电气控制与PLC课程设计题 目： 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号: 指导教师： 成绩：指导老师签名：日期：目录1 系统概述 21.1 设计目的 21.2 设计内容 21.3 设计要求 22 方案论证 32.1 洗车机的分类 32.2 自动洗车机种类的选择 43 硬件设计 43.1 系统原理方框图 43.2 主电路设计 43.3 I/O 分配 53.4 I/O接线图 53.5 元器件选型 63.6 控制器选择 73.6.1 单片机的特点 73・6・2 PLC的优点 73.6.3 PLC 选择 83.6.4 FX2N PLC 简介 93.6.5 传感器的选用 94 软件设计 104.1 主流程 104.2 梯形图 125 系统调试 14设计心得 16参考文献 171 系统概述1.1 设计目的与传统的洗车方式相比较，自动洗车机有着许多无可比拟的优点，自动洗车机 具有安全可靠，快捷高效，洗车洁净，环保节水，不伤漆面，节省人工等优点，为 了满足人们快速的节奏步伐和现代化社会的需求，需要设计一种全自动的高效快速 的设备，自动洗车机给人们带来了无尽的方便，同时，也符合了现在社会技术发展 的要求。
1.2 设计内容自动洗车控制系统设计1.3 设计要求1. 按下启动按钮，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷2. 洗车机右移到达右极限开关后，开始左移，喷水及刷子继续工作3. 洗车机左移到达极限位置后，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. 洗车机右移到达极限位置，开始左移，继续喷洒清洁剂5. 洗车机左移到达极限位置，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，到达右极限开关后停止，然后往左移7. 重复上面第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，重复 2次动作洗车整个过程完成启动灯熄灭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。
2 方案论证洗车机有很多种控制方案，这还要根据洗车机的种类而定2.1 洗车机的分类一．按工作方式分：固定式和移动式固定式：洗车机不动，汽车由机械牵引或自行缓慢通过洗车机的工作区域，洗 车机通过各种检测设备反馈的信息，按照相应的指令程序自动运行，达到清洗汽车 的工作方式，例如：隧道式连续洗车机、大（中、小）型通道机、无轨电车清洗机 等移动式：即汽车不动，洗车机按照一定的程序在导轨上来回移动，同时执行洗 车机指令的工作方式如：龙门往复式洗车机、大（中、小）型移动洗车机等 二．按清洗车型分：小车型、大车型、特种车型市场上用于商业用途的绝大部分都属于小车型洗车机，该类包含龙门往复式洗 车机、隧道式连续洗车机、无刷往复式洗车机等大车型洗车机只要包含大型移动 式洗车机、大型通道式洗车机特种车型洗车机主要是洗轮机、垃圾车清洗剂、列 车清洗机等三．洗车机从原理方面可以分为硬支承洗车机，软支承洗车机、半硬支承洗车机 硬支承洗车机是平衡转速远低于参振系统共振频率的洗车机平衡校验时，支 承摆架相对处于“硬”状态，因此，转子可以在接近实际轴承条件下进行平衡校正 具有操作简便，安全性能好的特点软支承洗车机是平衡转速大于参振频率的洗车机。
平衡校验时，支承摆架相对 处于“软”状态，因此转子校验平衡时，支承条件与实际轴承条件不同具有测量 精度高的特点半硬支承洗车机是平衡转速在 0.3—0.5 倍参振系统共振频率的洗车机，同时具 有硬支承洗车机支承刚度高的特点，又有软支承洗车机精度高的优点 四．洗车机从应用方面可以分为：立式和卧式洗车机；专用和通用洗车机卧式洗车机是被平衡转子的旋转轴在洗车机上呈水平状态的洗车机适用于有 转轴或可装配工艺轴的转子如机床主轴、滚筒、风机、增压器、电机转子、汽轮 机等等立式洗车机是被平衡转子的旋转轴在洗车机上呈垂直状态下的洗车机适用于转 子本身不具转轴的盘状工件如离合器、齿轮、压盘及其总成、制动盘、风叶、水 泵叶轮、汽车飞轮等盘类零件通用洗车机是指能对形状和支承形式比较规则的转子进行平衡的洗车机通用 式洗车机操作简单，效率也较高专用洗车机是能对支承形式和外观与一般转子不同的转子进行平衡的洗车机 例如特别针对发动机的曲轴，汽车的传动轴进行设计的洗车机2.2 自动洗车机种类的选择本课题选择固定往返式洗车机，这种类型的洗车机适合采用 PLC 编程控制往 返式自动洗车机是：汽车停在固定位置不动，洗车设备根据车型来往复运动。
