電氣控制與PLC課程設計題目：自動洗車機院 系：工學院電氣與電子工程系專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級：電氣工程XXXX班 姓 名：XXXXXX 學 號：XXXXXXXXXXXX 指導教師：XXXXXX 二一五年六月PLC課程設計任務書一、基本情況 學時：1周 學分：1學分 適應班級：二、進度安排本設計共安排1周，合計30學時，具體分配如下：實習動員及準備工作： 1學時總體方案設計：4學時硬件設計：10學時軟件設計：10學時撰寫設計報告：4 學時總結： 1學時教師輔導： 隨時三、基本要求1、課程設計的基本要求電氣控制與PLC課程設計的主要內(nèi)容包括：理論設計與撰寫設計報告等。其中理論設計又包括總體方案選擇，硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計；硬件設計包括單元電路，選擇元器件及計算參數(shù)等；軟件設計包括模塊化層次結構圖，程序流程圖，應用程序。程序設計是課程設計的關鍵環(huán)節(jié)，通過進一步完善程序設計，使之達到課題所要求的指標。課程設計的最后要求是寫出設計總結報告，把設計內(nèi)容進行全面的總結，若有實踐條件，把實踐內(nèi)容上升到理論高度。2、課程設計的教學要求電氣控制與PLC課程設計的教學采用相對集中的方式進行，以班為單位全班學生集中到設計室進行。做到實訓教學課堂化，嚴格考勤制度，在實訓期間累計曠課達到6節(jié)以上，或者遲到、早退累計達到6次以上的學生，該課程考核按不及格處理。在實訓期間需要外出查找資料，必須在指定的時間內(nèi)方可外出。課程設計的任務相對分散，每3-4名學生組成一個小組，完成一個課題的設計。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設計方法和經(jīng)驗。但每個學生必須單獨完成設計任務，要有完整的設計資料，獨立撰寫設計報告，設計報告雷同率超過50%的課程設計考核按不及格處理。四、設計題目及控制要求題目：自動洗車機要求：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。五、設計報告設計完成后，必須撰寫課程設計報告。設計報告必須獨立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）不少于2000字，圖形繪制規(guī)范。設計報告的格式如下： 1、封面 2、摘要 3、目錄4、正文(1) 所作題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能；(2) 方案選擇及論證；(3) 硬件電路設計及描述（包括硬件的選型及電路圖、輸入輸出接線圖等的設計）；(4) 軟件設計流程及描述（流程圖及文字說明；(5) 源程序代碼及調(diào)試；5、心得體會 6、參考文獻 六、考核方法電氣控制與PLC技術課程設計的考核方式為考查，考核結果為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，分數(shù)在90-100之間為優(yōu)秀，80-89分之間為良好，70-79分之間為中等，60-69分之間為及格，60分以下為不及格。 考核分三個方面進行：平時表現(xiàn)20%；設計過程25%；設計報告 40%；設計答辯15%。有下列情形之一者，課程設計考核按不及格處理：1、設計期間累計遲到、早退達8次；2、設計期間累計曠課達6節(jié)；3、設計報告雷同率超過50%或無設計報告；4、不能完成設計任務，達不到設計要求。摘 要本文PLC的課程設計采用西門子S7-300PLC來實現(xiàn)自動洗車機的自動清洗任務。并利用Microsoft Visio 繪圖工具，進行主電路圖、I/O接線圖和流程圖的繪制，最后利用SIMATIC Manager編程軟件完成梯形圖的程序設計。在老師的指導下，對PLC的編程程序進行仿真和調(diào)試。本次設計中，自動洗車控制系統(tǒng)采用了四個輸入信號（I0.0-I0.3），八個輸出信號（Q0.0-Q0.7）。其中噴水、刷子動作和噴灑洗潔劑等電動機的運行由PLC的程序控制執(zhí)行。