基于s7-200PLC的自動洗車機控制系統(tǒng)設(shè)計,基于,s7,plc,自動,洗車,控制系統(tǒng),設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目： 基于PLC控制的家用汽車自控清洗裝置控制系統(tǒng)設(shè)計 院 系： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 同組學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 填表日期： 年 月 日 一、選題的依據(jù)及意義 隨著第一臺汽車的問世，汽車行業(yè)已經(jīng)隨著科技的發(fā)展有了很大的提高，不論是在工作還是生活上人們對汽車的需求也不斷的提高。 隨著汽車的不斷的增加，更是帶動了汽車清洗行業(yè)的發(fā)展，汽車的清洗已經(jīng)獨立的成為了一個汽車服務(wù)項目，有這很大的發(fā)展空間和前景。 目前，大多數(shù)的汽車清洗是由人工完成的，一般都是由人工擦洗或者是用高壓水槍沖洗，雖然能夠?qū)⒁恍┧澜乔逑吹?，但是過分的依賴于勞動力，操作時間過長，經(jīng)濟(jì)性差，限制了洗車行業(yè)的發(fā)展。雖然國內(nèi)比較大型的汽車美容店內(nèi)雖然實現(xiàn)了清洗的自動化工程，但是它不僅僅是清洗還包含了打蠟，噴漆成本高周期也長。這極大的限制的汽車自動清洗裝置的推廣和使用。因此，在中小型的城市中，家用汽車的自動化清洗行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α? 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述） 汽車清洗行業(yè)是近年來才在我國發(fā)展起來的新型行業(yè)，由于有資金和技術(shù)門檻低，相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)不完善，對場地，環(huán)保，設(shè)備，技術(shù)，經(jīng)營管理都缺乏明確的規(guī)定和要求，這些特點（不足）導(dǎo)致城市中落后的洗車方式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化城市的衛(wèi)生與行業(yè)發(fā)展的需求，更談不上行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須推廣科學(xué)，環(huán)保的洗車方式來提升行業(yè)的形象和競爭力。 就目前來看汽車的清洗主要有一下幾種： 1. 人工洗車：這種方法費時費力，浪費水資源及污染環(huán)境。 2. 高壓清洗機洗車：耗能大，而且會使車身內(nèi)部進(jìn)水，腐蝕金屬件，造成短路，產(chǎn)生危險。 三、本課題研究內(nèi)容 本課題主要是通過汽車自動清洗裝置功能和運行過程的分析，加上一些自己對這個裝置的獨特的想法，從而確定了這個自動清洗裝置的總體方案。并且本課題主要進(jìn)行的是自動清洗裝置的控制系統(tǒng)的設(shè)計，控制系統(tǒng)部分采用的是可編程控制器技術(shù)。對于電氣系統(tǒng)的控制則采用的是電機驅(qū)動控制。 全自動洗車機：具有洗車效果好，效率高，節(jié)水等特點。相比與其他的洗車方式它有著不可比擬的優(yōu)點：洗車潔凈，安全可靠，效率高，不傷漆面，環(huán)保節(jié)水，節(jié)省人工。 全自動洗車機順應(yīng)時代的需求，它的出現(xiàn)是向傳統(tǒng)洗車的挑戰(zhàn)為了縮小與國際先進(jìn)洗車行業(yè)的差距，推廣和應(yīng)用全自動洗車機勢在必行。 本文主要的介紹了一下的幾個內(nèi)容： 1. 汽車自動清洗裝置的總體方案設(shè)計 2. 汽車自動清洗裝置的電氣系統(tǒng)的設(shè)計 3. 汽車自動清洗裝置的可編程控制系統(tǒng)的設(shè)計 基于S7-200PLC的自動洗車機控制系統(tǒng)設(shè)計 目 錄 摘 要 1 第一章 自動洗車機的介紹 2 第二章 PLC概述 3 2.1 PLC簡介 3 2.2 PLC的特點 3 2.3 PLC的功能 3 2.4 PLC的結(jié)構(gòu)與工作原理 4 2.5 PLC的分類 4 第三章 方案設(shè)計 5 3.1 設(shè)計任務(wù)與要求 5 3.2 編程元件地址分配 6 3.3 外部引腳分布 7 3.4 控制程序流程圖 8 3.5 控制程序設(shè)計思路 13 3.6 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(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功能要求和運行分析，確定了自助洗車機的總體設(shè)計方案,并主要進(jìn)行了自助洗車機的驅(qū)動和控制系統(tǒng)的設(shè)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(fēng)干等過程，應(yīng)用了可編程控制技術(shù)對自助洗車機PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計和軟件編程。PLC采用梯形圖編程語言對其運行過程實行監(jiān)控，最終實現(xiàn)了自助洗車機的傳動和控制要求。 Abstract This study focuses on self-cleaning vehicles, continuous improvement of people's lives more and more people now have a private car, and now the owners of the car wash for our daily lives, it has become an indispensable part of, taking into account the car wash equipment the advantages and disadvantages of various car wash equipment PLC control, so we chose PLC as the core control system. Today countries are a popular way of tunnel car wash, in today's major cities have replaced the traditional manual car wash, which is inseparable from the support of PLC technology. Water conservation and environmental protection, improve the technological content, is to improve the quality of service will be the only way to the car wash industry. 