跑道指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中文題目 跑道指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中文摘要作者根據(jù)國(guó)內(nèi)外跑道指引燈自動(dòng)清洗的設(shè)計(jì)情況，依照工作實(shí)際需求和清洗目標(biāo)，完成跑道指引燈自動(dòng)清洗裝置的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并按照需求設(shè)計(jì)工作流程。本文詳細(xì)講解了利用西門子PLC S7-200的跑道指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程，從硬件搭建與軟件仿真兩方面論述。裝置采用立式結(jié)構(gòu)安裝，外設(shè)熱風(fēng)扇、電動(dòng)刷及電磁水箱，用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)烘干和清洗的任務(wù)。從機(jī)具有數(shù)據(jù)處理功能，能夠測(cè)量指引燈的光照強(qiáng)度，反饋其清潔程度，及時(shí)控制系統(tǒng)的運(yùn)行。使用西門子觸摸屏設(shè)計(jì)方便、直觀的人機(jī)界面，全面提高系統(tǒng)的控制水平以及自動(dòng)運(yùn)行能力。關(guān)鍵詞 清洗 自動(dòng) 人機(jī)界面 可

2、編程 外文摘要Title Design of the automatic cleaning system for the runway lightAbstractAuthor according to the domestic and foreign runway guide lamp automatic cleaning of the design, according to the cleaning requirements and actual need of work, runway design guide lamp automatic cleaning device co

3、ntrol system, and according to the needs of the development of cleaning process. This paper explains the realization process of the automatic cleaning system of the runway guided light by SIEMENS S7-200 PLC, and discusses the two aspects of the hardware and software simulation. The main engine adopt

4、s the fixed structure, the peripheral drying heat fan, the electric brush and the electromagnetic water tank, for the purpose of cleaning and drying the system. From machine with data processing function, can measure the light intensity of the light intensity, feedback its cleanness, and control the

5、 running of the system in time. Use SIEMENS touch screen to design the operation interface of the intuitive and easy, improve the control level and automatic operation ability of the system.Keywords Clean Automatic Interface Programmable 目 錄1緒論11.1背景與意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1國(guó)內(nèi)外技術(shù)概況21.2.2發(fā)展趨勢(shì)或當(dāng)前存在的問題31.3本

6、文的研究?jī)?nèi)容41.4工作安排52系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)52.1方案的選擇52.2 PLC的介紹63 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)83.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)83.2采集模塊103.2.1光強(qiáng)的檢測(cè)103.2.2模擬量擴(kuò)展模塊113.3執(zhí)行模塊133.3.1 噴水133.3.2刷洗133.3.3烘干133.4接口界面設(shè)計(jì)143.5硬件設(shè)計(jì)總結(jié)154 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)164.1軟件設(shè)計(jì)邏輯164.2 系統(tǒng)控制分析174.3輸入/輸出、變量分配184.4重要程序說明194.5軟件整體設(shè)計(jì)225 整體調(diào)試235.1硬件測(cè)驗(yàn)235.1.1 光強(qiáng)變送器調(diào)試235.1.2電磁水箱調(diào)試235.1.3電動(dòng)刷子調(diào)試235.1.4烘干風(fēng)扇調(diào)試235.

7、2軟件調(diào)試245.3綜合調(diào)試24總結(jié)26參考文獻(xiàn)27致謝29附錄A311緒論1.1背景與意義20世紀(jì)，人們發(fā)明了飛機(jī),隨著社會(huì)的進(jìn)步,飛機(jī)早就融入了人們的生活。飛機(jī)起初是國(guó)家武裝力量的重要保障，現(xiàn)在也廣泛應(yīng)用于民用中,所以保證飛機(jī)的安全至關(guān)重要。跑道指引燈，還被稱為機(jī)場(chǎng)助航燈，它關(guān)系到飛機(jī)的安全方面的問題1。跑道指引燈和地標(biāo)相似，都?xì)w類為機(jī)場(chǎng)里面的輔助裝置，它的任務(wù)是為了穩(wěn)定地指引飛機(jī)平穩(wěn)地著陸，特別對(duì)于飛機(jī)飛行在周圍清晰度差的情況。飛行員依附這些燈光的提示，單純憑借目光察看，可以在晚上、黑暗環(huán)境及天氣因素等前方不清晰的情況下，掌握機(jī)場(chǎng)飛行跑道的準(zhǔn)確位置信息，從而操控飛機(jī)安全地著陸。飛機(jī)在降落

