基于PLC控制的自動(dòng)洗車(chē)機(jī)設(shè)計(jì)

摘要隨著當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展，人均GDP逐漸升高，人民越來(lái)越追求高品質(zhì)的生活方式，汽車(chē)對(duì)于家庭來(lái)說(shuō)越來(lái)越普遍了，但是人們享受生活的同時(shí)沒(méi)有足夠的時(shí)間去清理自己的愛(ài)車(chē)，所以傳統(tǒng)洗車(chē)行業(yè)迎來(lái)了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)洗車(chē)存在著洗車(chē)時(shí)間長(zhǎng)、耗水量大、需諸多人工等缺點(diǎn)。因此研究自動(dòng)洗車(chē)機(jī)對(duì)于節(jié)約車(chē)主時(shí)間、節(jié)約水資源、節(jié)約人力等具有重要意義。本文利用PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一臺(tái)自動(dòng)洗車(chē)設(shè)備。通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，確定了設(shè)備的工作方式為往復(fù)式。對(duì)于設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)，依據(jù)市場(chǎng)調(diào)研以及客戶(hù)的需要，確定了自動(dòng)洗車(chē)設(shè)備的原始參數(shù)以及主要部件的選型。在控制部分，根據(jù)自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的控制要求和控制分析確定了選用S7-200CPUSR60作為控制核心，列出了輸入輸出表。最后，根據(jù)洗車(chē)機(jī)的工作流程，進(jìn)行了程序的編寫(xiě)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)洗車(chē)機(jī)；電動(dòng)機(jī)；PLC控制；模擬量控制

目錄TOC\o"1-2"\h\u22826一、引言 一、引言（一）課題的研究背景和意義隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量都得到了很大的提高，汽車(chē)更是取代了80年代的自行車(chē)潮。與此同時(shí)，洗車(chē)成為人民社會(huì)生活中必不可少的部分[1]，然而現(xiàn)在更多的用戶(hù)更青睞于全自動(dòng)的洗車(chē)方式，這種清洗方式大大降低了人工的工時(shí)，它是用到計(jì)算機(jī)控制相關(guān)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)洗車(chē)流程的，主要有噴水清洗，打蠟和吹干等流程。這種洗車(chē)方式的成本不大，而且工作時(shí)的清洗效率比較高，但是在我們國(guó)家很多洗車(chē)行還是在用人工來(lái)洗車(chē)。人工操作的效率太低，而且消耗的時(shí)間過(guò)于長(zhǎng)，逐漸將會(huì)被淘汰[2]。由于傳統(tǒng)的人工洗車(chē)方式具有很多弊端，并且現(xiàn)在也很難適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，所以研發(fā)一款可以代替人工，并且清洗效率高，整潔度好的全自動(dòng)洗車(chē)機(jī)具有很大的市場(chǎng)前景。本課題利用PLC控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)洗車(chē)操作的。通過(guò)理論分析對(duì)設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)和相關(guān)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使自動(dòng)洗車(chē)機(jī)在社會(huì)中得到運(yùn)用，促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。（二）自動(dòng)洗車(chē)機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析1、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀由于之前我們國(guó)家人民的生活水平不高，很少有家庭里有汽車(chē)，洗車(chē)行業(yè)是在最近十年才開(kāi)始興起的。洗車(chē)行業(yè)這個(gè)不算什么高的技術(shù)活，很多百姓都可以開(kāi)一家店面，而且對(duì)于勞動(dòng)者來(lái)說(shuō)上手很快。由于這個(gè)行業(yè)沒(méi)有什么相關(guān)部門(mén)重點(diǎn)扶持，所以有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也不是很完善，有很多小的洗車(chē)行達(dá)不到環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。而一些具有時(shí)代特色的全智能洗車(chē)設(shè)備在我們國(guó)家應(yīng)用和推廣的不是很多。桂林理工大學(xué)的陳韋松和謝永智等人，他們?cè)谥把芯苛肆⑹降南窜?chē)設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)和有關(guān)的工作機(jī)理。