电气控制课程设计1最终版讲解.docx
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电气控制课程设计1最终版讲解
课题：
汽车自动清洗装置PLC控制
专业：
电气工程及其自动化
班级：
2012级2班
姓名：
刘超（12151744）
杨延成（12154426）
指导教师：
郑雪娜
设计日期：
2014年12月9日至2014年12月19日
成绩：
重庆大学城市科技学院电气信息学院
电气控制技术课程设计报告
一、设计要求及任务
1．设计要求
根据下面的流程图工作：
2．设计任务
（1）绘制工作流程框图或顺序功能图；
（2）绘制PLC的硬件接线图；
（3）相关元器件的计算与选型，制定元器件明细表；
（4）编写全程序梯形图或指令表，并通过调试；
（5）编写设计说明书。
二、进度安排及完成时间
1．设计时间：
两周，2014年12月09日至2014年12月19日。
2．进度安排
第一周：
布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，软硬件设计。
第二周：
整理资料，按格式撰写设计说明书，上交设计作业（打印稿及电子文档）。
第1章概述………………………………………………………………………1
1.1引言………………………………………………………………………1
1.2PLC的定义……………………………………………………1
1.3PLC的发展历程………………………………………………2
1.4PLC控制系统设计的基本内容…………………………………………2
1.5PLC控制系统设计的步骤………………………………………………3
第2章硬件设计…………………………………………………………………4
2.1控制系统的功能要求……………………………………………………4
2.2I/0分析……………………………………………………………5
2.3输入和输出点分配表……………………………………………………5
2.4I/O接线图………………………………………………………………6
第3章软件设计………………………………………………………………7
3.1系统设计顺序功能图……………………………………………………7
3.2系统设计梯形图……………………………………………………9
3.3系统设计编程图………………………………………………………10
第4章系统调试…………………………………………………………………11
4.1硬件调试……………………………………………………………11
4.2软件调试……………………………………………………………11
4.3运行调试…………………………………………………………11
体会总结……………………………………………………………………………12
附录………………………………………………………………………………13
参考文献…………………………………………………………………………20
电气控制技术课程设计报告
第1章概述
1.1引言
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。
现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。
为了满足这一需求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完从应用、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。
市场上常见的汽车自动清洗机简介：
它改变传统高压水枪单相流、单一介质的清洗原理。
采用高速气流配合水硬雾冲洗的新技术（两相流清洗）。
水被微粒化利用，几十倍提高水的利用率，达到节水90％以上，并且集清洗、喷清洁剂、吹干等多功能于一身。
小巧手持、随意移动，任何环境均可工作。
最大限度的提高单位水量的利用率，并具备一定的冲力和温度，极有效地清除和溶解车身及所有缝隙的灰尘和油污。
用水量是水枪的二十分之一，耗能是它的一半， 其他设备所无法比拟的是：
彻底清洗细微之处；快速吹干功能；无水花飞溅；无满地流水；清洗车身；洗门缝、门边、发动机组，细微之处显身手；油、泥厚处重的地方也是轻而易举，快速吹干。
1.2 PLC的定义
ProgrammableLogicController 简称为PLC，即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
1.3 PLC的的发展历程
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。
传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器称为Programmable Controller（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。
PLC的定义有许多种。
国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统
1.4PLC控制系统设计的基本内容
一个PLC控制系统由信号输入元件（如按钮，限位开关，传感器等），输出执行器件（如电磁阀，接触器，电铃等），显示器件和PLC构成。
因此，PLC控
制系统的设计，就包括这些器件的选取和连接等。
①输入器件，输出执行器件，显示器件等。
一个输入信号，进入PLC后和PLC内部可以多次重复使用，而且和可获得其常开，常闭，延时等各种形式的触点。
