首先,在進行充分調(diào)摘 要研和系統(tǒng)功能需求分析的基礎上,完成了自動洗車系統(tǒng)的總體方案設計:系統(tǒng)由電機,傳感器,接觸器,變頻器等部件組成:其次,完成了系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計:硬件設計包括所有元器件的選型和電路設計:軟件設計包括控制自動洗車過程的所有程序,如汽車移動,刷子動作,風干動作等:最后,為了驗證設計的正確性,搭建了洗車模擬系統(tǒng)并進行了調(diào)試:采用上下位機協(xié)作模式,以S7-200PLC作為下位機處理核心,負責采集門站現(xiàn)場數(shù)據(jù);以組態(tài)王作為上位監(jiān)控軟件組態(tài)工具,通過組態(tài)一系列典型界面,設計變量來處理數(shù)據(jù)與歸檔,遠程操作現(xiàn)場系統(tǒng)等手段:

        采用PLC進行控制,通過合理的選擇和設計,提高了洗車機的控制水平:利用PLC作為控制系統(tǒng),已成為當今制造業(yè)領域進行設備革命,提高生產(chǎn)力和市場競爭力的重要手段:特別是生產(chǎn)的自動化改造,PLC控制已成為一種技術(shù)潮流之一

        引 言

        當今社會是一個科技高速發(fā)展的社會,是一個自動化盛行的社會:有人開玩笑地說,自動化技術(shù)是聰明人為懶人發(fā)明的技術(shù):這句話的前半句是有些道理,后半部分就不太確切了:因為自動化技術(shù)的發(fā)明和發(fā)展并不是用來為懶人服務的:而是為了讓人有多余的時間去做更多的事情!本課題設計的自動洗車機是利用可編程控制器控制各部件來清洗汽車的一種專業(yè)設備,全自動運行,清洗速度極快,無需人工干預:其主要由控制系統(tǒng)和各動作實現(xiàn)部件構(gòu)成:隨著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:汽車清洗機作為洗車工作必不可少的設備,其清洗效果,清洗速度,清洗成本以及對節(jié)水和環(huán)境保護的要求,成為其開發(fā)和生產(chǎn)必須要考慮的內(nèi)容:隨著社會自動化的不斷發(fā)展,各種類型的自動洗車機必將取代傳統(tǒng)的手工洗車方式,并形成以其為中心的產(chǎn)業(yè)鏈:

        浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院電氣工程分院畢業(yè)設計

        第一章 緒論

        1.1 課題研究背景

        在當前中國洗車市場領域,存在著人工洗車,半自動洗車,全自動洗車等三種主要方式洗車的應用:人工洗車方式的主要優(yōu)點在于資金投資少,洗車管理較方便,洗車質(zhì)量最優(yōu)質(zhì):但其缺點也極其突出,主要在于較浪費水資源,浪費人力以及人工難管理:半自動洗車方式的優(yōu)點在資金投入比全自動洗車機便宜,但是不可避免的暴露了不能較好的節(jié)省水電,也不能較好的節(jié)省人力,并且由電腦程序控制流程,洗車效率較高,節(jié)約水資源:但資金投入較大,后期維護較為麻煩:由于全自動洗車方式具有洗車質(zhì)量優(yōu)質(zhì),洗車效率高等巨大優(yōu)勢,故廣受用戶歡迎:歐美發(fā)達國家早已普及這種全自動洗車方式,正是其巨大優(yōu)勢,使其能夠在歐美如此普及:當前國家正在號召建立節(jié)約型社會,故推廣普及全自動洗車機具有重要意義:

        1.2 自動洗車介紹

        通常自動洗車機的洗車方式:車子使之定位后風干架前進至設定距離后洗車架前進進行水洗車作業(yè),完成后洗車架退后做蠟水洗車作業(yè):風干架后退做吹干流程:自動洗車機的特性是傳統(tǒng)往復式的改良機型,結(jié)構(gòu)體為洗車打蠟系統(tǒng)和風干系統(tǒng)分開,洗車時再結(jié)合同時作業(yè),省去了來回往復的時間,自動洗車機適合場地小,洗車量較大的洗車場或者是加油站業(yè)者:

        自動洗車機在洗車過程中使用的是pH值為中興偏酸的洗車液和上光水蠟:利用機體內(nèi)的發(fā)泡機,將其發(fā)泡噴射至車體,對汽車表面進行清潔:這樣既不會腐蝕車漆,也不會對車輛內(nèi)部的密封圈,管路造成腐蝕,而且洗車后汽車漆面光滑并留有清香:汽車在進入后,洗車機內(nèi)的傳送帶可帶動洗車完成整個洗車過程,這其中包括:泡沫清洗,輪刷同動;超軟布刷,不傷車漆;底盤清洗,養(yǎng)護全車;水蠟噴灑,風干擦干:

        1.3 PLC控制全自動洗車機的優(yōu)越性

        全自動洗車機目前擁有的控制方式有PLC,單片機,FPGA以及基于PC和Lab View的控制方式:由于基于單片機的控制方式擴展性較差,FPGA較難適應全自動洗車機惡劣的工作環(huán)境,且由于其不太適用與裝備如此大型的機器,在處理速度上體現(xiàn)不出它的優(yōu)勢所在基于PC和Lab View的控制方式雖然在各方面都能滿足洗車機的要求,但其售價高昂,后期維修費用也高昂:所以從性價比,可擴展性及實用性等角度,決定了當前PLC控制是主流:基于PLC控制的全自動洗車機的具有可靠性高,抗干擾能力強,功能完善,適用性強,維護方便,改造方便,體積小,重量輕,能耗低等許多優(yōu)點:由于基于PLC控制的全自動洗

        車機相比基于其他控制方式的全自動洗車機有許多無可比擬的優(yōu)點,所以現(xiàn)在市面上大部分全自動洗車機是基于PLC控制:

        PLC控制的全自動洗車機的編程語言容易掌握,是電控人員熟悉的梯形語言,使用術(shù)語依然是“繼電器”一類術(shù)語,大部分與繼電器觸頭鏈接相對應,使電控人員一目了然:PLC控制使用簡單,他的I/O輸入輸出信號可以直接連接:

        當工作程序需要改變時,只需要改變PLC的內(nèi)部,重新編寫程序,無需對外圍進行重新的改動:

        從這些方面突出了使用PLC控制的自動洗車機的優(yōu)越性:

        1.4本課題的初步分析

        在研究基于PLC控制的自動洗車機,初步設計清洗機的控制系統(tǒng)由PLC,控制面板,檢測信號,電磁閥,發(fā)光二極管,交流接觸器組成:檢測信號包括各清洗毛刷的位臵檢測,吹風裝臵的位臵檢測,洗車機機體的位臵檢測:所有的檢測信號均以檢測器件的常開點接人PLC的輸入端,當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時,則PLC上的狀態(tài)指示燈會顯示哪塊信號出現(xiàn)問題:交流接觸器(用作電機控制),直流電磁閥(用作汽缸及供水控制),發(fā)光二極管(用作面板指示):則都接入PLC輸出端的負載:在本系統(tǒng)中,控制面板上的按鈕,開關(guān)和檢測信號輸入到PLC 中,通過PLC 來控制各電機,電磁閥的啟動,關(guān)閉以及指示燈的顯示:PLC 是控制系統(tǒng)的核心,主要完成對本系統(tǒng)所有信號的采集以實現(xiàn)對清洗機的自動控制:

        PLC在整套自動洗車機中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,它是這個控制系統(tǒng)的核心,引導指揮著整套系統(tǒng)的運作順序:所以選擇PLC型號也應慎之以慎:需要經(jīng)過對清洗機性能的分析,控制系統(tǒng)實際需要的點數(shù),以及考慮到今后自動洗車機擴展的需要,合理選定PLC型號:另外由于全自動洗車機長期工作在惡劣的環(huán)境中,因此需要解決全自動洗車機在工作之前自檢的問題:故需考慮在全自動洗車機加入傳感器以及各種保護裝臵,以保證其能夠按照PLC控制的程序正常工作:另外為了防止PLC被經(jīng)常工作的的電磁閥,繼電器以及電機干擾,需要對PLC采取抗干擾的措施,通常采用的做法是在PLC的電源輸人端加裝超隔離變壓器防止電源干擾:在選定PLC的型號以及保護裝臵之后,接下來需要解決的問題是對全自動洗車機運作順序的設計,也就是對PLC進行編程:PLC的程序設計大多采用類似于繼電器控制線路的梯形語言:將控制過程按工藝流程分成若干個動作工序, 再分別用梯形圖語言編制各工序的處理程序, 這是設計中非常關(guān)鍵的地方,因為這關(guān)系到整套系統(tǒng)能否正常工作:根據(jù)洗車工藝要求需要設計自動洗車機的控制程序:洗車機上電后,循環(huán)采集輸人端的各種信號, 經(jīng)存儲在其中的用戶程序處理后, 對輸出端的狀態(tài)進行刷新, 從而完成洗車過程的自動控制:

        分析任務要求及解決方案:

        1分析任務

        當發(fā)出啟動命令時,清洗機開始工作,清洗機接觸器和水閥門都打開,汽車進入洗刷范圍時,刷子接觸器開啟,進入刷洗程序:當檢測器檢測到車子離開時,清洗機接觸器,水閥門和刷子接觸器全關(guān)閉,停止發(fā)出停機命令,結(jié)束刷洗: 刷洗,

        2解決方案

        我們通過以上的分析可以知道,先由人來發(fā)出啟動命令,自動開啟清洗接觸器和水閥門;傳感器檢測到汽車進入清洗范圍時,刷子接觸器打開靠近汽車進行清洗;傳感器檢測到汽車離開清洗范圍時,刷子接觸器停止刷洗;最后我們發(fā)出停止命令,清洗機接觸器和水閥門停止和關(guān)閉:

        第二章 自動洗車系統(tǒng)的原理及其分析

        2.1 總體設計

        本系統(tǒng)是采用PLC程序控制的,在各個輸入信號作用下,根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間順序,使生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動而有序地進行工作:用PLC進行生產(chǎn)過程的控制時,首先要根據(jù)系統(tǒng)工藝過程設計出程序梯形圖:

        圖2-1 系統(tǒng)的原理框圖

        2.2 系統(tǒng)的工作原理

        洗車機的主運動是左右循環(huán)運動,由左右行程開關(guān)控制,同時不同循環(huán)次序伴隨不同的其它動作,如噴水,刷洗,噴灑清潔劑及風扇吹干動作等:系統(tǒng)還采用了復位設計,如在洗車過程中由其它原因使洗車停止在非原點的其它位臵,則需要手動對其進行復位,到位時復位燈亮,此時才可以啟動,否則啟動無效,洗車機經(jīng)啟動后可自動完成洗車動作后自行停止:

        洗車機第一次右移時有噴水及刷洗動作,到達右極限使右極限開關(guān)動作從而控制洗車機左移,而噴水及刷洗繼續(xù),直到碰到左極限開關(guān):洗車機第二次右移時,噴水停止,刷子動作及清潔劑開始噴灑,直到右極限行程開關(guān)動作,洗車機左移清潔劑繼續(xù)噴灑,直到使左極限開關(guān)動作:洗車機第三次右移時,洗車機右移3s停止,刷子刷洗5s,連續(xù)兩次后繼續(xù)右移,直到碰到右極限開關(guān),其中,洗車機右移及刷子刷洗由接通延時計時器T37和T38形成的震蕩電路控制,直到碰到右極限開關(guān)后通過互鎖使刷子動作電路斷開,刷子停止工作:此時洗車機左移,進行和上次右移時同樣的動作,直到碰到左極限行程開關(guān):洗車機第四次右移,噴灑清水及刷子動作,直到碰到右極限開關(guān):洗車左移同時噴水刷洗繼續(xù)直到噴到左極限開關(guān)噴水刷洗停止:洗車機第五次右移,風扇開始動作,直到碰到右極限開關(guān),洗車機左移風扇繼續(xù)動作:洗車機左移直到碰到左極限開關(guān),控制整個設備停止,洗車機完成洗車:

        第三章 PLC控制的自動洗車系統(tǒng)的硬件設計

        3.1 自動洗車的硬件設計

        汽車清洗機主要包括機架行走結(jié)構(gòu),大側(cè)刷刷洗結(jié)構(gòu),小側(cè)刷刷洗結(jié)構(gòu),頂刷刷洗結(jié)構(gòu),吹干系統(tǒng)以及清洗液管路系統(tǒng):

        機架采用兩臺交流異步電動機作為驅(qū)動源:通過控制行走電機的正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn),使機架前進或后退:同時,為保證汽車清洗機在軌道上運行的安全性,在軌道兩端特設立兩個行程開關(guān),以控制機架行走的范圍:機架行走電機的控制由手動前進按鈕,手動后退按鈕:兩個行程開關(guān)等控制兩臺電機的接觸器來實現(xiàn):

        大側(cè)刷刷洗機構(gòu)由大側(cè)刷定位機構(gòu)和刷子轉(zhuǎn)動機構(gòu)組成:刷子轉(zhuǎn)動由兩臺交流異步電動機作為驅(qū)動源,且需要對刷子轉(zhuǎn)動通過對兩個交流接觸器的控制來實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制,大側(cè)刷定位機構(gòu)以兩支氣缸作為驅(qū)動源,氣缸的狀態(tài)通過控制電磁閥來實現(xiàn),同時大側(cè)刷要進行原位,中間位臵和與車頭,車尾相碰位臵的識別,這些位臵識別則通過四個接近開關(guān)和兩個行程開關(guān)來實現(xiàn):