這種智能的洗車(chē)機(jī)設(shè)備主要由支架、減速器、氣壓控制和清洗時(shí)的關(guān)鍵零件毛刷組合而成。清洗車(chē)身的裙刷和立刷的運(yùn)動(dòng)主要是通過(guò)PLC控制氣壓缸的伸長(zhǎng)和壓縮實(shí)現(xiàn)的。與毛刷相配合的一些流程動(dòng)作也是利用可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)備讓裙刷在車(chē)身進(jìn)行前后的運(yùn)動(dòng)來(lái)清洗淤泥，然后回來(lái)的時(shí)候風(fēng)機(jī)就開(kāi)始工作，進(jìn)行吹干，清洗效果比較出色。車(chē)門(mén)窗位置的清理工作主要是立刷起到了作用，立刷之間的位置通過(guò)結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)軌來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣可以適合一些比較復(fù)雜的車(chē)型。而橫刷是清洗車(chē)頂?shù)挠行Р考菽薏粌H可以貼合車(chē)頂，允許的變形程度也大，并且不會(huì)把雨刷卷入毛刷中[3]。合肥工業(yè)大學(xué)的王昊在2018年對(duì)無(wú)接觸式自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，通過(guò)PLC和國(guó)產(chǎn)的伺服系統(tǒng)以及相關(guān)的傳感器進(jìn)行了洗車(chē)設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此洗車(chē)機(jī)通過(guò)超聲波定位，采用陶瓷柱塞水泵對(duì)車(chē)身進(jìn)行清洗，二連桿機(jī)械臂式的設(shè)計(jì)，通過(guò)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，控制精準(zhǔn)，速度快，效率高，占地面積小，并且噴嘴的設(shè)計(jì)，使得耗水量大大減少，符合現(xiàn)代社會(huì)綠色環(huán)保的理念[4]。2、國(guó)外研究現(xiàn)狀汽車(chē)最初起源于歐洲的一些國(guó)家，當(dāng)時(shí)洗車(chē)設(shè)備的發(fā)展也是從那邊先開(kāi)始的。日本看到了洗車(chē)行業(yè)存在的巨大市場(chǎng)，所以他們?cè)谶@個(gè)行業(yè)內(nèi)發(fā)展很迅速，這也是因?yàn)樗麄冊(cè)谄?chē)工業(yè)方面的技術(shù)也比較成熟。有這樣一種說(shuō)法，全球的洗車(chē)行業(yè)受到了日本的啟發(fā)，所以都在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的普及。國(guó)外汽車(chē)行業(yè)經(jīng)過(guò)百年的發(fā)展，科學(xué)洗車(chē)、環(huán)保洗車(chē)的理念已深入人心[5]?，F(xiàn)階段外國(guó)主流的洗車(chē)方式主要有智能洗車(chē)，整齊洗車(chē)還有就是不需要水來(lái)洗車(chē)，而智能洗車(chē)應(yīng)用的最多[6]。日本MK精工株式會(huì)社，他們?cè)O(shè)計(jì)了一臺(tái)新型洗車(chē)設(shè)備，這個(gè)設(shè)備是利用光學(xué)原理來(lái)感知車(chē)子的外形輪廓，而且還有障礙物識(shí)別功能，遇見(jiàn)障礙物就會(huì)自動(dòng)抬起，可以避免損壞車(chē)體，獨(dú)特的設(shè)計(jì)只需要來(lái)回這么移動(dòng)一個(gè)周期就可以完成清洗干燥工作。有著能夠兼顧安全問(wèn)題和高清潔度的視覺(jué)感知系統(tǒng)。德國(guó)德加福公司設(shè)計(jì)了隧道式自動(dòng)洗車(chē)設(shè)備，這臺(tái)清洗設(shè)備的部件比較多，主要有整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，電路控制系統(tǒng)，吹干系統(tǒng)，清洗裝置以及噴水系統(tǒng)構(gòu)成。這臺(tái)設(shè)備的外表面經(jīng)過(guò)了特殊的處理方式，有著非常出色的耐腐蝕性能。其工作流量為2L/min，高壓管長(zhǎng)度為12m，軌道長(zhǎng)為12m。（三）論文研究的主要內(nèi)容本文所設(shè)計(jì)的龍門(mén)往復(fù)式自動(dòng)洗車(chē)機(jī)是以PLC（可編程控制器）作為控制器件，通過(guò)各種傳感器作為感應(yīng)元件，來(lái)確定各個(gè)刷子與將要清洗的車(chē)輛間的距離，來(lái)確定刷子的下一步動(dòng)作，自動(dòng)洗車(chē)機(jī)在前進(jìn)的過(guò)程中完成一次刷洗汽車(chē)。具體研究?jī)?nèi)容如下：闡述課題背景，對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)和分析；完成自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；完成自動(dòng)洗車(chē)機(jī)設(shè)備控制方面相關(guān)硬件部分的選型；完成自動(dòng)洗車(chē)機(jī)設(shè)備控制方面相關(guān)軟件程序的編寫(xiě)；完成本文的總結(jié)歸納工作，并給出未來(lái)發(fā)展相應(yīng)的展望。