第一章 自動洗車機的介紹 當(dāng)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(yīng)用。自助洗車機分為龍門往復(fù)式和隧道式兩種機型，通過對毛刷，水泵，機體行走機構(gòu)和風(fēng)機等部件的驅(qū)動控制，全自動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1.5min~4min，隧道式滿負(fù)荷運行時每輛車僅耗時1.5min左右，避免了手工洗車用水的隨意性。洗車機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，是一個很有發(fā)展前景的符合現(xiàn)代化建設(shè)需要的機電一體化產(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(jīng)濟(jì)收入。 （3）自助洗車機完全可以采用循環(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)計的數(shù)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(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，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)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)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(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計、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。廣泛應(yīng)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的特點 PLC有如下特點： (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/計數(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/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誤； （4）完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運算和算術(shù)運算任務(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，實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 存儲器是PLC存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運行數(shù)據(jù)的單元。它包括隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（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：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(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)綜合實驗臺及其性能指標(biāo)，最后決定采用西門子PLC S7-200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 3.1 設(shè)計任務(wù)與要求 根據(jù)要求，本次課程設(shè)計將設(shè)計投幣100元的自助洗車機。 有3個投幣孔，分別為5元、10元及50元3種，當(dāng)投幣合計100元或超過時，按啟動開關(guān)洗車機才會動作，啟動燈亮起。七段數(shù)碼管會顯示投幣金額（用BCD碼），當(dāng)投幣超過100元時，可按退幣按鈕，這時七段數(shù)碼管會退回零，表示找出余額。 洗車機動作流程： 1） 按下啟動開關(guān)之后，洗車機開始往右移，噴水設(shè)備開始噴水，刷子開始洗刷。 2） 洗車機右移到達(dá)右極限開關(guān)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(dá)左極限開關(guān)后，開始往右移，噴水機及刷子停止動作，清潔劑設(shè)備開始動作——噴灑清潔劑。 4） 洗車機右移到達(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(dá)右極限開關(guān)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(guān)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(dāng)碰到右極限開關(guān)時，洗車機停止前進(jìn)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(guān)后停止，并開始往右移。 9） 洗車機往右移，風(fēng)扇設(shè)備動作將車吹干，碰到右極限開關(guān)時，洗車機停止并往左移，風(fēng)扇繼續(xù)吹干動作，直到碰到左極限開關(guān)，則洗車整個流程完成，啟動燈熄滅。 10） 若洗車機正在動作時發(fā)生停電或故障、則故障排除后必須使用原點復(fù)位，將洗車機復(fù)位到原點，才能做洗車全流程的動作，其動作就是按下復(fù)位按鈕，則洗車機的右移、噴水、洗刷、風(fēng)扇及清潔劑噴灑均需停止，洗車機往左移，當(dāng)洗車機到達(dá)左極限開關(guān)時，原點復(fù)位燈亮起，表示洗車機完成復(fù)位動作。 3.2 編程元件地址分配 本文自動洗車控制系統(tǒng)采用了八個輸入信號和九個輸出信號，采用西門子S7-200系列的CPU224，該CPU有14點輸入、10點輸出，能夠滿足需求。