3 硬件设计3.1 系统原理方框图3.2 主电路设计当闭合启动开关时，电动机 M1 的线圈得电，其主触头闭合，电动机 M1 正转， 洗车机向右运动，当碰到右极限开关时，电机主触头KM1断开，KM2闭合，电机反 转，洗车机向左运动当电机M2的主触头KM3闭合时，喷水机启动运行开始喷水； 当电机M3主触头KM4闭合时，电机M3开始运行，开始喷洒清洗剂；当电机M4主触 头KM5闭合时，电机M4开始运行，刷子开始工作；当电机M5主触头KM6闭合时， 电机M5开始运行，风机工作开始吹风其主电路图如图3—1所示图 3 — 1 自动洗车机主电路图3.3 I/O分配根据外部设计要求，设定各个输入口、输出口的地址，X0、XI、X2、X3、X4分 别代表左极限开关、右极限开关、启动开关、停止开关和复位开关；Y0—Y7分别代 表各个输出量I/O分配表如表3—1所示表 3 —1 自动洗车机 I/O 分配输入地址号信号名称输出地址号信号名称X0左极限开关ST1Y0洗车机左移KM1X1右极限开关ST1Y1洗车机右移KM2X2启动开关SB1Y2喷水机洒水KM3X3停止开关SB2Y3清洗剂控制KM4X4复位按钮SB3Y4刷子控制KM5Y5风机控制KM6Y6启动指示灯HL1Y7复位指示灯HL23.4 I/O 接线图根据PLC引脚的分配及引脚的功能，其与外部设备连接引线如下图3—2所示:关开位书关开止皆B2SB3关开动^^ -讣关开限极亠I •率T 关开限极4^— •SL11 NQF5|Ll4 nL N COM X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15FX2N 32MR]6 Y|7 YI8 Y9 Y,O, ,O,YI31 YI4 | YI5 |LS-QKM1KM2KM3KM4KM5KM6 HL1 HL2灯示指位复 灯示指动启 圈线制控机风 圈线制控子刷 圈线制控剂洗清 圈线水喷机水喷 圈线移右机车洗 圈线移左机车洗图 3— 2 自动洗车机 I/O 接线图3.5 元器件选型根据外部设计要求，需要选择不同型号的各个元器件，以及元器件的代号、名称、型号以及数量。
下表罗列了各种元器件的名称、代号、型号以及数量，如表 3—2 所示表 3 —2 各元器件的型号序号代号名称型号数量1M二相异步电动机J02-22-4,1.5kw 1410转/分，380v, 3.49安52QS低压隔离器（空气开关）DZ47-3P13FR热继电器JR36-2054CPUPLC处理器CPU22215KM交流接触器CJX2-0966SB按钮LAY827SQ行程开关LXK228FU熔断器RT16-2039L导线若干10AC交流电源220v13.6 控制器选择3.6.1 单片机的特点单片机主要应用于办公自动化设备、机电一体化、实时过程控制、日常生活及 家用电器等领域在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的 自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比；具有以下特点（1） 片内存储容量越来越大2） 芯片引线齐全，容易扩展3） 运行速度高，控制功能强4） 单片机内部的数据信息保存时间很长，有的芯片可以达到 100 年以上 但其也存在速度慢，功能不强，精度低、易受环境影响等缺点3.6.2 PLC的优点1） 丰富的I/O接口模块PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电 流；脉冲或电位；强电或弱电等。
有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如: 按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接另 外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络， 它还有多种通讯联网的接口模块，等等2） 配套齐全、功能完善、适用性强PLC 发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工 业控制场合除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于 各种数字控制领域多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温 度控制、CNC等各种工业控制中加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展, 使用PLC组成各种控制系统变得非常容易3） 系统的设计、工作量小、维护方便、容易改造PLC 是面向工矿企业的工控设备它接口容易，编程语言易于为工程技术人员 接受梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子 电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门4） 体积小、重量轻、能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g耗能仅 数瓦由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想设备。
