基于PLC的自助洗車機(jī)設(shè)計[文檔知識]

1、摘 要隨著我國汽車保有量的迅速提高，汽車清洗行業(yè)迎來了一個重要的發(fā)展機(jī)遇，自助洗車機(jī)作為洗車工作必不可少的設(shè)備，其清洗效果，清洗速度，清洗成本以及對節(jié)水和環(huán)境保護(hù)的要求，成為其開發(fā)和生產(chǎn)必須要考慮的內(nèi)容。本文主要通過對自助洗車機(jī)功能要求和運(yùn)行分析，確定了自助洗車機(jī)的總體設(shè)計方案。并主要進(jìn)行了自助洗車機(jī)的驅(qū)動和控制系統(tǒng)的設(shè)計，針對自助洗車機(jī)的特點(diǎn)，采用自助投幣，噴水，洗刷，噴灑清洗劑和風(fēng)干等過程，應(yīng)用了可編程控制技術(shù)對自助洗車機(jī)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計和軟件編程。PLC采用梯形圖編程語言，并應(yīng)用了組態(tài)王軟件，對其運(yùn)行過程實(shí)行監(jiān)控，最終達(dá)到了實(shí)現(xiàn)自助洗車機(jī)的傳動和控制要求。關(guān)鍵詞：可編程控制器

2、；自助洗車機(jī)； 控制目 錄1 緒論12 系統(tǒng)的硬件配置12.1 PLC簡介12.2 PLC的分類22.3 編程元件地址分配23.自動洗車控制系統(tǒng)設(shè)計思想3 3.1自動洗車控制系統(tǒng)分析4 3.2 自動洗車控制系統(tǒng)流程圖4 3.3軟件設(shè)計94 調(diào)試過程206 課設(shè)總結(jié)23參考文獻(xiàn)23青草綠21 緒論當(dāng)今的社會汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，汽車維修保養(yǎng)行業(yè)競爭更是愈演愈烈，洗車機(jī)由此得以廣泛應(yīng)用。自助洗車機(jī)分為龍門往復(fù)式和隧道式兩種機(jī)型，通過對毛刷，水泵，機(jī)體行走機(jī)構(gòu)和風(fēng)機(jī)等部件的驅(qū)動控制，全自動完成對車輛的刷洗和風(fēng)干。龍門往復(fù)式洗一輛車僅耗時1.5min4min，隧道式滿負(fù)荷運(yùn)行時每輛車僅耗時1.5min左右

3、，避免了手工洗車用水的隨意性。洗車機(jī)配備專用的水處理設(shè)備后，可對洗車污水進(jìn)行回收凈化循環(huán)利用，可以節(jié)約水資源，是一個很有發(fā)展前景的符合現(xiàn)代化建設(shè)需要的機(jī)電一體化產(chǎn)品。PLC可靠性高，編程簡單且易維護(hù)，用作自助洗車機(jī)控制系統(tǒng)的核心，更能體現(xiàn)它的這些完美品質(zhì)。以下是自助洗車機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）使用自助洗車機(jī)效率高，能大大減少勞動力、降低勞動強(qiáng)度，節(jié)省成本。（2）一般使用新科技研發(fā)的自助洗車機(jī)清洗與人員手洗比起來更容易吸引客戶，在提高整體形象的同時，又能大幅度提高的經(jīng)濟(jì)收入。 （3）自助洗車機(jī)完全可以采用循環(huán)水設(shè)備，水用量在原有上可減少1/3，更可有效的合理利用水資源，節(jié)能環(huán)保。本次的總體設(shè)計選用西門子

4、PLC控制，洗車機(jī)洗車過程中自助投幣，噴水，洗刷，噴灑清洗劑和風(fēng)干等過程的全面監(jiān)控。2.1 PLC簡介 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計?！本哂锌煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造； 體積小，重量輕，能耗低等特點(diǎn)。廣

