自动洗车机Word格式文档下载.docx

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工程中心4-202

摘要

在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。

人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化，在自动控制领域的作用日益显著。

本设计完成的是基于PLC的全自动控制单元设计及组态计算机完成现场与远程控制，同时实时的进行过程检测，数据采集等操作，实现控制要求。

本论文主要介绍了基于西门子公司人机界面产品，包含触摸屏TP270和相应的专用画面组态软件WinCCFlexible控制系统设计方案。

利用触摸屏实现现场控制，实现集中操作。

实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在系统控制领域能够广泛应用。

关键词：

触摸屏；

过程监控；

现场控制；

远程监控；

洗车机；

一．PLC与HMI基础

可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机，简称PLC（ProgrammableLogicController），它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。

可编程控制器基础

可编程控制器的产生和应用

20世纪60年代，计算机技术开始应用于工业领域，由于价格高、输入电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。

1968年，美国通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引发了开发热潮。

1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。

从此这项技术迅速发展起来。

随着PLC功能的不断完善，性价比的不断提高，PLC的应用面也越来越广。

目前，PLC在国内外已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。

PLC的应用范围通常可分为开关逻辑控制、运动控制、过程控制、机械加工中的数字控制、机器人控制、通信和联网等。

可编程控制器的组成和工作原理

PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本相同。

无论是整体式还是模块式，从硬件结构看，PLC都是由CPU、存储器、I/O接口单元及扩展接口和扩展部件、外设接口及外设和电源等部分组成，各部分之间通过系统总线连接。

PLC的基本结构如图1-1所示：

图1-1PLC基本结构图

（1）CPU（中央处理器）

CPU是PLC的核心，由运算器、控制器、寄存器、系统总线，外围芯片、总线接口及有关电路构成。

它的功能是接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等，是PLC不可缺少的组成单元。

主要功能包括以下几个方面。

1）接收从编程器或者计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器存储。

2）监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。

3）诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。

4）在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。

5）采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。

6）按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。

7）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。

8）响应中断和各种外围设备（如编程器、打印机等）的任务处理请求。

（2）I/O接口

PLC是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或机架槽数限制。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块于外界联系来实现的。

输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间的传递信息的作用。

I/O模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等模块。

（3）存储器

存储器（内存）主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。

系统程序存储器用于存储整个系统的监控程序，一般采用只读存储器（ROM），具有掉电不丢失信息的特性。

用户程序存储器用于存储用户根据工艺要求或者控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机读写存储器（RAM），需要后备电池在掉电后保存程序。

目前则倾向于采用电可擦除的只读存储器（EEPROM）或闪存（FlashMemory），免去了后备电池的麻烦。

（4）电源模块

PLC中的电源，是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

电源可分直流和交流两种类型，交流输入220VAC或110VAC，，直流输入通常是24V。

（5）智能模块

除了上述通用的I/O模块外，PLC还提供了各种各样的特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、温度控制、中断控制、位置控制、以太网、远程I/O控制、打印机等专用型或智能型的I/O模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。

I/O模块的类型、品种与规格越多，系统的灵活性越好，模块的I/O容量越大，系统的适应性就越强。

（6）编程设备

常见的编程设备有简易手持编程器、智能图形编程器和基于PC的专用编程软件。

编程设备用于输入和编辑用户程序，对系统作些设定，监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。

编程设备在PLC的应用系统设计与调试、监控运行和检查维护中是不可缺少的部件，但不直接参与现场的控制。

PLC本质上就是一台微型计算机，其工作原理与普通计算机类似，具有计算机的许多特点。

但其工作方式却与计算机有着较大的不同，具有一定的特殊性。

PLC采用循环扫描的工作方式。

工作时逐条顺序扫描用户程序，如果一个线圈接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，需等扫描到该触点时才会动作。

可编程控制器的分类及特点

根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。

还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。

还可以按I/O点数分类，根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型、大型和超大型四类:

•I／O点数在256以下为小型PLC；

•I／O点数在256～1024为中型PLC；

•I／O点数大于1024为大型PLC；

•I／O点数在4000以上为超大型PLC

可编程控制器有可靠性高、编程简单易学、功能强、安装简单、维修方便、采用模块化结构、接口模块丰富、系统设计与调试周期短等特点。

人机界面基础

随着社会的进步，工业自动化技术迅猛发展，控制系统功能越来越强大，控制过程也变得越来越复杂，系统操作最大透明化已经成为一种需要。

人机界面（HMIHumanMachineInterface）以其美观易懂、操作人性化等显著特点，正好满足这种需求而得到广泛的应用。

人机界面的定义

人机界面是指连接可编程控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。

人机界面产品的组成及工作原理

人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。

根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。

HMI软件分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如WINCC等）。

用户必须先使用组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。

人机界面产品的特点

（1）系统运行过程清晰化

控制过程可以动态地显示在HMI设备上。

例如：

炉子加热通断可以通过指示灯亮灭来显示，炉子的温度大小可以用棒图来指示等等，使整个控制系统变得形象易懂，也更加清晰。

（2）系统操作简单化

操作员可以通过监控界面来控制过程。

可从监控界面上启动和停止系统、设定温度上下限、设置PID参数等。

（3）显示报警

控制过程达到临界状态或系统运行错误时会自动触发报警，例如，当炉子温度超出温度上下限时自动触发报警。

（4）数据归档

HMI系统可以记录过程变量值和报警信息并归档。

通过归档数据，您可以查看过去一段时间的系统运行情况，过程变量等。

（5）报表系统

HMI系统可以输出报警和过程值报表。

例如，您可以在生产某一轮班结束时打印输出生产数据

二．现场控制组态设计

人机界面产品，常被人称为“触摸屏”，是为了解决PLC的人机交互问题而产生的，其包含HMI硬件和相应的画面组态软件，一般情况下，不同的厂家的HMI硬件使用不同的画面组态软件，连接的主要设备是PLC。

硬件系统

本设计现场控制使用的硬件是西门子公司生产的触摸屏TP270（如图2-1所示）。

TP270坚固耐用，结构紧凑，易于安装；

基于WindowsCE，无需硬盘驱动器和冷却扇，可靠性高，快速启动。

可用于全集成自动化（TIA）系统，以降低工程造价。

图2-1TP270

触摸屏的工作原理

“触摸屏”仅是人机界面产品中用到的硬件部分，是一种替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备。

各种触摸屏是依靠传感器工作的，甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。

各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。

触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。

触摸检测部件安装在显示屏前端，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；

而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU,它能接收CPU发来的命令并执行。

TP270接口和连接

（1）连接HMI接口。

如图2-2所示，TP270接口排列如下：

图2-2TP270接口

1）标号1是接地连接，用于连接到机架地线。

2）标号2是电源，连接到电源+24VDC。

3）标号3是接口1F1B,RS422/RS485（未接地），用于PLC、PC、PU。

4）标号4是接口1F1A,用于PLC的RS232。

5）标号6是开关，用于组态接口1F1B。

7）标号7是电池，连接可选备用电池。

8）标号8是USB接口，用于外部键盘、鼠标等的连接。

9）标号9是插槽B，用于CF卡。

10）标号10是以太网接口（只用于MP270B），连接RJ45以太网线。

11）标号11是插槽A，用于CF卡。

（2）下图2-3给出了触摸屏与PLC之间可能的基本连接。

图2-3触摸屏与PLC的连接

（3）下图2-4说明了组态计算机（PG或PC）到触摸屏的连接。

图2-4组态计算机到触摸屏的连接

TP270触摸屏的优点

（1）高组态效率。

（2）在组态计算机上进行组态模拟。

（3）使用基于Windows的用户界面，显示清晰，过程操作简单。

（4）组态期间，大量预定义画面对象可供选择。

（5）处理配方和数据记录