经综合比较，本设计选用性能较好，控制较准确的PLC作为控制器3.6.3 PLC 选择选择PLC是首待解决的事情一方面要选择多大容量的PLC ,另一方面选择什 么公司的PLC及外设1） 欧姆龙PLC简介OMRON C系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广大致可以分成微 型、小型、中型和大型四大类产品整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机 型叠装式（或称紧凑型）结构的微型机以CJ型机最为典型，它具有超小型和超薄 型的尺寸小型PLC机以P型机和CPM型机最为典型，这两种都属坚固整体型结构 具有体积更小、指令更丰富、性能更优越，通过I/O扩展可实现10~140点输入输出 点数的灵活配置，并可连接可编程终端直接从屏幕上进行编程，CPM型机是OMRON 产品用户目前选用最多的小型机系列产品OMRON中型机以C200H系列最为典型， 主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG和C200HE等型号产品中型机在程序容量， 扫描速度和指令功能等方面都优于小型机，除具备小型机的基本功能外，它同时可 配置更完善的接口单元模块，如模拟量I/O模块、温度传感器模块、高速记数模块、 位置控制模块、通讯联接模块等。
可以与上位计算机、下位PLC机及各种外部设备 组成具有各种用途的计算机控制系统和工业自动化网络在一般的工业控制系统中，小型PLC机要比大、中型机的应用更广泛在电气 设备的控制应用方面，一般采用小型PLC都能够满足需求2） 西门子PLC简介德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛， 在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包 括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等西门 子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更 高7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300） 和中、高性能要求的PLC （如S7-400）等3） 三菱FX系列PLC简介FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代 三菱公司原F、Fl、F2系列PLC产品其中FX2是1991年推出的产品，FXO是在FX2 之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的 FXOS、FX1S、FXON、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用 广泛。
它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构经过对几家公司生产的PLC主要从应用、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，三菱公司生产的PLC具有体积小，控制灵活，性价 比高等优点，可与普通电脑编程通信等本控制系统选用三菱FX2N—32MR型可编程 控制器3.6.4 FX2N PLC 简介20世纪90年代，三菱公司在FX系列PLC的基础上又推出了 FX2N系列产品 该机型在运算速度，指令数量及通讯能力方面有了较大的进步，是一种小型化、高 速、高性能、各方面都相当于FX系列中最高档次的超小型的PLCFX2NPLC的基本单元可以根据控制规模大小外加扩展单元、扩展模块及特殊功 能单元构成叠装式PLC控制系统下图是FX2N可编程控制器基本单元实物图图1 FX2N可编程控制器实物图3.6.5 传感器的选用位置的检测有多种方案，可以用光电传感器、摄像头、电阻传感器等，但这些 传感器易受环境影响，且自身精度不好控制，故本设计采用位置开关4 软件设计PLC的软件设计是指用户绘制流程图和编写程序的过程°PLC的程序设计是以指 令为基础，结合被控对象工艺过程的控制要求和现场信号，对照自动洗车机系统的 元件组成及控制过程，画出流程图，然后用编程语言进行编程的过程4.1 主流程根据设计要求以及要达到的目的，按照国标编写流程图，要求流程图能满足设 计要求而且简单并操作方便。