自動洗車機啟動后能按順序完成要求動作，結束后自行停止，若斷電停止在得電后不會自行啟動，用PLC實現(xiàn)了洗車的自動化。PLC的程序設計和編程文中選擇西門子S7-300型PLC進行操作，該型號西門子為中小型，有著模塊化結構、易于實現(xiàn)分布式的配置以及性價比高等優(yōu)點，有助于本文設計實現(xiàn)。關鍵詞：自動洗車機 西門子S7300 PLC設計 目錄第1章緒論11.1 課題簡述11.2 課題背景和意義11.2.1 背景11.2.2 課題研究的必要性11.3 課題要求1第2章硬件電路設計32.1 熱繼電器的選擇32.2 接觸器的選擇32.3 總電路圖32.4 PLC的選擇42.5 PLC輸入、輸出口分配（I/O分配）52.6 PLC I/O接線圖6第3章軟件設計83.1 流程圖83.2 PLC梯形圖113.3 仿真調(diào)試15心得體會19參考文獻20第1章 緒論1.1 課題簡述如今，PLC技術已非常成熟，不僅控制功能增強，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程I/O和通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一大支柱2。而我們本次設計的自動洗車機，也是應運而生，隨著汽車種類的增多和汽車均價的下降，有車族人數(shù)不斷攀升，而隨之興起的汽車周邊產(chǎn)業(yè)中，洗車行業(yè)則算是龍頭。我們的生活中見到的大都是人力洗車，所以我們需要研究和設計自動洗車系統(tǒng)，來優(yōu)化洗車行業(yè)、提升洗車效率。1.2 課題背景和意義1.2.1 背景經(jīng)過多年的發(fā)展，為滿足工業(yè)自動化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來，PLC廠家先后開發(fā)了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開發(fā)和應用不僅增強了功能，擴展了PLC的應用范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。SIMATIC S7-300 PLC是中小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-300 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。本次設計是將PLC用于自動洗車機的運行和實現(xiàn)，對學習和實用是很好的結合3。1.2.2 課題研究的必要性（1）可以促進我國PLC產(chǎn)業(yè)與當下熱門行業(yè)的結合（2）研究自動洗車機可以推動洗車行業(yè)的發(fā)展和自動化；（3）使有車族對汽車的使用和保養(yǎng)更加方便快捷（4）解放勞動力，讓洗車行業(yè)更加高效1.3 課題要求（一）本次課題的設計要求為：1.進行總體設計規(guī)劃，合理分配I/O點，并繪出電氣控制線路的原理草圖；2.繪制電氣原理圖，計算并選擇電器元件；3.編寫PLC軟件清單并進行模擬調(diào)試；4.編寫課程設計說明書。（二）本設計的主要研究范圍及要求達到的技術參數(shù)有：1.是自動洗車機可以按照規(guī)定的程序運行；2.滿足PLC對所有裝置的控制；3.對自動洗車機實現(xiàn)的設計和個人程序調(diào)試。本課題應解決的主要問題是如何使PLC實現(xiàn)自動洗車機洗車的功能和多種要求，在實際當中對PLC運用于洗車技術并不多見，以致人們難以根據(jù)它的具體情況正確選用參數(shù)進行系統(tǒng)控制，也就難以滿足如何實現(xiàn)并且達到高效可靠的要求，本設計就是基于以上問題進行的一些探討。第2章 硬件電路設計2.1 熱繼電器的選擇熱繼電器的工作原理是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機的過載保護。繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應用4。我們選用JR16B-60/3D型熱繼電器。