8、或者是飛起來的過程中，由于滑行路面與機(jī)輪之間存在接觸，摩擦速度很快會(huì)產(chǎn)生固體顆粒。不單單如此，尾氣排放也會(huì)造成污染，污染物落在燈罩表面，長(zhǎng)時(shí)間形成污垢。跑道燈的亮度便因此相對(duì)地下降，光線強(qiáng)度的變化會(huì)直接影響飛機(jī)駕駛員的目視判斷。所以跑道燈的清潔維護(hù)變得尤為重要，及時(shí)對(duì)跑道燈表面的清洗工作直接影響到飛機(jī)安全著陸問題。目前，機(jī)場(chǎng)一般選擇光源的光強(qiáng)控制系統(tǒng)是基于白熾燈，基于跑道燈的清理預(yù)期設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)清洗系統(tǒng)。該清洗控制系統(tǒng)可以完成飛機(jī)指引燈的全自動(dòng)清洗,并且清洗次數(shù)可以根據(jù)燈光目標(biāo)亮度進(jìn)行調(diào)整。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)外技術(shù)概況人們生活與清洗緊密聯(lián)系，清洗在中國(guó)工業(yè)方面，從簡(jiǎn)單的、落后

9、的、傳統(tǒng)的清洗成為了一個(gè)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化專業(yè)技術(shù)的必須，發(fā)展成我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)和當(dāng)今社會(huì)文明的主流趨勢(shì)2。清洗按照涉及方面不一樣被劃分成工用和日用2種清洗形式；清洗的工用是指在工業(yè)操作流程用到的洗滌，而日用洗滌是老百姓平時(shí)生活中密不可分的行為。工用清洗按照精細(xì)程度可以劃為一般、精細(xì)和超細(xì)精三種方式；一般清洗主要針對(duì)較大固體顆粒；精細(xì)清洗主要針對(duì)細(xì)小的顆粒物；超精細(xì)洗滌能清除微小粒子3。盡管大家日常生活離不開清洗這一行為,但中國(guó)清洗行業(yè)的理念呈現(xiàn)的卻很晚很晚，1980年之前還沒有。20世紀(jì)90年代初，北京大學(xué)等部門在從前的環(huán)保局號(hào)召下，而且獲取了國(guó)家的允許，在相關(guān)國(guó)家方案里第一次建議清洗事業(yè)理念。這幾

10、年,跟著經(jīng)濟(jì)能力的升高及科技成長(zhǎng),清洗事業(yè)已經(jīng)慢慢走近人們的視線中。到現(xiàn)在, 國(guó)內(nèi)已經(jīng)有千余家企業(yè)投入到研制設(shè)備用于清洗的大潮中。我國(guó)在這個(gè)行業(yè)普遍處于手工和化學(xué)溶劑等方式,其中化學(xué)方式占據(jù)我國(guó)清洗市場(chǎng)70%之多,但是其不僅浪費(fèi)時(shí)間和資源,也會(huì)威脅操作人員的安全。中國(guó)在航空航天方面,落后的手工清洗工藝一直存在,還有就是運(yùn)用了很多地化學(xué)洗滌溶劑,這類方法不單單浪費(fèi)的洗滌劑資源，還會(huì)對(duì)身體健康和生活環(huán)境造成不良影響。在飛機(jī)的清洗方面，很多國(guó)家都已經(jīng)掌握了高超的技術(shù)水平，并且具有成熟的操作裝置。普拉特惠特尼公司（隸屬加拿大）制造了一套系統(tǒng)用于全自動(dòng)清洗,應(yīng)用其在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)清洗方面有了較好的效果。它通