一、自動(dòng)洗車(chē)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（二）自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)現(xiàn)如今大部分洗車(chē)店還在采用人工洗車(chē)，但人工洗車(chē)會(huì)造成水資源和人力資源的浪費(fèi)。雖然隧道式洗車(chē)機(jī)可以節(jié)約人力，但是這種洗車(chē)機(jī)是用架子坐在導(dǎo)軌上，利用帶過(guò)使車(chē)子運(yùn)動(dòng)，這樣就需要不停地噴灑水，造成很大的浪費(fèi)，還會(huì)增加設(shè)備用量和加大投資成本，而且會(huì)增加洗車(chē)機(jī)的長(zhǎng)度和寬度，從而增加了占用空間。但是最新設(shè)計(jì)的往復(fù)式清洗設(shè)備主需要汽車(chē)行駛到指定的洗車(chē)區(qū)域，然后通過(guò)洗車(chē)桁架在下面的跑道上往復(fù)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的清洗工作。設(shè)備的這種工作方式可以節(jié)約水資源，從成本方面來(lái)說(shuō)也可以降低一部分的成本，因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程被清洗的汽車(chē)是靜止不動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)的部件只是清洗設(shè)備的相關(guān)部件，這樣一來(lái)就可以做到比較準(zhǔn)確位置的清洗，所以減少了水的使用量。這種裝置的主要結(jié)構(gòu)為龍門(mén)架，還有左右位置以及上面的毛刷。由于該種洗車(chē)機(jī)清洗小型汽車(chē)，結(jié)合當(dāng)前轎車(chē)的外形尺寸，可以確定往復(fù)式洗車(chē)機(jī)的機(jī)器長(zhǎng)為2.2米，寬為3.6米，高為2.9米。（三）自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的設(shè)計(jì)要求1、原始參數(shù)研發(fā)的自動(dòng)洗車(chē)裝置的有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1-1。表1-1自動(dòng)洗車(chē)裝置有關(guān)數(shù)據(jù)適用車(chē)型小型汽車(chē)設(shè)備尺寸，m2.2×3.6×2.9洗車(chē)尺寸，m5.0×2.0×2.0軌道長(zhǎng)度，m9.6清洗方式水洗洗車(chē)能力，輛/小時(shí)20-25輛設(shè)備配置頂刷1支、側(cè)刷2對(duì)2、自動(dòng)洗車(chē)機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡及清洗步驟由于自動(dòng)清洗設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，被清洗的車(chē)輛是不需要移動(dòng)的，所以要求清洗設(shè)備的相關(guān)機(jī)構(gòu)必須保質(zhì)保量的完成自己所負(fù)責(zé)區(qū)域的清洗工作。因?yàn)槠?chē)的外表面并不是規(guī)則的平面，所以不同的清洗機(jī)構(gòu)對(duì)于汽車(chē)表面的運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)也是不同，所以需要對(duì)相關(guān)清洗機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，這樣可以避免一起工作的時(shí)候產(chǎn)生干涉的現(xiàn)象，提高清洗效率。清洗設(shè)備最上面安裝的刷子叫頂刷，它主要用來(lái)洗刷車(chē)輛的上表面的灰塵。這個(gè)刷子的運(yùn)動(dòng)主要由兩部分組成，一部分是沿著自己軸身的旋轉(zhuǎn)工作，另一個(gè)是與車(chē)的上表面做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相關(guān)原理如圖2.1所示。繞第一部分的運(yùn)動(dòng)可以靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，第二部分的運(yùn)動(dòng)需要利用清洗設(shè)備的框架軌道來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。圖1-1清洗設(shè)備的頂刷運(yùn)動(dòng)軌跡原理圖清洗設(shè)備的外圍安裝有側(cè)向清洗刷，它可以對(duì)車(chē)輛的外圍進(jìn)行清洗處理?？紤]到其特殊的工作方式，所以這個(gè)刷子也是需要具有兩部分運(yùn)動(dòng)，第一部分為固定清洗時(shí)自身的轉(zhuǎn)動(dòng)，第二部分是當(dāng)一個(gè)位置清洗完轉(zhuǎn)換到第二個(gè)位置的移動(dòng)，移動(dòng)的路線(xiàn)如圖1-2所示。圖1-2清洗設(shè)備的側(cè)向毛刷移動(dòng)路線(xiàn)圖對(duì)于被清洗車(chē)輛的輪轂和輪轂周?chē)奈恢镁托枰幂^小的側(cè)刷子來(lái)清洗。這個(gè)刷子的運(yùn)動(dòng)也是由兩個(gè)部分組成，一部分是自身的旋轉(zhuǎn)便于清洗固定位置，另一個(gè)就是整體旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)沿著車(chē)輛左右兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具體的運(yùn)動(dòng)軌跡如1-3所示。清洗步驟：首先把車(chē)輛?？