1、啰可妙拄屋電氣控制與PLC課程設計題 目：自動洗車機控制設計院系名稱：電氣工程學院專業班級：學生姓名：學 號：指導教師：成績：指導老師簽名:日期：1目錄1 系統概述 21.1 設計目的 21.2 設計內容 21.3 設計要求 22 方案論證 32.1 洗車機的分類 32.2 自動洗車機種類的選擇 43 硬件設計 43.1 系統原理方框圖 43.2 主電路設計 43.3 I/O 分配 53.4 I/O 接線圖 53.5 元器件選型 63.6 控制器選擇 73.6.1 單片機的特點 73.6.2 PLC的優點 73.6.3 PLC選擇 83.6.4 FX2N PLOW 介 93.6.5 傳感器的選

2、用 94 軟件設計 104.1 主流程 104.2 梯形圖 125 系統調試 14設計心得 16參考文獻 171 系統概述1.1 設計目的與傳統的洗車方式相比較，自動洗車機有著許多無可比擬的優點，自動洗車機具有安全可靠，快捷高效，洗車潔凈，環保節水，不傷漆面，節省人工等優點，為了滿足人們快速的節奏步伐和現代化社會的需求，需要設計一種全自動的高效快速的設備，自動洗車機給人們帶來了無盡的方便，同時，也符合了現在社會技術發展的要求。1.2 設計內容自動洗車控制系統設計1.3 設計要求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

3、及刷子繼續工作。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，洗車機繼續右移3s,刷子又開始洗刷5s停止，洗車機繼 續右移，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

4、正在動作時發生停電或故障，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。2 方案論證洗車機有很多種控制方案，這還要根據洗車機的種類而定。2.1 洗車機的分類一按工作方式分：固定式和移動式固定式：洗車機不動，汽車由機械牽引或自行緩慢通過洗車機的工作區域，洗車機通過各種檢測設備反饋的信息，按照相應的指令程序自動運行，達到清洗汽車的工作方式，例如：隧道式連續洗車機、大（中、小）型通道機、無軌電車清洗機等。移動式：

5、即汽車不動，洗車機按照一定的程序在導軌上來回移動，同時執行洗車機指令的工作方式。如：龍門往復式洗車機、大（中、小）型移動洗車機等。二按清洗車型分：小車型、大車型、特種車型。市場上用于商業用途的絕大部分都屬于小車型洗車機，該類包含龍門往復式洗車機、隧道式連續洗車機、無刷往復式洗車機等。大車型洗車機只要包含大型移動式洗車機、大型通道式洗車機。特種車型洗車機主要是洗輪機、垃圾車清洗劑、列車清洗機等。三洗車機從原理方面可以分為硬支承洗車機，軟支承洗車機、半硬支承洗車機。硬支承洗車機是平衡轉速遠低于參振系統共振頻率的洗車機。平衡校驗時，支承擺架相對處于“硬”狀態，因此，轉子可以在接近實際軸承條件下進行平

6、衡校正。具有操作簡便，安全性能好的特點。軟支承洗車機是平衡轉速大于參振頻率的洗車機。平衡校驗時，支承擺架相對處于“軟”狀態，因此轉子校驗平衡時，支承條件與實際軸承條件不同。具有測量精度高的特點。半硬支承洗車機是平衡轉速在0.3 0.5 倍參振系統共振頻率的洗車機， 同時具有硬支承洗車機支承剛度高的特點，又有軟支承洗車機精度高的優點。四洗車機從應用方面可以分為：立式和臥式洗車機；專用和通用洗車機。臥式洗車機是被平衡轉子的旋轉軸在洗車機上呈水平狀態的洗車機。適用于有轉軸或可裝配工藝軸的轉子。如機床主軸、滾筒、風機、增壓器、電機轉子、汽輪機等等。立式洗車機是被平衡轉子的旋轉軸在洗車機上呈垂直狀態下的

