PLC自動洗車機(jī)控制設(shè)計解析

1、啰可妙拄屋電氣控制與PLC課程設(shè)計題 目：自動洗車機(jī)控制設(shè)計院系名稱：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：成績：指導(dǎo)老師簽名:日期：1目錄1 系統(tǒng)概述 21.1 設(shè)計目的 21.2 設(shè)計內(nèi)容 21.3 設(shè)計要求 22 方案論證 32.1 洗車機(jī)的分類 32.2 自動洗車機(jī)種類的選擇 43 硬件設(shè)計 43.1 系統(tǒng)原理方框圖 43.2 主電路設(shè)計 43.3 I/O 分配 53.4 I/O 接線圖 53.5 元器件選型 63.6 控制器選擇 73.6.1 單片機(jī)的特點 73.6.2 PLC的優(yōu)點 73.6.3 PLC選擇 83.6.4 FX2N PLOW 介 93.6.5 傳感器的選

2、用 94 軟件設(shè)計 104.1 主流程 104.2 梯形圖 125 系統(tǒng)調(diào)試 14設(shè)計心得 16參考文獻(xiàn) 171 系統(tǒng)概述1.1 設(shè)計目的與傳統(tǒng)的洗車方式相比較，自動洗車機(jī)有著許多無可比擬的優(yōu)點，自動洗車機(jī)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)代化社會的需求，需要設(shè)計一種全自動的高效快速的設(shè)備，自動洗車機(jī)給人們帶來了無盡的方便，同時，也符合了現(xiàn)在社會技術(shù)發(fā)展的要求。1.2 設(shè)計內(nèi)容自動洗車控制系統(tǒng)設(shè)計1.3 設(shè)計要求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

3、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)

4、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。2 方案論證洗車機(jī)有很多種控制方案，這還要根據(jù)洗車機(jī)的種類而定。2.1 洗車機(jī)的分類一按工作方式分：固定式和移動式固定式：洗車機(jī)不動，汽車由機(jī)械牽引或自行緩慢通過洗車機(jī)的工作區(qū)域，洗車機(jī)通過各種檢測設(shè)備反饋的信息，按照相應(yīng)的指令程序自動運(yùn)行，達(dá)到清洗汽車的工作方式，例如：隧道式連續(xù)洗車機(jī)、大（中、?。┬屯ǖ罊C(jī)、無軌電車清洗機(jī)等。移動式：

5、即汽車不動，洗車機(jī)按照一定的程序在導(dǎo)軌上來回移動，同時執(zhí)行洗車機(jī)指令的工作方式。如：龍門往復(fù)式洗車機(jī)、大（中、?。┬鸵苿酉窜嚈C(jī)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(jī)，該類包含龍門往復(fù)式洗車機(jī)、隧道式連續(xù)洗車機(jī)、無刷往復(fù)式洗車機(jī)等。大車型洗車機(jī)只要包含大型移動式洗車機(jī)、大型通道式洗車機(jī)。特種車型洗車機(jī)主要是洗輪機(jī)、垃圾車清洗劑、列車清洗機(jī)等。三洗車機(jī)從原理方面可以分為硬支承洗車機(jī)，軟支承洗車機(jī)、半硬支承洗車機(jī)。硬支承洗車機(jī)是平衡轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于參振系統(tǒng)共振頻率的洗車機(jī)。平衡校驗時，支承擺架相對處于“硬”狀態(tài)，因此，轉(zhuǎn)子可以在接近實際軸承條件下進(jìn)行平

6、衡校正。具有操作簡便，安全性能好的特點。軟支承洗車機(jī)是平衡轉(zhuǎn)速大于參振頻率的洗車機(jī)。平衡校驗時，支承擺架相對處于“軟”狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)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(jī)是平衡轉(zhuǎn)速在0.3 0.5 倍參振系統(tǒng)共振頻率的洗車機(jī)， 同時具有硬支承洗車機(jī)支承剛度高的特點，又有軟支承洗車機(jī)精度高的優(yōu)點。四洗車機(jī)從應(yīng)用方面可以分為：立式和臥式洗車機(jī)；專用和通用洗車機(jī)。臥式洗車機(jī)是被平衡轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸在洗車機(jī)上呈水平狀態(tài)的洗車機(jī)。適用于有轉(zhuǎn)軸或可裝配工藝軸的轉(zhuǎn)子。如機(jī)床主軸、滾筒、風(fēng)機(jī)、增壓器、電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)等等。立式洗車機(jī)是被平衡轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸在洗車機(jī)上呈垂直狀態(tài)下的