11、過清水的高壓化替換了從前的化學(xué)工業(yè)溶劑4,降低花銷,并且無污染,同時(shí)能夠在短時(shí)間內(nèi)處理曾經(jīng)繁瑣的流程,大大降低整體的工作時(shí)間。馬格納斯清洗機(jī)由美國(guó)航空公司生產(chǎn)，它通過特殊溶劑和水溶液,能夠用2小時(shí)完成發(fā)動(dòng)機(jī)軸承洗滌工作,提高了5倍工作效率，而過去的工作方式耗時(shí)大約8時(shí)5。由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和科學(xué)水平的提高，目前有很多洗滌裝置的研究和制造。其中對(duì)于燈罩的洗滌，在汽車行業(yè)獲得了普及。汽車大燈在市面上的清洗裝置，通過出水口設(shè)計(jì)，隨時(shí)對(duì)前燈上的灰塵等污垢進(jìn)行清洗，普遍采用高壓擦洗，得到廣泛的認(rèn)可。由于文明的進(jìn)步,大家開始發(fā)現(xiàn)這個(gè)行業(yè)的未來前景,它既體現(xiàn)了我國(guó)科技的先進(jìn)，也映射出國(guó)民生活質(zhì)量 6。1.2

12、.2發(fā)展趨勢(shì)或當(dāng)前存在的問題目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于跑道指引燈的清洗一般依賴人工操作和噴淋式清洗。前者用工業(yè)介質(zhì)和水通過人為擦拭的方式，后者是在指引燈周圍布置若干噴嘴7-8，水泵將洗滌劑加壓至噴嘴對(duì)燈罩外觀沖洗達(dá)到去污目的。人工操作效率低，由于天氣的變化，尤其北方寒冷地區(qū)，往往會(huì)因?yàn)椴潦貌桓蓪?dǎo)致燈上面會(huì)形成冰層，嚴(yán)重影響跑道燈的亮度。噴涌方法效果差，浪費(fèi)資源。綜上所述，開展機(jī)場(chǎng)指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制不但有助于飛機(jī)安全，還能實(shí)現(xiàn)無污染操作，響應(yīng)綠色工業(yè)事業(yè)。1.3本文的研究?jī)?nèi)容本文主要負(fù)責(zé)跑道指引燈自動(dòng)清洗裝置的研制：（ 1 ）設(shè)計(jì)一種檢測(cè)方案反映跑道燈是否符合規(guī)定的亮度，根據(jù)其亮度值及時(shí)對(duì)跑道燈

13、進(jìn)行清洗。（ 2 ）設(shè)計(jì)一種洗滌流程，全面迅速地完成燈罩清潔工作。（ 3 ）設(shè)計(jì)快速的烘干方式，對(duì)燈罩進(jìn)行干燥處理。（ 4 ）系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)試，實(shí)現(xiàn)減排?；谖鏖T子公司的s7-200，設(shè)計(jì)一套跑道指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)。將跑道燈置于裝置中，檢測(cè)裝置測(cè)試跑道燈光照強(qiáng)度，判斷其清潔程度，不達(dá)標(biāo)進(jìn)行清洗，主控裝置控制轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電刷和水槍對(duì)燈罩各個(gè)方位進(jìn)行清洗，清洗周期結(jié)束，主機(jī)控制回收裝置收集污水并控制熱風(fēng)扇烘干燈罩，檢測(cè)裝置再次進(jìn)行達(dá)標(biāo)測(cè)試并重復(fù)以上流程直至清洗徹底。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)要求高效，主要從效果和控制考慮，具體設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：（1）檢測(cè)裝置通過數(shù)據(jù)采集和數(shù)模轉(zhuǎn)換獲得跑道燈的光照強(qiáng)度，總結(jié)光強(qiáng)與燈罩清

14、潔程度的關(guān)系，分析得出標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)，經(jīng)過系統(tǒng)操作，清洗效果控制在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)的±10%。（2）跑道指引燈的控制采用觸摸屏的觸控方式，可自動(dòng)控制，也可以手動(dòng)操作。1.4工作安排本論文為了實(shí)現(xiàn)跑道指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，力求系統(tǒng)裝置的先進(jìn)性、科學(xué)化。本文應(yīng)用了PLC來實(shí)現(xiàn)跑道指引燈自動(dòng)清洗裝置的控制系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)軟件及硬件的設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能夠完成自動(dòng)清洗任務(wù)，實(shí)時(shí)保證指引燈的清潔，提高指引燈工作亮度。本文簡(jiǎn)述了指引燈自動(dòng)清洗裝置的背景意義以及查閱、調(diào)研的情況，指出指引燈用途，提出自動(dòng)清洗設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和實(shí)時(shí)保證指引燈的清潔程度。本文還對(duì)西