5、泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。2.2 PLC的分類世界上PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的PLC技術(shù)是在相互隔離情況下獨(dú)立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲的PLC產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的PLC技術(shù)是由美國引進(jìn)的，對美國的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC上。美國和歐洲以大中型PLC而聞名，而日本則以小型PLC著稱。 本次課設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)臺及其性能指標(biāo)，最后決定采用西門子PLC S7-200系列。以下為西門子PLC系列產(chǎn)品簡介：西門子PLC主要

6、產(chǎn)品是S5、S7系列。在S5系列中，S5-90U、S-95U屬于微型整體式PLC；S5-100U是小型模塊式PLC，最多可配置到256個I/O點(diǎn)；S5-115U是中型PLC，最多可配置到1024個I/O點(diǎn)；S5-115UH是中型機(jī)，它是由兩臺SS115U組成的雙機(jī)冗余系統(tǒng)； S5-155U為大型機(jī)，最多可配置到4096個I/O點(diǎn)，模擬量可達(dá)300多路；SS155H是大型機(jī)，它是由兩臺S5-155U組成的雙機(jī)冗余系統(tǒng)。而S7系列是西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上近年推出的新產(chǎn)品，其性能價格比高，其中S7-200系列屬于微型PLC、S7-300系列屬于中小型PLC、S7-400系列屬于中高性能的大

7、型PLC。 2.3 編程元件地址分配根據(jù)要求，本次課程設(shè)計投幣100元自助洗車機(jī)。有3個投幣孔，分別為5元、10元及50元3種，當(dāng)投幣合計100元時，按啟動開關(guān)洗車機(jī)開始動作，啟動燈亮起。洗車機(jī)動作流程：1） 按下啟動開關(guān)之后，洗車機(jī)開始往右移，噴水設(shè)備開始噴水，刷子開始洗刷。2） 洗車機(jī)右移到達(dá)右極限開關(guān)后，開始往左移，噴水機(jī)及刷子繼續(xù)動作。3） 洗車機(jī)左移到達(dá)左極限開關(guān)后，開始往右移，噴水機(jī)及刷子停止動作，清潔劑設(shè)備開始動作噴灑清潔劑。4） 洗車機(jī)右移到達(dá)右極限開關(guān)后，開始往左移，繼續(xù)噴灑清潔劑。5） 洗車機(jī)左移到達(dá)左極限開關(guān)后，開始往右移，清潔劑停止噴灑，當(dāng)洗車機(jī)往朽移3s后停止，刷子開

8、始洗刷。6） 刷子洗刷5s后停止，洗車機(jī)繼續(xù)往右移，右移3s后，洗車機(jī)停止，刷子又開始洗刷5s后停止，洗車機(jī)繼續(xù)往右移，到達(dá)右極限開關(guān)停止，然后往左移。7） 洗車機(jī)往左移3s后停止，刷子開始洗刷5s后停止，洗車機(jī)繼續(xù)往左移3 s后停止，刷子開始洗刷5s后停止，洗車機(jī)繼續(xù)往左移，直到碰到左極限開關(guān)后停止，然后往右移。8） 洗車機(jī)開始往右移，并噴灑清水與洗刷動作，將車洗干凈，當(dāng)碰到右極限開關(guān)時，洗車機(jī)停止前進(jìn)并往左移，噴灑清水及刷子洗刷繼續(xù)動作，直到碰到左極限開關(guān)后停止，并開始往右移。9） 洗車機(jī)往右移，風(fēng)扇設(shè)備動作將車吹干，碰到右極限開關(guān)時，洗車機(jī)停止并往左移，風(fēng)扇繼續(xù)吹干動作，直到碰到左極限開

