基于PLC的汽车自动清洗装置系统的设计.docx
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基于PLC的汽车自动清洗装置系统的设计
摘要
目前随着第二次工业革命，现代汽车越来越多，自动洗车的重要性也越来越明显，传统的手动洗车已经满足不了目前的社会需要，全自动洗车成为了现在洗车行业的趋势。
本设计一种基于PLC的汽车自动清洗系统，本设计主要以PLC技术来控制设备，上位机是通过组态王平台来实现远程监测的，有效的实现了本地以及远程对洗车系统的监测与控制。
本设计中使用的组态王为6.55版本，根据设计要求设计了欢迎画面、主画面、登录画面和报警画面。
系统设计有手动与自动两种工作方式。
在手动方式下，可以人为的任意操作清水洗车，泡沫洗车，擦车或是风干等。
在自动模式下，系统可以首先通过人工设置一些必要的参数再对汽车进行清水洗车，清水洗车完毕再泡沫洗车，第三再进行擦车，擦车完毕之后再进行清水洗车一次，最后开始风干，将汽车吹干。
本系统具有使用灵活，操作简单方便，有报警等保护措施等一些特点。
大大提高了系统的可靠性与稳定性，在使用成本上也大大的节省了人力、物力。
比较符合当今科技向着自动化，智能化方向发展的要求。
在洗车行业中也很符合当前的发展方向，所以应用的前进很好。
关键词：
自动洗车；PLC；组态王
Abstract
ThispaperintroducesakindofautomaticcleaningsystembasedonPLCbus,thedesignasthemaincontroldevicebasedonPLC,thePCremotemonitoringbyKingviewplatform,realizesthemonitoringandcontrolofthelocalandremotecarwashingsystem.ThedesignoftheKingviewversion6.55,accordingtothedesignrequirementsofthewelcomescreen,mainscreen,loginscreenandalarmscreendesign.Systemdesignwithmanualandautomatictwowaysofworking.Inmanualmode,canbeanywaterwashingoperation,artificialfoamwashing,cleaningordryingetc..Intheautomaticmode,thesystemcanbethefirsttoartificiallysetthenecessaryparametersforthewaterwashingthecar,washingwaterafterwashingfoam,thirdtocleanthecar,cleaningafterwaterwashingtime,finallybeganairing,thecarwilldry.
Thissystemhassomecharacteristicssuchastheuseofflexible,easytooperate,therearesomecharacteristicsofthealarmandotherprotectivemeasures.Greatlyimprovethereliabilityandstabilityofthesystem,intheuseofcostisalsogreatlysavethehumanandmaterialresources.Moreconformtotherequirementsofthedevelopmentofmodernscienceandtechnologyinthedirectionofautomationandintelligentdirection.Inthecarwashindustryisalsoinlinewiththecurrentdirectionofdevelopment,sotheapplicationisverygood.
Keywords:
automaticwashing;PLC;kingview