15、門子平臺(tái)S7-200的由來、發(fā)展、功能等進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)跑道指引燈自動(dòng)清洗裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2.1方案的選擇跑道指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有以下三種：方案一：以繼電裝置等基本元件構(gòu)成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制要求。方案二：用單片機(jī)做整體樞紐設(shè)計(jì)裝置，實(shí)現(xiàn)功能。方案三：利用可編程控制器建立整體裝置，完成設(shè)計(jì)。方案論證及可行性分析如下：方案一為單一的硬件電路，控制邏輯簡(jiǎn)單，但是過分靠繼電裝置控制，硬件較為復(fù)雜，搭建和檢測(cè)的工作量太大，電路易產(chǎn)生故障，穩(wěn)定性較差，出現(xiàn)問題難以解決，不適合運(yùn)行維護(hù)，并且控制精度很低。方案二為單片機(jī)控制系統(tǒng)，它擁有重量輕、抗干擾、能耗少的好處，但是其編

16、程難度高，調(diào)試更改系統(tǒng)不方便，處理大功率器件時(shí)兼容性差，驅(qū)動(dòng)能力不穩(wěn)定。方案三利用可編程控制器建立整體裝置，PLC小巧、輕便，集成度高，編程方便，擴(kuò)展能力和功能強(qiáng)，安裝調(diào)試方便，可靠性高，不易受干擾，此外它的精度高、速度快，深得工控系統(tǒng)的喜愛。跑道指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，要求控制精度和運(yùn)行速度，驅(qū)動(dòng)器件功率較大，綜合以上方案優(yōu)缺點(diǎn)，確定采用方案三，采用PLC來完成系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。2.2 PLC的介紹19世紀(jì)中葉，為解決古板操作裝置的不足，初期PLC涌現(xiàn)出來，一般稱為可編程控制器9。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置在機(jī)械制造、冶金煉鐵、汽車交通等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。PLC現(xiàn)在已然成為現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境的寵兒，

17、它穩(wěn)定、精度高、運(yùn)行快，抗擾能力卓越10。PLC廠商目前市場(chǎng)上種類繁多，他們應(yīng)用于多個(gè)方面。項(xiàng)目選用SIMATIC S7-200做核心控制器，它可用在很多自動(dòng)化系統(tǒng)，通過直流24V電源供電，由輸入/輸出接口、PC主機(jī)和訊口三個(gè)部分構(gòu)成，配備24個(gè)輸入/輸出點(diǎn)，便于配合外設(shè)電路11-12。PLC在生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)時(shí)，首先要求用戶將程序代碼下載至存儲(chǔ)器，運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)則根據(jù)輸入信號(hào)和程序進(jìn)行運(yùn)算處理，接著通過輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)操作電路，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制13。CPU主機(jī)面板如圖1-1所示：圖2.1 PLC主機(jī)面板圖3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)采用西門子公司S7-200作為控制核心，控制電磁水箱、

18、電動(dòng)刷、光強(qiáng)送變器、烘干風(fēng)扇等完成跑道指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。圖3.1為跑道指引燈自動(dòng)清洗裝置結(jié)構(gòu)圖。其中：裝置1為電磁水槍，裝置2為電動(dòng)刷，裝置3為跑道燈 ，裝置4為檢測(cè)器，裝置5為烘干風(fēng)扇，裝置6為底盤，裝置7為污水回收裝置。圖3.1 跑道指引燈自動(dòng)清洗裝置硬件模擬圖（ 1 ）電磁水槍：提供水源，沖洗跑道燈燈罩的灰塵。（ 2 ）電動(dòng)刷：洗刷跑道燈上的污漬。（ 3 ）底盤：固定水槍、電動(dòng)刷、烘干風(fēng)扇等操作單元。（ 4 ）亮度檢測(cè)器：檢測(cè)跑道燈的亮度。（ 5 ）烘干風(fēng)扇：烘干跑道燈表面的水滴。（ 6 ）污水回收裝置：將清洗的污水回收起來。減少污染。裝置主要包括監(jiān)視模塊（光照強(qiáng)度檢測(cè)），處理單