7、洗車機。 適用于轉子本身不具轉軸的盤狀工件。如離合器、齒輪、壓盤及其總成、制動盤、風葉、水泵葉輪、汽車飛輪等盤類零件。通用洗車機是指能對形狀和支承形式比較規則的轉子進行平衡的洗車機。通用式洗車機操作簡單，效率也較高。專用洗車機是能對支承形式和外觀與一般轉子不同的轉子進行平衡的洗車機。例如特別針對發動機的曲軸，汽車的傳動軸進行設計的洗車機。2.2 自動洗車機種類的選擇本課題選擇固定往返式洗車機，這種類型的洗車機適合采用PLC編程控制。往返式自動洗車機是：汽車停在固定位置不動，洗車設備根據車型來往復運動。3 硬件設計3.1 系統原理方框圖3.2 主電路設計當閉合啟動開關時，電動機M1 的線圈得電，

8、其主觸頭閉合，電動機M1 正轉，洗車機向右運動，當碰到右極限開關時，電機主觸頭 KM1斷開，KM2閉合，電機反 轉，洗車機向左運動。當電機 M2的主觸頭KM3A合時，噴水機啟動運行開始噴水； 當電機M3主觸頭KM4A合時，電機M3開始運行，開始噴灑清洗劑；當電機M4主觸 頭KM5閉合時，電機M4開始運行，刷子開始工作；當電機 M5主觸頭KM6閉合時， 電機M5開始運行，風機工作開始吹風。其主電路圖如圖3-1所示。FU2圖3 1臼動洗車機主電路圖3.3 I/O分配根據外部設計要求，設定各個輸入口、輸出口的地址， XR XI、X2、X& X4分別代表左極限開關、右極限開關、啟動開關、停止開

9、關和復位開關；Y0-Y7分別代表各個輸出量。I/O分配表如表3 1所小。表3 1自動洗車機I/O分配輸入地址號信號名稱輸出地址號信號名稱X0左極限開關ST1Y0洗車機左移KM1X1右極限開關ST1Y1洗車機右移KM2X2啟動開關SB1Y2噴水機灑水KM3X3停止開關SB2Y3清洗劑控制KM4X4復位按鈕SB3Y4刷子控制KM5Y5風機控制KM6Y6啟動指示燈HL1Y7復位指示燈HL2 13.4 I/O 接線圖根據PLC引腳的分配及引腳的功能，具與外部設備連接引線如下圖 3-2所示:19QF5，,L14 N1L NCOM X0 X1 X2 X3 X4 X5X6 X7 X8 X9 X10 X11X

10、12 X13 X14 X15FX2N-32 MR線線 水制 噴控 機劑 水洗 噴清圖32自動洗車機I/O接線圖3.5 元器件選型根據外部設計要求，需要選擇不同型號的各個元器件，以及元器件的代號、名 稱、型號以及數量。下表羅列了各種元器件的名稱、代號、型號以及數量，如表32 所示。表3-2各元器件的型號在耳J 丁 P代號名稱型號數量1M三相異步電動機J02-22-4,1.5kw1410 轉/分,380v , 3.49安52QS低壓隔離器（空氣開關）DZ47-3P13FR熱繼電器JR36-2054CPUPLCb理器CPU22215KM交流接觸器CJX2-0966SB按鈕LAY827SQ行程開關LX

11、K228FU熔斷器RT16-2039L導線并10AC交流電源220v13.6 控制器選擇3.6.1 單片機的特點單片機主要應用于辦公自動化設備、機電一體化、實時過程控制、日常生活及家用電器等領域。在各類儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度， 簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性能價格比；具有以下特點：（ 1） 片內存儲容量越來越大。（ 2） 芯片引線齊全，容易擴展。（ 3） 運行速度高，控制功能強。（ 4） 單片機內部的數據信息保存時間很長，有的芯片可以達到 100 年以上。但其也存在速度慢，功能不強，精度低、易受環境影響等缺點。3.6.2 PLC 的優點1） 豐富的

12、 I/O 接口模塊PLC 針對不同的工業現場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流； 脈沖或電位； 強電或弱電等。 有相應的 I/O 模塊與工業現場的器件或設備， 如： 按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人- 機對話的接口模塊; 為了組成工業局部網絡，它還有多種通訊聯網的接口模塊，等等。2） 配套齊全、功能完善、適用性強PLC 發展到今天，已經形成了各種規模的系列化產品，可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。多種多樣的功能單元大量涌現，使PLC