9、關(guān)，則洗車整個流程完成，啟動燈熄滅。表1 I/O分配表輸入信號信號元件及作用I0.0左極限開關(guān)I0.1投幣5元按鈕I0.2投幣10元按鈕I0.3投幣50元按鈕I0.4啟動開關(guān)I0.5投錢復(fù)位按鈕I0.6右極限開關(guān)I0.7復(fù)位按鈕Q0.0右移Q0.1左移Q0.2噴水Q0.3刷子洗刷Q0.4噴灑清潔劑Q0.5風(fēng)扇吹干Q0.6復(fù)位燈3. 自動洗車控制系統(tǒng)設(shè)計思想3.1自動洗車控制系統(tǒng)分析洗車機(jī)的主運(yùn)動是左右循環(huán)運(yùn)動由左右行程開關(guān)控制，同時不同循環(huán)次序伴隨不同的其它動作，如噴水、刷洗、噴灑清潔劑及風(fēng)扇吹干動作等。系統(tǒng)還采用了復(fù)位設(shè)計，如在洗車過程中由其它原因使洗車停止在非原點(diǎn)的其它位置，則需要手動對其

10、進(jìn)行復(fù)位，到位時復(fù)位燈亮，此時才可以啟動，否則啟動無效，洗車機(jī)經(jīng)啟動后可自動完成洗車動作后自行停止，也可在需要時手動停止。洗車機(jī)第一次右移時有噴水及刷洗動作，到達(dá)右極限使右極限開關(guān)動作從而控制洗車機(jī)左移，而噴水及刷洗繼續(xù)，直到碰到左極限開關(guān)。洗車機(jī)第二次右移時，噴水停止、刷子動作及清潔劑開始噴灑，直到右極限行程開關(guān)動作，洗車機(jī)左移清潔劑繼續(xù)噴灑，直到使左極限開關(guān)動作。洗車機(jī)第三次右移時，洗車機(jī)右移3s停止，刷子刷洗5s，連續(xù)兩次后繼續(xù)右移，直到碰到右極限開關(guān)，其中，洗車機(jī)右移及刷子刷洗由接通延時計時器T37和T38形成的震蕩電路控制，直到碰到右極限開關(guān)后通過互鎖使刷子動作電路斷開，刷子停止工作

11、。此時洗車機(jī)左移，進(jìn)行和上次右移時同樣的動作，直到碰到左極限行程開關(guān)。洗車機(jī)第四次右移，噴灑清水及刷子動作，直到碰到右極限開關(guān)。洗車左移同時噴水刷洗繼續(xù)直到噴到左極限開關(guān)噴水刷洗停止。洗車機(jī)第五次右移，風(fēng)扇開始動作，直到碰到右極限開關(guān)，洗車機(jī)左移風(fēng)扇繼續(xù)動作。洗車機(jī)左移直到碰到左極限開關(guān)，控制整個設(shè)備停止，洗車機(jī)完成洗車。3.2自動洗車控制系統(tǒng)流程圖 開始在原點(diǎn)?右極限？左極限？啟動洗車右移，噴水刷洗，啟動燈亮洗車左移，噴水刷洗繼續(xù)復(fù)位到位復(fù)位燈亮ANYNNY洗車右移，噴水刷洗停止，噴清潔劑YN右極限？A洗車左移，繼續(xù)噴清潔劑洗車右移，停噴清潔劑右移3S?左極限？YY洗車停，刷子刷洗5S？YY

12、洗車右移，刷子停3S？BNNNNB5S？3S？3S?5S?右極限？洗車停，刷子刷洗Y刷子停，洗車右移Y N NY洗車左移NY洗車停，刷子刷洗NY洗車左移，刷子停CNY 洗車停，刷子刷洗5S？刷子停，洗車左移左極限？洗車右移，噴水刷洗右極限？洗車左移，噴水刷洗繼續(xù)左極限？洗車右移，噴水刷洗停止，風(fēng)扇工作DNYNYNYNYCD右極限？洗車左移，風(fēng)扇繼續(xù)工作左極限？整個流程結(jié)束，啟動燈滅結(jié)束NYNY3.3軟件設(shè)計第一部分：投幣程序（網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)6）將MW10中的總錢數(shù)與100元比較，大于100元，按啟動開關(guān)，啟動燈亮第二部分：洗車程序（網(wǎng)絡(luò)7網(wǎng)絡(luò)40）復(fù)位程序（網(wǎng)絡(luò)41網(wǎng)絡(luò)43）4 調(diào)試過程為了準(zhǔn)確發(fā)

