基于PLC的自动洗车机课程设计[文档知识]

1、青草绿 2 电气控制与电气控制与 PLCPLC 课程设计课程设计 题目题目：自动洗车机 院院 系系：工学院电气与电子工程系 专专 业业：电气工程及其自动化 班班 级级：电气工程 XXXX 班 姓姓 名名：XXXXXX 学学 号号：XXXXXXXXXXXX 指导教师指导教师：XXXXXX 青草绿 2 二二一五年六月一五年六月 青草绿 2 PLC 课程设计任务书课程设计任务书 一、基本情况一、基本情况 学时：1 周 学分：1 学分 适应班级： 二、进度安排二、进度安排 本设计共安排 1 周，合计 30 学时，具体分配如下： 实习动员及准备工作： 1 学时 总体方案设计：4 学时 硬件设计：10 学

2、时 软件设计：10 学时 撰写设计报告：4 学时 总结： 1 学时 教师辅导： 随时 三、基本要求三、基本要求 1、课程设计的基本要求 电气控制与 PLC 课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理 论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路， 选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图，应用程序。 程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的 指标。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有 实践条件，把实践内容上升到理论高度。 2、课程设计的教学要求 电气控制与 PL

3、C 课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生 集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到 6 节以上，或者迟到、早退累计达到 6 次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实 训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每 3-4 名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。 小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相 青草绿 2 借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的 设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过 50%的课程设计考核按不及格处 理

4、。 四、设计题目及控制要求四、设计题目及控制要求 题目：自动洗车机 要求： 1.按下启动按钮，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。 2.洗车机右移到达右极限开关后，开始左移，喷水及刷子继续工作。 3.洗车机左移到达极限位置后，开始右移，喷水机及刷子停止工作，清洗机设备 开始动作喷洒清洗剂。 4.洗车机右移到达极限位置，开始左移，继续喷洒清洁剂。 5.洗车机左移到达极限位置，开始右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往右移 3s 后 停止，刷子开始洗刷。 6.刷子洗刷 5s 停止，洗车机继续右移 3s，刷子又开始洗刷 5s 停止，洗车机继续 右移，到达右极限开关后停止，然后往左移。 7.重

5、复上面第 6 步，左移碰左极限开关停止。 8.洗车机往右移，风机设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机往左移， 直到碰到左极限开关，重复 2 次动作。洗车整个过程完成。启动灯熄灭。 9.原点复位设计 若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必须使用原点复位，将洗车 机复位到原点，才能做洗车全流程的动作，其动作就是按下复位按钮，则洗车机的 右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极 限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。 五、设计报告五、设计报告 设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求， 文字（不含图形、程序）不

6、少于 2000 字，图形绘制规范。设计报告的格式如下： 1、封面 2、摘要 青草绿 2 3、目录 4、正文 (1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能； (2) 方案选择及论证； (3) 硬件电路设计及描述（包括硬件的选型及电路图、输入输出接线图等的设计） ； (4) 软件设计流程及描述（流程图及文字说明； (5) 源程序代码及调试； 5、心得体会 6、参考文献 六、考核方法六、考核方法 电气控制与 PLC 技术课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、 及格和不及格五等，分数在 90-100 之间为优秀，80-89 分之间为良好，70-79 分之间为 中等，60-69

7、 分之间为及格，60 分以下为不及格。 考核分三个方面进行：平时表现 20%；设计过程 25%；设计报告 40%；设计答辩 15%。 有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理： 1、设计期间累计迟到、早退达 8 次； 2、设计期间累计旷课达 6 节； 3、设计报告雷同率超过 50%或无设计报告； 4、不能完成设计任务，达不到设计要求。 青草绿 2 摘 要 本文 PLC 的课程设计采用西门子 S7-300PLC 来实现自动洗车机的自动清洗任务。 并利用 Microsoft Visio 绘图工具，进行主电路图、I/O 接线图和流程图的绘制，最后利 用 SIMATIC Manager 编程软件完成

