（精選）基于PLC的自助洗車機設計

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)展機遇，自助洗車機作為洗車工作必不可少的設備，其清洗效果，清洗速度，清洗成本以及對節(jié)水和環(huán)境保護的要求，成為其開發(fā)和生產必須要考慮的內容。本文主要通過對自助洗車機功能要求和運行分析，確定了自助洗車機的總體設計方案。并主要進行了自助洗車機的驅動和控制系統的設計，針對自助洗車機的特點，采用自助投幣，噴水，洗刷，噴灑清洗劑和風干等過程，應用了可編程控制技術對自助洗車機PLC控制系統進行了硬件設計和軟件編程。PLC采用梯形圖編程語言，并應用了組態(tài)王軟件，對其運行過程實行監(jiān)控，最終達到了實現自助洗車機的傳動和控制要求。關鍵詞：可編程控制器

2、；自助洗車機； 控制目 錄1 緒論12 系統的硬件配置12.1 PLC簡介12.2 PLC的分類22.3 編程元件地址分配23.自動洗車控制系統設計思想3 3.1自動洗車控制系統分析4 3.2 自動洗車控制系統流程圖4 3.3軟件設計94 調試過程206 課設總結23參考文獻231 緒論當今的社會汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，汽車維修保養(yǎng)行業(yè)競爭更是愈演愈烈，洗車機由此得以廣泛應用。自助洗車機分為龍門往復式和隧道式兩種機型，通過對毛刷，水泵，機體行走機構和風機等部件的驅動控制，全自動完成對車輛的刷洗和風干。龍門往復式洗一輛車僅耗時1.5min4min，隧道式滿負荷運行時每輛車僅耗時1.5min左右，避免了

3、手工洗車用水的隨意性。洗車機配備專用的水處理設備后，可對洗車污水進行回收凈化循環(huán)利用，可以節(jié)約水資源，是一個很有發(fā)展前景的符合現代化建設需要的機電一體化產品。PLC可靠性高，編程簡單且易維護，用作自助洗車機控制系統的核心，更能體現它的這些完美品質。以下是自助洗車機的優(yōu)點：（1）使用自助洗車機效率高，能大大減少勞動力、降低勞動強度，節(jié)省成本。 （2）一般使用新科技研發(fā)的自助洗車機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濟收入。 （3）自助洗車機完全可以采用循環(huán)水設備，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。本次的總體設計選用西

4、門子PLC控制，洗車機洗車過程中自助投幣，噴水，洗刷，噴灑清洗劑和風干等過程的全面監(jiān)控。2.1 PLC簡介 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。”具有可靠性高，抗干擾能力強；配套齊全，功能完善，適用性強；易學易用，深受工程技術人員歡迎；系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造； 體積小，重量輕，能耗低等特點

5、。廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。2.2 PLC的分類世界上PLC產品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產品，一個流派是歐洲產品，一個流派是日本產品。美國和歐洲的PLC技術是在相互隔離情況下獨立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲的PLC產品有明顯的差異性。而日本的PLC技術是由美國引進的，對美國的PLC產品有一定的繼承性，但日本的主推產品定位在小型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。 本次課設綜合實驗臺及其性能指標，最后決定采用西門子PLC S7-200系列。以下為西門子PLC系列產品簡介：西門子PLC

6、主要產品是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；S5-115U是中型PLC，最多可配置到1024個I/O點；S5-115UH是中型機，它是由兩臺SS115U組成的雙機冗余系統； S5-155U為大型機，最多可配置到4096個I/O點，模擬量可達300多路；SS155H是大型機，它是由兩臺S5-155U組成的雙機冗余系統。而S7系列是西門子公司在S5系列PLC基礎上近年推出的新產品，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

7、的大型PLC。 2.3 編程元件地址分配根據要求，本次課程設計投幣100元自助洗車機。有3個投幣孔，分別為5元、10元及50元3種，當投幣合計100元時，按啟動開關洗車機開始動作，啟動燈亮起。洗車機動作流程：1） 按下啟動開關之后，洗車機開始往右移，噴水設備開始噴水，刷子開始洗刷。2） 洗車機右移到達右極限開關后，開始往左移，噴水機及刷子繼續(xù)動作。3） 洗車機左移到達左極限開關后，開始往右移，噴水機及刷子停止動作，清潔劑設備開始動作噴灑清潔劑。4） 洗車機右移到達右極限開關后，開始往左移，繼續(xù)噴灑清潔劑。5） 洗車機左移到達左極限開關后，開始往右移，清潔劑停止噴灑，當洗車機往朽移3s后停止，刷

8、子開始洗刷。6） 刷子洗刷5s后停止，洗車機繼續(xù)往右移，右移3s后，洗車機停止，刷子又開始洗刷5s后停止，洗車機繼續(xù)往右移，到達右極限開關停止，然后往左移。7） 洗車機往左移3s后停止，刷子開始洗刷5s后停止，洗車機繼續(xù)往左移3 s后停止，刷子開始洗刷5s后停止，洗車機繼續(xù)往左移，直到碰到左極限開關后停止，然后往右移。8） 洗車機開始往右移，并噴灑清水與洗刷動作，將車洗干凈，當碰到右極限開關時，洗車機停止前進并往左移，噴灑清水及刷子洗刷繼續(xù)動作，直到碰到左極限開關后停止，并開始往右移。9） 洗車機往右移，風扇設備動作將車吹干，碰到右極限開關時，洗車機停止并往左移，風扇繼續(xù)吹干動作，直到碰到左極