因此，信号输入器件只要有一个触点即可。
输出器件应尽量选取相同电源电压的器件，并尽可能选取工作电流较小的器件。
显示器件应尽量选取LED器件，其寿命较长，而且工作电流较小。
②设计控制系统主回路。
应根据执行机构是否需要正，反向动作，是否需要高低速，设计出控制系统主回路。
③选取PLC。
根据输入，输出信号的数量，输入输出信号的空间分布情况，程序容量的大致情况，具有的特殊功能等，选取PLC。
④进行I/O分配，绘制PLC控制系统硬件原理图。
⑤程序设计及模拟调试。
设计PLC控制程序，并利用输入信号开关板进行模拟调试，检查硬件设计是否完整，正确，软件是否能满足工艺要求。
⑥设计控制柜。
在控制柜中，强电和弱电控制信号应尽可能进行隔离和屏蔽，防止强电磁干扰影响PLC的正常运行。
⑦编制技术文件，包括电器原理图，软件清单，使用说明书，元件明细表等。
1.5PLC控制系统设计的步骤
对控制任务的分析和软件的编制，是PLC控制系统设计的两个关键环节。
通过对控制任务的分析，确定PLC控制系统的硬件构成和软件工作过程；通过软件的编制，实现被控对象的动作关系。
PLC控制系统设计的一般步骤为：
①对控制任务进行分析，对较复杂的控制任务进行分块，划分成几个相对独立的子任务，以减小系统规模分散故障。
②分析各个子任务中执行机构的动作过程。
通过对各个子任务执行机构动作过程的分析，画出动作逻辑关系图，列出输入信号和输出信号，列出要实现的非逻辑功能。
对于输入信号，每个按钮，限位开关，开关式传感器等作为输入信号占用一个输入点，接触的辅助触点不需要输入PLC，故不作为输入信号。
对于输出信号，每个输出执行器件，如接触器，电磁阀，电铃等，均作为输出信号占用一个输出点，对于状态显示，如果是输出执行器件的动作显示，可与输出执行器件的动作的显示，可与输出执行器件共用输出点，不再作为新的输出信号；如是非动作显示，如“运行”，“停止”，“故障”等指示，应作为输出信号占用输出点。
第2章硬件设计
2.1控制系统的功能要求
2.1.1分析任务要求及解决方案
1）分析任务
当发出启动命令时，清洗机开始工作，清洗机接触器和水阀门都打开，汽车进入洗刷范围时，刷子接触器开启，进入刷洗程序。
当检测器检测到车子离开时，停止刷洗，清洗机接触器、水阀门和刷子接触器全关闭，发出停机命令，结束刷洗。
2）解决方案
我们通过以上的分析可以知道，先由人来发出启动命令，自动开启清洗接触器和水阀门；传感器检测到汽车进入清洗范围时，刷子接触器打开靠近汽车进行清洗；传感器检测到汽车离开清洗范围时，刷子接触器停止刷洗；最后我们发出停止命令，清洗机接触器和水阀门停止和关闭。
由此，我们设计出自动洗车机的工作流程图如下：
图1自动洗车机的工作流程图
汽车清洗机上有启动按钮和一个车辆检测器，当按下启动开关后，洗车机开始工作，清洗接触器和水门阀接通，当车辆检测器检测到有车辆进来且清洗机和车辆到位后，刷子接触器接通，刷洗开始，当刷洗机开始后2分钟车辆离开后，刷洗机停止刷洗，刷子接触器关闭，按下停机开关后，清洗机接触器和水阀门关闭，清洗结束。
用FXGP_WIN-C软件编制PLC控制程序，并将程序写入到PLC，通过PLC控制实现汽车自动清洗装置工作过程的自动控制。
2.2I/O分析
经过对控制过程和要求的详细分析，我明确了具体的控制任务是在启动命令下，汽车进入则可以进行自动刷洗，汽车离开则可以自动停止刷洗。
确定了要完成的动作后，再确定动作的顺序：
有启动一个输入点和停止一个输入点。
按下启动按钮，启动清洗机接触器和水阀门，接着传感器检测汽车是否进入清洗范围，进入则开始刷洗；汽车离开则停止刷洗，按下停止命令则清洗结束。
2.3输入和输出点分配表
代号
输入
名称
代号
输出
名称
SD
I0.0
启动按钮
L3
Q0.3
控制喷淋器继电器KA
ST
I0.1
停止按钮
R1
Q0.0
喷淋器阀门YV
SQ1
I0.2
起始行程开关
R2
Q0.1
清洗机电动机M2
SQ2
I0.3
终止行程开关
R3
Q0.2
刷子接触器KM1
L1
Q0.5
控制传送带接触器KM3
刷子电动机M1
L2
Q0.4
控制清洗机接触器KM2
传送带电动机M3
表1输入和输出点分配表
2.4I/O接线图
图2I/O接线图
第3章软件设计要求
3.1系统设计顺序功能图
图3顺序功能图
功能图说明：
按下启动按钮SD，控制传送带接触器KM3的线圈通电，它的常开触点闭合，传送带电动机M3通电工作，带动传送带运行；控制喷淋器继电器KA的线圈通电，常开触点待闭合，计时器T37开始计时，计时为2.5s，2.5秒后喷淋器阀门YV打开，开始喷水；控制清洗机接触器KM2的线圈通电，它的常开触点待闭合，计时器T38开始计时，计时为3.0s，3.0秒后控制清洗机运动的电机M2通电，清洗机工作，开始清洗。
当汽车随传送带到起始行程开关SQ1时，起始行程开关SQ1闭合，并且终止行程开关SQ2断开，控制刷子接触器KM1的线圈通电，它的常开触点闭合,刷子电动机M1通电工作，刷子开始刷洗。
当汽车随传送带到终止行程开关SQ2时，终止行程开关SQ2闭合，并且起始行程开关SQ1断开，控制刷子接触器KM1的线圈断电，它的常开触点断开，刷子电动机M1停止工作，刷子也就停止工作。
当第一辆车超过终止行程开关SQ2后，其他车辆将继续重复起始行程开关SQ1与终止行程开关SQ2这个过程。
汽车随传送带运动，直到出库为止。
按下停止按钮ST，控制传送带接触器KM3的线圈断电，它的常开触点断开，传送带电动机M3停止工作，传送带也就停止；控制喷淋器继电器KA断开，喷淋器阀门YV关闭，喷淋器停止喷水；控制清洗机接触器KM2的线圈断电，它的常开触点断开，清洗机电动机M2停止工作，清洗机也就停止。