8、梯形图的程序设计。在老师的指导下，对 PLC 的编 程程序进行仿真和调试。 本次设计中，自动洗车控制系统采用了四个输入信号（I0.0-I0.3） ，八个输出信号 （Q0.0-Q0.7） 。其中喷水、刷子动作和喷洒洗洁剂等电动机的运行由 PLC 的程序控制 执行。自动洗车机启动后能按顺序完成要求动作，结束后自行停止，若断电停止在得 电后不会自行启动，用 PLC 实现了洗车的自动化。PLC 的程序设计和编程文中选择西门 子 S7-300 型 PLC 进行操作，该型号西门子为中小型，有着模块化结构、易于实现分布 式的配置以及性价比高等优点，有助于本文设计实现。 关键词：自动洗车机 西门子 S7300

9、 PLC 设计 青草绿 2 目录 第 1 章绪论.1 1.1 课题简述.1 1.2 课题背景和意义.1 1.2.1 背景.1 1.2.2 课题研究的必要性.1 1.3 课题要求.1 第 2 章硬件电路设计.3 2.1 热继电器的选择.3 2.2 接触器的选择.3 2.3 总电路图.3 2.4 PLC 的选择.4 2.5 PLC 输入、输出口分配（I/O 分配）.5 2.6 PLC I/O 接线图 .6 第 3 章软件设计.8 3.1 流程图.8 3.2 PLC 梯形图.11 3.3 仿真调试.15 心得体会.19 参考文献.20 青草绿 2 第 1 章 绪论 1.1 课题简述 如今，PLC 技

10、术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降， 可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程 I/O 和通信网络、数据处 理以及图象显示的发展，使 PLC 向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业 生产自动化的一大支柱2。 而我们本次设计的自动洗车机，也是应运而生，随着汽车种类的增多和汽车均价 的下降，有车族人数不断攀升，而随之兴起的汽车周边产业中，洗车行业则算是龙头。 我们的生活中见到的大都是人力洗车，所以我们需要研究和设计自动洗车系统，来优 化洗车行业、提升洗车效率。 1.2 课题背景和意义 1.2.1 背景 经过多年的发展，为满足工业自动化各种控制系统的需要，近

11、年来，PLC 厂家先 后开发了不少新器件和模块，如智能 I/O 模块、温度控制模块和专门用于检测 PLC 外 部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了 PLC 的应 用范围，还提高了系统的可靠性。 SIMATIC S7-300 PLC 是中小型化的 PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动 检测、监测及控制等。S7-300 PLC 的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实 现复杂的控制功能。本次设计是将 PLC 用于自动洗车机的运行和实现，对学习和实用 是很好的结合3。 1.2.2 课题研究的必要性 （1）可以促进我国 PLC 产业与当下热门行业的结合 （2）研

12、究自动洗车机可以推动洗车行业的发展和自动化； （3）使有车族对汽车的使用和保养更加方便快捷 （4）解放劳动力，让洗车行业更加高效 1.3 课题要求 （一）本次课题的设计要求为： 青草绿 2 1.进行总体设计规划，合理分配 I/O 点，并绘出电气控制线路的原理草图； 2.绘制电气原理图，计算并选择电器元件； 3.编写 PLC 软件清单并进行模拟调试； 4.编写课程设计说明书。 （二）本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有： 1.是自动洗车机可以按照规定的程序运行； 2.满足 PLC 对所有装置的控制； 3.对自动洗车机实现的设计和个人程序调试。 本课题应解决的主要问题是如何使 PLC 实现自

13、动洗车机洗车的功能和多种要求， 在实际当中对 PLC 运用于洗车技术并不多见，以致人们难以根据它的具体情况正确选 用参数进行系统控制，也就难以满足如何实现并且达到高效可靠的要求，本设计就是 基于以上问题进行的一些探讨。 青草绿 2 第 2 章 硬件电路设计 2.1 热继电器的选择 热继电器的工作原理是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金 属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使 接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元 件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用4。 我们选用 JR16B-60/

14、3D 型热继电器。其中“J”表示继电器， “R”为热的谐音， “16”表示设计序号， “60”表示额定电流， “3D”表示三相保护。相关元件主要技术 参数如下： （1）额定电流为 20（A） ； （2）热元件额定电流为 32/45（A） 。 2.2 接触器的选择 CJX2 系列交流接触器主要用于交流 50Hz 或 60Hz、额定绝缘电压 690V,在 AC-3 使用类别下，额定工作电压 380V、额定工作电流至 620A 的电力系统中，供远距离接 通和分断电路及频繁地起动和控制交流电动机。并可与适当的热过载继电器或电子式 保护装置组合成电磁起动器，以保护可能发生过载的电路。 选用 CJl0Z-