1绪论1
1.1设计的目的和意义1
1.2国内外现状1
1.3设计内容和应用前景1
1.3.1设计内容1
1.3.2应用前景2
2可编程控制器（PLC）与组态王介绍3
2.1可编程逻辑控制器技术介绍3
2.1.1PLC的结构3
2.1.2PLC的工作原理3
2.1.3PLC控制技术与其他控制技术的区别4
2.2组态王介绍4
2.3几种常见的组态软件介绍5
2.3.1InTouch软件5
2.3.2MCGS软件5
2.3.3WinCC软件5
2.3.4力控软件5
2.3.5组态王软件5
3硬件选择6
3.1PLCCPU选型6
3.2控制系统要求6
3.3控制系统原理6
4PLC软件设计9
4.1程序设计思路9
4.2PLC程序设计10
4.2.1主程序10
4.2.2初始化程序11
4.2.3手动程序11
4.2.4自动程序12
4.2.5擦车子程序12
4.2.6报警子程序13
5组态王程序设计14
5.1设备定义14
5.2变量定义14
5.3画面设计15
5.3.1欢迎画面15
5.3.2权限管理画面16
5.3.3主画面16
5.3.4报警画面17
5.4脚本程序17
5.4.1应用程序命令语言18
5.4.2事件命令语言18
5.4.3自定义函数命令语言19
5.4.4画面属性命令语言19
5.5系统运行测试20
结论22
参考文献23
致谢24
1绪论
1.1设计的目的和意义
随着工业化革命的推进，汽车行业也在飞速的发展，如今汽车已经是必不可少的出行工具，本设计的目的是让更加方便快速的进行现代化洗车，使人们出行更加方便。
当今的洗车设备及洗车工艺一般都具有方便化、专用化、功能化、工程化等特点。
系统一般主要都是由机械部分与电气的部分构成。
当今的洗车控制系统主要有人工和自动两种。
人工洗车还是主要靠洗车工来完成对车辆的清洗，又分为继电器控制系统，单片机控制系统，这些控制系统继电器控制系统已经不适合发展的需要，单片机控制系统虽然成本一般会非常低，但是总体的可靠性，组网等方面又不及PLC可编程控制器系统稳定，灵活，所以，基于PLC的自动洗车装置的设计是意义重大的。
1.2国内外现状
现代人们的生活节奏越来也快，汽车的普遍率也越来越高，洗车成为了人们必不可少的一个环节，现阶段洗车可以大致分为人工洗车、半自动洗车、全自动洗车。
一些发达国家例如美国已经洗车已经普遍为全自动洗车。
当前中国洗车市场领域，存在着人工洗车，半自动洗车，全自动洗车等三种主要方式洗车的应用。
人工洗车方式的主要优点在资金投资少，洗车管理方便，，洗车质量最优质。
但其缺点也极其突出，，主要在于浪费水资源，浪费人力以及人工难管理。
半自动洗车方式的优点在资金投入比全自动洗车便宜，但是不可避免的暴露了不能较好的节省水电，也不能较好的节省人力，并且由电脑程序控制流程，洗车效率较高，节约水资源。
但投入资金较大，后期维护较为麻烦。
由于全自动洗车方式具有洗车质量优质，洗车效率高等巨大优势，，故广受用户的欢迎。
1.3设计内容和应用前景
1.3.1设计内容
本设计方案采用组态王6.55版本作为上位机使用软件，PLC可编程控制器选用西门子公司的S7-200系列的CPU226PLC。
使用组图技术设计画面，通过PLC对现场设备进行控制。
组态画面设计有欢迎画面，用户登录画面，主画面和报警画面。
系统工作方式有自动和手动工作方式两种。
自动工作时，工作流程为：
清水洗车→泡沫洗车→擦车→清水洗车→风干汽车，最后离开。
1.3.2应用前景
本设计的基于PLC的汽车自动清洗装置，基本达到了自动化、智能化的要求，操作起来简单可靠，对于人力的节省，用户的资金节省有很大的帮助，此自动清洗装置对于洗车行业的影响也不容小觑。
在行业发展中有很好的发展空间，其前景还是很不错的。
2可编程控制器（PLC）与组态王介绍
2.1可编程逻辑控制器技术介绍
198年到1990年间，是PLC成长最迅猛的时间，它这几年的每年增长量都是维持在30~40%之间，在这个阶段的PLC在数字处理、运算模拟量的数量以及联网和人机交互的能力取得了比较大的提升，可编程逻辑控制器慢慢渗入到过程控制的空间来，PLC在一些实际领域间慢慢取代了在过程控制空间之中一直处于领导位置的dcs系统。