7、洗車機(jī)。 適用于轉(zhuǎn)子本身不具轉(zhuǎn)軸的盤狀工件。如離合器、齒輪、壓盤及其總成、制動盤、風(fēng)葉、水泵葉輪、汽車飛輪等盤類零件。通用洗車機(jī)是指能對形狀和支承形式比較規(guī)則的轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡的洗車機(jī)。通用式洗車機(jī)操作簡單，效率也較高。專用洗車機(jī)是能對支承形式和外觀與一般轉(zhuǎn)子不同的轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡的洗車機(jī)。例如特別針對發(fā)動機(jī)的曲軸，汽車的傳動軸進(jìn)行設(shè)計的洗車機(jī)。2.2 自動洗車機(jī)種類的選擇本課題選擇固定往返式洗車機(jī)，這種類型的洗車機(jī)適合采用PLC編程控制。往返式自動洗車機(jī)是：汽車停在固定位置不動，洗車設(shè)備根據(jù)車型來往復(fù)運(yùn)動。3 硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)原理方框圖3.2 主電路設(shè)計當(dāng)閉合啟動開關(guān)時，電動機(jī)M1 的線圈得電，

8、其主觸頭閉合，電動機(jī)M1 正轉(zhuǎn)，洗車機(jī)向右運(yùn)動，當(dāng)碰到右極限開關(guān)時，電機(jī)主觸頭 KM1斷開，KM2閉合，電機(jī)反 轉(zhuǎn)，洗車機(jī)向左運(yùn)動。當(dāng)電機(jī) M2的主觸頭KM3A合時，噴水機(jī)啟動運(yùn)行開始噴水； 當(dāng)電機(jī)M3主觸頭KM4A合時，電機(jī)M3開始運(yùn)行，開始噴灑清洗劑；當(dāng)電機(jī)M4主觸 頭KM5閉合時，電機(jī)M4開始運(yùn)行，刷子開始工作；當(dāng)電機(jī) M5主觸頭KM6閉合時， 電機(jī)M5開始運(yùn)行，風(fēng)機(jī)工作開始吹風(fēng)。其主電路圖如圖3-1所示。FU2圖3 1臼動洗車機(jī)主電路圖3.3 I/O分配根據(jù)外部設(shè)計要求，設(shè)定各個輸入口、輸出口的地址， XR XI、X2、X& X4分別代表左極限開關(guān)、右極限開關(guān)、啟動開關(guān)、停止開

9、關(guān)和復(fù)位開關(guān)；Y0-Y7分別代表各個輸出量。I/O分配表如表3 1所小。表3 1自動洗車機(jī)I/O分配輸入地址號信號名稱輸出地址號信號名稱X0左極限開關(guān)ST1Y0洗車機(jī)左移KM1X1右極限開關(guān)ST1Y1洗車機(jī)右移KM2X2啟動開關(guān)SB1Y2噴水機(jī)灑水KM3X3停止開關(guān)SB2Y3清洗劑控制KM4X4復(fù)位按鈕SB3Y4刷子控制KM5Y5風(fēng)機(jī)控制KM6Y6啟動指示燈HL1Y7復(fù)位指示燈HL2 13.4 I/O 接線圖根據(jù)PLC引腳的分配及引腳的功能，具與外部設(shè)備連接引線如下圖 3-2所示:19QF5，,L14 N1L NCOM X0 X1 X2 X3 X4 X5X6 X7 X8 X9 X10 X11X