吭谥付▍^(qū)域，并拉好手剎；啟動(dòng)清洗設(shè)備，清洗機(jī)開(kāi)始進(jìn)入工作狀態(tài)，向車(chē)身移動(dòng)；清洗設(shè)備的噴水系統(tǒng)啟動(dòng)，噴出高壓水流；清洗設(shè)備的刷子開(kāi)始工作，刷洗車(chē)輛的外表面；在這個(gè)過(guò)程中，所有的刷子都開(kāi)始進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上面的毛刷向下移動(dòng)準(zhǔn)備對(duì)汽車(chē)頂部進(jìn)行仿形刷洗，小側(cè)刷清洗車(chē)輛輪轂和兩側(cè)下部。當(dāng)大側(cè)刷的刷毛有很大一部分接觸到車(chē)的表面了，這時(shí)清洗設(shè)備停止移動(dòng)，隨著大側(cè)刷的清洗，到汽車(chē)的后擋風(fēng)玻璃位置時(shí)，上面的刷子下降，進(jìn)行清洗，這時(shí)洗車(chē)機(jī)暫時(shí)停止行走，大側(cè)刷開(kāi)始清洗車(chē)輛后端。停止刷洗，洗車(chē)機(jī)沿軌道返回圖1-3清洗設(shè)備的小側(cè)刷移動(dòng)路線(xiàn)圖二、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（一）可編程控制器的構(gòu)成PLC屬于一種編程控制系統(tǒng)，它具有特別強(qiáng)大的功能，用戶(hù)可以利用它進(jìn)行定時(shí)和計(jì)數(shù)外還有一些運(yùn)算等操作，它現(xiàn)在被廣泛的使用在廚房電器、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和工業(yè)中[11]。這種控制設(shè)備其實(shí)就是一種應(yīng)用于工業(yè)的計(jì)算機(jī)，只不過(guò)個(gè)頭不是很大，它的使用需要技術(shù)人員編寫(xiě)好程序指令，然后就可以控制相關(guān)設(shè)備運(yùn)行，它由這六個(gè)方面構(gòu)成：CPU[12]存儲(chǔ)器電源輸入/輸出單元接口單元外接設(shè)備（二）控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成在本系統(tǒng)中，往復(fù)式洗車(chē)機(jī)的系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分：控制部分。該部分主要通過(guò)可編程控制器PLC發(fā)布一些指令。驅(qū)動(dòng)部分。該部分主要是根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電機(jī)按照指令進(jìn)行各種動(dòng)作。檢測(cè)部分。該檢測(cè)部分主要是對(duì)一些位置進(jìn)行，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送給可編程控制器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)洗車(chē)機(jī)的操控。（三）自動(dòng)洗車(chē)設(shè)備的控制要求及分析1、自動(dòng)洗車(chē)設(shè)備的相關(guān)要求可以自動(dòng)清洗車(chē)輛的外表面；毛刷與車(chē)輛要有一定的接觸，洗車(chē)設(shè)備才能移動(dòng)；如果洗車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)故障，可以隨時(shí)停止，并且毛刷迅速回位；設(shè)備移動(dòng)過(guò)程中要控制好終點(diǎn)位置，防止脫離軌道，可以在始末位置裝上行程開(kāi)關(guān)。2、自動(dòng)洗車(chē)裝置有關(guān)的控制部分研究設(shè)計(jì)的裝置主要由移動(dòng)機(jī)構(gòu)、三個(gè)清洗機(jī)構(gòu)還有水路流道系統(tǒng)等構(gòu)成。移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是利用兩臺(tái)380v的異步電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的。此機(jī)構(gòu)若想向前移動(dòng)就可以讓電機(jī)正轉(zhuǎn)，機(jī)構(gòu)若想向后移動(dòng)，就可以讓電機(jī)反轉(zhuǎn)。為了避免該結(jié)構(gòu)出軌，需要在機(jī)構(gòu)首尾兩端裝有感測(cè)開(kāi)關(guān)，以便控制機(jī)構(gòu)的。側(cè)面較大的刷子，也需要用兩臺(tái)電機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，毛刷的旋轉(zhuǎn)通過(guò)電機(jī)的啟動(dòng)與停止來(lái)控制，當(dāng)然這個(gè)機(jī)構(gòu)也需要安裝行程開(kāi)關(guān)，這樣可以提高清洗的效率，也可以控制行走小車(chē)行走范圍。最上面的刷子，只需要一臺(tái)電機(jī)來(lái)進(jìn)行控制旋轉(zhuǎn)，而且它的要求不高，不需要正反轉(zhuǎn)，只要是旋轉(zhuǎn)就可以了，這個(gè)就可以通過(guò)電機(jī)的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在與車(chē)身輪廓相近的運(yùn)動(dòng)則通過(guò)裝設(shè)的電流互感器[13]，如果刷子與車(chē)的表面距離太近，那么與毛刷配套的電機(jī)的負(fù)載就會(huì)變大，這會(huì)增加線(xiàn)路上的電流，利用互感器把電流值傳遞到PLC中，然后PLC[19]會(huì)做一個(gè)判斷，如果大于預(yù)設(shè)值，就會(huì)調(diào)整刷子，讓它向上移動(dòng)；移動(dòng)的過(guò)程中，電機(jī)還是運(yùn)轉(zhuǎn)的，這時(shí)就有電流持續(xù)的傳達(dá)到PLC中，通過(guò)相應(yīng)的判斷，最終確定比較合適的位置，然后再對(duì)車(chē)輛進(jìn)行洗刷。