2.1.1PLC的结构
当你从结构上来看，可编程逻辑控制器可以分成模块式和固定式两种。
模块式其实的PLC包括模块CPU、模块电源、模块内存、I/O、机架和底板，固定式的PLC其中有CPU板、I/O板、电源、内存块、显示模块等，这些模块一般构成一个密不可分的一体。
CPU的构成：
CPU是可编程逻辑控制器的最重要部分，起到大脑的作用，每套可编程逻辑控制器必须最起码有一个CPU，它可以按不同PLC的功能接收和存贮电脑程序以及用户信息，通过扫描的办法来收集其中输入模块传送回来的数据和运行状态，同时寄存到特定的寄存器当中，同时，PLC当中线路的运行动态、判断电源以及自己编造过程中的一些错误指令等。
当操作模式时，CPU可以从输出的存贮器进行指令的读取，一条一条的指令判定后再按输入的指令的规则进行相对应的输出，来起到控制与之相关的线路。
CPU主要是由运算器、控制器、寄存器和它们之间相关的状态、状态及控制总线组成，CPU的单元还有一部分总线接口、外围芯片及相关的线路。
内存主要用来储存输入的数据以及相应的程序，它是PLC必不可少的重要组成。
CPU计算的速度以及它的存储量也是PLC重要的数据，这些数据可以一高PLC的运行质量、可以存储的容量及IO口等，所以也就控制着本控制系统的大小。
I/O模块部分：
电路图的线路与PLC借口，是通过输出、输入部分（I/O）完成的。
I/O包括PLC的I/O接口线路，它的输入暂存器可以显示出输入信号的当先动作形态，输出口可以显示输出锁存器的当前运行状态。
输入模块的作用是将电信号转换成数字信号后再进去可编程逻辑控制器的电路当中，输出模的运气状态恰恰与之相逆。
I/O口可以分成输入模拟量（AI）和输出模拟量（AO）以及输入开关（DI）和输出开关（DO）。
2.1.2PLC的工作原理
可编程逻辑控制器（PLC）大部分都是启用“扫描程序而且不断循环”的工作方式来的。
在可编程逻辑控制器的正在运行时，可编程逻辑控制器会根据自己的控制指令启动已经编好的并且存储在自己的存储器中的程序，依照输出的程序进行周期性的来回扫描，假如没有输入跳转指令，那就会从你输出的第一条指令开始来依次的执行自己的程序，直到输入的指令全部结束。
PLC进入输入采样阶段：
一开始是用扫描的方式按照自己的顺序来把全部暂存在输入锁存器中的输入端子状态或着输入数据的读入，并且将输入到相应的输入状态的寄存器中，就是刷新输入。
最后关闭输入端口再进入程序的执行阶段。
PLC在程序的执行阶段：
按照自己出入的指令先后顺序扫描，然后再执行指令，最后的结果在存放在寄存器当中，输入寄存器中的内容随着指令的变化来改变。
输出刷新阶段：
当指令都完成以后，输出的寄存器状态在输出扫描更新的当中会被送到相对应的寄存器当中，然后通过固定的方式来显示出来，再运行该指令相对应的设备进行运作。
2.1.3PLC控制技术与其他控制技术的区别
相比较继电器控制方式，PLC控制技术更加灵活多样、安全可靠，当需要修改功能时只需要修改程序或者简单调整下接线就可以了，而采用继电器控制方式当需要扩容或者修改功能时是非常麻烦的。
采用继电器控制方式接线也是非常多的，这样给安全生产带来了更多的隐患。
2.2组态王介绍
组态王kingview6.55版本是亚控公司依据现在的自动化发展形式，针对低端自动化市场的应用，以达到公司的自动化，一体化为终极目标而开发的一套软件产品。
此产品的目标是搭建工业上的服务平台，它集合了亚控自己开发的工业数据库（KingHistorian），这样可以方便用户在任意时间记录、查询历史数据，对企业生产、规划起到一定的指导作用。
查询历史数据也可以针对报警事件记录设备历史运行情况。
组态王6.55版本产品延续了它早期6.51版本的强大功能，在工业上它使用方便且运行稳定。
亚控公司根据国内外的众多用户提供的意见和建议，针对一些功能做了完善和改进。
组态王kingview6.55版本展示了丰富，易用，简捷的用户界面，让使用者更加自由的配置。
而且为用户供应了大量的图形元素，方便用户画图做出漂亮的界面。
组态王产品在web发布方面又取得了新的进展，新版本6.55的Web发布能够发布画面，数据发布及OCX控件，同时还保留了组态王的Web所有功能，IE浏览客户端也可以获得与组态王主机运行系统一模一样监控画面，IE客户端与Web保持了高效的同步数据，并且也实现了随时随地的对工厂机器运作状态的调整和改变。