15、403 型接触器，其中“C”表示接触器， “J”表示交流，10 为设计编 号， “40”为额定电流， “3”为主触点数目5。 2.3 总电路图 由题目可知，我们需要设置的装置有：洗车机、清洗机、刷子、风机和喷水机。 分别设置交流接触器来开断和控制电路，设置熔断器和隔离开关保护电路，根据题意 和选择好的器件，我们最终设计出的总电路图如图 2.1 所示。 青草绿 2 L1 L2 L3 M1 3 M2 3 M3 3 M4 3 M5 3 洗车机喷水机清洗机刷子风机 Fu FR1FR2FR3FR4FR5 KM1 KM2KM3 KM4KM5 KM6 图 2.1 自动洗车机电路图 2.4PLC 的选择 生活

16、中常见的洗车一般都是人力清洗，用时较长，而且由于工作时间较长会导致 疲劳，工作精度下降。基于此，我们考虑利用 PLC 的知识，设计一个可以自动清洗车 辆的自动洗车机，在工作效率、工作精度和工作时间上为洗车这一行业提供便利及创 新。 随着 PLC 应用领域日益扩大，PLC 技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强 大，性价比越来越高。在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、 性价比更高的小型和超小型 PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向 高速度、大容量、技术完善的大型 PLC 方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高 和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对 PLC

17、 的信息处理速度要求也越来越高， 要求用户存储器容量也越来越大。而其中，西门子 PLC 的优势也很明显，第一，西门 子 PLC 抗干扰能力比较强，也比较耐用，维护率，损坏率比较低；第二，西门子 PLC 的通信效果特别好；第三，西门子 PLC 的软件 SIMATIC Manager 比较好用；第四，技 术支持服务比较好；第五，网上资料比较多。所以我们选用了课程所学的西门子 PLC， 型号为 S7-300。西门子的 S7 系列有快速的 CPU 处理速度，大程序容量，以及编程及 青草绿 2 监控功能强大，维修简单，所以性价比比较高6。 西门子 PLC 的一般结构如图 2.2。 电源 输 入 模 块

18、输 出 模 块 CPU EPROM 扫描程序 I/O管理 RAM 用户储存器 编程器 主机 图 2.2 PLC 一般结构图 （1）中央处理单元（CPU）与通用计算机中的 CPU 一样，PLC 中的 CPU 也是整 个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、 数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。 （2）存储器 10 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软 件的存储器称为用户程序存储器。PLC 常用的存储器类型有 RAM、EPROM、EEPROM 等。 （3）I/O 模块 输入模块和输出模块通常称为 I/O 模块或 I/

19、O 单元。PLC 的对外功能主要是通过 各种 I/O 接口模块与外界联系而实现的。 （4）电源模块输入、输出接口电路是 PLC 与现场 I/O 设备相连接的部件。它的作 用是将输入信号转换为 PLC 能够接收和处理的信号，将 CPU 送来的弱电信号转换为外 部设备所需要的强电信号。 2.5 PLC 输入、输出口分配（I/O 分配） 根据图 2.1 总电路图，我们设置 PLC 的 I/O 分配，其中 I0.0-I0.3 共 4 个输入端点， 青草绿 2 Q0.0-Q0.7 共 8 个输出端点，如表 2.1 所示。 表 2.1 I/O 分配表 输入点地址功能输出点地址功能 I0.0SB1 启动开关

20、Q0.0洗车机左移 I0.1复位按钮Q0.1洗车机右移 I0.2左侧极限开关Q0.2喷水机喷水 I0.3右侧极限开关Q0.3刷子动作 Q0.4清洁剂喷洒 Q0.5风机动作 Q0.6启动灯 Q0.7复位灯 2.6 PLC I/O 接线图 根据 I/O 分配和电路图，我们设计出 I/O 接线图，如图 2.3 所示。其中 SB1、SB2 分别为启动和复位两个手动按钮，Q0.2-Q0.5 为喷水、刷子等电动机，Q0.6 和 Q0.7 为 启动灯、复位灯。 青草绿 2 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 1M M 1M Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 M L+ Q0.4 Q0.5 Q0.6