19、元（信號(hào)轉(zhuǎn)換），執(zhí)行單元（清洗控制），人機(jī)接口界面（觸摸控制），圖3.2為全體邏輯框架圖，接下來我將從以上幾個(gè)模塊對(duì)硬件設(shè)計(jì)展開詳細(xì)說明。圖3.2 系統(tǒng)邏輯框圖3.2采集模塊3.2.1光強(qiáng)的檢測(cè)光發(fā)射機(jī)是一種高靈敏度傳感器，其配備高精度線性放大集成板，對(duì)光線變化十分敏感。通過嚴(yán)格的測(cè)試，具有多種測(cè)量范圍的實(shí)踐和信號(hào)輸出型生產(chǎn)輕質(zhì)產(chǎn)品。傳感器外形采用壁掛式設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)小巧，外形美觀，是一款性價(jià)比很高的測(cè)量產(chǎn)品。傳感器實(shí)物如圖3.3所示，該設(shè)備包含3個(gè)外部引腳，紅（正）、黑（負(fù)）、蘭（模擬量輸出），接線方式采用電壓式接法，具體如圖3.4所示。圖3.3光強(qiáng)變送器實(shí)物圖 圖3.4光強(qiáng)變送器接線圖下面的是

20、光強(qiáng)送變裝置技術(shù)指標(biāo)：（1）供電：0-10mA輸出型（2）裝配：壁掛式（室內(nèi)型）（3）輸出：0-10V電壓值（4）量程：0-2000Lux（1Lux）（5）精度：正負(fù)5%測(cè)試參數(shù)：（測(cè)試距離為正向8cm）（1）全陰影：0.15V（2）半陰影：0.61V（3）日光：1.45V（4）微光：1.75V（5）強(qiáng)光：2.92V注：當(dāng)光源逼近傳感器，隨光強(qiáng)增強(qiáng)，電壓值近似線性增長(zhǎng)，峰值為10v，當(dāng)光源遠(yuǎn)離傳感器，隨光強(qiáng)減小，電壓值近似線性減小，最低值接近0V。3.2.2模擬量擴(kuò)展模塊本設(shè)計(jì)控制器采用的CPU型號(hào)，自己無法處理模擬量，但可以對(duì)數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行處理、分析，由于本次需要對(duì)模擬量進(jìn)行處理，故需要額外

21、擴(kuò)展模塊的輔助，該擴(kuò)展模塊可以把模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理14。本裝置中光照強(qiáng)度需要利用該模塊轉(zhuǎn)換信號(hào)，處理后的結(jié)果再傳到控制器。用于模擬量轉(zhuǎn)換的擴(kuò)展模塊分為輸入和輸出型兩種15，我們選用EM231作為模擬量輸入擴(kuò)展，它擁有4路通道，因?yàn)楣鈴?qiáng)檢測(cè)只需要一路輸入即可，所以這個(gè)選擇能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求。光強(qiáng)變送器輸出的信號(hào)為電壓信號(hào)，將這個(gè)信號(hào)串聯(lián)在EM231的外部接線端上，數(shù)據(jù)送至AIW0，下圖3.5為EM231內(nèi)部圖，輸入通道共有4組，其中 A組為電壓輸入方式，信號(hào)串聯(lián)在A+和A-之間，另外的三組沒有使用，將它們的正負(fù)端直接短接，利用模塊的精度開關(guān)設(shè)置合適參數(shù)16。圖3.5 EM231內(nèi)部圖3.3執(zhí)行模

22、塊3.3.1 噴水清洗系統(tǒng)的水源由水閥來控制，常用的水閥有電磁閥和電動(dòng)閥，電磁閥控制開關(guān)量，而電動(dòng)閥控制模擬量，通過控制閥的開度來控制水速和水量。本設(shè)計(jì)用電磁閥即可實(shí)現(xiàn)功能，電動(dòng)閥控制要求較高，因此選擇電磁閥作為噴水的執(zhí)行單元。系統(tǒng)使用24V開關(guān)電源，CPU224、EM231、繼電器、電機(jī)和光照強(qiáng)度變送器均由開關(guān)電源供電，為減小負(fù)載，電磁閥采用AC220V控制，控制器間接控制其開斷。水流只需單方向，使用單向閥即可，降低了成本。本設(shè)計(jì)將電磁閥、水箱、噴頭一體化，通過控制電磁閥開合，從而控制噴頭出水。3.3.2刷洗清洗系統(tǒng)的刷洗工作由電機(jī)帶動(dòng)刷子來實(shí)現(xiàn)。直流減速電機(jī)力矩大，體積輕便，控制容易，便于