側(cè)面較小的刷子，也需要用兩臺(tái)電機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接靠電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。水路流道系統(tǒng)主要是由水泵提供高壓水流，然后通過(guò)相應(yīng)的管道噴出，水泵的工作是靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)。所以說(shuō)，若想要這臺(tái)清洗設(shè)備可以正常運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)都不能出現(xiàn)故障，一旦有一塊出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)清洗系統(tǒng)就會(huì)受到影響，導(dǎo)致無(wú)法工作。（四）控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)從上一節(jié)的相關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析可以知道，清洗設(shè)備的前后移動(dòng)，三種刷子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一些機(jī)構(gòu)的移動(dòng)還有自動(dòng)洗車(chē)裝置的供水都需要采用電力驅(qū)動(dòng)。這種自動(dòng)清洗設(shè)備要求電源為380V的交流電，而且為了完成所有的清洗功能需要11臺(tái)電機(jī)為其工作?？刂魄逑丛O(shè)備行走的電機(jī)要利用KM1、KM3和KM2、KM4控制，他們可以操控清洗設(shè)備的前后移動(dòng)。上面刷子的轉(zhuǎn)動(dòng)由KM5控制，而KM6、KM7控制另一臺(tái)電機(jī)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)方向來(lái)調(diào)整上面刷子的上下移動(dòng)。KM19、KM15則被設(shè)置控制側(cè)面較小刷子的轉(zhuǎn)動(dòng)。KM8、KM9控制側(cè)面較大刷子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，行走小車(chē)的兩臺(tái)電機(jī)分別由KM10、KM11和KM12、KM13控制其正反轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)大側(cè)刷的左右滑動(dòng)。清水水泵電機(jī)由KM16控制其啟動(dòng)與停止。同時(shí)為進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，防止發(fā)生危險(xiǎn)，在每一個(gè)支路電路上加上熱保護(hù)器。（五）控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)的確定和PLC的選型1、控制系統(tǒng)的輸入元件和輸出元件的數(shù)量（1）控制系統(tǒng)輸入元件的個(gè)數(shù)自動(dòng)清洗設(shè)備的開(kāi)始與停止需要兩個(gè)開(kāi)關(guān)。而且為了避免自動(dòng)清洗裝置出現(xiàn)越出預(yù)設(shè)軌道的行為，需要在設(shè)備的前端和后端安裝兩個(gè)可以控制的開(kāi)關(guān)。如果自動(dòng)清洗設(shè)備工作時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，重新啟動(dòng)需要相關(guān)機(jī)構(gòu)歸位，所以要一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)，方便設(shè)備自動(dòng)歸位。側(cè)面較大的刷子要進(jìn)行有關(guān)位置的識(shí)別工作，想中間位置，車(chē)的前后位置，還有自己的初始位置，這就需要四個(gè)行程開(kāi)關(guān)還有兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)。側(cè)面較小的刷子需要識(shí)別自己的初始位置，所以要兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)才行。通過(guò)分析得知，整個(gè)自動(dòng)清洗設(shè)備的輸入開(kāi)關(guān)為十三點(diǎn)。（2）控制系統(tǒng)輸出元件的個(gè)數(shù)自動(dòng)清洗設(shè)備的前后移動(dòng)是通過(guò)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)的，所以需要輸出兩個(gè)開(kāi)關(guān)量。自動(dòng)清洗設(shè)備水泵的啟閉要用控制閥實(shí)現(xiàn)，需要輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量。