基于S7200PLC的自動(dòng)洗車機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、基于s7-200plc的自動(dòng)洗車機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄摘 要1第一章自動(dòng)洗車機(jī)的介紹2第二章plc概述32.1 plc簡介32.2 plc的特點(diǎn)32.3 plc的功能32.4 plc的結(jié)構(gòu)與工作原理42.5 plc的分類4第三章方案設(shè)計(jì)53.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求53.2 編程元件地址分配63.3 外部引腳分布73.4 控制程序流程圖83.5 控制程序設(shè)計(jì)思路133.6 系統(tǒng)控制程序13第四章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析24設(shè)計(jì)心得31參考文獻(xiàn)31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，清洗成本以及對節(jié)水和環(huán)境保護(hù)的

2、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對其運(yùn)行過程實(shí)行監(jiān)控，最終實(shí)現(xiàn)了自助洗車機(jī)的傳動(dòng)和控制要求。關(guān)鍵詞：自助洗車機(jī)、控制、軟件編程、可編程控制器第一章 自動(dòng)洗車機(jī)的介紹當(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，通過對毛刷

3、，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)1.5min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

4、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。第二章 plc概述2.1 plc簡介plc（programmable logic controller）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)。具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，

5、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的特點(diǎn) plc有如下特點(diǎn)：(一) 高可靠性(二)豐富的i/o 接口模塊(三) 采用模塊化結(jié)構(gòu)(四) 編程簡單易學(xué)(五) 安裝簡單維修方便2.3 plc的功能現(xiàn)在的plc一般具有如下主要功能：（1）開關(guān)量邏輯控制功能（2）定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能（3）數(shù)據(jù)處理功能（4）監(jiān)控、故障診斷功能（5）步進(jìn)控制功能（6）a/d、d/a轉(zhuǎn)換功能（7）停電記憶功能（8）遠(yuǎn)程i/

6、o功能（9）通信連網(wǎng)功能（10)擴(kuò)展功能2.4 plc的結(jié)構(gòu)與工作原理plc的基本組成為四部分：中央處理器（cpu）存儲(chǔ)器、輸入/輸出（i/o）模塊和電源。cpu是plc的神經(jīng)中樞，是系統(tǒng)的運(yùn)算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù)：（1）接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)；（2）用掃描的方式接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)；（3）診斷電源、plc內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中得語法錯(cuò)誤；（4）完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算任務(wù)；（5）更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。存儲(chǔ)器是plc存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)的單元。它包括隨機(jī)存取存

7、儲(chǔ)器（ram）和只讀存儲(chǔ)器（rom）。i/o模塊是cpu與現(xiàn)場i/o設(shè)備或其他外部設(shè)備的橋梁。plc配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源模塊，用來給plc的內(nèi)部電路供電2.5 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plc s7-200

8、系列。西門子plc主要產(chǎn)品是s5、s7系列。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、s7-300系列屬于中小型plc、s7-400系列屬于中高性能的大型plc。第三章 方案設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求根據(jù)要求，本次課程設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)投幣100元的自助洗車機(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元或超過時(shí)，按啟動(dòng)開關(guān)洗車機(jī)才會(huì)動(dòng)作，啟動(dòng)燈亮起。七段數(shù)碼管會(huì)顯示投幣金額（用bcd碼），當(dāng)投幣超過100元時(shí)，可按退幣按鈕，這時(shí)七段數(shù)碼管會(huì)退回零，表示找出余額。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

9、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)左極限開關(guān)后，開始往右移，清潔劑停止噴灑，當(dāng)洗車機(jī)往右移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

10、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。10） 若洗車機(jī)正在動(dòng)作時(shí)發(fā)生停電或故障、則故障排除后必須使用原點(diǎn)復(fù)位，將洗車機(jī)復(fù)位到原點(diǎn)，才能做洗車全流程的動(dòng)作，其動(dòng)作就是按下復(fù)位按鈕，則洗車機(jī)的右移、噴水、洗刷、風(fēng)扇及清潔劑噴灑均需停止，洗車機(jī)往