各輸入輸出信號如表1所示： 表1 自動洗車控制系統(tǒng)I/O地址分配表 控制信號 信號名稱 編程元件 地址編碼 輸入信號 5元投幣按鈕 I0.0 I0.0 10元投幣按鈕 I0.1 I0.1 50元投幣按鈕 I0.2 I0.2 啟動按鈕 SB1 I0.3 退幣按鈕 SB2 I0.4 停止復(fù)位按鈕 SB3 I0.5 右極限信號 SQ1 I0.6 左極限信號 SQ2 I0.7 輸出信號 啟動燈 HL1 Q0.0 退幣動作 KM1 Q0.1 洗車機右移 KM2 Q0.2 洗車機左移 KM3 Q0.3 刷子刷洗 KM4 Q0.4 噴水動作 KM5 Q0.5 噴灑清潔劑 KM6 Q0.6 風(fēng)扇動作 KM7 Q0.7 復(fù)位燈 HL2 Q1.0 3.3 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 洗車機的總流程圖如下圖2所示： 圖2 自動洗車機程序流程圖 3.5 控制程序設(shè)計思路 通過控制要求可知，本程序設(shè)計主要分為兩部分：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元后才能啟動洗車程序，洗車指示燈亮，開始洗車。洗車程序結(jié)束，洗車機碰到左極限開關(guān)自動停止，洗車指示燈亮熄滅。在洗車過程中，如果出現(xiàn)故障，可按復(fù)位按鈕，所有動作停止，洗車機復(fù)位。排除故障后，洗車機可重新開始運行。 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，先檢驗其是否符合設(shè)計初衷，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(yīng)。然后是洗車程序的調(diào)試，在模擬仿真軟件和實驗室進(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。 實驗室仿真接線圖如圖3所示： 圖3仿真接線圖 仿真過程的程序監(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)生一個上升沿脈沖，計數(shù)一次，整數(shù)加法指令會將相應(yīng)的金額計入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 啟動洗車過程 當(dāng)投幣總金額達(dá)到一百元時，按下啟動按鈕SB1， I0.3接通，啟動燈亮并自鎖。如圖4-2所示。 圖4-3 洗車機右移并噴水洗刷 中間繼電器M0.1、M0.2、M0.3置位，線圈Q0.2、Q0.4、Q0.5接通，洗車機向右移動，噴水機噴水，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，I0.6接通，M0.1復(fù)位，M0.6置位。線圈Q0.2斷電，Q0.3接通，洗車機停止右移，開始左移。噴水機繼續(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，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，洗車機停止左移，開始右移；Q0.5斷開，噴水機停止噴水；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 洗車機左移并繼續(xù)噴灑清潔劑 洗車機右移到達(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4-7 洗車機右移并停止噴灑清潔劑 洗車機左移到達(dá)左極限開關(guān)SQ2時，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 洗車機左移計時3S 到達(dá)右極限開關(guān)SQ1時，I0.6接通，M1.6復(fù)位，M1.7置位。線圈Q0.2斷開，Q0.3接通，洗車機停止右移，向左移，T41開始計時。如圖4-8所示。 圖4-9 碰到左極限開關(guān)后停止并熄滅啟動燈 碰到左極限開關(guān)SQ2時，I0.7接通，M3.1、M3.2復(fù)位。線圈Q0.3斷開，洗車機停止左移；Q0.7斷開，風(fēng)扇停止；M3.5置位，線圈Q0.0斷開，熄滅啟動燈。如圖4-9所示。 圖4-10 右移動作的控制 當(dāng)M1.6置位時，線圈Q0.2接通，洗車機右移。如圖4-10所示。 圖4-11 左移動作的控制 當(dāng)M0.6置位時，線圈Q0.3接通，洗車機左移。如圖4-11所示。 圖4-12 刷子洗刷的控制 當(dāng)M0.2置位時，線圈Q0.4接通，刷子開始洗刷。如圖4-12所示。 圖4-13 噴水機噴水的控制 當(dāng)M0.3置位時，線圈Q0.5接通，噴水機開始噴水。如圖4-13所示。 圖4-14 噴灑清潔劑的控制 當(dāng)M1.1置位時，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，線圈Q0.7接通，風(fēng)扇設(shè)備動作。如圖4-15所示。 圖4-16 洗車機的停止復(fù)位 當(dāng)按下停止復(fù)位按鈕SB3時，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，所有動作停止，子程序qinlin開始運行，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)計要求相符。 設(shè)計心得 通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。 在本次設(shè)計中，還學(xué)習(xí)到了大量以前沒有學(xué)到過的知識。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，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，我所學(xué)習(xí)的知識是有限的，在以后的工作中肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我受益非淺。 在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。 參考文獻(xiàn) [1] 趙相賓. 可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計. 機械工業(yè)出版社，2002 [2] 廖常初. 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