基于PLC的自助洗車機(jī)設(shè)計(jì)

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(gè)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(duì)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(duì)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(jì)方案。并主要進(jìn)行了自助洗車機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 針對(duì)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(duì)自助洗車機(jī)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬 件設(shè)計(jì)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(duì) 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(dòng)和控制要求。關(guān)鍵詞

2、：可編程控制器；自助洗車機(jī)；控制目錄1緒論12系統(tǒng)的硬件配置11.1 1 PLC 簡介11.2 PLC的分類21.3 編程元件地址分配23.自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想33.1 自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)分析43.2 自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)流程圖43.3 軟件設(shè)計(jì)94調(diào)試過程206課設(shè)總結(jié)23參考文獻(xiàn)231緒論當(dāng)今的社會(huì)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(duì)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(dòng)控制， 全自動(dòng)完成對(duì)車輛的刷洗和風(fēng)干。龍門往復(fù)式洗一輛車僅耗時(shí) 1. 5min4min,隧道式滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)每輛車僅耗時(shí)1.5mi

3、n左右，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(duì)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(gè)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(dòng)力、降低勞動(dòng)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(shí)，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

4、次的總體設(shè)計(jì)選用西門子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(jì)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(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、 順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的 原則而設(shè)計(jì)?！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(jì)、建造工作 量小，維護(hù)方便，容易改

5、造；體積小，重量輕，能耗低等特點(diǎn)。廣泛應(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(gè)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(gè)流派是美國產(chǎn)品，一 個(gè)流派是歐洲產(chǎn)品，一個(gè)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(duì)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(tái)及其性能指標(biāo)，最后決定采用西門子PLCS7-200 系列

6、。以下為西門子PLC系列產(chǎn)品簡介:西門子PLC主要產(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(gè) I/O點(diǎn)；S5-U5U是中型PLC,最多可配置到1024個(gè)I/O點(diǎn)；S5-U5UH 是中型機(jī)，它是由兩臺(tái)SS 115U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(gè)I/O點(diǎn)，模擬量可達(dá)300多路；SS-155H是大 型機(jī)，它是由兩臺(tái)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(jià)格比高,其中S7-200 系列屬于微型PLC、S

7、7-300系列屬于中小型PLC、S7-400系列屬于中高性能的大型PLCo2. 3編程元件地址分配根據(jù)要求，本次課程設(shè)計(jì)投幣100元自助洗車機(jī)。有3個(gè)投幣孔， 分別為5元、10元及50元3種，當(dāng)投幣合計(jì)100元時(shí)，按啟動(dòng)開關(guān)洗車 機(jī)開始動(dòng)作，啟動(dòng)燈亮起。洗車機(jī)動(dòng)作流程：1）按下啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)作，清潔劑設(shè)備開始動(dòng)作一一噴灑清潔劑。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

8、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(dòng)作，將車洗干凈，當(dāng) 碰到右極限開關(guān)時(shí)，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(dòng)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(dòng)作將車吹干，碰

9、到右極限開關(guān)時(shí)， 洗車機(jī)停止并往左移，風(fēng)扇繼續(xù)吹干動(dòng)作，直到碰到左極限開關(guān)，則洗 車整個(gè)流程完成，啟動(dòng)燈熄滅。表1 I/O分配表輸入信號(hào)信號(hào)元件及作用10. 0左極限開關(guān)10.1 投幣5元按鈕10.2 投幣10元按鈕10.3 投幣50元按鈕10. 4啟動(dòng)開關(guān)10. 5投錢復(fù)位按鈕10.610. 7Q0. 0QO. 1QO. 2QO. 3QO. 4QO. 5QO. 6右極限開關(guān)復(fù)位按鈕右移左移噴水刷子洗刷噴灑清潔劑風(fēng)扇吹干復(fù)位燈3.自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想3.1 自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)分析洗車機(jī)的主運(yùn)動(dòng)是左右循環(huán)運(yùn)動(dòng)由左右行程開關(guān)控制，同時(shí)不同循 環(huán)次序伴隨不同的其它動(dòng)作，如噴水、刷洗、噴灑清潔劑及風(fēng)

10、扇吹干動(dòng) 作等。系統(tǒng)還采用了復(fù)位設(shè)計(jì)，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(dòng)對(duì)其進(jìn)行復(fù)位，到位時(shí)復(fù)位燈亮，此 時(shí)才可以啟動(dòng)，否則啟動(dòng)無效，洗車機(jī)經(jīng)啟動(dòng)后可自動(dòng)完成洗車動(dòng)作后 自行停止，也可在需要時(shí)手動(dòng)停止。洗車機(jī)第一次右移時(shí)有噴水及刷洗動(dòng)作，到達(dá)右極限使右極限開關(guān) 動(dòng)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(shí)，噴水停止、刷子動(dòng)作及清潔劑開始噴灑，直到右 極限行程開關(guān)動(dòng)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(dòng) 作。洗車機(jī)第三次右移時(shí)，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