停止按钮ST也可使刷子接触器KM1的线圈断电，常开触点断开，刷子电动机M1断电停止，刷子停止刷洗。
3.2系统设计梯形图
图4梯形图
3.3系统设计编程图
图5编程图
第4章系统调试
4.1、硬件调试
断电时检查电源是否接好，地线是否接好，各输入/输出点是否接好接牢。
接通电源，检查三菱FX2N-48MR可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好。
将通讯电缆（SC-09）的9心型插头插入微机的串行口插座，再将通讯电缆的圆形插头插入编程插座。
4.2、软件调试
按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将编辑好的程序传入PLC运行，使用编辑器联机调试操作，检查各点工作状态，并配合观察PLC各点输入/输出指示LED或输入/输出设备工作是否符合程序功能要求。
配合着上位机软件动画效果来观察硬件的连接。
4.3、运行调试
在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开三菱FX2N-48MR可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行，或者等待100个脉冲后，系统是否停止运行。
根据以上的调试情况，本汽车自动清洗装置程序的PLC控制系统设计符合要求。
体会总结
杨延成：
汽车自动清洗装置在我们的日常生活中比较常见，一般的洗车厂都是用的这个，其基本流程和程序要求基本类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。
对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的控制，针对所用的具体系统的情况，设计人员可以选用不同的方法来编写程序。
汽车自动清洗装置高效的工作效率，以及简单的结构及控制方式是人手不能替代的，因此汽车自动清洗时装置使用也将越来越广泛。
通过这次对汽车自动清洗装置的PLC设计，让我了解了PLC的梯形图，顺序功能图，指令表，以及外部原理接线图，也让我了解到了有关PLC的设计原理和步骤，知道了设计不是件简单的事情，只有通过自己不停的钻研，才能有所收获。
刘超：
为期两周的PLC课程设计已经结束，跟以前的课程有很大的区别，PLC的灵活性很强，充分发挥自己的潜力；其实学习的过程当中并不一定要学到多少东西，个人觉得开散思维怎样去学习，这才是最重要的，而这门课程恰好体现了这一点。
通过这次的课程，让我受益匪浅。
第一，认识了团队合作的力量，要完成一个项目不是一个人的事情，当中，我们在一起努力过，体验其中的过程才是真正的收获。
第二，通过这次的实践操作，我认识到了自己的不足，更感觉到了自己与别人的差距。
为了明年的毕业而做准备，从各方面充实自己，使自己适应这个社会。
总之，这次的实训给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到实践的重要性。
在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可以打造一片属于自己的天地。
附录
实际效果图
图6
该图是起始时，整体系统处于停止，停止指示灯（上面的红灯S2）亮，系统通+24v电源，电源指示灯（下面的红灯）亮。
图7
按下启动按钮SD，起始指示灯（上面的红灯S1）亮，传送带工作，其指示灯（绿灯L1）亮；控制清洗机接触器KM2的线圈通电，常开触点待闭合，其指示灯（绿灯L2）亮，T38开始计时，计时为3.0秒；控制清喷淋器继电器KA的线圈通电，常开触点待闭合，其指示灯（绿灯L3）亮，计时器T37开始计时，计时为2.5秒。
图8
2.5秒后，控制清喷淋器继电器KA的常开触点闭合，阀门YV打开，其指示灯（绿灯R1）亮，喷淋器开始喷水。
图9
2.5秒之后再隔0.5秒，控制清洗机接触器KM2的常开触点闭合，控制清洗机运动的电机M2通电，其指示灯（绿灯R2），清洗机工作，开始清洗。
图10
当汽车随传送带到起始行程开关SQ1时，起始行程开关SQ1闭合，并且终止行程开关SQ2断开，控制刷子接触器KM1的线圈通电，其指示灯（绿灯R3）亮，它的常开触点闭合,刷子电动机M1通电工作，刷子开始刷洗。
图11
当汽车随传送带到终止行程开关SQ2时，终止行程开关SQ2闭合，并且起始行程开关SQ1断开，控制刷子接触器KM1的线圈断电，其指示灯（绿灯R3）灭，它的常开触点断开，刷子电动机M1停止工作，刷子也就停止工作。
图12
按下停止按钮ST，停止指示灯（上面的红灯S2）亮，传送带停止工作，其指示灯（绿灯L1）灭；控制清洗机接触器KM2的线圈断电，常开触点断开，其指示灯（绿灯L2）灭；控制清喷淋器继电器KA的线圈断电，常开触点断开，其指示灯（绿灯L3）灭；系统全部停止。
参考文献
[1]廖常初.FX系列PLC编程及应用.北京：
机械工业出版社，2005
[2]史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：
化学工业出版社，2003
[3]孙振强.可编程控制器原理及应用教程.北京：
清华大学出版社
[4]阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京：
人民邮电出版社，2006
[5]王阿根.电气可编程控制原理与应用.北京：
清华大学出版社2007
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