其中“J”表示繼電器，“R”為熱的諧音，“16”表示設計序號，“60”表示額定電流，“3D”表示三相保護。相關元件主要技術參數(shù)如下：（1）額定電流為20（A）；（2）熱元件額定電流為32/45（A）。2.2 接觸器的選擇CJX2系列交流接觸器主要用于交流50Hz或60Hz、額定絕緣電壓690V,在AC-3使用類別下，額定工作電壓380V、額定工作電流至620A的電力系統(tǒng)中，供遠距離接通和分斷電路及頻繁地起動和控制交流電動機。并可與適當?shù)臒徇^載繼電器或電子式保護裝置組合成電磁起動器，以保護可能發(fā)生過載的電路。選用CJl0Z-403型接觸器，其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，10為設計編號，“40”為額定電流，“3”為主觸點數(shù)目5。2.3 總電路圖由題目可知，我們需要設置的裝置有：洗車機、清洗機、刷子、風機和噴水機。分別設置交流接觸器來開斷和控制電路，設置熔斷器和隔離開關保護電路，根據(jù)題意和選擇好的器件，我們最終設計出的總電路圖如圖2.1所示。圖 2.1 自動洗車機電路圖2.4PLC的選擇生活中常見的洗車一般都是人力清洗，用時較長，而且由于工作時間較長會導致疲勞，工作精度下降?；诖?，我們考慮利用PLC的知識，設計一個可以自動清洗車輛的自動洗車機，在工作效率、工作精度和工作時間上為洗車這一行業(yè)提供便利及創(chuàng)新。隨著PLC應用領域日益擴大，PLC技術及其產(chǎn)品結構都在不斷改進，功能日益強大，性價比越來越高。在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。一方面，大力發(fā)展速度更快、性價比更高的小型和超小型PLC。以適應單機及小型自動控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技術完善的大型PLC方向發(fā)展。隨著復雜系統(tǒng)控制的要求越來越高和微處理器與計算機技術的不斷發(fā)展，人們對PLC的信息處理速度要求也越來越高，要求用戶存儲器容量也越來越大。而其中，西門子PLC的優(yōu)勢也很明顯，第一，西門子PLC抗干擾能力比較強，也比較耐用，維護率，損壞率比較低；第二，西門子PLC的通信效果特別好；第三，西門子PLC的軟件SIMATIC Manager比較好用；第四，技術支持服務比較好；第五，網(wǎng)上資料比較多。所以我們選用了課程所學的西門子PLC，型號為S7-300。西門子的S7系列有快速的CPU處理速度，大程序容量，以及編程及監(jiān)控功能強大，維修簡單，所以性價比比較高6。西門子PLC的一般結構如圖2.2。圖2.2 PLC一般結構圖（1）中央處理單元（CPU）與通用計算機中的CPU一樣，PLC中的CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件，主要有運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關電路。（2）存儲器10存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型有RAM、EPROM、EEPROM等。（3）I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。（4）電源模塊輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設備所需要的強電信號。2.5 PLC輸入、輸出口分配（I/O分配）根據(jù)圖2.1總電路圖，我們設置PLC的I/O分配，其中I0.0-I0.3共4個輸入端點，Q0.0-Q0.7共8個輸出端點，如表2.1所示。表2.1 I/O分配表輸入點地址功能輸出點地址功能I0.0SB1啟動開關Q0.0洗車機左移I0.1復位按鈕Q0.1洗車機右移I0.2左側(cè)極限開關Q0.2噴水機噴水I0.3右側(cè)極限開關Q0.3刷子動作Q0.4清潔劑噴灑Q0.5風機動作Q0.6啟動燈Q0.7復位燈2.6 PLC I/O接線圖根據(jù)I/O分配和電路圖，我們設計出I/O接線圖，如圖2.3所示。