基于PLC的汽车自动清洗装置系统的设计.docx

1、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

2、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AbstractThis paper introduces a kind of automatic cleaning system

3、 based on PLC bus, the design as the main control device based on PLC, the PC remote monitoring by Kingview platform, realizes the monitoring and control of the local and remote car washing system. The design of the Kingview version 6.55, according to the design requirements of the welcome screen, m

4、ain screen, login screen and alarm screen design. System design with manual and automatic two ways of working. In manual mode, can be any water washing operation, artificial foam washing, cleaning or drying etc. In the automatic mode, the system can be the first to artificially set the necessary par

5、ameters for the water washing the car, washing water after washing foam, third to clean the car, cleaning after water washing time, finally began airing, the car will dry.This system has some characteristics such as the use of flexible, easy to operate, there are some characteristics of the alarm an

6、d other protective measures. Greatly improve the reliability and stability of the system, in the use of cost is also greatly save the human and material resources. More conform to the requirements of the development of modern science and technology in the direction of automation and intelligent dire

7、ction. In the car wash industry is also in line with the current direction of development, so the application is very good.Keywords: automatic washing; PLC; kingview1绪 论 11.1设计的目的和意义 11.2国内外现状 11.3设计内容和应用前景 11.3.1设计内容 11.3.2应用前景 22可编程控制器（ PLC ）与组态王介绍 32.1可编程逻辑控制器技术介绍 32.1.1PLC 的结构 32.1.2PLC 的工作原理 32

8、.1.3PLC 控制技术与其他控制技术的区别 42.2组态王介绍 42.3几种常见的组态软件介绍 52.3.1InTouch 软件 52.3.2MCGS 软件 52.3.3WinCC 软件 52.3.4力控软件 52.3.5组态王软件 53硬件选择 63.1PLC CPU 选型 63.2控制系统要求 63.3控制系统原理 64PLC 软件设计 94.1程序设计思路 94.2PLC 程序设计 104.2.1主程序 104.2.2初始化程序 114.2.3手动程序 114.2.4自动程序 124.2.5擦车子程序 124.2.6报警子程序 135组态王程序设计 145.1设备定义 145.2变量定

9、义 145.3画面设计 155.3.1欢迎画面 155.3.2权限管理画面 165.3.3主画面 165.3.4报警画面 175.4脚本程序 175.4.1 应用程序命令语言 185.4.2事件命令语言 185.4.3自定义函数命令语言 195.4.4画面属性命令语言 195.5 系统运行测试 20结 论 22参考文献 23致 谢 241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

10、。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

11、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

12、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 CPU 226 PLC。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

13、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 3040%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

14、 、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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、、 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

20、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、S WinCC、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

21、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

22、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3.1PLC CPU选型本方案设计使用西门子公司的 S7-200PLC的 226CNC PU。CPU226CN本机是带 有 24 个数字量输入及 16 个数字量输出的模块，

23、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

24、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

25、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

26、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 1 PLC IO 分配

27、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

28、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 STEP7 Microwin V4.0 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

29、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。

30、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 5 PLC 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 6 PLC 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 8 PLC 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 9 PLC 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