23、使用。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可以精確定位，控制難度大，但是電機(jī)力矩較小。綜上，本設(shè)計(jì)采用直流減速電機(jī)，為了節(jié)約供電資源，電機(jī)采用與控制板相同的供電電壓，電機(jī)主要參數(shù)如下：DC24V 200RPM。本設(shè)計(jì)將直流減速電機(jī)和電刷結(jié)合，通過控制電磁閥開合，從而控制電刷轉(zhuǎn)停。3.3.3烘干清洗系統(tǒng)的烘干工作通過熱風(fēng)筒來實(shí)現(xiàn)。供電端外接自制插排，電吹風(fēng)接在插排上保持常開狀態(tài)，通過繼電器控制插排通斷，從而間接控制小功率熱吹風(fēng)工作，即可實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的繼電控制。3.4接口界面設(shè)計(jì)隨著工業(yè)自動(dòng)化控制的發(fā)展，觸摸屏作為人機(jī)接口界面，將操作直觀化、友好化、生動(dòng)化、簡(jiǎn)單化，因此得到了極其廣泛的應(yīng)用，生活中各處都能見到它。P

24、LC與它的結(jié)合，用屏幕上的開關(guān)等替代實(shí)際的開關(guān)等直接控制PLC，減少外設(shè)，降低搭建難度，不僅節(jié)約系統(tǒng)的花銷，而且操作簡(jiǎn)便17。為完成整體人機(jī)接口設(shè)計(jì)，本裝置利用SMART 700 IE觸摸屏。觸摸屏SMART 700 IE通過WinCC flexible 2008組態(tài)編程平臺(tái)設(shè)計(jì)界面，并與S7-200建立連接。該觸摸屏連接方式采用串行，支持網(wǎng)絡(luò)通信模式，通過連接線可以和PLC結(jié)合，完成用戶指定的工作操作18。觸摸屏的使用說明如下：（1） 了解使用規(guī)則，熟悉操作流程；（2） 觸摸屏裝置組裝；（3） 供電配置；（4） 與PC機(jī)通訊；（5） 裝置的基礎(chǔ)設(shè)置；（6） 參數(shù)配置與文件下載；（7） 下載完

25、成，斷開通訊，與PLC建立連接。3.5硬件設(shè)計(jì)總結(jié)綜上所訴，能夠設(shè)計(jì)硬件原理圖。該系統(tǒng)由西門子S7系列可編程器控制，主機(jī)采用固定結(jié)構(gòu)安裝，通過檢測(cè)傳感器和模擬量擴(kuò)展模塊測(cè)量指引燈的光照強(qiáng)度，反饋其清潔程度，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制，利用電磁水槍噴洗和電動(dòng)刷擦拭實(shí)現(xiàn)清洗，污水采用回收方式替代露天，通過熱風(fēng)扇進(jìn)行烘干處理。另外，還加入觸摸屏，建立人機(jī)對(duì)話界面。具體如圖3.6所示：圖3.6 系統(tǒng)硬件原理圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)邏輯圖4.1 軟件整體邏輯圖系統(tǒng)控制采用雙檔位控制模式，分為自動(dòng)擋和手動(dòng)擋兩種方式，軟件整體邏輯圖如圖4.1所示，主要反映兩種控制的切換和設(shè)定邏輯。手動(dòng)控制邏輯較為簡(jiǎn)單，在這

26、里不做重點(diǎn)講解，自動(dòng)控制流程較為復(fù)雜，其中包括參數(shù)設(shè)定、信息采集、信息處理、分析判斷、洗刷控制、烘干控制等環(huán)節(jié)，軟件邏輯圖如圖4.2所示，反映了自動(dòng)操作的自主工作順序。圖4.2 自動(dòng)控制軟件邏輯圖4.2 系統(tǒng)控制分析系統(tǒng)控制流程制定如下：（1）將跑道燈置于裝置之中，啟動(dòng)裝置，系統(tǒng)初始化載入。（2）設(shè)定自動(dòng)擋/手動(dòng)擋的工作檔位。（3）設(shè)定自動(dòng)擋噴水、洗刷、烘干、光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的具體參數(shù),為自動(dòng)化控制提供控制和標(biāo)準(zhǔn)要求。（4）工作檔位為手動(dòng)擋：通過功能開關(guān)，分別對(duì)電磁水槍、電動(dòng)毛刷、烘干風(fēng)扇工作進(jìn)行開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)自主清洗，按實(shí)際需要對(duì)跑道指引燈進(jìn)行清洗工作。（5）工作檔位為自動(dòng)擋：亮度檢測(cè)器實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢

27、測(cè)結(jié)果通過模擬擴(kuò)展模塊傳進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，處理結(jié)果送至主機(jī)，主機(jī)根據(jù)光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定進(jìn)行分析判斷。如果不達(dá)標(biāo)，電磁水槍噴水和電動(dòng)刷子洗刷循環(huán)工作，達(dá)到指定亮度之后，清洗循環(huán)結(jié)束并進(jìn)行烘干處理。如果達(dá)標(biāo)，2秒后再次進(jìn)行達(dá)標(biāo)檢測(cè)。4.3輸入/輸出、變量分配根據(jù)上述流程，能夠確定輸入以及輸出的數(shù)量及其關(guān)系，并分配變量需要的地址，為軟件編譯提供邏輯基礎(chǔ)，表4.1為輸入輸出指示表，表4.2為變量存儲(chǔ)地址分配表：表4.1 輸入輸出指示表M1.1/I0.0總啟停開關(guān)Q0.0水槍電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)M1.0/I0.1自動(dòng)擋/手動(dòng)擋 切換Q0.1電刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)M1.2/I0.2水槍電磁閥開關(guān)Q0.3烘干風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)信號(hào)M

28、1.3/I0.3電刷電機(jī)開關(guān)M1.4/I0.4烘干風(fēng)扇開關(guān)表4.2 變量存儲(chǔ)地址分配表VW10噴水定時(shí)初值A(chǔ)IW0模擬模塊信號(hào)值VW20洗刷定時(shí)初值VW0光強(qiáng)實(shí)測(cè)值VW30烘干定時(shí)初值VW100光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值4.4重要程序說明光強(qiáng)數(shù)據(jù)采集程序如圖4.3所示，光強(qiáng)送變器的輸出連接在EM231的第一路輸入，第一路默認(rèn)變量為AIW0 ，VW0為PLC內(nèi)部變量。SM0.0為常閉觸點(diǎn)，其控制光強(qiáng)數(shù)字量AIW0傳輸給VW0。VW0顯示實(shí)測(cè)光強(qiáng)數(shù)值。圖4.3 光強(qiáng)數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)分析處理程序如圖4.4所示，實(shí)測(cè)光強(qiáng)數(shù)值存儲(chǔ)在變量VW0，標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)數(shù)值存儲(chǔ)在變量VW100，對(duì)兩個(gè)變量進(jìn)行比較，實(shí)測(cè)值大于等于標(biāo)準(zhǔn)值，

29、說明燈光強(qiáng)符合標(biāo)準(zhǔn)，若實(shí)測(cè)值小于標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)入待機(jī)響應(yīng)M0.1，說明燈光強(qiáng)不代表，進(jìn)入清洗響應(yīng)M0.0。圖4.4 數(shù)據(jù)分處理析程序延時(shí)判斷程序如圖4.5所示，M2.0=1時(shí)，系統(tǒng)處于自動(dòng)工作狀態(tài)，T39對(duì)清洗響應(yīng)進(jìn)行延時(shí)判斷，T40對(duì)待機(jī)響應(yīng)進(jìn)行延時(shí)判斷，M0.2=0為烘干處理的屏蔽信號(hào)。圖4.5 延時(shí)判斷程序自動(dòng)清洗程序如圖4.6所示，進(jìn)入清洗響應(yīng)后，T41和T42循環(huán)計(jì)時(shí)控噴水和刷洗循環(huán)工作。產(chǎn)生的控制信號(hào)如圖4.7所示。圖4.6 自動(dòng)清洗程序圖4.7 控制信號(hào)時(shí)序圖自動(dòng)烘干程序如圖4.5所示，M2.0=1時(shí)，系統(tǒng)處于自動(dòng)工作狀態(tài)，若監(jiān)測(cè)到清洗響應(yīng)結(jié)束的下降沿，對(duì)烘干響應(yīng)M0.2進(jìn)行置位，烘