13、滲透到了位置控制、溫度控制、CN曲各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展， 使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。3） 系統的設計、工作量小、維護方便、容易改造PLC 是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業控制打開了方便之門。4） 體積小、重量輕、能耗低 以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm,重量小于150g耗能僅 數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想設備。經綜合比較，本設計選用性能較好，

14、控制較準確的PLC作為控制器。3.6.3 PLC 選擇選才? PLC是首待解決的事情。一方面要選擇多大容量的PLC,另一方面選擇什么公司的PLC及外設。1）歐姆龍PLC簡介OMRON保列PLC產品門類齊、型號多、功能強、適應面廣。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大類產品。 整體式結構的微型PLC機是以C20P為代表的機 型。疊裝式（或稱緊湊型）結構的微型機以 CJ型機最為典型，它具有超小型和超薄 型的尺寸。小型PLC機以P型機和CPMa機最為典型，這兩種都屬堅固整體型結構。具有體積更小、指令更豐富、性能更優越，通過I/O擴展可實現10140點輸入輸出 點數的靈活配置，并可連接可編程終端直接

15、從屏幕上進行編程，CPM型機是OMRON產品用戶目前選用最多的小型機系列產品。OMRO即型機以C200H系列最為典型，主要有C200H C200HS C200HX C200H售口 C200H圖型號產品。中型機在程序容量， 掃描速度和指令功能等方面都優于小型機，除具備小型機的基本功能外，它同時可配置更完善的接口單元模塊，如模擬量I/O模塊、溫度傳感器模塊、高速記數模塊、位置控制模塊、通訊聯接模塊等。可以與上位計算機、下位PLC機及各種外部設備組成具有各種用途的計算機控制系統和工業自動化網絡。在一般的工業控制系統中，小型 PLC機要比大、中型機的應用更廣泛。在電氣設備的控制應用方面，一般采用小型

16、PLC都能夠滿足需求。2）西門子PLC簡介德國西門子（SIEMENS公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子（SIEMENS公司的PLC產品包 括LOGO S7-200, S7-300, S7-400,工業網絡，HMI人機界面，工業軟件等。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性更 高。S7系列PLC產品可分為微型PL C如S7-200）,小規模性能要求的PL C如S7-300） 和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。3）三菱FX系歹PLC簡介FX系列PLC是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編

17、程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系歹1PLC產品。其中FX2是1991年推出的產品，FX0是在FX2 之后推出的超小型 PLG近幾年來又連續推出了將眾多功能凝集在超小型機殼內的 FX0S FX1S FX0N FX1N FX2N FX2N曲系列PLG 具有較高的性能價格比，應用 廣泛。它們采用整體式和模塊式相結合的疊裝式結構經過對幾家公司生產的PLC主要從應用、價格、可靠性和對現場工作環境及設 計資金等各個方面因素的考慮，三菱公司生產的PLC具有體積小，控制靈活，性價比高等優點，可與普通電腦編程通信等。本控制系統選用三菱FX2N-32MW可編程 控制器。3.6.4 FX2N PLOW

18、介20世紀90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎上又推出了 FX2N系列產品 該機型在運算速度，指令數量及通訊能力方面有了較大的進步，是一種小型化、高 速、高性能、各方面都相當于 FX系列中最高檔次的超小型的PLGFX2NPLC勺基本單元可以根據控制規模大小外加擴展單元、擴展模塊及特殊功 能單元構成疊裝式PLC控制系統。下圖是FX2N可編程控制器基本單元實物圖。圖1 FX2N可編程控制器實物圖3.6.5 傳感器的選用位置的檢測有多種方案，可以用光電傳感器、攝像頭、電阻傳感器等，但這些 傳感器易受環境影響，且自身精度不好控制，故本設計采用位置開關。4 軟件設計PLC的軟件設計是指用戶繪制流程圖