11、左移，當(dāng)洗車機(jī)到達(dá)左極限開關(guān)時(shí)，原點(diǎn)復(fù)位燈亮起，表示洗車機(jī)完成復(fù)位動(dòng)作。3.2 編程元件地址分配本文自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)采用了八個(gè)輸入信號(hào)和九個(gè)輸出信號(hào)，采用西門子s7-200系列的cpu224，該cpu有14點(diǎn)輸入、10點(diǎn)輸出，能夠滿足需求。各輸入輸出信號(hào)如表1所示：表1 自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)i/o地址分配表控制信號(hào)信號(hào)名稱編程元件地址編碼輸入信號(hào)5元投幣按鈕i0.0i0.010元投幣按鈕i0.1i0.150元投幣按鈕i0.2i0.2啟動(dòng)按鈕sb1i0.3退幣按鈕sb2i0.4停止復(fù)位按鈕sb3i0.5右極限信號(hào)sq1i0.6左極限信號(hào)sq2i0.7輸出信號(hào)啟動(dòng)燈hl1q0.0退幣動(dòng)作km1q0.1

12、洗車機(jī)右移km2q0.2洗車機(jī)左移km3q0.3刷子刷洗km4q0.4噴水動(dòng)作km5q0.5噴灑清潔劑km6q0.6風(fēng)扇動(dòng)作km7q0.7復(fù)位燈hl2q1.03.3 外部引腳分布根據(jù)plc引腳的分配及引腳的功能，其與外部設(shè)備連接引線如下圖所示： 圖1 plc引腳分布圖3.4 控制程序流程圖洗車機(jī)的總流程圖如下圖2所示：圖2 自動(dòng)洗車機(jī)程序流程圖3.5 控制程序設(shè)計(jì)思路通過控制要求可知，本程序設(shè)計(jì)主要分為兩部分：投幣程序和洗車程序。首先開始投幣，當(dāng)投入的總錢數(shù)大于等于100元后才能啟動(dòng)洗車程序，洗車指示燈亮，開始洗車。洗車程序結(jié)束，洗車機(jī)碰到左極限開關(guān)自動(dòng)停止，洗車指示燈亮熄滅。在洗車過程中，如

13、果出現(xiàn)故障，可按復(fù)位按鈕，所有動(dòng)作停止，洗車機(jī)復(fù)位。排除故障后，洗車機(jī)可重新開始運(yùn)行。3.6 系統(tǒng)控制程序主程序梯形圖如下：顯示投幣金額數(shù)的子程序xianshi如下：清零投幣金額數(shù)的子程序qinglin如下：第四章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析在程序編寫完成后，先檢驗(yàn)其是否符合設(shè)計(jì)初衷，是否能達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。首先是投幣程序的調(diào)試，檢驗(yàn)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)。然后是洗車程序的調(diào)試，在模擬仿真軟件和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真，如果仿真結(jié)果與控制要求有差別，則對程序進(jìn)行修改，直至到達(dá)控制要求。通過多次的調(diào)試和修改，最終程序達(dá)到了控制要求。實(shí)驗(yàn)室仿真接線圖如圖3所示：圖3仿真接線圖仿真過程

14、的程序監(jiān)控如下：圖4-1 投幣與顯示金額按下投幣按鈕（例如五十元投幣按鈕），相應(yīng)編程原件（如i0.2）產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈沖，計(jì)數(shù)一次，整數(shù)加法指令會(huì)將相應(yīng)的金額計(jì)入vw100中，并通過子程序xianshi顯示出金額總數(shù)。如圖4-1所示。圖4-2 啟動(dòng)洗車過程當(dāng)投幣總金額達(dá)到一百元時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕sb1， i0.3接通，啟動(dòng)燈亮并自鎖。如圖4-2所示。圖4-3 洗車機(jī)右移并噴水洗刷中間繼電器m0.1、m0.2、m0.3置位，線圈q0.2、q0.4、q0.5接通，洗車機(jī)向右移動(dòng)，噴水機(jī)噴水，刷子洗刷。如圖4-3所示。圖4-4 到達(dá)右極限開始左移達(dá)到右極限開關(guān)sq1時(shí)，i0.6接通，m0.1復(fù)位，m0

