电气控制与plc课程设计 自动洗车机控制设计

电气控制与PLC

课程设计

题目: 自动洗车机控制设计

院系名称：电气工程学院

专业班级：自动F0805 学生姓名：周起伟

学号： 200848280525

指导教师：王艳芳

设计地点：中2-211 设计时间： 2011.07.04～2011.07.10 成绩：

指导老师签名：

日期：

目录

1系统描述及其要求 (1)

1.1系统描述 (1)

1.2系统要求 (2)

2硬件设计 (2)

2.1硬件选择 (2)

3 软件设计 (5)

3.1系统的整体程序流程图 (5)

3.2梯形图 (6)

4 系统调试分析 (12)

4.1 硬件调试 (12)

4.2 软件调试 (13)

4.3 整机调试 (13)

设计心得 (14)

参考文献 (15)

1系统描述及其要求

1.1系统描述

此文的主要思路是是基于PLC技术的自助洗车机设计。其中把PLC作为主要控制器，将各种继电器采集的信息经过一定的控制算法后，通过PLC的I/O口来控制继电器的闭合达到自动控制的目的。洗车机的主运动是左右循环运动由左右行程开关控制，同时不同循环次序伴随不同的其它动作，如喷水、刷洗、喷洒清洁剂及风扇吹干动作等。因每次动作的开始都是碰到左行程开关才实现，所以运用计数器记录左极限信号脉冲的次数从而控制上述辅助运动按要求依次动作。系统还采用了复位设计，如在洗车过程中由其它原因使洗车停止在非原点的其它位置，则需要手动对其进行复位，到位时复位灯亮，此时才可以启动，否则启动无效，洗车机经启动后可自动完成洗车动作后自行停止，也可在需要时手动停止。

此设计系统由三菱公司生产的FX2N系列的PLC、人机交互和串口通信、数码管、指示灯和电源部分组成。系统的总设计原理图如图1.1所示。

图1.1 系统总设计原理图

PLC :该部分的功能不仅包括对各种开关信息的采集、处理，还包括对执行单元的控制。PLC是整个系统的核心及数据处理核心。

人机交互和串口通信：人机交互的目的是为了提高系统的可用性和实用性。主要是按键输入。

输出显示：通过按键输入进入相应进程，而输出显示则是显示金额。串口通信的主要功能是完成PLC与上位机（比如电脑）的通信，便于进行系统的维修、改进和升级，为将来系统功能的扩展做好基础工作。

电源部分：本部分的主要功能是为PLC提供适当的工作电压，同时也为其他模块提供电源。如显示屏、按键等。

1.2系统要求

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)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。

2硬件设计

2.1硬件选择

1）PLC的比较

（1）欧姆龙PLC 简介

日本OMRON（立石公司）电机株式会社是世界上生产PLC的著名厂商之一。SYSMAC C 系列PLC产品以其良好的性能价格比被广泛地应用于化学工业、食品加工、材料处理和工业控制过程等领域，其产品在日本其销量仅次于三菱，居第二位，在我国也是应用非常广泛PLC之一。 OMRONC系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大类产品。整体式结构的微型PLC 机是以C20P 为代表的机型。叠装式（或称紧凑型）结构的微型机以 CJ 型机最为典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。小型PLC机以P 型

机和CPM 型机最为典型，这两种都属坚固整体型结构。具有体积更小、指令更丰富、性能更优越，通过I/O 扩展可实现 10~140 点输入输出点数的灵活配置，并可连接可编程终端直接从屏幕上进行编程，CPM 型机是OMRON 产品用户目前选用最多的小型机系列产品。OMRON 中型机以C200H 系列最为典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG 和C200HE 等型号产品。中型机在程序容量，扫描速度和指令功能等方面都优于小型机，除具备小型机的基本功能外，它同时可配置更完善的接口单元模块，如模拟量 I/O 模块、温度传感器模块、高速记数模块、位置控制模块、通讯联接模块等。可以与上位计算机、下位PLC 机及各种外部设备组成具有各种用途的计算机控制系统和工业自动化网络。在一般的工业控制系统中，小型PLC机要比大、中型机的应用更广泛。在电气设备的控制应用方面，一般采用小型PLC 都能够满足需求。

（2）西门子PLC 简介

德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC 产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI 人机界面，工业软件等。西门子S7 系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7 系列PLC 产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求PLC（如S7-300）和中、高性能要求PLC（如S7-400）等。它的人机界面（HMI）硬件 HMI 硬件配合PLC 使用，为用户提供数据、图形和事件显示，主要有文本操作面板 TD200（可显示中文），OP3，OP7，OP17 等；图形/文本操作面板 OP27， OP37 等，触摸屏操作面板 TP7，TP27/37，TP170A/B 等；SIMATIC 面板型 PC670 等。个人计算机（PC）也可以作为 HMI 硬件使用。HMI 硬件需要经过软件（如 ProTool）组态才能配合PLC使用。

