基于PLC的自动洗车机课程设计报告

1、-. z电气控制与电气控制与 PLCPLC 课程设计课程设计题目题目：自动洗车机院系院系：工学院电气与电子工程系专业专业：电气工程及其自动化班级班级：电气工程*班*：* *：* 指导教师指导教师：* 二二一五年六月一五年六月-. zPLCPLC 课程设计任务书课程设计任务书一、根本情况一、根本情况学时：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：实习发动及准备工作： 1 学时总体方案设计：4 学时硬件设计：10 学时软件设计：10 学时撰写设计报告：4 学时总结： 1 学时教师辅导：随时三、根本要求三、根本要求1、课程设计的根本要

2、求电气控制与 PLC 课程设计的主要容包括：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构造图，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，使之到达课题所要求的指标。课程设计的最后要写出设计总结报告，把设计容进展全面的总结，假设有实践条件，把实践容上升到理论高度。2、课程设计的教学要求电气控制与 PLC 课程设计的教学采用相对集中的方式进展，以班为单位全班学生集中到设计室进展。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课到达6 节以上，或者迟到、

3、早退累计到达 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，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经历。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。-. z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，洗车机开场往右移，喷水设备开场喷水，刷子开场洗刷。2.洗车机右移到达右极限开关后，开场左移，

4、喷水及刷子继续工作。3.洗车机左移到达极限位置后，开场右移，喷水机及刷子停顿工作，清洗机设备开场动作喷洒清洗剂。4.洗车机右移到达极限位置，开场左移，继续喷洒清洁剂。5.洗车机左移到达极限位置，开场右移，清洁剂停顿喷洒，当洗车机往右移 3s 后停顿，刷子开场洗刷。6.刷子洗刷 5s 停顿，洗车机继续右移 3s，刷子又开场洗刷 5s 停顿，洗车机继续右移，到达右极限开关后停顿，然后往左移。7.重复上面第 6 步，左移碰左极限开关停顿。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.原点复位设计假设洗车

5、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顿，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、程序不少于 2000 字，图形绘制规。设计报告的格式如下：1、封面2、摘要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；-. z(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

6、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察，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 分之间为及格，60 分以下为不及格。考核分三个方面进展：平时表现 20%；设计过程 25%；设计报告 40%；设计辩论 15%。有以下情形之一者，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

7、50%或无设计报告；4、不能完成设计任务，达不到设计要求。-. z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，进展主电路图、I/O 接线图和流程图的绘制，最后利用 SIMATIC Manager 编程软件完成梯形图的程序设计。在教师的指导下，对 PLC的编程程序进展仿真和调试。本次设计中，自动洗车控制系统采用了四个输入信号 ，八个输出信号 。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，完毕后自行停顿，假设断电停顿在得电后不会自行启动

8、，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 进展操作，该型号西门子为中小型，有着模块化构造、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 PLC 设计目录第 1 章绪论 11.1 课题简述 11.2 课题背景和意义 11.2.1 背景 11.2.2 课题研究的必要性 11.3 课题要求 1第 2 章硬件电路设计 32.1 热继电器的选择 32.2 接触器的选择 32.3 总电路图 32.4 PLC 的选择 42.5 PLC 输入、输出口分配I/O 分配52.6 PLC I/O 接线图 6第

9、 3 章软件设计 83.1 流程图 83.2 PLC 梯形图 11-. z3.3 仿真调试 15心得体会 19参考文献 20-. z第 1 章绪论1.1 课题简述如今，PLC 技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，本钱下降，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开展，使 PLC 向用于连续生产过程控制的方向开展，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，

10、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 背景经过多年的开展，为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，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

11、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研究自动洗车机可以推动洗车行业的开展和自动化；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：1.进展总体设计规划，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 软件清单并进展模拟调试；-. z4.编写课程设计说明书。二本设计的主要研究围及要求到达的技术参数有：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

12、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展系统控制，也就难以满足如何实现并且到达高效可靠的要求，本设计就是基于以上问题进展的一些探讨。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，当形变到达一定距离时，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，构造简单、本钱低等优点在生产中

13、得到了广泛应用4。我们选用 JR16B-60/3D 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 20A ；2热元件额定电流为 32/45A 。2.2 接触器的选择CJ*2 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

14、-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。-. z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。图 2.1 自动洗车机电路图2.4PLC 的选择生活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

15、行业提供便利及创新。随着 PLC 应用领域日益扩大，PLC 技术及其产品构造都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。在产品规模方面，向两极开展。一方面，大力开展速度更快、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 方向开展。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开展，人们对 PLC 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

16、，西门子 PLC 的软件 SIMATIC Manager 比较好用；第四，技术支持效劳比较好；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 的一般构造如图 2.2。图 2.2 PLC 一般构造图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、存放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

17、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。3I/O 模块输入模块和输出模块通常称为 I/O 模块或 I/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-. z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，其中共

18、4 个输入端点，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，为喷水、刷子等电动机，Q0.6 和 Q0.7 为启动灯、复位灯。-. z I0.0 I0.1I0.2I0.31MM1MQ0

19、.0Q0.1Q0.2Q0.3ML+Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1N(-)KM3KM1KM2DC24VMMM2LQ1.2Q1.3SB1SB2喷水机刷子清洗机风机启动灯复位灯C1C2C3C4KM4图 2.3 I/O 接线图第 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，洗车机开场往右移，喷水设备开场喷水，刷子开场洗刷。2洗车机右移到达右极限开关后，开场左移，喷水及刷子继续工作。3洗车机左移到达极限位置后，开场右移，喷水机及刷子停顿工作，清洗机设备开场动作喷洒清洗剂。4洗车机右移到达极限位置，开场左移，继续喷洒清洁剂。5洗车机左移到达极限位置，开场右移，清洁剂

20、停顿喷洒，当洗车机往右移 3s-. z后停顿，刷子开场洗刷。6刷子洗刷 5s 停顿，洗车机继续右移 3s，刷子又开场洗刷 5s 停顿，洗车机继续右移，到达右极限开关后停顿，然后往左移。7重复上面第 6 步，左移碰左极限开关停顿。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：假设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顿，洗车机往左移，当洗车机到达左极

21、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。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，进展梯形图的编程，具体程序如图 3.2 所示。图 3.2 梯形图3.3 仿真调试由编程完成的梯形图进展运行操作，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 Q0.6 一直亮 。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。

22、左移到触碰左极限开关 I0.2 后，开场 Q0.1 右移、Q0.4 清洁剂喷洒。右移直至触碰右极限开关 I0.3，开场 Q0.0 左移、此时 Q0.4 清洁剂继续喷洒。左移直至触碰左极限开关 I0.2，停顿喷洒清洁剂，Q0.3 刷子开场动作。Q0.1 右移 3s，Q0.3 刷子动作 5s 停顿再次右移，交替进展，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。-. zQ0.0 左移 3s、Q0.3 刷子动作 5s 停顿再次左移，交替进展，直至左移至左极限。左移触碰左极限开关 I0.2，此时刷子停顿动作，实现 Q0.1 右移、Q0.5 风机动作。右移触碰右极限开关 I0.3，开场 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，停顿时 Q0.6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。在本次设计中，我们先在书籍和网络上调查了洗车机的背景和开展概况，对自动洗车机有了初步的了解，