上面的毛刷的旋轉(zhuǎn)需要電動(dòng)機(jī)的啟停進(jìn)行操控，上下移動(dòng)則是利用電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，所以需要輸出開(kāi)關(guān)量?jī)牲c(diǎn)。大、小側(cè)刷的轉(zhuǎn)動(dòng)需要通過(guò)電動(dòng)機(jī)的啟停來(lái)控制，因此控制電路中需要控制四個(gè)接觸器，即需要輸出開(kāi)關(guān)量四點(diǎn)。大側(cè)刷的左右滑動(dòng)利用電機(jī)的不同旋轉(zhuǎn)方向來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以需要輸出開(kāi)關(guān)量?jī)牲c(diǎn)。小側(cè)刷的擺動(dòng)需要兩個(gè)氣缸，因此電路中需要兩個(gè)電磁閥，即需要輸出開(kāi)關(guān)量?jī)牲c(diǎn)。因此整個(gè)系統(tǒng)共有輸出開(kāi)關(guān)量十三點(diǎn)。2、PLC的選型PLC型號(hào)的選擇主要由兩個(gè)方面的參考：（1）PLC的容量；（2）PLC的機(jī)型。但是市場(chǎng)上PLC的種類(lèi)繁多，廠家也是很多，有國(guó)外的還有國(guó)內(nèi)的，質(zhì)量品質(zhì)也是參差不齊，所以要從三點(diǎn)綜合評(píng)級(jí)：1）設(shè)備的功能2）設(shè)備的價(jià)格3）廠家所能提供的服務(wù)通過(guò)上面的分析可以知道，開(kāi)關(guān)量輸出18點(diǎn)，輸入15點(diǎn)。綜合自動(dòng)清洗設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)地和使用要求，所以選擇了西門(mén)子S7-200SMART。西門(mén)子這個(gè)品牌在客戶(hù)中的口碑比較好，而且故障率低，售后服務(wù)也是非常的到位，深受廣大用戶(hù)的好評(píng)，這款PLC的性?xún)r(jià)比特別高，而且功能強(qiáng)大，并且傳輸數(shù)據(jù)方便，市面上常見(jiàn)的網(wǎng)線(xiàn)就可以進(jìn)行程序的上傳和下載工作，還可以支持多種輸出方式，所以本次的設(shè)計(jì)打算選擇西門(mén)子這個(gè)品牌的可編程控制器。經(jīng)過(guò)綜合分析，PLC的選型定為S7-200CPUSR60，其I/O總數(shù)為60點(diǎn)，輸入36點(diǎn)，輸出24點(diǎn)。所以，本系統(tǒng)PLC為S7-200CPUSR60是非常合適的。同時(shí)為了檢測(cè)電流變化信號(hào)，需要一個(gè)EM擴(kuò)展模塊，選用的型號(hào)為6ES7-288-3AE04-0AA0EMAE04模擬量AI模塊，4路輸入。（六）PLC的I/O分配表通過(guò)前面相關(guān)參數(shù)的研究討論，其I/O分配表如下表2-1和表2-2。表2-1輸入分配表輸入信號(hào)啟動(dòng)按鈕SB1I0.0停止按鈕SB2I0.1復(fù)位按鈕SB3I0.2洗車(chē)機(jī)汽車(chē)前端感測(cè)開(kāi)關(guān)SQ1I0.3洗車(chē)機(jī)汽車(chē)后端感測(cè)開(kāi)關(guān)SQ2I0.4大側(cè)刷（左）中間位置開(kāi)關(guān)SQ3I0.5大側(cè)刷（右）中間位置開(kāi)關(guān)SQ4I0.6大側(cè)刷（左）兩側(cè)位置開(kāi)關(guān)SQ5I0.7大側(cè)刷（右）兩側(cè)位置開(kāi)關(guān)SQ6I1.0大側(cè)刷中軸左右移動(dòng)探測(cè)接近開(kāi)關(guān)SQ7I1.1大側(cè)刷中軸前后移動(dòng)探測(cè)接近開(kāi)關(guān)SQ8I1.2小側(cè)刷（左）原位SQ9I1.3小側(cè)刷（右）原位SQ10I1.4頂刷上極限位置開(kāi)關(guān)SQ11I1.5頂刷下極限位置開(kāi)關(guān)SQ12I1.6頂刷電流互感器AIW16小側(cè)刷電流互感器AIW18EM0_輸入2AIW20EM0_輸入3AIW20表2-2輸出分配表輸出信號(hào)洗車(chē)機(jī)前進(jìn)KM1、KM2Q0.0、Q0.2洗車(chē)機(jī)后退KM3、KM4Q0.1、Q0.3頂刷轉(zhuǎn)動(dòng)KM5Q0.4頂刷上升KM6Q0.5頂刷下降KM7Q0.6大側(cè)刷轉(zhuǎn)動(dòng)KM8（左）、KM9（右）Q0.7、Q1.0大側(cè)刷（左）向右滑動(dòng)KM10Q1.1大側(cè)刷（左）向左滑動(dòng)KM11Q1.2大側(cè)刷（右）向左滑動(dòng)KM12Q1.3大側(cè)刷（右）向右滑動(dòng)KM13Q1.4小側(cè)刷轉(zhuǎn)動(dòng)KM19（左）、KM15（右）Q1.5、Q1.6水泵噴水KM16Q1.7小側(cè)刷（左）電磁閥KM17Q2.0小側(cè)刷（右）電磁閥KM18Q2.1三、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（一）PLC的編程語(yǔ)言S7-200系列的可編程控制器的主機(jī)主要分為兩種指令集：IEC1131-3和SIMATIC指令集。第一個(gè)指令集是來(lái)自國(guó)際上的電工委員會(huì)（IEC）制定的PLC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)1131-3里面特別推薦的一種語(yǔ)言，但是這語(yǔ)言所指導(dǎo)的指令執(zhí)行時(shí)間過(guò)久[15]。第二個(gè)指令集是S7-200PLC專(zhuān)屬的編程語(yǔ)言，這是西門(mén)子公司特意為這款可編程控制器設(shè)計(jì)的。