PLC控制系统课程设计自助洗车机

PLC控制系统课程设计目录第1章 自助洗车机流程分析11.1 自助洗车机流程设计目的11.2 自助洗车机设计任务11.3 自助洗车机设计控制要求2第2章 控制系统总体方案设计32.1 系统的硬件组成32.2 控制方法分析42.3 I/O分配42.4 系统结构图设计5第3章 系统控制梯形图程序设计63.1 控制程序流程图设计63.2 控制程序时序图设计73.3 控制程序设计思路7第4章 监控系统设计84.1 PLC与上位监控软件通讯84.2 上位监控系统组态设计94.3 实现的效果13第5章 系统调试及结果分析145.1 系统调试及解决的问题145.2 结果分析15课程设计心得16参考文献17附录18第1章 自助洗车机流程分析24241.1 自助洗车机流程设计目的我国汽车工业高速度完成长，汽车行业前景广阔。根据调查结果表明，预计2011年将持续保持增长，预计增长率在19%至20%之间。到2020年，中国本土汽车产量将达到2000万辆左右，其中两成产品将进入国际市场。根据汽车行业专家们的预测，随着我国经济的持续高速发展和人们消费观念的改变，中国将成为世界轿车的最大消费国之一，即我国轿车保有量在未来的一二十年里将会有飞速提高。在不久的将来，开车将会是人们普遍掌握的生活技能，轿车也不再是特权人士的标志，而将是人们出门的代步工具。那么当人们拥有一辆自己的爱车时，无疑会呵护倍至。汽车的平时清洁护理和定期美容保养，必然成为人们日常的消费内容。另一方面，我国各大中城市虽然发展很快，但建设不配套，缺乏停车场所，使大量汽车只能露天栖息，饱受风吹、雨淋、日晒的无奈，致使汽车日渐老化。这就更加促进了汽车美容业的发展。而汽车清洗是汽车美容项目的重要，虽然人工洗车和pc洗车的收费相差不几，但在时间、效率、人的劳力、物力上却泾渭分明。而使用自助洗车机则具有以下优点：1) 洗一辆车的时间只需要3至4分钟，效率高；2) 能大大削减生产力、降低劳动强度，节省成本；3) 手洗比起来更易吸引客户，在提高群体形象的同时，又能大幅度提高的经济收益；4) 可以采用轮回水设备，减少用水量，节能环保。1.2 自助洗车机设计任务根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自助洗车机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1）设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2）系统有启动、停止功能；3）运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；4）程序结构与控制功能自行创新设计；5）进行系统调试，实现自助洗车机的控制要求。1.3 自助洗车机设计控制要求1) 设计投币100元自助洗车机。2) 有3个投币孔，分别为5元、10元及50元3种，当投币合计100元或超过时，按启动开关洗车机才会动作，启动灯亮起。7段数码管会显示投币金额（用BCD码），当投币超过100元时，可按退币按钮，这时7段数码管会退回零，表示找回余额（退币选作）。洗车机动作流程：(1) 按下启动开关之后，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，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。(3) 洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，清洁剂设备开始动作喷洒清洁剂。(4) 洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。(5) 洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，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后停止，洗车机继续往右移，右移3s后洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。(7) 洗车机往左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移3 s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移，直到碰到左极限开关后停止，然后往右移。(8) 洗车机开始往右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗车机停止前进并往左移，喷洒清水及刷子洗刷继续动作，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。(9) 洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。3) 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。第2章 控制系统总体方案设计2.1 系统的硬件组成本系统采用PLC作为核心控制。以按键和投币作为信息采集单元，以PLC为作为数据处理和控制单元，以数码管作为数据显示单元，以指示灯作为用户状态单元和开锁指示单元，组成硬件结构框架图。其中按钮输入信号包括人工输入的信号和洗车机碰到限位开关时的信号。人工输入信号包括：开始按钮、开始投币按钮、投币结束按钮、开始洗车按钮；洗车机碰到限位开关的信号包括：洗车机初始位置信号、左限位开关信号、右限位开关信号。2.2 控制方法分析本系统由三菱公司生产的FX2N系列的PLC、人机交互和串口通信、数码管和电源组成。其所需完成的功能是将键盘和投币机采集到的信息通过I/O端口输送到PLC内部进行数据处理，得到的结果判断是否满足开始洗车的条件，以实现对洗车电路的控制。同时数据处理时要求进行一定的数据显示和指示灯的闪动。