基于PLC的自动洗车机优秀课程设计.docx

电气控制和PLC课程设计

题目：自动洗车机

院 系：工学院电气和电子工程系
专 业：电气工程及其自动化
班 级：电气工程XXXX班 　
姓 名：XXXXXX 　　　　　　
学 号：XXXXXXXXXXXX 　　
指导老师：XXXXXX 　　　　　　

二〇一五年六月
PLC课程设计任务书

一、基础情况
课时：1周 学分：1学分 适应班级：
二、进度安排
本设计共安排1周，累计30课时，具体分配以下：
实习动员及准备工作： 1课时
总体方案设计：4课时
硬件设计：10课时
软件设计：10课时
撰写设计汇报：4 课时
总结： 1课时
老师教导： 随时
三、基础要求
1、课程设计基础要求
电气控制和PLC课程设计关键内容包含：理论设计和撰写设计汇报等。其中理论设计又包含总体方案选择，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包含单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包含模块化层次结构图，程序步骤图，应用程序。程序设计是课程设计关键步骤，经过深入完善程序设计，使之达成课题所要求指标。课程设计最终要求是写出设计总结汇报，把设计内容进行全方面总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。
2、课程设计教学要求
电气控制和PLC课程设计教学采取相对集中方法进行，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成6节以上，或迟到、早退累计达成6次以上学生，该课程考评按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必需在指定时间内方可外出。
课程设计任务相对分散，每3-4名学生组成一个小组，完成一个课题设计。小组组员现有分工、又要协作，同一小组组员之间能够相互探讨、协商，能够相互借鉴或参考她人设计方法和经验。但每个学生必需单独完成设计任务，要有完整设计资料，独立撰写设计汇报，设计汇报雷同率超出50%课程设计考评按不及格处理。
四、设计题目及控制要求
题目：自动洗车机
要求：
1.按下开启按钮，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。
2.洗车机右移抵达右极限开关后，开始左移，喷水及刷子继续工作。
3.洗车机左移抵达极限位置后，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.洗车机右移抵达极限位置，开始左移，继续喷洒清洁剂。
5.洗车机左移抵达极限位置，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，抵达右极限开关后停止，然后往左移。
7.反复上面第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，反复2次动作。洗车整个过程完成。开启灯熄灭。
9.原点复位设计
若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必需使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车全步骤动作，其动作就是按下[复位按钮]，则洗车机右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机抵达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。
五、设计汇报
设计完成后，必需撰写课程设计汇报。设计汇报必需独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于字，图形绘制规范。设计汇报格式以下：
1、封面
2、摘要
3、目录
4、正文
(1) 所作题目标意义、本人所做工作及系统关键功效；
(2) 方案选择及论证；
(3) 硬件电路设计及描述（包含硬件选型及电路图、输入输出接线图等设计）；
(4) 软件设计步骤及描述（步骤图及文字说明；
(5) 源程序代码及调试；
5、心得体会
6、参考文件
六、考评方法
电气控制和PLC技术课程设计考评方法为考查，考评结果为优异、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优异，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。
考评分三个方面进行：平时表现20%；设计过程25%；设计汇报 40%；设计答辩15%。
有下列情形之一者，课程设计考评按不及格处理：
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、设计汇报雷同率超出50%或无设计汇报；
4、不能完成设计任务，达不到设计要求。

摘 要
本文PLC课程设计采取西门子S7-300PLC来实现自动洗车机自动清洗任务。并利用Microsoft Visio 绘图工具，进行主电路图、I/O接线图和步骤图绘制，最终利用SIMATIC Manager编程软件完成梯形图程序设计。在老师指导下，对PLC编程程序进行仿真和调试。
此次设计中，自动洗车控制系统采取了四个输入信号（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运行由PLC程序控制实施。自动洗车机开启后能按次序完成要求动作，结束后自行停止，若断电停止在得电后不会自行开启，用PLC实现了洗车自动化。PLC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、易于实现分布式配置和性价比高等优点，有利于本文设计实现。
关键词：自动洗车机 西门子S7—300 PLC设计

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 课题研究必需性 1
1.3 课题要求 1
第2章硬件电路设计 3
2.1 热继电器选择 3
2.2 接触器选择 3
2.3 总电路图 3
2.4 PLC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 步骤图 8
3.2 PLC梯形图 11
3.3 仿真调试 15
心得体会 19
参考文件 20