提高了工厂的运作效率，并且工厂设备的安全性也得到了较大的保障。
减少了工人的数量，提高了产品的质量。
2.3几种常见的组态软件介绍
当今常用的组态软件有InTouch、MCG、SWinCC、力控及组态王等。
各自特点如下：
2.3.1InTouch软件
InTouch软件是国外研发的工业组态软件，其适用于在独立的机械中，这当中InTouch也能从个人数字助理和工作站和浏览器中看到其中表达的字幕。
2.3.2MCGS软件
目前MCGS的研发方向已经放弃PC机上的应用，主要倾向于嵌入式版，目前版本已经更新到7.1，PC机板的主要版本有MCGS6.2网络版和通用版。
MCGS软件曾经是国内的组态行业的划时代的产品。
2.3.3WinCC软件
WinCC软件是西门子公司研发的一款主要针对自己公司的PLC的工控软件。
运行在PC机上，用户可以在它的友好界面下来进行组态，可组态所需的一切操作画面和报警画面以及一些必要的趋势曲线、报表打印等。
WinCC主要运行于
Windows平台，在欧洲市场已经是领导者，甚至是行业的标准。
2.3.4力控软件
力控软件是三维力控公司的全体研发工程师的集体智慧结晶，此款工控软件主要定位在国内的高端自动化市场。
力控6.0版本软件在力控5.0版本软件的基础上，对以往的历史数据库、I/O驱动、人机界面等一些主要的核心部分进行了大幅度的提升和改进，一些核心构件也进行了重新的设计，使得新产品的品质将大幅提高。
2.3.5组态王软件
组态王产品从版本5到现在的组态王7.0版本经过了多个版本，功能上也有了非常大的进步，WEB发布最新版还支持了工程发布，极大的方便了用户。
3硬件选择
3.1PLCCPU选型
本方案设计使用西门子公司的S7-200PLC的226CNCPU。
CPU226CN本机是带有24个数字量输入及16个数字量输出的模块，CPU226CN选择交流220V供电，继电器输出的型号，这样可以很方便的接入我们的民用电网并且因为是继电器输出的方式可以外控任意模块触点又起到隔离的作用，防止因为外围设备的损毁而烧掉PLC。
3.2控制系统要求
控制要求学生设计一个基于PLC的自动洗车装置，，运用PLC作为控制器，能对汽车位置实现相应检测，当检车到汽车进去车库中。
立刻开启水阀门，水阀门打开出水进行清洗，之后开启刷子接触器进去刷干净，然后车子运行到指定的位置之后，开启风干装置进行风干，运行指定的时间后车子离开，阀门关闭，清洗结束。
具体的设计要求：
当发出启动命令时，清洗机开始工作，清洗机接触器和水阀都打开，汽车进去洗刷范围时，刷子接触器开启，进去刷洗程序。
当检测到车子离开时，清洗机接触器和水阀门以及刷子接触器全部关闭，停止刷洗，发出停机命令，结束刷洗。
系统设计有手动与自动两种工作方式。
在手动方式下，可以人为的任意操作清水洗车，泡沫洗车，擦车或是风干等。
在自动模式下，系统可以首先通过人工设置一些必要的参数再对汽车进行清水洗车，清水洗车完毕再泡沫洗车，第三再进行擦车，擦车完毕之后再进行清水洗车一次，最后开始风干，将汽车吹干。
3.3控制系统原理
本设计的系统结构图如图1所示。
组态王软件运行在上位机中，通过与PLC的通信实现与下位设备的数据交换机控制操作。
系统有本地控制和远程控制方式，本地及远程控制的优先级同样高，即以最后操作步骤为准。
硬件设计上分为准备区域，洗车区域，风干区域以及离开区域。
准备区域、洗车区域金额风干区域都设计有限位开关。
只有当车辆使限位开关闭合，才可以进行相应的操作，否则就会产生报警。
图1系统结构图
系统电气原理图如图2所示。
PLC的Prot0用作与上位机通信。
通过PC/PPI协议组组态王连接交换数据。
设备地址设为2，波特率9600，8位校验位，偶校验。
这些参数要与组态王定义的设备一致访客通信成功。
图2系统电气原理图
输入
定义功能
输出
定义功能
I0.0
总电源开关
Q0.0
总电源开关
I0.1
手/自动
Q0.1
等待区指示灯
I0.2
自动开始
Q0.2
清水阀输出
I0.3
清水阀开关
Q0.3
泡沫阀输出
I0.4