在這些指令集中有很大一部分都是符合第一種指令的標(biāo)準(zhǔn)。然而第二種指令集對(duì)于系統(tǒng)中完全數(shù)據(jù)類(lèi)型的檢查是不支持的。選擇第二種指令集的時(shí)候，設(shè)計(jì)者可以用梯形圖、功能塊圖還有就是語(yǔ)句表等模塊進(jìn)行相關(guān)的編程工作[16]。梯形圖與功能塊圖其實(shí)屬于一種圖形語(yǔ)言；然后對(duì)于編程中的語(yǔ)句表則是像似匯編語(yǔ)言中的文本型語(yǔ)言。梯形圖相關(guān)的編程語(yǔ)言梯形圖（LAD）其實(shí)就是一種圖形語(yǔ)言，但是它卻與設(shè)計(jì)的控制電路互相呼應(yīng)。這種語(yǔ)言采用了繼電和串并聯(lián)等相關(guān)術(shù)語(yǔ)和相關(guān)符號(hào)，但是卻比之前的符號(hào)進(jìn)行一些簡(jiǎn)化。這種圖形語(yǔ)言是面向?qū)ο蟮?、圖形化的編程語(yǔ)言，它將有關(guān)邏輯操作和控制整合在了一起。這種圖形語(yǔ)言在編輯的時(shí)候排列的像梯子，所以才這么命名。功能塊圖相關(guān)的編程語(yǔ)言功能塊圖（FBD）其實(shí)就好像是最常見(jiàn)的邏輯功能圖，然后一個(gè)功能塊可以在編程語(yǔ)言中代表著一種功能。這種邏輯功能圖一般情況下由輸入端和輸出端組成。輸入端代表著邏輯語(yǔ)言中功能塊圖的有關(guān)條件，而輸出端則代表著功能塊圖的有關(guān)運(yùn)算結(jié)果。功能塊圖和梯形圖這兩種指令之間可以相互轉(zhuǎn)變，在一些特定的情況下，這兩種指令是一樣的。語(yǔ)句表相關(guān)的編程語(yǔ)言語(yǔ)句表（STL）通常被用來(lái)表達(dá)可編程控制器的有關(guān)功能。這種語(yǔ)言有點(diǎn)像計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，但又沒(méi)有匯編語(yǔ)言那么復(fù)雜，難以理解。它看起來(lái)更直觀易懂。所以深受用戶(hù)的喜歡。（二）PLC編程的一般規(guī)則網(wǎng)絡(luò)在梯形圖（LAD）中，相關(guān)的程序被大家利用網(wǎng)絡(luò)劃分為一些程序段。梯級(jí)通過(guò)組合或者單獨(dú)形式的存在構(gòu)成了梯形圖網(wǎng)格。在編程的功能塊圖中，通常情況下要利用到網(wǎng)格的有關(guān)概念來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的分段。在一些語(yǔ)句表程序中，如果想要對(duì)一些程度進(jìn)行分段操作，可以利用網(wǎng)絡(luò)這個(gè)詞來(lái)實(shí)現(xiàn)。將這三種編程語(yǔ)言進(jìn)行分段后，若想讓他們?nèi)齻€(gè)之間相互轉(zhuǎn)換，就可以在編程軟件上進(jìn)行有關(guān)的操作，是比較方便的。梯形圖/功能塊圖在編程軟件中的梯形圖里面的左、右垂直線(xiàn)一般情況下被叫做左、右母線(xiàn)。在使用可編程控制器STEP7-MicroWINSMART進(jìn)行繪圖操作時(shí)，一般情況下可以將右邊的母線(xiàn)省略下去。通常情況下梯形圖的輸入一直都是在圖形的左邊位置，位于圖形的右邊一直是輸出。所以左邊的母線(xiàn)會(huì)和觸點(diǎn)連在一起，右母線(xiàn)和線(xiàn)圈或功能框連接在一起，這樣一來(lái)就會(huì)形成一個(gè)梯級(jí)。通常情況下在一個(gè)梯級(jí)當(dāng)中，左、右母線(xiàn)構(gòu)成了一個(gè)特別完整的“電路”，在這其中是不可以“短路”和“開(kāi)路”的。在框圖的左邊位置一直是功能塊圖中的輸入，在框圖的右邊位置一直是輸出。允許輸入端和輸出端在梯形圖（LAD）和功能塊圖（FBD）中，功能框的EN端是允許輸入端，功能框的允許輸入端必須存在“能流”。這句話(huà)的意思就是與之相連的邏輯運(yùn)算結(jié)果為1，只有這樣才可以執(zhí)行該功能框的相關(guān)功能。但是，在語(yǔ)句表程序中沒(méi)有EN輸入端，然而這種語(yǔ)言允許執(zhí)行STL指令的條件是棧頂?shù)闹当仨殲椤?”。在梯形圖和功能塊圖這兩個(gè)之間，一般情況下，功能框的ENO端是允許輸入端，通常是用于指令的級(jí)聯(lián)。假如功能框允許輸入端（EN）可以具有“能流”，還有就是功能框沒(méi)有誤差精準(zhǔn)的執(zhí)行相關(guān)的指令，在這個(gè)時(shí)候允許輸出端（ENO）將把“能流”傳到下一個(gè)功能框。在語(yǔ)句表程序中用AENO（AndENO）指令詢(xún)問(wèn)，可以產(chǎn)生與功能框的允許輸出端（ENO）相同的效果。條件/無(wú)條件輸入條件輸入：在梯形圖和功能塊圖這兩個(gè)之中，與“能流”有關(guān)的功能框或線(xiàn)圈不可以直接連接左邊的母線(xiàn)。無(wú)條件輸入：在梯形圖和功能塊圖這兩個(gè)之中，與“能流”無(wú)關(guān)的功能框或線(xiàn)圈可以與左母線(xiàn)直接連接。無(wú)允許輸出端的指令在梯形圖和功能塊圖這兩個(gè)之中，無(wú)允許輸出端（ENO）的指令框，他們之間是不可以用于級(jí)聯(lián)的。（三）自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的工作流程分析本自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的主要工作是清洗車(chē)身。對(duì)其工作流程進(jìn)行分析：按下啟動(dòng)按鈕，洗車(chē)機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始前進(jìn)，小側(cè)刷、頂刷和大側(cè)刷開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。