（3）三菱FX 系列PLC简介

FX 系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2 系列PLC 产品。其中FX2 是1991 年推出的产品，FX0 是在FX2 之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC 等系列的，具有较高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。

2)PLC的选择

经过对几家公司生产的PLC 主要从应用、价格、可靠性和对现场工作环境及设计资金等各个方面因素的考虑，本系统采用三菱FX2N 系列PLC 进行设计。下图3.1为实物图。三菱 FX2N 系列 PLC是超小型机，I/O 点数最大可扩展到256 点。它有内置 8k 步的 RAM，使用存储盒后，最大容量可扩大到 16k 步，编程指令达 327 条。PLC 运行时，对一条基本指令的处理时间只要0.08μs。它不仅能完成逻辑控制、数据排列、三角函数运算、平方根以及浮点数运算、PID 运算等更为复杂的数据处理。本系统选用三菱 FX2N-32MR 型 PLC，I/O 总点数为 32 点。输入、输出端选 AC 电源 220V。

图2.1 三菱FX2N 系列PLC实物图

2.2系统硬件总体设计

1）I/O 分配表如下表2.2（a）所示

表2.2（a）

输入信号输出信号

启动X0 启动灯Y0 右极限开关X1 洗车右移Y1

左极限开关X2 洗车左移Y2 复位X6 喷水控制开关Y3

刷子洗刷开关Y4

2）系统硬件总结线图如下图2.2（b）所示

图2.2 系统总结线图3 软件设计

3.1系统的整体程序流程图

系统的整体程序的流程图如下图3.1所示。

开始

初始化开始洗车

出现故障继续洗车结束

复位

Y

图3.1系统的整体程序流程图

3.2梯形图

系统的洗车程序如下图3.2所示，

图3.2梯形图

4 系统调试分析

4.1 硬件调试

为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成。

首先介绍系统的硬件安装过程及针对各单元模块的硬件电路调试，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应指标。硬件调试主要包括按键电路的调试、数码管驱动电路的调试、电源部分的调试几部分。

为保证整个系统能够正常工作，首先要保证电源系统正常工作并且保证输出为+5V。通过测量输出口的电压值不断修改电路设计，完成电源系统的调试。

其次是数码管驱动电路的调试，这一部分调试主要是I/O口和数码管的检查。调试的关键在于确定数码管电路连接是否正确。

再次是按键电路的调试，这一部分主要是按钮是否安装好，接线是否正常，特别是有无按钮的失效。

最后是洗车部分的调试。这一部分占了设备的绝大部分，因此这部分的调试尤为重要。调试的关键是电机正反转的接线是否正常，是否有电压、电流的保护装置等等。

4.2 软件调试

此部分主要介绍了自助洗车机控制系统的软件调试过程，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应的指标。

首先是投币子程序的调试，这一部分的调试的关键是投币时程序是否能得到信号，在满足条件的情况下能否得到响应，比如吐币、亮灯等等。

最后是主程序的调试，通过假定输入一定的初值看看程序运行是否正常。

4.3 整机调试

整个系统调试顺序按照先硬件后软件，先局部后全部的顺序调试，当软件与硬件都调试无误之后，就可以整机调试，整机调试也就是整个系统设计的功能测试。

设计心得

这个学期学习了PLC这门学科，并且也有了一定的了解，PLC在实际生活中应用十分广泛，因此它是一门应用性很强的科目，光学理论不实际练习是不能学好的，更不能在实际中用PLC设计出有用的东西。

然而在做课程设计的过程中收获很多，加深了对PLC控制与应用知识的理解，此次课程设计主要是运用PLC控制的一些相关知识，在整个设计过程中，都离不开对PLC课程知识的再学习。

同时也懂得了理论联系实际重要性，课程设计就是通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。

课程设计只是一个开端，连接是关键，测试是必须的。所以实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通，更要有绝对的耐心与细心。

参考文献

[1] 袁任光．可编程控制器应用技术与实例[M]．广州：华南理工大学出版社，2003

[2] 常晓玲．电气控制系统与可编程控制器[M]．北京：机械工业出版社，2004

[3] 钟肇新．彭侃．可编程控制器原理与应用[M]．广州：华南理工大学出版社，2004

[4] 钟肇新．可编程序控制器原理及应用[M]．广州：华南理工大学出版社，2002

[5] 何有华．可编程序控制器及常用控制电器[M]．北京：冶金工业出版社，2008

[6] 王永华编.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天出版社，2008

[7] 殷洪义主编.可编程控制器选择设计与维护.北京：机械工业出版社，2002

[8] 程子华.PLC原理与实例分析.北京:国防工业出版社，2006

高钦和，可编程