15、.6置位。線圈q0.2斷電，q0.3接通，洗車機(jī)停止右移，開始左移。噴水機(jī)繼續(xù)噴水，刷子繼續(xù)洗刷。如圖4-4所示。圖4-5右移并停止噴水洗刷，開始噴灑清潔劑達(dá)到左極限開關(guān)sq2時(shí)，i0.7接通，m0.6、m0.2、m0.3復(fù)位，m0.7、m1.1置位。線圈q0.3斷開，q0.2接通，洗車機(jī)停止左移，開始右移；q0.5斷開，噴水機(jī)停止噴水；q0.4斷開，刷子停止洗刷；q0.6接通，噴灑清潔劑。如圖4-5所示。圖4-6 洗車機(jī)左移并繼續(xù)噴灑清潔劑洗車機(jī)右移到達(dá)右極限開關(guān)后，m0.7復(fù)位，m1.0置位。線圈q0.2斷開，q0.3接通，洗車機(jī)停止右移，開始往左移，并繼續(xù)噴灑清潔劑。如圖4-6所示。圖4

16、-7 洗車機(jī)右移并停止噴灑清潔劑洗車機(jī)左移到達(dá)左極限開關(guān)sq2時(shí)，i0.7接通，m1.0、m1.1復(fù)位， m1.2置位。線圈q0.3斷開，q0.2接通，洗車機(jī)停止左移，開始往右移；線圈q0.6斷開，清潔劑停止噴灑。如圖4-7所示。圖4-8 洗車機(jī)左移計(jì)時(shí)3s到達(dá)右極限開關(guān)sq1時(shí)，i0.6接通，m1.6復(fù)位，m1.7置位。線圈q0.2斷開，q0.3接通，洗車機(jī)停止右移，向左移，t41開始計(jì)時(shí)。如圖4-8所示。圖4-9 碰到左極限開關(guān)后停止并熄滅啟動(dòng)燈碰到左極限開關(guān)sq2時(shí)，i0.7接通，m3.1、m3.2復(fù)位。線圈q0.3斷開，洗車機(jī)停止左移；q0.7斷開，風(fēng)扇停止；m3.5置位，線圈q0.0

17、斷開，熄滅啟動(dòng)燈。如圖4-9所示。圖4-10 右移動(dòng)作的控制當(dāng)m1.6置位時(shí)，線圈q0.2接通，洗車機(jī)右移。如圖4-10所示。圖4-11 左移動(dòng)作的控制當(dāng)m0.6置位時(shí)，線圈q0.3接通，洗車機(jī)左移。如圖4-11所示。圖4-12 刷子洗刷的控制當(dāng)m0.2置位時(shí)，線圈q0.4接通，刷子開始洗刷。如圖4-12所示。圖4-13 噴水機(jī)噴水的控制當(dāng)m0.3置位時(shí)，線圈q0.5接通，噴水機(jī)開始噴水。如圖4-13所示。圖4-14 噴灑清潔劑的控制當(dāng)m1.1置位時(shí)，線圈q0.5接通，清潔劑開始噴灑。如圖4-14所示。圖4-15 風(fēng)扇的控制當(dāng)m3.1置位時(shí)，線圈q0.7接通，風(fēng)扇設(shè)備動(dòng)作。如圖4-15所示。圖

18、4-16 洗車機(jī)的停止復(fù)位當(dāng)按下停止復(fù)位按鈕sb3時(shí)，i0.5接通，線圈q1.0接通，復(fù)位燈亮一下，中間繼電器復(fù)位，所有動(dòng)作停止，子程序qinlin開始運(yùn)行，顯示器清零。如圖4-16所示。通過仿真調(diào)試，所得結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相符。設(shè)計(jì)心得通過本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設(shè)計(jì)中，還學(xué)習(xí)到了大量以前沒有學(xué)到過的知識(shí)。在查閱資料的過程中，我懂得了要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識(shí)，不知不覺中使我查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。在平時(shí)，我所學(xué)習(xí)的知識(shí)是有限的，在以后的工作中肯定會(huì)遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會(huì)使我受