21、Q0.7 Q1.0 Q1.1 N(-) KM3KM1 KM2 DC24V M M M 2L Q1.2 Q1.3 SB1 SB2 喷水机 刷子 清洗机 风机 启动灯 复位灯 C1 C2 C3 C4 KM4 图 2.3 I/O 接线图 青草绿 2 第 3 章 软件设计 3.1 流程图 自动洗车机执行流程为： （1）按下启动按钮，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。 （2）洗车机右移到达右极限开关后，开始左移，喷水及刷子继续工作。 （3）洗车机左移到达极限位置后，开始右移，喷水机及刷子停止工作，清洗机设 备开始动作喷洒清洗剂。 （4）洗车机右移到达极限位置，开始左移，继续喷洒清洁剂。

22、（5）洗车机左移到达极限位置，开始右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往右移 3s 后停止，刷子开始洗刷。 （6）刷子洗刷 5s 停止，洗车机继续右移 3s，刷子又开始洗刷 5s 停止，洗车机继 续右移，到达右极限开关后停止，然后往左移。 （7）重复上面第 6 步，左移碰左极限开关停止。 （8）洗车机往右移，风机设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机往左移， 直到碰到左极限开关，重复 2 次动作。洗车整个过程完成。启动灯熄灭。 （9）原点复位设计： 若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必须使用原点复位，将洗车 机复位到原点，才能做洗车全流程的动作，其动作就是按下复位按钮，则洗车机的 右

23、移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极 限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。 设计流程图如图 3.1。 青草绿 2 是否存在故 障？ 停止 启动指示灯亮 右极限？ 复位 洗车右移、喷水、刷子洗刷 右极限？ 左极限？ 右极限？ 洗车左移、喷水、刷子洗刷 洗车右移、喷洒清洁剂 Y N N Y N Y N N Y 启动 青草绿 2 洗车左移、喷洒清洁剂 左极限？ 洗车右移？ 3s ？ 洗车停止右移、刷子洗刷 5s? 右极限？ 洗车左移 3s？ 洗车停止左移、刷子洗刷 5s？ 左极限？ N Y N Y N Y N N Y N Y N Y 青草绿 2 洗车

24、右移、风机吹风 右极限？ 洗车左移、风机吹风 左极限？ 洗车结束、指示灯灭 吹风3次? Y N Y N Y N Y 图 3.1 流程图 3.2 PLC 梯形图 根据流程图（图 3.1） ，我们在 SIMATIC Manager 编程软件中，进行梯形图的编程， 具体程序如图 3.2 所示。 青草绿 2 青草绿 2 青草绿 2 青草绿 2 图 3.2 梯形图 3.3 仿真调试 由编程完成的梯形图进行运行操作，我们可以得到程序仿真图，模拟自动洗车机 的运行过程。 点击 I0.0 启动按钮，启动后实现 Q0.1 右移，Q0.2 喷水，Q0.3 刷子动作，Q0.6 启 动灯亮（运行过程中，启动灯 Q0.

25、6 一直亮） 。 青草绿 2 右移直至触碰到 I0.3 右极限开关，此时运行 Q0.0 左移、Q0.2 喷水、Q0.3 刷子动 作。 左移到触碰左极限开关 I0.2 后，开始 Q0.1 右移、Q0.4 清洁剂喷洒。 右移直至触碰右极限开关 I0.3，开始 Q0.0 左移、此时 Q0.4 清洁剂继续喷洒。 青草绿 2 左移直至触碰左极限开关 I0.2，停止喷洒清洁剂，Q0.3 刷子开始动作。 Q0.1 右移 3s，Q0.3 刷子动作 5s 停止再次右移，交替进行，直至再次右移至极限。 右移触碰右极限开关 I0.3，此时 Q0.3 刷子继续动作。 Q0.0 左移 3s、Q0.3 刷子动作 5s 停止再次左移，交替进行，直至左移至左极限。 青草绿 2 左移触碰左极限开关 I0.2，此时刷子停止动作，实现 Q0.1 右移、Q0.5 风机动作。 右移触碰右极限开关 I0.3，开始 Q0.0 左移，此时 Q0.5 风机继续动作。 左右移动往返重复 2 次，Q0.5 风机持续动作，Q0.6 启动灯一直亮。 动作 2 次后，直至再次触碰到 I0.2 左极限开关，完成整个洗车过程，停止时 Q0.6 青草绿 2 启动灯灭，无电动机动作。 心得体会 经过小组 4 人的研究与讨论，最终我们完成了基于西门子 S7-300PLC 的自动洗车 机简单设计。在本次设