基于PLC的自动洗车机自动洗车控制系统洗车自动控制设计

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摘要

本课题设计了一个全自动洗车机的控制系统｡首先,在进行充分调研和系统功能需求分析的基础上,完成了自动洗车系统的总体方案设计｡系统由电机､传感器､接触器､变频器等部件组成｡其次,完成了系统的硬件设计和软件设计｡硬件设计包括所有元器件的选型和电路设计｡软件设计包括控制自动洗车过程的所有程序,如汽车移动､刷子动作､风干动作等｡最后,为了验证设计的正确性,搭建了洗车模拟系统并进行了调试｡采用上下位机协作模式,以S7-1200PLC作为下位机处理核心,负责采集门站现场数据;以组态王作为上位监控软件组态工具,通过组态一系列典型界面､设计变量来处理数据与归档､远程操作现场系统等手段｡采用PLC进行控制,通过合理的选择和设计,提高了洗车机的控制水平｡利用PLC作为控制系统,已成为当今制造业领域进行设备革命､提高生产力和市场竞争力的重要手段｡特别是生产的自动化改造,PLC控制已成为一种技术潮流之一｡
关键词：洗车机；PLC；组态；逻辑控制；全自动

1.绪论

1.1.课题研究背景
1.2.自动洗车
1.3.PLC控制全自动洗车机的优越性
1.4.本课题的初步分析
在研究基于PLC控制的自动洗车机,初步设计清洗机的控制系统由PLC､控制面板､检测信号､电磁阀､发光二极管､交流接触器组成｡检测信号包括各清洗毛刷的位置检测､吹风装置的位置检测､洗车机机体的位置检测｡所有的检测信号均以检测器件的常开点接人PLC的输入端,当系统出现问题时,则PLC上的状态指示灯会显示哪块信号出现问题｡交流接触器(用作电机控制)､直流电磁阀(用作汽缸及供水控制)､发光二极管(用作面板指示)｡则都接入PLC输出端的负载｡在本系统中,控制面板上的按钮､开关和检测信号输入到PLC 中,通过PLC 来控制各电机､电磁阀的启动､关闭以及指示灯的显示｡PLC是控制系统的核心,主要完成对本系统所有信号的采集以实现对清洗机的自动控制｡
PLC在整套自动洗车机中发挥着至关重要的作用,它是这个控制系统的核心,引导指挥着整套系统的运作顺序｡所以选择PLC型号也应慎之以慎｡需要经过对清洗机性能的分析,控制系统实际需要的点数,以及考虑到今后自动洗车机扩展的需要,合理选定PLC型号｡另外由于全自动洗车机长期工作在恶劣的环境中,因此需要解决全自动洗车机在工作之前自检的问题｡故需考虑在全自动洗车机加入传感器以及各种保护装置,以保证其能够按照PLC控制的程序正常工作｡另外为了防止PLC被经常工作的的电磁阀,继电器以及电机干扰,需要对PLC采取抗干扰的措施,通常采用的做法是在PLC的电源输人端加装超隔离变压器防止电源干扰｡在选定PLC的型号以及保护装置之后,接下来需要解决的问题是对全自动洗车机运作顺序的设计,也就是对PLC进行编程｡PLC的程序设计大多采用类似于继电器控制线路的梯形语言｡将控制过程按工艺流程分成若干个动作工序, 再分别用梯形图语言编制各工序的处理程序, 这是设计中非常关键的地方,因为这关系到整套系统能否正常工作｡根据洗车工艺要求需要设计自动洗车机的控制程序｡洗车机上电后,循环采集输人端的各种信号, 经存储在其中的用户程序处理后, 对输出端的状态进行刷新, 从而完成洗车过程的自动控制｡
1.4.1.分析任务要求及解决方案:
1、分析任务
当发出启动命令时,清洗机开始工作,清洗机接触器和水阀门都打开,汽车进入洗刷范围时,刷子接触器开启,进入刷洗程序｡当检测器检测到车子离开时,清洗机接触器､水阀门和刷子接触器全关闭,停止刷洗,发出停机命令,结束刷洗｡
2、解决方案
我们通过以上的分析可以知道,先由人来发出启动命令,自动开启清洗接触器和水阀门;传感器检测到汽车进入清洗范围时,刷子接触器打开靠近汽车进行清洗;传感器检测到汽车离开清洗范围时,刷子接触器停止刷洗;最后我们发出停止命令,清洗机接触器和水阀门停止和关闭｡

2.自动洗车系统原理及其分析

2.1.总体设计
本系统是采用PLC程序控制的,在各个输入信号作用下,根据内部状态和时间顺序,使生产过程中各个执行机构自动而有序地进行工作｡用PLC进行生产过程的控制时,首先要根据系统工艺过程设计出程序梯形图｡

2.2.系统的工作原理
洗车机的主运动是左右循环运动,由左右行程开关控制,同时不同循环次序伴随不同的其它动作,如喷水､刷洗､喷洒清洁剂及风扇吹干动作等｡系统还采用了复位设计,如在洗车过程中由其它原因使洗车停止在非原点的其它位置,则需要手动对其进行复位,到位时复位灯亮,此时才可以启动,否则启动无效,洗车机经启动后可自动完成洗车动作后自行停止｡
洗车机第一次右移时有喷水及刷洗动作,到达右极限使右极限开关动作从而控制洗车机左移,而喷水及刷洗继续,直到碰到左极限开关｡洗车机第二次右移时,喷水停止､刷子动作及清洁剂开始喷洒,直到右极限行程开关动作,洗车机左移清洁剂继续喷洒,直到使左极限开关动作｡洗车机第三次右移时,洗车机右移3s停止,刷子刷洗5s,连续两次后继续右移,直到碰到右极限开关,其中,洗车机右移及刷子刷洗由接通延时计时器T37和T38形成的震荡电路控制,直到碰到右极限开关后通过互锁使刷子动作电路断开,刷子停止工作｡此时洗车机左移,进行和上次右移时同样的动作,直到碰到左极限行程开关｡洗车机第四次右移,喷洒清水及刷子动作,直到碰到右极限开关｡洗车左移同时喷水刷洗继续直到喷到左极限开关喷水刷洗停止｡洗车机第五次右移,风扇开始动作,直到碰到右极限开关,洗车机左移风扇继续动作｡洗车机左移直到碰到左极限开关,控制整个设备停止,洗车机完成洗车任务｡