10、12 X13 X14 X15FX2N-32 MR線線 水制 噴控 機(jī)劑 水洗 噴清圖32自動洗車機(jī)I/O接線圖3.5 元器件選型根據(jù)外部設(shè)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32 所示。表3-2各元器件的型號在耳J 丁 P代號名稱型號數(shù)量1M三相異步電動機(jī)J02-22-4,1.5kw1410 轉(zhuǎn)/分,380v , 3.49安52QS低壓隔離器（空氣開關(guān)）DZ47-3P13FR熱繼電器JR36-2054CPUPLCb理器CPU22215KM交流接觸器CJX2-0966SB按鈕LAY827SQ行程開關(guān)LX

11、K228FU熔斷器RT16-2039L導(dǎo)線并10AC交流電源220v13.6 控制器選擇3.6.1 單片機(jī)的特點單片機(jī)主要應(yīng)用于辦公自動化設(shè)備、機(jī)電一體化、實時過程控制、日常生活及家用電器等領(lǐng)域。在各類儀器儀表中引入單片機(jī)，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(jié)構(gòu)，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(kuò)展。（ 3） 運(yùn)行速度高，控制功能強(qiáng)。（ 4） 單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息保存時間很長，有的芯片可以達(dá)到 100 年以上。但其也存在速度慢，功能不強(qiáng)，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

12、 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(guān)量或模擬量；電壓或電流； 脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備， 如： 按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；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(jī)對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。2） 配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng)PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)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(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC

13、滲透到了位置控制、溫度控制、CN曲各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)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(shè)計、工作量小、維護(hù)方便、容易改造PLC 是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)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(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm,重量小于150g耗能僅 數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想設(shè)備。經(jīng)綜合比較，本設(shè)計選用性能較好，

14、控制較準(zhǔn)確的PLC作為控制器。3.6.3 PLC 選擇選才? 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(shè)。1）歐姆龍PLC簡介OMRON保列PLC產(chǎn)品門類齊、型號多、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CPMa機(jī)最為典型，這兩種都屬堅固整體型結(jié)構(gòu)。具有體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過I/O擴(kuò)展可實現(xiàn)10140點輸入輸出 點數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接

15、從屏幕上進(jìn)行編程，CPM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。OMRO即型機(jī)以C200H系列最為典型，主要有C200H C200HS C200HX C200H售口 C200H圖型號產(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(jī)、下位PLC機(jī)及各種外部設(shè)備組成具有各種用途的計算機(jī)控制系統(tǒng)和工業(yè)自動化網(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

16、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(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(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PL C如S7-200）,小規(guī)模性能要求的PL C如S7-300） 和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。3）三菱FX系歹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

17、程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系歹1PLC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 PLG近幾年來又連續(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 FX2N曲系列PLG 具有較高的性能價格比，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)經(jīng)過對幾家公司生產(chǎn)的PLC主要從應(yīng)用、價格、可靠性和對現(xiàn)場工作環(huán)境及設(shè) 計資金等各個方面因素的考慮，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，可與普通電腦編程通信等。本控制系統(tǒng)選用三菱FX2N-32MW可編程 控制器。3.6.4 FX2N PLOW

18、介20世紀(jì)90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎(chǔ)上又推出了 FX2N系列產(chǎn)品 該機(jī)型在運(yùn)算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進(jìn)步，是一種小型化、高 速、高性能、各方面都相當(dāng)于 FX系列中最高檔次的超小型的PLGFX2NPLC勺基本單元可以根據(jù)控制規(guī)模大小外加擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功 能單元構(gòu)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。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(shè)計采用位置開關(guān)。4 軟件設(shè)計PLC的軟件設(shè)計是指用戶繪制流程圖

19、和編寫程序的過程。PLC的程序設(shè)計是以指令為基礎(chǔ)，結(jié)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(jī)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(jìn)行編程的過程4.1 主流程根據(jù)設(shè)計要求以及要達(dá)到的目的，按照國標(biāo)編寫流程圖，要求流程圖能滿足設(shè)計要求而且簡單并操作方便。如圖41 所示。j1JXze否存在.YV.故障？Xi-> 停止1IN1啟動指示燈亮1J- N 左極限？ F：_f 復(fù)位C右移，噴水，刷子洗刷.1V右極限？、_NIY左移，噴水，刷子洗刷W一1N一一一 ，1,右移，噴清洗劑彳1.-rN右極限？一-，左移，噴清洗劑.X<.左極限？圖4 1自動洗車機(jī)主流程圖洗車后

