PLC 自動洗車機控制設計

PAGEPAGE1 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：成績：指導老師簽名：日期：PAGEPAGE17目錄1系統(tǒng)概述 11.1設計目的 11.2設計內(nèi)容 21.3設計要求 22方案論證 22.1洗車機的分類 22.2自動洗車機種類的選擇 33硬件設計 43.1系統(tǒng)原理方框圖 43.2主電路設計 43.3 I/O分配 43.4I/O接線圖 53.5元器件選型 53.6控制器選擇 63.6.1單片機的特點 63.6.2PLC的優(yōu)點 63.6.3PLC選擇 73.6.4FX2NPLC簡介 83.6.5傳感器的選用 94 軟件設計 94.1 主流程 94.2 梯形圖 115 系統(tǒng)調(diào)試 13設計心得 15參考文獻 161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(nèi)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、小）型移動洗車機等。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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(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，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(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸在洗車機上呈水平狀態(tài)的洗車機。適用于有轉(zhuǎn)軸或可裝配工藝軸的轉(zhuǎn)子。如機床主軸、滾筒、風機、增壓器、電機轉(zhuǎn)子、汽輪機等等。立式洗車機是被平衡轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸在洗車機上呈垂直狀態(tài)下的洗車機。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(zhuǎn)子進行平衡的洗車機。通用式洗車機操作簡單，效率也較高。專用洗車機是能對支承形式和外觀與一般轉(zhuǎn)子不同的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(zhuǎn)，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X0左極限開關ST1Y0洗車機左移KM1X1右極限開關ST1Y1洗車機右移KM2X2啟動開關SB1Y2噴水機灑水KM3X3停止開關SB2Y3清洗劑控制KM4X4復位按鈕SB3Y4刷子控制KM5Y5風機控制KM6Y6啟動指示燈HL1Y7復位指示燈HL23.4I/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3.5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1M三相異步電動機J02-22-4,1.5kw1410轉(zhuǎn)/分，380v，3.49安52QS低壓隔離器（空氣開關）DZ47-3P13FR熱繼電器JR36-2054CPUPLC處理器CPU22215KM交流接觸器CJX2-0966SB按鈕LAY827SQ行程開關LXK228FU熔斷器RT16-2039L導線若干10AC交流電源220v13.6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(jié)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。3.6.2PLC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(wǎng)絡，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(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械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想設備。經(jīng)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。3.6.3PLC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OMRONC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(jié)構的微型PLC機是以C20P為代表的機型。疊裝式（或稱緊湊型）結(jié)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(jié)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?？梢耘c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），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(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，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機殼內(nèi)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(jié)合的疊裝式結(jié)構經(jīng)過對幾家公司生產(chǎn)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--32MR型可編程控制器。。3.6.4FX2NPLC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(chǎn)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。圖1FX2N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。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(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。圖4—1自動洗車機主流程圖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)）系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)過多次反復調(diào)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Y1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