13、現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題，需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試的順序按照先硬件后軟件，先局部后整體的順序來完成。（一）硬件調(diào)試系統(tǒng)的硬件安裝過程及針對各單元模塊的硬件電路調(diào)試，檢驗(yàn)其是否符合設(shè)計初衷，能否達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)。硬件調(diào)試主要包括按鍵電路的調(diào)試、驅(qū)動電路的調(diào)試、電源部分的調(diào)試幾部分。為保證整個系統(tǒng)能夠正常工作，首先要保證電源系統(tǒng)正常工作。 其次是驅(qū)動電路的調(diào)試，這一部分調(diào)試主要是I/O口的檢查。調(diào)試的關(guān)鍵在于確定數(shù)碼管電路連接是否正確。再次是按鍵電路的調(diào)試，這一部分主要是按鈕是否對應(yīng)好，接線是否正常，特別是相關(guān)復(fù)位按鈕。最后是洗車部分的調(diào)試，這一部分占了設(shè)備的絕大部分。（二）軟件調(diào)試本部分主要介紹了自助洗車機(jī)控

14、制系統(tǒng)的軟件調(diào)試過程，檢驗(yàn)其是否符合設(shè)計初衷，能否達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。首先是投幣子程序的調(diào)試，這一部分的調(diào)試的關(guān)鍵是投幣時程序是否能得到信號，在滿足條件的情況下能否得到響應(yīng)等。最后是主程序的調(diào)試，通過假定輸入一定的初值看看程序運(yùn)行是否正常。（三）整機(jī)調(diào)試整個系統(tǒng)調(diào)試順序按照先硬件后軟件，先局部后全部的順序調(diào)試，當(dāng)軟件與硬件都調(diào)試無誤之后，就可以整機(jī)調(diào)試，整機(jī)調(diào)試也就是整個系統(tǒng)設(shè)計的功能測試。第四章 變頻器部分為了控制交流電梯，提高電能利用率，使自動電梯的運(yùn)行更加安全穩(wěn)定，須配合變頻器對自動電梯進(jìn)行控制。變頻器是通過輕負(fù)載降壓實(shí)現(xiàn)節(jié)能的，安裝變頻器的電動機(jī)所帶的機(jī)械負(fù)載，如風(fēng)機(jī)、水泵并不是經(jīng)常工作在

15、滿載情況下，當(dāng)系統(tǒng)要求機(jī)械負(fù)載不在額定負(fù)載運(yùn)行時，可以通過變頻調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得電動機(jī)輸出的功率能滿足系統(tǒng)的要求，而不必通過風(fēng)機(jī)的動葉、水泵出口的調(diào)節(jié)門的節(jié)流進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低了系統(tǒng)的節(jié)流損失。另外，變頻器可以改變電動機(jī)的無功損耗，改善啟動條件，提高功率因素，可以降低無功功率傳遞而引起的有功損耗，這對節(jié)能也是存在一定意義的。1、變頻器原理變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可

16、分為兩類:電壓型、電流型。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。2、變頻器的控制方式(1)非智能控制方式1 V/f控制V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行的同時，又要保證電動機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V

17、/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。2 轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機(jī)具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負(fù)載變動有良好的響應(yīng)特性。 3矢量控制矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動機(jī)定子電流的大小和相

18、位，以達(dá)到對電動機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式與轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要經(jīng)過坐標(biāo)變換對電動機(jī)定子電流的相位進(jìn)行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉(zhuǎn)矩電流過渡過程中的波動。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸

19、出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要在電動機(jī)上安裝速度傳感器，因此，應(yīng)用范圍受到限制。無速度傳感器矢量控制是通過坐標(biāo)變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，然后通過控制電動機(jī)定子繞組上的電壓、電流辨識轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復(fù)雜，一般需要專門的處理器來進(jìn)行計算，因此，實(shí)時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。 4 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達(dá)到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩。 5 最優(yōu)控制 最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進(jìn)行個別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)