基于S7200PLC的自动洗车机控制系统设计设计

基于S7-200PLC的自动洗车机控制系统设计目录摘要...................................................................................................1第一章自动洗车机的介绍...................................................................2第二章PLC概述..................................................................................32.1PLC简介.....................................................................................32.2PLC的特点.................................................................................32.3PLC的功能.................................................................................32.4PLC的结构与工作原理..............................................................42.5PLC的分类.................................................................................4第三章方案设计..................................................................................53.1设计任务与要求.........................................................................53.2编程元件地址分配.....................................................................63.3外部引脚分布.............................................................................73.4控制程序流程图.........................................................................83.5控制程序设计思路...................................................................133.6系统控制程序...........................................................................13第四章系统调试及结果分析.............................................................24设计心得...............................................................................................31参考文献...............................................................................................31摘要随着我国汽车保有量的迅速提高，汽车清洗行业迎来了一个重要的发展机遇，自助洗车机作为洗车工作必不可少的设备，其清洗效果，清洗速度，清洗成本以及对节水和环境保护的要求，成为其开发和生产必须要考虑的内容。本文主要通过对自助洗车机功能要求和运行分析，确定了自助洗车机的总体设计方案,并主要进行了自助洗车机的驱动和控制系统的设计，针对自助洗车机的特点，采用自助投币，喷水，洗刷，喷洒清洗剂和风干等过程，应用了可编程控制技术对自助洗车机PLC控制系统进行了硬件设计和软件编程。PLC采用梯形图编程语言对其运行过程实行监控，最终实现了自助洗车机的传动和控制要求。关键词：自助洗车机、控制、软件编程、可编程控制器第一章自动洗车机的介绍当今的社会汽车行业发展迅猛，汽车维修保养行业竞争更是愈演愈烈，洗车机由此得以广泛应用。自助洗车机分为龙门往复式和隧道式两种机型，通过对毛刷，水泵，机体行走机构和风机等部件的驱动控制，全自动完成对车辆的刷洗和风干。龙门往复式洗一辆车仅耗时1.5min~4min，隧道式满负荷运行时每辆车仅耗时1.5min左右，避免了手工洗车用水的随意性。洗车机配备专用的水处理设备后，可对洗车污水进行回收净化循环利用，可以节约水资源，是一个很有发展前景的符合现代化建设需要的机电一体化产品。PLC可靠性高，编程简单且易维护，用作自助洗车机控制系统的核心，更能体现它的这些完美品质。以下是自助洗车机的优点：（1）使用自助洗车机效率高，能大大减少劳动力、降低劳动强度，节省成本。（2）一般使用新科技研发的自助洗车机清洗与人员手洗比起来更容易吸引客户，在提高整体形象的同时，又能大幅度提高的经济收入。（3）自助洗车机完全可以采用循环水设备，水用量在原有上可减少1/3，更可有效的合理利用水资源，节能环保。第二章PLC概述2.1PLC简介PLC（ProgrammableLogicController）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。具有可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低等特点。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。2.2PLC的特点PLC有如下特点：(一)高可靠性(二)丰富的I/O接口模块(三)采用模块化结构(四)编程简单易学(五)安装简单维修方便2.3PLC的功能现在的PLC一般具有如下主要功能：（1）开关量逻辑控制功能（2）定时/计数控制功能（3）数据处理功能（4）监控、故障诊断功能（5）步进控制功能（6）A/D、D/A转换功能（7）停电记忆功能（8）远程I/O功能（9）通信连网功能（10)扩展功能2.4PLC的结构与工作原理PLC的基本组成为四部分：中央处理器（CPU）\存储器、输入/输出（I/O）模块和电源。CPU是PLC的神经中枢，是系统的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务：（1）接收并存储用户程序和数据；（2）用扫描的方式接收现场输入设备的状态和数据；（3）诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中得语法错误；（4）完成用户程序中规定的逻辑运算和算术运算任务；（5）更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。I/O模块是CPU与现场I/O设备或其他外部设备的桥梁。PLC配有开关式稳压电源模块，用来给PLC的内部电路供电2.5PLC的分类世界上PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。本次课设综合实验台及其性能指标，最后决定采用西门子PLCS7-200系列。西门子PLC主要产品是S5、S7系列。S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中S7-200系列属于微型PLC、S7-300系列属于中小型PLC、S7-400系列属于中高性能的大型PLC。第三章方案设计3.1设计任务与要求根据要求，本次课程设计将设计投币100元的自助洗车机。有3个投币孔，分别为5元、10元及50元3种，当投币合计100元或超过时，按启动开关洗车机才会动作，启动灯亮起。七段数码管会显示投币金额（用BCD码），当投币超过100元时，可按退币按钮，这时七段数码管会退回零，表示找出余额。洗车机动作流程：1）按下启动开关之后，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。2）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。3）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，清洁剂设备开始动作——喷洒清洁剂。4）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。5）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往右移3s后停止，刷子开始洗刷。6）刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。7）洗车机往左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移，直到碰到左极限开关后停止，然后往右移。8）洗车机开始往右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗车机停止前进并往左移，喷洒清水及刷子洗刷继续动作，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。9）洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。10）若洗车机正在动作时发生停电或故障、则故障排除后必须使用原点复位，将洗车机复位到原点，才能做洗车全流程的动作，其动作就是按下复位按钮，则洗车机的右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止，洗车机往左移，当洗车机到达左极限开关时，原点复位灯亮起，表示洗车机完成复位动作。3.2编程元件地址分配本文自动洗车控制系统采用了八个输入信号和九个输出信号，采用西门子S7-200系列的CPU224，该CPU有14点输入、10点输出，能够满足需求。各输入输出信号如表1所示：表1自动洗车控制系统I/O地址分配表控制信号信号名称编程元件地址编码输入信号5元投币按钮I0.0I0.010元投币按钮I0.1I0.150元投币按钮I0.2I0.2启动按钮SB1I0.3退币按钮SB2I0.4停止复位按钮SB3I0.5右极限信号SQ1I0.6左极限信号SQ2I0.7输出信号启动灯HL1Q0.0退币动作KM1Q0.1洗车机右移KM2Q0.2洗车机左移KM3Q0.3刷子刷洗KM4Q0.4喷水动作KM5Q0.5喷洒清洁剂KM6Q0.6风扇动作KM7Q0.7复位灯HL2Q1.03.3外部引脚分布根据PLC引脚的分配及引脚的功能，其与外部设备连接引线如下图所示：PLCCPU224KM1KM2KM7KM4KM3KM5KM6HL1SB1SB2SB3SQ1SQ2I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0I0.0I0.3I0.4I0.6I0.7I0.1I0.2I0.5HL2220VAC24VDC24VDCCOM24VDC24VDCML+ML+ML+L+M图1PLC引脚分布图3.4控制程序流程图洗车机的总流程图如下图2所示：开始投币10元50元