其中SB1、SB2分別為啟動和復位兩個手動按鈕，Q0.2-Q0.5為噴水、刷子等電動機，Q0.6和Q0.7為啟動燈、復位燈。圖2.3 I/O接線圖第3章 軟件設計3.1 流程圖自動洗車機執(zhí)行流程為：（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。設計流程圖如圖3.1。圖3.1 流程圖3.2 PLC梯形圖根據(jù)流程圖（圖3.1），我們在SIMATIC Manager編程軟件中，進行梯形圖的編程，具體程序如圖3.2所示。圖3.2 梯形圖3.3 仿真調(diào)試由編程完成的梯形圖進行運行操作，我們可以得到程序仿真圖，模擬自動洗車機的運行過程。點擊I0.0啟動按鈕，啟動后實現(xiàn)Q0.1右移，Q0.2噴水，Q0.3刷子動作，Q0.6啟動燈亮（運行過程中，啟動燈Q0.6一直亮）。右移直至觸碰到I0.3右極限開關，此時運行Q0.0左移、Q0.2噴水、Q0.3刷子動作。左移到觸碰左極限開關I0.2后，開始Q0.1右移、Q0.4清潔劑噴灑。右移直至觸碰右極限開關I0.3，開始Q0.0左移、此時Q0.4清潔劑繼續(xù)噴灑。左移直至觸碰左極限開關I0.2，停止噴灑清潔劑，Q0.3刷子開始動作。Q0.1右移3s，Q0.3刷子動作5s停止再次右移，交替進行，直至再次右移至極限。右移觸碰右極限開關I0.3，此時Q0.3刷子繼續(xù)動作。Q0.0左移3s、Q0.3刷子動作5s停止再次左移，交替進行，直至左移至左極限。左移觸碰左極限開關I0.2，此時刷子停止動作，實現(xiàn)Q0.1右移、Q0.5風機動作。右移觸碰右極限開關I0.3，開始Q0.0左移，此時Q0.5風機繼續(xù)動作。左右移動往返重復2次，Q0.5風機持續(xù)動作，Q0.6啟動燈一直亮。動作2次后，直至再次觸碰到I0.2左極限開關，完成整個洗車過程，停止時Q0.6啟動燈滅，無電動機動作。心得體會經(jīng)過小組4人的研究與討論，最終我們完成了基于西門子S7-300PLC的自動洗車機簡單設計。在本次設計中，我們先在書籍和網(wǎng)絡上調(diào)查了洗車機的背景和發(fā)展概況，對自動洗車機有了初步的了解，之后我們進行了硬件的電路圖繪制，對各個電機進行了保護。再根據(jù)繪制的總電路圖，選擇主要的硬件器件，主要包括熱繼電器和接觸器。之后是設計重點，相關于PLC的選擇和設計，我們選用了常見的西門子S7-300型號PLC，相對于三菱等牌子更加智能和優(yōu)化，基于此PLC選擇，我們對洗車機的要素進行了I/O分配，然后繪制出I/O接線圖，完成了硬件設計。軟件設計是重點也是難點，我們先根據(jù)題目要求寫出工作流程圖，然后根據(jù)流程圖編程梯形圖，在編程的過程中，我們在左移、右移、風干和復位編程上面沒有遇到阻礙，但是在噴水、刷子工作和噴灑清潔劑上面遇到了問題，導致第一次沒能成功運行，最后經(jīng)過咨詢老師和同學，我們又設計了計時器，然后重新編程了噴水、刷子工作和噴灑清潔劑，才得以成功運行，得到了最后的仿真模擬圖，完成了本文的設計。在本次設計中，我不僅僅是鞏固實踐了PLC的學習內(nèi)容，更是充分了解到了自己在PLC方面的不足，我在I/O接線圖和梯形圖編程上還有一些漏洞，比如不會設置時間和對程序重復設置的錯誤，在老師的耐心指導下，我改正并且牢牢記住了。感謝老師和同學的幫助，也感謝學校提供給我一個實踐編程的機會，相信在不久的將來，我會在PLC上更大的進步。參考文獻1 柳春生.電器控制與PLCM. 北京:機械工業(yè)出版社,2010. 2 程子華.PLC原理與實例分析M. 北京:國防工業(yè)出版社,2006.3 高欽和.可編程控制器應用技術M. 北京:高等教育出版社，2004.4 廖常初.PLC編程及應用M. 北京:機械工業(yè)出版社,2005.5 易傳祿.可編程控制器應用指南M. 上海:科普出版社,2002.6 廖常初.S7-300/400 PLC應用技術M. 北京:機械工業(yè)出版社,2012.7 程憲平.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術M. 武漢:華中科技大學出版社,2003.