9、限開關，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I0.5投錢復位按鈕I0.6右極限開關I0.7復位按鈕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風扇吹干Q0.6復位燈3. 自動洗車控制系統設計思想3.1自動洗車控制系統分析洗車機的主運動是左右循環(huán)運動由左右行程開關控制，同時不同循環(huán)次序伴隨不同的其它動作，如噴水、刷洗、噴灑清潔劑及風扇吹干動作等。系統還采用了復位設計，如在洗車過程中由其它原因使洗車停止在非原點的其它位置，則需要手動

10、對其進行復位，到位時復位燈亮，此時才可以啟動，否則啟動無效，洗車機經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。洗車機第一次右移時有噴水及刷洗動作，到達右極限使右極限開關動作從而控制洗車機左移，而噴水及刷洗繼續(xù)，直到碰到左極限開關。洗車機第二次右移時，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動作，洗車機左移清潔劑繼續(xù)噴灑，直到使左極限開關動作。洗車機第三次右移時，洗車機右移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，其中，洗車機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后通過互鎖使刷子動作電路斷開，刷子停止

11、工作。此時洗車機左移，進行和上次右移時同樣的動作，直到碰到左極限行程開關。洗車機第四次右移，噴灑清水及刷子動作，直到碰到右極限開關。洗車左移同時噴水刷洗繼續(xù)直到噴到左極限開關噴水刷洗停止。洗車機第五次右移，風扇開始動作，直到碰到右極限開關，洗車機左移風扇繼續(xù)動作。洗車機左移直到碰到左極限開關，控制整個設備停止，洗車機完成洗車。3.2自動洗車控制系統流程圖 開始在原點?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)復位到位復位燈亮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？

12、YY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，風扇工作DNYNYNYNYCD右極限？洗車左移，風扇繼續(xù)工作左極限？整個流程結束，啟動燈滅結束NYNY3.3軟件設計第一部分：投幣程序（網絡1網絡6）將MW10中的總錢數與100元比較，大于100元，按啟動開關，啟動燈亮第二部分：洗車程序（網絡7網絡40）復位程序（網絡41網絡43）4 調試過程

13、60;為了準確發(fā)現系統存在的問題，需要進行系統調試，調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）硬件調試系統的硬件安裝過程及針對各單元模塊的硬件電路調試，檢驗其是否符合設計初衷，能否達到相應指標。硬件調試主要包括按鍵電路的調試、驅動電路的調試、電源部分的調試幾部分。為保證整個系統能夠正常工作，首先要保證電源系統正常工作。 其次是驅動電路的調試，這一部分調試主要是I/O口的檢查。調試的關鍵在于確定數碼管電路連接是否正確。再次是按鍵電路的調試，這一部分主要是按鈕是否對應好，接線是否正常，特別是相關復位按鈕。最后是洗車部分的調試，這一部分占了設備的絕大部分。（二）軟件調試 

14、 本部分主要介紹了自助洗車機控制系統的軟件調試過程，檢驗其是否符合設計初衷，能否達到相應的指標。 首先是投幣子程序的調試，這一部分的調試的關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等。最后是主程序的調試，通過假定輸入一定的初值看看程序運行是否正常。（三） 整機調試   整個系統調試順序按照先硬件后軟件，先局部后全部的順序調試，當軟件與硬件都調試無誤之后，就可以整機調試，整機調試也就是整個系統設計的功能測試。第四章 變頻器部分為了控制交流電梯，提高電能利用率，使自動電梯的運行更加安全穩(wěn)定，須配合變頻器對自動電梯進行控

15、制。變頻器是通過輕負載降壓實現節(jié)能的，安裝變頻器的電動機所帶的機械負載，如風機、水泵并不是經常工作在滿載情況下，當系統要求機械負載不在額定負載運行時，可以通過變頻調節(jié)電動機的轉速，使得電動機輸出的功率能滿足系統的要求，而不必通過風機的動葉、水泵出口的調節(jié)門的節(jié)流進行調節(jié)，降低了系統的節(jié)流損失。另外，變頻器可以改變電動機的無功損耗，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體器件的通斷作用將工頻電源變換

16、為另一頻率的電能控制裝置。主電路是給異步電動機提供調壓調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換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。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矩-速度特性，基于在改變

17、電源頻率進行的同時，又要保證電動機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控制變頻器結構非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉矩補償，以改變低頻轉矩特性。2 轉差頻率控制轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉速對應的電源頻率，并根據希望得到的轉矩來調節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制系統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

18、加減速和負載變動有良好的響應特性。 3矢量控制矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。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，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數最少的PWM波以減少開關損耗。目前在變頻器中實際應用的矢量控制方式主要有基于轉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。基于轉差頻率的矢量控制方式與轉差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉差頻率的矢量控制還要經過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿

19、足一定的條件，以消除轉矩電流過渡過程中的波動。因此，基于轉差頻率的矢量控制方式比轉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，需要在電動機上安裝速度傳感器，因此，應用范圍受到限制。無速度傳感器矢量控制是通過坐標變換處理分別對勵磁電流和轉矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速以達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方式調速范圍寬，啟動轉矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復雜，一般需要專門的處理器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。 4 直接轉矩控制 直接轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統直觀、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%的額定轉矩。 5 最優(yōu)控制 最優(yōu)控制在實際中的應用根據要求的不同而有所不同，可以根據最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進行個別參數的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現一定條件下的電壓最優(yōu)波形。6 其他非智能控制方式實際應