在實(shí)際生活中應(yīng)用十分廣泛，因此它是一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的科目，光學(xué)理論不實(shí)際練習(xí)是不能學(xué)好的，更不能在實(shí)際中用PLC設(shè)計(jì)出有用的東西。然而在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中收獲很多，加深了對(duì)PLC控制與應(yīng)用知識(shí)的理解，此次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用PLC控制的一些相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，都離不開(kāi)對(duì)PLC課程知識(shí)的再學(xué)習(xí)。同時(shí)也懂得了理論聯(lián)系實(shí)際重要性，課程設(shè)計(jì)就是通過(guò)選擇的題目，根據(jù)要求，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將其付諸實(shí)踐來(lái)完成。這并不是在課堂上的單純聽(tīng)懂，或者課后看書(shū)過(guò)程中的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。理論知識(shí)往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設(shè)論，而實(shí)際的動(dòng)手操作則完全不同，需要考慮實(shí)際中的很多問(wèn)題。有些知識(shí)在理論上可能完全沒(méi)錯(cuò)但到了實(shí)際中則不然。課程設(shè)計(jì)只是一個(gè)開(kāi)端，連接是關(guān)鍵，測(cè)試是必須的。所以實(shí)現(xiàn)過(guò)程中不僅要求對(duì)知識(shí)的掌握要足夠準(zhǔn)確與精通，更要有絕對(duì)的耐心與細(xì)心。參考文獻(xiàn)1 袁任光可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例M廣州：華南理工大學(xué)出版社 ，20032 常曉玲 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器M北京：機(jī)械工