19、和編寫程序的過程。PLC的程序設計是以指令為基礎，結合被控對象工藝過程的控制要求和現場信號，對照自動洗車機系統的元件組成及控制過程，畫出流程圖，然后用編程語言進行編程的過程4.1 主流程根據設計要求以及要達到的目的，按照國標編寫流程圖，要求流程圖能滿足設計要求而且簡單并操作方便。如圖41 所示。j1JXze否存在.YV.故障？Xi-> 停止1IN1啟動指示燈亮1J- N 左極限？ F：_f 復位C右移，噴水，刷子洗刷.1V右極限？、_NIY左移，噴水，刷子洗刷W一1N一一一 ，1,右移，噴清洗劑彳1.-rN右極限？一-，左移，噴清洗劑.X<.左極限？圖4 1自動洗車機主流程圖洗車后

20、移，停止3S?洗車停*移，刷子洗刷 P-<5S?e1右極限？、:.JL3S?停止左移，刷子洗刷H5S?)-左極限？-洗車右移，風機吹風jLjn3L洗車左移，風機吹風111<.左極限？.X.吹風2次？ 工結束4.2 梯形圖按照設計要求及要實現的目標，編寫梯形圖，要求符合設計目的，操作簡單如圖42所示。xooo并Y00QTk1115X0044f-X0D2TkXOOQT卜X003X002X001II(Y001氯100xooo0002(¥004Y004Tk19XOOIT卜xouo(Y000Y000T卜2731X001Tk¥002-I IX001TkxoooTkxooox

21、ooo<Y002<Y004X001 co4卜圖42自動洗車機梯形圖頌0XOOJC6JI好I卜XOOlXOOOCT©T I好I卜AGO!<Y005<YOOQKOOO10 J F(Y005KL(COXOOOXOC1C697 T IH1 H11<Y005XOO1 XOOO C7102-1 |1 |(VOOOxoooMT卜EXD140圖42自動洗車機梯形圖（續）5系統調試經過多次反復調試與修改，本次設計基本滿足了自動洗車機控制的要求：當按下X2M,啟動指示燈亮，表示洗車程序已啟動，此時，實驗臺上表示洗車右移、噴 水機噴水和刷子洗刷的輸出口 Y1、Y2、Y取寸應的

22、指示燈也亮了；按下開關X1模擬洗車到達右極限，此時，Y1的指示燈熄滅，表示洗車左移的按鈕 Y0t示燈亮起，Y2、 Y4按鈕指示燈繼續亮；按下開關X0,模擬洗車到達左極限，此時，Y0、Y2、Y喊鈕 代表的指示燈全部熄滅，代表噴灑清潔劑的按鈕Y3t示燈亮起和按鈕Y1指示燈亮起； 按下開關X1,模擬洗車到達右極限，Y1按鈕指示燈滅，Y0WY縱鈕指示燈亮；按下 開關X0,模擬洗車到達左極限，YR Y3t示燈滅，Y1指示燈亮，3秒后Y1指示燈滅， Y4t示燈亮，5秒后，Y1指示燈亮，Y4m示燈滅，若不按X1,則以這兩種狀態交替進 行下去；按下X1后，表示洗車機到達右極限，實驗臺上僅 Y0t示燈亮，表示洗車機 左移，3秒后Y0t示燈滅，Y4t示燈亮，5秒后，Y0t示燈亮，Y4m示燈滅，若不按 X0,則以這兩種狀態交替進行下去；按下X0,表明洗車機已到達左極限，試驗臺上僅 Y1指示燈亮和代表風機動作的Y5m示燈亮；表示洗車機向右運動的同時風機工作吹 風，按下X1后，模擬洗車到達右極限，Y1指示燈熄滅，YR Y5K鈕指示燈亮；表明 洗車機左移的同時吹風機工作吹風。重復2次動作后，實驗臺上所有指示燈均熄滅。為模擬故障復位，在實驗時，按下手動復位按鈕 X4,實驗臺上復位指示燈亮。模擬 故障停車時，按下停止按鈕X3,實驗臺上所有的指示燈均熄滅，停止工作。CO-C8表示計數器，當數值計滿時所對應的常開