11、移及刷子刷洗由接 通延時(shí)計(jì)時(shí)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(dòng)作電路斷開，刷子停止工作。此時(shí)洗車機(jī)左移，進(jìn)行 和上次右移時(shí)同樣的動(dòng)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(dòng)作，直到碰到右極限開關(guān)。洗車左移同時(shí)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(dòng)作，直到碰到右極限開關(guān)，洗車機(jī)左移風(fēng)扇繼續(xù)動(dòng)作。洗車機(jī)左移 直到碰到左極限開關(guān)，控制整個(gè)設(shè)備停止，洗車機(jī)完成洗車。3.2 自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)流程圖Y后動(dòng)復(fù)位燈亮YDD3. 3軟件設(shè)計(jì) 第一部分：投幣程序（網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)6）網(wǎng)賽1 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題10.5M10.0(&

12、lt;16網(wǎng)絡(luò)6IADDJCMrhinIMW6-C.NINIC.IMUOUTA-MWWMW10-IN2P網(wǎng)路6MW101>=410010.7M2.3Q0.1將MW10中的總錢數(shù)與100元比較，大于100元，按啟動(dòng)開關(guān)，啟動(dòng)燈亮第二部分：洗車程序（網(wǎng)絡(luò)7網(wǎng)絡(luò)40）網(wǎng)絡(luò)7 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題|網(wǎng)絡(luò)注釋 一MO.O( S )1Q0.11網(wǎng)絡(luò)10I0.6M0.1MO. 2s ) rM0.1R )1網(wǎng)絡(luò)10M0.210.0二MO. 3s )1MO. 2R )1網(wǎng)絡(luò)19T40INTONPT100 m550-M1.0網(wǎng)絡(luò)20同給23網(wǎng)結(jié)24M1.3 11T42J 1 hiTE11 150-1 IN1 UINPT

13、100 ms25網(wǎng)絡(luò)30T44M1.£丁(；)M1.51( R)1網(wǎng)絡(luò)30M1.6IO.OM1.7II(:)M1.6Jr)1網(wǎng)絡(luò)36M2.0網(wǎng)絡(luò)38Q0.1M0.1Q0.3< )復(fù)位程序（網(wǎng)絡(luò)4廣網(wǎng)絡(luò)43）4調(diào)試過程為了準(zhǔn)確發(fā)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(duì)各單元模塊的硬件電路調(diào)試，檢驗(yàn)其是 否符合設(shè)計(jì)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(dòng)電路的調(diào)試、電源部分的調(diào)試幾部分。為保證整個(gè)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(dòng)電路的調(diào)試，這一

14、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(duì)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)控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試過程，檢驗(yàn) 其是否符合設(shè)計(jì)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(shí)程序是否能得到信號(hào)，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(gè)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

15、，就可以整機(jī)調(diào)試，整機(jī)調(diào)試也就 是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)電梯的運(yùn)行更加安全 穩(wěn)定，須配合變頻器對(duì)自動(dòng)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(dòng)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(shí)，可 以通過變頻調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得電動(dòng)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(dòng)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0另外，變頻器可以改變電動(dòng)機(jī)的無功損耗，改善啟動(dòng)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(duì)節(jié)能也是存 在一定

16、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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)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(dòng)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一直一交方式（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(dòng)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(gè)部分組成。整流部分為三相橋式 不可控整流器，逆

17、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(chǔ)能和緩沖無功功率。2、變頻器的控制方式非智能控制方式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(shí)，又要保證電動(dòng)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/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(shí)，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(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到 的轉(zhuǎn)矩來調(diào)

18、節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對(duì)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(shí)還加有電流反 饋，對(duì)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(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)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(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位，以達(dá) 到對(duì)電動(dòng)機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以 及零矢量的作用時(shí)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

19、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?；谵D(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(duì)電動(dòng)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(dòng)。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(dòng)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(duì) 勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，然后通過控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓、 電流辨識(shí)轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩

20、電流的目的。這種控制方式調(diào) 速范圍寬，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便，但計(jì)算比較復(fù)雜，一般 需要專門的處理器來進(jìn)行計(jì)算，因此，實(shí)時(shí)性不是太理想，控制精度受 到計(jì)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(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)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(jì)算，系統(tǒng)直 觀、簡潔，計(jì)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(duì)某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)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(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策 略，以實(shí)現(xiàn)一定