基于PLC的自助洗車機(jī)設(shè)計(jì)文檔知識(shí)

1、摘 要隨著我國(guó)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：可編程控制器

2、；自助洗車機(jī)； 控制目 錄1 緒論12 系統(tǒng)的硬件配置12.1 plc簡(jiǎn)介12.2 plc的分類22.3 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3 3.1自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)分析4 3.2 自動(dòng)洗車控制系統(tǒng)流程圖4 3.3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)23青草綠21 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(jìng)爭(zhēng)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)1.5min左右

3、，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(jiǎn)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。本次的總體設(shè)

4、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(jiǎn)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)?！本哂锌煽啃愿撸垢蓴_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，容易改造； 體積小，重量輕，能耗

5、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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)引進(jìn)的，對(duì)美國(guó)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(guó)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系列。以下為西門子plc系列產(chǎn)品簡(jiǎn)介：西門

6、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)；s5-115u是中型plc，最多可配置到1024個(gè)i/o點(diǎn)；s5-115uh是中型機(jī)，它是由兩臺(tái)ss115u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；ss155h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、s7-300系列屬于中小型plc、s7-400系列屬于

7、中高性能的大型plc。 2.3 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)往朽移3s后

8、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

9、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i0.0左極限開關(guān)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(dòng)開關(guān)i0.5投錢復(fù)位按鈕i0.6右極限開關(guān)i0.7復(fù)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(fēng)扇吹干q0.6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)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

10、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，

11、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 開始在原點(diǎn)?右極限？左極限？啟動(dòng)洗車右移，噴水刷洗，啟動(dòng)燈亮洗車左移，噴水刷洗繼續(xù)復(fù)位到位復(fù)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

12、洗5s？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(fēng)扇工作dnynynynycd右極限？洗車左移，風(fēng)扇繼續(xù)工作左極限？整個(gè)流程結(jié)束，啟動(dòng)燈滅結(jié)束nyny3.3軟件設(shè)計(jì)第一部分：投幣程序（網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)6）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）復(fù)位程序（網(wǎng)絡(luò)41網(wǎng)絡(luò)43）4 調(diào)試過

13、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&#

14、160; 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，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(cè)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

15、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。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(cè)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

16、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(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(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(zhuǎn)矩-速度特性，基

17、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(jiǎn)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)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

18、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pwm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

19、，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(cè)定子電阻來達(dá)到觀測(cè)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(jiǎn)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)一定條件下