第1章 绪论

1.1 课题简述
现在，PLC技术已很成熟，不仅控制功效增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提升，编程和故障检测更为灵活方便，而且伴随远程I/O和通信网络、数据处理和图象显示发展，使PLC向用于连续生产过程控制方向发展，成为实现工业生产自动化一大支柱[2]。
而我们此次设计自动洗车机，也是应运而生，伴随汽车种类增多和汽车均价下降，有车族人数不停攀升，而随之兴起汽车周围产业中，洗车行业则算是龙头。我们生活中见到大全部是人力洗车，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
经过多年发展，为满足工业自动化多种控制系统需要，多年来，PLC厂家前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外部故障专用智能模块等，这些模块开发和应用不仅增强了功效，扩展了PLC应用范围，还提升了系统可靠性。
SIMATIC S7-300 PLC是中小型化PLC，它适适用于各行各业，多种场所中自动检测、监测及控制等。S7-300 PLC强大功效使其不管单机运行，或连成网络全部能实现复杂控制功效。此次设计是将PLC用于自动洗车机运行和实现，对学习和实用是很好结合[3]。
1.2.2 课题研究必需性
（1）能够促进中国PLC产业和当下热门行业结合
（2）研究自动洗车机能够推进洗车行业发展和自动化；
（3）使有车族对汽车使用和保养愈加方便快捷
（4）解放劳动力，让洗车行业愈加高效
1.3 课题要求
（一）此次课题设计要求为：
1.进行总体设计计划，合理分配I/O点，并绘出电气控制线路原理草图；
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）本设计关键研究范围及要求达成技术参数有：
1.是自动洗车机能够根据要求程序运行；
2.满足PLC对全部装置控制；
3.对自动洗车机实现设计和个人程序调试。
本课题应处理关键问题是怎样使PLC实现自动洗车机洗车功效和多个要求，在实际当中对PLC利用于洗车技术并不多见，以致大家难以依据它具体情况正确选择参数进行系统控制，也就难以满足怎样实现而且达成高效可靠要求，本设计就是基于以上问题进行部分探讨。

第2章 硬件电路设计

2.1 热继电器选择
热继电器工作原理是由流入热元件电流产生热量，使有不一样膨胀系数双金属片发生形变，当形变达成一定距离时，就推进连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机过载保护。继电器作为电动机过载保护元件，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]。
我们选择JR16B-60/3D型热继电器。其中“J”表示继电器，“R”为热谐音，“16”表示设计序号，“60”表示额定电流，“3D”表示三相保护。相关元件关键技术参数以下：
（1）额定电流为20（A）；
（2）热元件额定电流为32/45（A）。
2.2 接触器选择
CJX2系列交流接触器关键用于交流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。并可和合适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电路。
选择CJl0Z-40／3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，依据题意和选择好器件，我们最终设计出总电路图图2.1所表示。

图 2.1 自动洗车机电路图
2.4PLC选择
生活中常见洗车通常全部是人力清洗，用时较长，而且因为工作时间较长会造成疲惫，工作精度下降。基于此，我们考虑利用PLC知识，设计一个能够自动清洗车辆自动洗车机，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。
伴随PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构全部在不停改善，功效日益强大，性价比越来越高。在产品规模方面，向两极发展。首先，大力发展速度愈加快、性价比更高小型和超小型PLC。以适应单机及小型自动控制需要。其次，向高速度、大容量、技术完善大型PLC方向发展。伴随复杂系统控制要求越来越高和微处理器和计算机技术不停发展，大家对PLC信息处理速度要求也越来越高，要求用户存放器容量也越来越大。而其中，西门子PLC优势也很显著，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通信效果尤其好；第三，西门子PLC软件SIMATIC Manager比很好用；第四，技术支持服务比很好；第五，网上资料比较多。所以我们选择了课程所学西门子PLC，型号为S7-300。西门子S7系列有快速CPU处理速度，大程序容量，和编程及监控功效强大，维修简单，所以性价比比较高[6]。
西门子PLC通常结构图2.2。

图2.2 PLC通常结构图
（1）中央处理单元（CPU）和通用计算机中CPU一样，PLC中CPU也是整个系统关键部件，关键有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联络地址总线、数据总线和控制总线组成，另外还有外围芯片、总线接口及相关电路。
（2）存放器10存放器存放系统软件存放器称为系统程序存放器。存放应用软件存放器称为用户程序存放器。PLC常见存放器类型有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/O单元。PLC对外功效关键是经过多种I/O接口模块和外界联络而实现。
（4）电源模块输入、输出接口电路是PLC和现场I/O设备相连接部件。它作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理信号，将CPU送来弱电信号转换为外部设备所需要强电信号。
2.5 PLC输入、输出口分配（I/O分配）
依据图2.1总电路图，我们设置PLCI/O分配，其中I0.0-I0.3共4个输入端点，Q0.0-Q0.7共8个输出端点，如表2.1所表示。