洗車(chē)機(jī)前端感測(cè)開(kāi)關(guān)感測(cè)到車(chē)首，水泵開(kāi)始噴水，頂刷下降，小側(cè)刷張開(kāi)。小側(cè)刷、頂刷接觸到小汽車(chē)開(kāi)始刷洗，大側(cè)刷開(kāi)始向左向右移動(dòng)。大側(cè)刷感測(cè)到車(chē)首時(shí)，洗車(chē)機(jī)停止前進(jìn)，大側(cè)刷開(kāi)始清洗汽車(chē)前端，當(dāng)大側(cè)刷中間位置開(kāi)關(guān)被觸動(dòng)時(shí)，大側(cè)刷向右向左移動(dòng)至汽車(chē)兩側(cè)附近，洗車(chē)機(jī)繼續(xù)前進(jìn)。洗車(chē)機(jī)行至汽車(chē)上表面向上斜坡時(shí)，頂刷電流值超過(guò)設(shè)定值，頂刷上升；洗車(chē)機(jī)行至汽車(chē)上表面下斜坡時(shí)，頂刷電流值小于設(shè)定值，頂刷下降。當(dāng)頂刷下降至下極限位置時(shí)，頂刷開(kāi)始上升至上極限位置不動(dòng)，當(dāng)洗車(chē)機(jī)后端感測(cè)開(kāi)關(guān)感測(cè)到車(chē)尾，小刷回到原位，大側(cè)刷開(kāi)始向左向右移動(dòng)，當(dāng)大側(cè)刷中間位置開(kāi)關(guān)被觸動(dòng)時(shí)，大側(cè)刷向右向左移動(dòng)至兩側(cè)位置開(kāi)關(guān)不動(dòng)。小側(cè)刷、頂刷和大側(cè)刷停轉(zhuǎn)，水泵停止噴水，按動(dòng)復(fù)位按鈕，洗車(chē)機(jī)回到原位，洗車(chē)停止。（四）控制系統(tǒng)程序的編制（1）編程軟件STEP7簡(jiǎn)介因?yàn)檫@個(gè)自動(dòng)洗車(chē)設(shè)備是利用S7-200SMART系列的PLC進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，因此本文中程序梯形圖（LAD）的編輯是利用STEP7-MicroWINSMART編程軟件進(jìn)行編寫(xiě)的。這種編程語(yǔ)言是西門(mén)子公司的相關(guān)部門(mén)特別為這一系列的PLC所用的編程語(yǔ)言。這種語(yǔ)言的適用性很強(qiáng)，常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)都能用，所以編程時(shí)候不需要擔(dān)心與計(jì)算機(jī)的兼容性的問(wèn)題。這種可編程控制器可以通過(guò)電腦的的串行口與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信。利用這種編程軟件，一方面設(shè)計(jì)人員可以便捷地使用相關(guān)的編程語(yǔ)言進(jìn)行離線(xiàn)編程，最終經(jīng)過(guò)編譯后轉(zhuǎn)接電纜直接送入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行。另一方面在進(jìn)行程序調(diào)試過(guò)程中，一般情況下還可以在線(xiàn)監(jiān)視程序中各個(gè)輸入輸出或狀態(tài)點(diǎn)的通斷情況。最為方便的是，還可以在線(xiàn)修改有關(guān)參數(shù)和變量，大大的提高了工作的效率。（2）PLC控制系統(tǒng)的語(yǔ)句根據(jù)上文中的流程分析以及地址分配，整個(gè)設(shè)計(jì)的PLC動(dòng)作順序控制部分程序如下：圖4-1頂刷的電流互感器模擬量數(shù)據(jù)的采集如圖4-1所示，頂刷的電流互感器的測(cè)量范圍在4-20mA。如圖4-2所示，按下啟動(dòng)按鈕后，洗車(chē)機(jī)開(kāi)始前進(jìn)，頂刷和兩對(duì)側(cè)刷開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。如圖4-3所示，當(dāng)洗車(chē)機(jī)感應(yīng)到車(chē)首時(shí)，水泵開(kāi)始噴水，頂刷和小側(cè)刷開(kāi)始刷洗汽車(chē)。如圖4-4所示，當(dāng)大側(cè)刷接觸到車(chē)首時(shí)，洗車(chē)機(jī)停止前進(jìn)，大側(cè)刷開(kāi)始刷洗汽車(chē)前端。如圖4-5所示，當(dāng)大側(cè)刷清洗完畢，向左向右回歸原位后，再向右向左靠近汽車(chē)。如圖4-6所示，當(dāng)大側(cè)刷接觸到汽車(chē)后，停止滑動(dòng)，洗車(chē)機(jī)繼續(xù)前進(jìn)。如圖4-7所示，當(dāng)頂刷接觸到汽車(chē)前擋風(fēng)玻璃時(shí)，頂刷電機(jī)負(fù)載變大，電流升高，超過(guò)設(shè)定值，頂刷上升；當(dāng)頂刷運(yùn)動(dòng)到后擋風(fēng)玻璃時(shí)，頂刷電機(jī)負(fù)載減小，小于設(shè)定值，頂刷下降。當(dāng)下降到下極限位置時(shí)，頂刷上升到上極限位置不動(dòng)。如圖4-8所示，當(dāng)洗車(chē)機(jī)感應(yīng)到車(chē)尾時(shí)，洗車(chē)機(jī)停止前進(jìn)，小側(cè)刷回到原位，大側(cè)刷開(kāi)始刷洗汽車(chē)后端。如圖4-9所示，當(dāng)大側(cè)刷在中間位置相碰后，向原位置運(yùn)動(dòng)。如圖4-10所示，當(dāng)大側(cè)刷運(yùn)動(dòng)到原位置時(shí)，停止不動(dòng)，大側(cè)刷、頂刷和小側(cè)刷停止轉(zhuǎn)動(dòng)，水