泡沫阀开关
Q0.4
擦车输出
I0.5
擦车开关
Q0.5
风干输出
等待区灯控开
I0.6
关
Q0.6
手/自动切换
I0.7
风干开关
Q0.7
上升输出
I1.0
复位
Q1.0
下降输出
I1.1
上升限位
Q1.1
左移输出
I1.2
下降限位
Q1.2
右移输出
I1.3
左移限位
Q1.3
报警输出
I1.4
右移限位
Q1.4
备用
I1.5
等待区检测
Q1.5
备用
I1.6
清洗区检测
Q1.6
备用
I1.7
风干区检测
Q1.7
备用
I2.0
备用
I2.1
备用
I2.2
备用
I2.3
备用
I2.4
备用
I2.5
备用
I2.6
备用
I2.7
备用
表1PLCIO分配表
4PLC软件设计
4.1程序设计思路
根据设计要求，本课题设计有两种工作方式，即手动和自动工作模式。
手动模式时，可以人为的任意操作清水洗车，泡沫洗车，擦车或是风干等。
在自动模式下，系统可以根据默认的洗车时间对汽车首先进行清水洗车，清水洗车完毕再泡沫洗车，泡沫洗车的时间也是根据设定值进行，第三再进行擦车，擦车次数也可以通过人为设置，擦车完毕之后再进行清水洗车一次，最后开始风干，风干时间可以通过该上位机进行设置，将汽车吹干，最后离开。
程序流程如图3所示。
报警原理，因为硬件设计上有准备区域，洗车区域，风干区域以及离开区域。
准备区域、洗车区域金额风干区域都设计有限位开关。
只有当车辆行驶到指定位
置使限位开关闭合，才可以进行相应的洗车、擦车等操作，否则检测车不在指定位置就进行操作，就会产生报警。
这也防止了当车辆不在时，进行洗车等情况的发生。
报警流程图如图4所示。
图4报警流程图
4.2PLC程序设计
PLC编程选用STEP7MicrowinV4.0编程软件，这款编程软件是专门为西门子公司的
S7-200系列的小型PLC设计的编程软件，用户使用这软件可以根据控制系统的要求编制相应的控制程序并完成与控制器PLC的实时通信，来实现随时随地的进行装置的控制。
用户可以用鼠标的右键单击指令树中的“项目”部分的文件夹，插入到附加的程序组织单元（POU）里；还可以使用鼠标来打开、编辑、删除它的属性表。
鼠标右键单击树中的“指令”部分，一个文件夹或者单个的指令，以方便隐藏树。
打开指令的文件夹后，就能够拖放单指令或者双击，按照用户的需要自动将选择的指令插入到程序编辑器的窗口中光标的位置。
还可以将指令拖放到“偏好”文件夹里，排列一直使用的指令。
PLC程序包括主程序，初始化程序，手动程序，自动程序，擦车子程序以及报警子程序几个部分。
4.2.1主程序
主程序实现实现的功能：
调用子程序和实现一些简单的逻辑操作在主程序中的上电后的第一个上升沿调用了初始化程序，对系统完成初始化。
网络2完成总电源开、关的功能。
网络3为手动程序调用，网络4自动子程序调用，网络5指示灯控制，网络6复位控制。
主程序如果5所示。
图5PLC主程序
4.2.2初始化程序
初始化程序如图6所示。
初始化程序主要完成对系统程序的初始化。
将一些重要的数
据标志等复位，进行初始化设置。
图6PLC初始化程序
4.2.3手动程序
手动程序是系统工作在手动模式时才调用的子程序，在手动模式下，系统可以通过人为的手动控制实现对系统的任意合理控制，包括比如清水洗车，泡沫洗车，擦车，风干等等一些操作。
手动程序如图7所示。
4.2.4自动程序
自动程序如图8所示。
自动程序中对一些重要的参数可以通过上位机来进行设置，自动程序执行流程为首先进行清水洗车，再进行泡沫洗车，再进行擦车，再进行一次清水洗车，最后再风干汽车，风干完毕之后使汽车离开。
图8PLC自动程序
4.2.5擦车子程序
擦车子程序如图9所示。
擦车子程序实现的功能是根据刷车的刷子的限位开
关的状态，通过对相应电机的控制来实现对刷子的上、下、左、右的控制，从而
实现对汽车的擦拭，最终完成汽车的擦拭工作。
4.2.6报警子程序
图9PLC擦车子程序
报警子程序如图10所示。
报警子程序的功能是当系统出现异常时发出报警提示，来提示用户系统有故障，尽快维护。
举例来说假如汽车未在洗车位置，而这时系统操作有清
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