表2.1 I/O分配表
输入点地址
功效
输出点地址
功效
I0.0
SB1开启开关
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
开启灯

Q0.7

复位灯

2.6 PLC I/O接线图
依据I/O分配和电路图，我们设计出I/O接线图，图2.3所表示。其中SB1、SB2分别为开启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为开启灯、复位灯。
图2.3 I/O接线图

第3章 软件设计

3.1 步骤图
自动洗车机实施步骤为：
（1）按下开启按钮，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。
（2）洗车机右移抵达右极限开关后，开始左移，喷水及刷子继续工作。
（3）洗车机左移抵达极限位置后，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）洗车机右移抵达极限位置，开始左移，继续喷洒清洁剂。
（5）洗车机左移抵达极限位置，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，抵达右极限开关后停止，然后往左移。
（7）反复上面第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，反复2次动作。洗车整个过程完成。开启灯熄灭。
（9）原点复位设计：
若洗车机正在动作时发生停电或故障，则故障排除后必需使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车全步骤动作，其动作就是按下[复位按钮]，则洗车机右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机抵达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。
设计步骤图图3.1。

图3.1 步骤图
3.2 PLC梯形图
依据步骤图（图3.1），我们在SIMATIC Manager编程软件中，进行梯形图编程，具体程序图3.2所表示。

图3.2 梯形图
3.3 仿真调试
由编程完成梯形图进行运行操作，我们能够得到程序仿真图，模拟自动洗车机运行过程。

点击I0.0开启按钮，开启后实现Q0.1右移，Q0.2喷水，Q0.3刷子动作，Q0.6开启灯亮（运行过程中，开启灯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。

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。

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。

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。

左右移动往返反复2次，Q0.5风机连续动作，Q0.6开启灯一直亮。

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开启灯灭，无电动机动作。

心得体会

经过小组4人研究和讨论，最终我们完成了基于西门子S7-300PLC自动洗车机简单设计。在此次设计中，我们先在书籍和网络上调查了洗车机背景和发展概况，对自动洗车机有了初步了解，以后我们进行了硬件电路图绘制，对各个电机进行了保护。再依据绘制总电路图，选择关键硬件器件，关键包含热继电器和接触器。以后是设计关键，相相关PLC选择和设计，我们选择了常见西门子S7-300型号PLC，相对于三菱等牌子愈加智能和优化，基于此PLC选择，我们对洗车机要素进行了I/O分配，然后绘制出I/O接线图，完成了硬件设计。软件设计是关键也是难点，我们先依据题目要求写出工作步骤图，然后依据步骤图编程梯形图，在编程过程中，我们在左移、右移、风干和复位编程上面没有碰到阻碍，不过在喷水、刷子工作和喷洒清洁剂上面碰到了问题，造成第一次没能成功运行，最终经过咨询老师和同学，我们又设计了计时器，然后重新编程了喷水、刷子工作和喷洒清洁剂，才得以成功运行，得到了最终仿真模拟图，完成了本文设计。
在此次设计中，我不仅仅是巩固实践了PLC学习内容，更是充足了解到了自己在PLC方面不足，我在I/O接线图和梯形图编程上还有部分漏洞，比如不会设置时间和对程序反复设置错误，在老师耐心指导下，我更正而且牢切记住了。感谢老师和同学帮助，也感谢学校提供给我一个实践编程机会，相信在很快未来，我会在PLC上更大进步。

参考文件

[1] 柳春生.电器控制和PLC[M]. 北京:机械工业出版社,.
[2] 程子华.PLC原理和实例分析[M]. 北京:国防工业出版社,.
[3] 高钦和.可编程控制器应用技术[M]. 北京:高等教育出版社，.
[4] 廖常初.PLC编程及应用[M]. 北京:机械工业出版社,.
[5] 易传禄.可编程控制器应用指南[M]. 上海:科普出版社,.
[6] 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M]. 北京:机械工业出版社,.
[7] 程宪平.现代电气控制及PLC应用技术[M]. 武汉:华中科技大学出版社,.