如图 4—1 所示N5S?右极限？Y3S?Y5S?YN左极限？Y吹风2次?左极限？3S?左极限？ > —右极限？N右极限？复位左移，喷清洗剂噸停止左移，刷子* 洗刷Y右移，喷水，刷匕 一子洗刷洗车停止右移，斗 刷子洗刷簧洗车右移，停止壬 喷清洗剂左移，喷水，刷% 一子洗刷启动指示灯亮洗车左移，风机斗 吹风4洗车右移，风机* 丨 吹风 丨结束右移，喷清洗剂噸洗车左移c■是否存沽二:LJ ~ , 「故障f停止图 4 — 1 自动洗车机主流程图4.2梯形图按照设计要求及要实现的目标，编写梯形图，要求符合设计目的，操作简单 如图4—2所示035111519Y0Q1ClnYOOOT M YOOS YOQO 003XOOG C2—¥001T —XOOJ TO T1!■■■ FT1(¥001K30| EM140图4—2自动洗车机梯形图（续）5系统调试经过多次反复调试与修改，本次设计基本满足了自动洗车机控制的要求：当按 下X2时，启动指示灯亮，表示洗车程序已启动，此时，实验台上表示洗车右移、喷 水机喷水和刷子洗刷的输出口Yl、Y2、Y4对应的指示灯也亮了；按下开关XI模拟洗 车到达右极限，此时，Y1的指示灯熄灭，表示洗车左移的按钮Y0指示灯亮起，Y2、 Y4按钮指示灯继续亮；按下开关X0，模拟洗车到达左极限，此时，YO、Y2、Y4按钮 代表的指示灯全部熄灭，代表喷洒清洁剂的按钮Y3指示灯亮起和按钮Y1指示灯亮起； 按下开关XI，模拟洗车到达右极限，Y1按钮指示灯灭，Y0和Y3按钮指示灯亮；按下 开关X0,模拟洗车到达左极限，Y0、Y3指示灯灭，Y1指示灯亮，3秒后Y1指示灯灭， Y4指示灯亮，5秒后，Y1指示灯亮，Y4指示灯灭，若不按X1，则以这两种状态交替进 行下去；按下X1后，表示洗车机到达右极限，实验台上仅Y0指示灯亮，表示洗车机 左移，3秒后Y0指示灯灭，Y4指示灯亮，5秒后，Y0指示灯亮，Y4指示灯灭，若不按 X0,则以这两种状态交替进行下去；按下X0,表明洗车机已到达左极限，试验台上仅 Y1指示灯亮和代表风机动作的Y5指示灯亮;表示洗车机向右运动的同时风机工作吹 风，按下X1后，模拟洗车到达右极限，Y1指示灯熄灭，Y0、Y5按钮指示灯亮；表明 洗车机左移的同时吹风机工作吹风。
重复2次动作后，实验台上所有指示灯均熄灭 为模拟故障复位，在实验时，按下手动复位按钮X4，实验台上复位指示灯亮模拟 故障停车时，按下停止按钮X3，实验台上所有的指示灯均熄灭，停止工作C0—C8 表示计数器，当数值计满时所对应的常开按钮闭合设计心得经过近10天的努力，我的课程设计终于完成了课程设计不仅是对前面所学知 识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高通过这次课程设计，我明白了自己原来知识还比较欠缺的自己要学习的东西 还太多，以前老是觉得自己学的知识能够应付考试就可以了通过这次课程设计， 我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习， 努力提高自己知识和综合素质在设计过程中，我们发现了很多平时不容易发现的 问题，还有许多问题不是在课本上就能自己解决的，我通过去图书馆查阅有关资料 上网搜索，还跟小组内成员及时讨论，总能找到解决的方案我通过查阅大量有关 资料，与同学交流经验等方式，是自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但是 收获也是同样巨大在整个设计的过程中，我懂得了许多知识，为将来的毕业设计打下了一定的基 础，也培养了我独立学习探索的能力相信这次课程设计会对以后的学习、工作还 有生活都有很大的影响，而且大大提高了我的实践动手能力，使我充分体会到再创 作过程中探索的艰难，同时也让我尝到了成功时的喜悦。
虽然这个设计也按时做完了，也学还不够完美，但在课程设计中所学到的知识 是丰富的，也将为我以后的学习生涯提供了一个良好的基础参考文献1. 王兆义■可编程控制器使用技术[M]■北京：机械工业出版社.2004.2. 常晓玲■电器控制系统和可编程控制器[M].北京：机械工业出版社.2004.3. 殷洪义■可编程控制器选择设计与维护[M]■北京：机械工业出版社.2002.4. 高钦和，可编程控制器应用技术及其设计实例[M]■北京:高等教育出版.20045. 阮友德■电气控制与PLC实训教程[M].北京：人民邮电出版社.2006.6. 田瑞庭•可编程控制器应用技术.[M].北京：机械工业出版社.1994.。