2.3 I/O分配表2-1 I/O分配表输入信号输出信号启动开关X0显示个位的七段数码管Y0Y7复位开关X1显示十位的七段数码管Y10Y17右极限开关X2显示百位的七段数码管Y20Y27左极限开关X3洗车机左移Y305元投币孔X4洗车机右移Y3110元投币孔X5洗车指示灯Y3250元投币孔X6复位指示灯Y33退币X7喷水Y34刷子洗刷Y35喷清洁剂Y36风扇Y37找钱指示灯Y402.4 系统结构图设计图硬件系统总体接线图第3章 系统控制梯形图程序设计3.1 控制程序流程图设计图3-1 程序流程图3.2 控制程序时序图设计3.3 控制程序设计思路程序梯形图见附录第4章 监控系统设计4.1 PLC与上位监控软件通讯首先启动Intouch软件中的IOServer软件（软件与Intouch软件不同时提供，除非盗版）：Modicon MODBUS Ethernet软件，见下图所示：IO Server软件选择画面Server配置软件启动后，点击Configure-Server Settings菜单，见下图所示：在弹出对话框中主要设置两个参数：l Protocol Timer Tick：该时间必须是最快刷新数据所需时间的24倍；l Start automatically as Windows NT Service：如需系统启动后，该IO Server驱动自动运行时，可以选中。注意：l 上述设置在下次启动时自动生效。Server Settings设置画面4.2 上位监控系统组态设计在组态王中与施耐德PLC相关的协议有：Modbus Plus、Modbus ASCII、Modbus RTU、Modbus RTU unpack、Modbus（以太网）、ModbusServer（以太网）、ModRTUforDTU、TSX Micro八种。组态王中设置比其它监控软件要简单的多。首先启动组态王软件，组态王软件启动见下图所示：组态王启动方式工程浏览器中通讯设置（即与PLC通讯时的相关设置）点击工程浏览器中的设备目录，在右边的窗口中双击新建图标，见下图所示：设备配置窗口在弹出的对话框中选择相应的Modbus（以太网）目录，并打开，点击目录下的网卡。见下图所示：Modbus TCP/IP以太网通讯选择窗口点击“下一步”按钮，在弹出的窗口中输入设备名称，见下图所示：设备名称定义窗口点击“下一步”按钮，在弹出的窗口中选择设备连接的串口号（这是我最郁闷的，以太网通讯为什么会选择串口），见下图所示。利用以太网通讯时，串口号可以随意选择。串口选择窗口点击“下一步”按钮，在弹出的窗口中输入设备的IP地址，和所有上位监控软件类似，IP地址中预留了网关转换时的映射索引值。注意：l 组态王定义设备地址时，格式如下：IP地址 单元号，IP地址和单元号（映射索引）之间有空格。如果没有网关，单元号为0；l 组态王中定义的IP地址 和单元号要与PLC内的设置一致（主要指Concept软件）；l PLC可以是Quantum、Premium、Twido（Micro的以太网网关我没有，所以没法测试）。以太网IP地址输入框点击“下一步”按钮，在弹出的窗口中输入相应的通讯参数（可以默认），见下图所示：通信参数设置窗口点击“下一步”按钮，在弹出的窗口中列出了刚才设置的所有参数信息。4.3 实现的效果iFIX软件配置和编程画面中，双击系统配置目录，弹出对话框见下图所示：系统配置窗口在系统配置窗口中，点击SCADA组态按钮，则SCADA组态窗口显示见下图所示：SCADA组态窗口在SCADA组态窗口中点击I/O驱动器名称选择按钮（即？），在弹出的对话框中选择相应的以太网驱动程序名（MBE）。并点击“增加”按钮添加到I/O驱动器配置列表中。确认以太网驱动程序名称添加到列表后，选中该驱动文件，并点击“配置”按钮。在弹出的对话框中选择Use Local Server，并点击Connect按钮。系统自动进入以太网驱动配置工具窗口第5章 系统调试及结果分析5.1 系统调试及解决的问题在程序编写完成后，先检验其是否符合设计初衷，是否能达到相应的指标。首先是投币程序的调试，检验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。然后是洗车程序的调试，通过假定输入一定的初值来检验程序是否正常。由于实验室条件有限，故改用三菱仿真软件和触摸屏仿真软件来调试。通过多次的调试和修改，最终程序达到了控制要求。调试结果图如下：图5-1 调试结果图5.2 结果分析经过软件调试程序后把程序输入到PLC编程器里面，把外部的接线接好，然后开始进行硬件调试，在调试过程中，把其中的不足进行修改，经过多次的调试，最终使这个程序达到了部分设计的要求，实现了部分控制要求，运行过程还算正常。课程设计心得本次综合实验主要运用PLC控制的一些相关知识，如运用PLC的I/O端口、数码管显示等各种实用功能。本次实验使得我们对于PLC控制器的组成以及工作原理有了更深的了解，巩固了PLC的编程方法，学会了使用PLC仿真软件进行编程以及调试。1、对PLC控制与应用知识的巩固与提高这次课程设计主要是运用PLC控制的一些相关知识，在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅教材回顾了一遍，这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。2、学会了理论联系实际课程设计，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。3、学会了如何运用PLC的I/O端口，数码管显示等各种实用功能；虽然这不是第一次用PLC控制器，因为之前的课内实验也用过，但当时的运用也只是编个程之类的。这次的实习中应用了整个控制器，实习后对PLC控制器的组成完全了解了，并能熟练运用。4、和同学的互相协作共同进步在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得较好的方案。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，20032 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，20043 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，20044 钟肇新、范建东可编程控制器原理及应用M广州：华南理工大学出版社，20085 何有华可编程控制器及常用控制电器M北京：冶金工业出版社，20086 贺哲荣流行PLC实用程序及设计M西安：西安电子科技大学出版社，20087 王建、张宏三菱PLC入门与典型应用M北京：中国电力出版社，20098 瞿彩萍PLC应用技术北京：劳动和社会保障出版社，2006附录程序梯形图：图 控制系统程序梯形图