30、干時(shí)間由定時(shí)器T43控制，定時(shí)器T43的計(jì)量長(zhǎng)短由PLC內(nèi)部變量VW30決定。圖4.8自動(dòng)烘干程序4.5軟件整體設(shè)計(jì)軟件整體設(shè)計(jì)如下所述，首先通過編程軟件Micro WIN STEP 7對(duì)S7-200西門子編程器進(jìn)行編譯，然后通過漢譯的仿真插件對(duì)PLC程序仿真驗(yàn)證，最后利用編程軟件WinCC flexible 2008完成交互平臺(tái)的組態(tài)設(shè)計(jì)19。5 整體調(diào)試5.1硬件測(cè)驗(yàn)5.1.1 光強(qiáng)變送器調(diào)試將光強(qiáng)送變器和模擬擴(kuò)展模塊EM231與PLC連接在一起，通過設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單顯示的觸摸屏界面，對(duì)光強(qiáng)的數(shù)字量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過收集的數(shù)據(jù)，判斷實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)數(shù)字量為4751。5.1.2電磁水箱調(diào)試將電磁水閥與

31、繼電器連接好，通過PLC輸出高電平給繼電器控制線路，驅(qū)動(dòng)線路閉合，電磁閥打開，允許水流過；輸出低電平給繼電器，驅(qū)動(dòng)線路斷開，電磁閥關(guān)閉，水不能流出水箱。5.1.3電動(dòng)刷子調(diào)試將刷子、直流電機(jī)與繼電器連接好，通過PLC輸出高電平給繼電器控制線路，驅(qū)動(dòng)線路閉合，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)刷子；輸出低電平給繼電器控制電路，電機(jī)不再運(yùn)行。5.1.4烘干風(fēng)扇調(diào)試烘干風(fēng)扇選用功率為500W,經(jīng)測(cè)試5秒鐘可完成烘干，故系統(tǒng)烘干定時(shí)初始化設(shè)置為5秒鐘。5.2軟件調(diào)試模擬測(cè)試界面如圖5.1所示。附錄中有PLC編譯程序，仿真器參數(shù)設(shè)定后將代碼下載，可以進(jìn)行在線調(diào)試，輸出以及輸入能夠通過模擬界面指示燈觀測(cè)，控制輸入信號(hào)，可實(shí)時(shí)

32、監(jiān)測(cè)工作運(yùn)行情況，即對(duì)應(yīng)實(shí)際控制的工作狀態(tài)，還可以通過監(jiān)視界面的設(shè)置來查看內(nèi)部變量的數(shù)值變化，利用這個(gè)方式可以完成程序功能的檢驗(yàn)。圖5.1 模擬測(cè)試界面5.3綜合調(diào)試完成以上的軟件和硬件測(cè)試， PLC項(xiàng)目下載到CPU，將組態(tài)界面下載到觸摸屏中，用電纜連接PLC和觸摸屏，配置相同參數(shù)進(jìn)行通訊連接。PLC和觸摸屏完成通訊連接后，搭建外設(shè)硬件完成綜合測(cè)試20。系統(tǒng)控制模式分為自動(dòng)擋和手動(dòng)擋，當(dāng)工作在手動(dòng)擋時(shí)，組態(tài)界面的控制按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開關(guān)控制，而處在自動(dòng)檔時(shí)，系統(tǒng)裝置為自動(dòng)化操作。觸摸屏的主界面設(shè)計(jì)如圖5.2所示，觸摸屏控制界面設(shè)計(jì)如圖5.3所示，圖5.4反映觸摸屏按鍵的仿真情況。圖5.2 觸摸屏

33、主界面圖5.3 觸摸屏控制界面圖5.4仿真變量模擬參數(shù)總結(jié)文章完成了跑道指引燈自動(dòng)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，整套裝置采用自動(dòng)檔和手動(dòng)檔兩種操作模式，操作平臺(tái)使用觸摸屏。本次設(shè)計(jì)完成了基本功能，可以人為控制系統(tǒng)工作，也可以根據(jù)用戶自主設(shè)置控制系統(tǒng)自主工作。人機(jī)交互的界面設(shè)計(jì)讓整體更直接，讓操作更簡(jiǎn)潔。經(jīng)過系統(tǒng)操作，清洗效果可控制在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)的±10%，跑道指引燈的清洗流程可以根據(jù)用戶實(shí)際需要實(shí)時(shí)設(shè)置調(diào)整。參考文獻(xiàn)1 沈恒德.助航燈光用恒流調(diào)光器.航空工程與維修，1999. Shen Hengde. Air - Engineering and maintenance, 1999.2 孫良欣.中國(guó)清洗

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