3.PLC控制的自动洗车系统的硬件设计

3.1.自动洗车的硬件设计
3.2.系统的硬件选型
3.2.1.PLC的选型
S7-1200 是一种小型的可编程序控制器,适用于各行各业,各种场合中的检测､监测及控制的自动化设备｡ S7-1200 系列的强大功能使其无论在独立运行中 ,还是相连成网络皆能实现复杂控制功能｡因此S7-1200系列具有极高的性价比｡
S7-1200 系列出色表现在以下几个方面:极高的可靠性;极丰富的指令集;易于掌握;便捷的操作;实时特性;强劲的通讯能力;丰富的扩展模块｡
S7-1200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大的功能｡使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制｡应用领域极其广泛,覆盖所有和自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域 , 包括各种机床､机械､电力设施､民用设施､环境保护设备等｡如: 冲压机床,磨床,印刷机械,橡胶化工机械,中央空调,电梯控制,运动系统｡
CPU 单元选择:CPU 221具有 6 个输入点和 4 个输出点,CPU 222具有 8 个输入点和 6 个输出点,CPU 224 具有 14 个输入点和 10 个输出点,CPU 224XP 具有 14 个输入点和10个输出点,CPU 226 具有 24 个输入点和16个输出点｡
集成的24V负载电源:可直接连接到传感器和变送器(执行器),CPU 221,222 具有 180mA 输出,CPU 224,CPU 224XP,CPU 226 分别输出280,400mA｡可用作负载电源｡
本设计中使用了CPU224,下面简单介绍一下CPU224:CPU224本机集成了14点输入/10点输出,共有24个数字量I/O｡它可以连接 7 个扩展模块,最大扩展至 168 点数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点｡ CPU224 有 13K 字节程序和数据存储空间,6 个独立的 30KHz 高速计数器,2路独立的20KHz高速脉冲输出,具有PID控制器｡ CPU224 配有一个 RS-485 通讯/编程口,具有 PPI 通讯､ MPI 通讯和自由方式通讯能力,是具有较强控制能力的小型控制器｡
3.2.2.电机的选型
其余完整内容详见下载

4.PLC控制的自动洗车系统

4.1.I/O分配表
由系统的组成分析可知,系统共有输入点 14 个､开关量输出点 6 个､模拟量输入输出各一个｡
本文自动洗车控制系统采用了四个输入信号 ,分别为启动开关I0.0､左极限开关 I0.1､右极限开关 I0.2､原点复位按钮 I0.3;九个输出信号,洗车机右移 Q0.0､风扇动作 Q0.1､刷子动作 Q0.2､洗车机左移 Q0.3､喷洒清洁剂 Q0.4､喷水动作 Q0.5､洗车机停止 Q0.6､启动灯 Q0.7､复位灯 Q1.0｡经启动后可自动完成清洗后自行停止,启动前必需复位｡根据输入输出数量采用CPU224即可满足需求｡
下表为PLC的 I/O点分配表:

4.2.外部接线图
如图为外部接线图:

4.3.自动控制洗车系统的工作流程
1､按下启动开关之后,洗车机开始往右移,喷水设备开始喷水｡
2､洗车机右移到达右极限开关后 ,开始往左移,喷水机继续动作｡
3､洗车机左移到达左极限开关后,开始往右移,喷水机继续动作, 清洁剂设备开始动作—喷洒清洁剂｡
4､洗车机右移到达右极限开关后 ,开始往左移,继续喷洒清洁剂｡
5､洗车机左移到达左极限开关后,开始往右移,清洁机停止喷洒, 当洗车机往右移3s后停止,刷子开始刷洗｡
6､刷子刷洗5s后停止,洗车机继续往右移,右移3s后,洗车机停止, 刷子又开始刷洗 5s 后停止,洗车机继续往右移,到达右极限开关停止, 然后往左移｡
7､洗车机往左移 3s 后停止,刷子开始刷洗 5s 后停止,洗车机继续往左移3s后停止,刷子开始刷洗5s后停止,洗车机继续往左移,直到碰到左极限开关后停止,然后往右移｡
8､洗车机开始往右移,并喷洒清水,将车洗干净,当碰到右极限开关时,洗车机停止前进并往左移 ,喷洒清水继续动作,直到喷到左极限开关后停止,然后往右移｡
9､洗车机往右移,风扇设备动作将车吹干 ,喷到右极限开关时,洗车机停止并往左移,风扇继续吹干动作,直到碰到左极限开关,则洗车整个流程完成,启动灯熄灭｡
10､若洗车机正在动作时发生停电或故障、则故障排除后必须使用原点复位,将洗车机复位到原点,才能做洗车全流程的动作 ,其动作就是按下复位按钮,则洗车机的右移､喷水､洗刷､风扇及清洁剂喷洒均需停止,洗车机往左移,当洗车机到达左极限开关时 ,原点复位灯亮起,表示洗车机完成复位动作｡
4.4.PLC程序