20、移，停止3S?洗車停*移，刷子洗刷 P-<5S?e1右極限？、:.JL3S?停止左移，刷子洗刷H5S?)-左極限？-洗車右移，風(fēng)機(jī)吹風(fēng)jLjn3L洗車左移，風(fēng)機(jī)吹風(fēng)111<.左極限？.X.吹風(fēng)2次？ 工結(jié)束4.2 梯形圖按照設(shè)計要求及要實現(xiàn)的目標(biāo)，編寫梯形圖，要求符合設(shè)計目的，操作簡單如圖42所示。xooo并Y00QTk1115X0044f-X0D2TkXOOQT卜X003X002X001II(Y001氯100xooo0002(¥004Y004Tk19XOOIT卜xouo(Y000Y000T卜2731X001Tk¥002-I IX001TkxoooTkxooox

21、ooo<Y002<Y004X001 co4卜圖42自動洗車機(jī)梯形圖頌0XOOJC6JI好I卜XOOlXOOOCT©T I好I卜AGO!<Y005<YOOQKOOO10 J F(Y005KL(COXOOOXOC1C697 T IH1 H11<Y005XOO1 XOOO C7102-1 |1 |(VOOOxoooMT卜EXD140圖42自動洗車機(jī)梯形圖（續(xù)）5系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)試與修改，本次設(shè)計基本滿足了自動洗車機(jī)控制的要求：當(dāng)按下X2M,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(jī)噴水和刷子洗刷的輸出口 Y1、Y2、Y取寸應(yīng)的

22、指示燈也亮了；按下開關(guān)X1模擬洗車到達(dá)右極限，此時，Y1的指示燈熄滅，表示洗車左移的按鈕 Y0t示燈亮起，Y2、 Y4按鈕指示燈繼續(xù)亮；按下開關(guān)X0,模擬洗車到達(dá)左極限，此時，Y0、Y2、Y喊鈕 代表的指示燈全部熄滅，代表噴灑清潔劑的按鈕Y3t示燈亮起和按鈕Y1指示燈亮起； 按下開關(guān)X1,模擬洗車到達(dá)右極限，Y1按鈕指示燈滅，Y0WY縱鈕指示燈亮；按下 開關(guān)X0,模擬洗車到達(dá)左極限，YR Y3t示燈滅，Y1指示燈亮，3秒后Y1指示燈滅， Y4t示燈亮，5秒后，Y1指示燈亮，Y4m示燈滅，若不按X1,則以這兩種狀態(tài)交替進(jìn) 行下去；按下X1后，表示洗車機(jī)到達(dá)右極限，實驗臺上僅 Y0t示燈亮，表示洗車機(jī) 左移，3秒后Y0t示燈滅，Y4t示燈亮，5秒后，Y0t示燈亮，Y4m示燈滅，若不按 X0,則以這兩種狀態(tài)交替進(jìn)行下去；按下X0,表明洗車機(jī)已到達(dá)左極限，試驗臺上僅 Y1指示燈亮和代表風(fēng)機(jī)動作的Y5m示燈亮；表示洗車機(jī)向右運(yùn)動的同時風(fēng)機(jī)工作吹 風(fēng)，按下X1后，模擬洗車到達(dá)右極限，Y1指示燈熄滅，YR Y5K鈕指示燈亮；表明 洗車機(jī)左移的同時吹風(fēng)機(jī)工作吹風(fēng)。重復(fù)2次動作后，實驗臺上所有指示燈均熄滅。為模擬故障復(fù)位，在實驗時，按下手動復(fù)位按鈕 X4,實驗臺上復(fù)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。CO-C8表示計數(shù)器，當(dāng)數(shù)值計滿時所對應(yīng)的常開