        小側(cè)刷刷洗機構(gòu)由定位機構(gòu)和刷子轉(zhuǎn)動機構(gòu)組成:刷子轉(zhuǎn)動由兩臺交流異步電動機作為驅(qū)動源,不需要對刷子進行正反轉(zhuǎn)控制:小側(cè)刷定位機構(gòu)以兩支雙作用的氣缸作為驅(qū)動源,其運行通過控制電磁閥來實現(xiàn)對小側(cè)刷的定位:

        頂刷刷洗結(jié)構(gòu)由定位機構(gòu)和刷子轉(zhuǎn)動機構(gòu)組成:刷子轉(zhuǎn)動由一臺交流異步電動機作為驅(qū)動源,不需要進行正反轉(zhuǎn)控制:頂刷定位機構(gòu)以一支氣缸作為驅(qū)動源,其運行通過控制電磁閥來實現(xiàn),同時由于機架運行狀態(tài)要受頂刷位臵的影響,為保證運行的安全,頂刷原位設計安裝以判定頂刷是否回位: 一支定位接近開關(guān),

        吹干系統(tǒng)包括風管運行機構(gòu)和吹風系統(tǒng),吹風系統(tǒng)由兩臺風機和相應管路組成:它的通斷可通過控制兩支交流接觸器來實現(xiàn):風管運行機構(gòu)以一支氣缸作為驅(qū)動源,其運行通過控制電磁閥來實現(xiàn),但由于吹干效果受風管仿形效果影響很大,加上風管堅硬,一旦與車體接觸易造成汽車外觀的損傷,因此設計風管吹風定位光電開關(guān)和風管定位安全接近開關(guān)來保證風管位臵的精確識別:

        清洗液管路系統(tǒng)主要由一臺潛水泵,一臺水泵以及各種洗車藥劑的控制閥組成,潛水泵和水泵運轉(zhuǎn)通過控制兩支交流接觸器來完成,而管路的通斷則由電磁閥來實現(xiàn):

        總之,整個汽車清洗機運行需要各個機構(gòu)以及管路電磁閥協(xié)調(diào)配合,只有這樣,才能保證洗車機安全運行,達到安全,高效清洗車輛的目的:

        3.2 系統(tǒng)的硬件選型

        3.2.1 PLC的選型

        S7-200是一種小型的可編程序控制器,適用于各行各業(yè),各種場合中的檢測,監(jiān)測及控制的自動化設備:S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中,還是相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能:因此S7-200系列具有極高的性價比:

        S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面:極高的可靠性;極豐富的指令集;易于掌握;便捷的操作;實時特性;強勁的通訊能力;豐富的擴展模塊:

        S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大的功能:使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制:應用領域極其廣泛,覆蓋所有和自動檢測,自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領域,包括各種機床,機械,電力設施,民用設施,環(huán)境保護設備等:如:沖壓機床,磨床,印刷機械,橡膠化工機械,中央空調(diào),電梯控制,運動系統(tǒng):

        CPU單元選擇:CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點,CPU 222具有8個輸入點和6個輸出點,CPU 224具有14個輸入點和10個輸出點,CPU 224XP具有14個輸入點和10個輸出點,CPU 226具有24個輸入點和16個輸出點:

        集成的24V負載電源:可直接連接到傳感器和變送器(執(zhí)行器),CPU 221,222具有180mA輸出,CPU 224,CPU 224XP,CPU 226分別輸出

        280,400mA:可用作負載電源:

        本設計中使用了CPU224,下面簡單介紹一下CPU224:

        CPU224本機集成了14點輸入/10點輸出,共有24個數(shù)字量I/O:它可以連接7個擴展模塊,最大擴展至168點數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點:CPU224有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間,6個獨立的30KHz高速計數(shù)器,2路獨立的20KHz高速脈沖輸出,具有PID控制器:CPU224配有一個RS-485通訊/編程口,具有PPI通訊,MPI通訊和自由方式通訊能力,是具有較強控制能力的小型控制器:

        3.2.2 電機的選型

        在主電路中,電動機選擇三相異步電動機Y100L2-4,采用“Y”接法,功率3KW;轉(zhuǎn)速1500r/min:額定電壓380(V) 額定電流 6.8(A):安裝尺寸和功率等級完全符合IEC標準:電動機具有高效,節(jié)能,性能好,振動小,噪聲低,壽命長,可靠性高,維護方便,起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點:三相異步電動機Y100L2-4如圖3-1所示:

        圖3-1三相異步電動機Y100L2-4

        3.2.3 變頻器及控制方式選擇

        變頻器是利用電力半導體元件的通斷作用來將工頻電源變換成為另一頻率的電能控制的裝臵:變頻器主要是由整流(交流變直流),濾波,再次整流(直流變交流),制動單元,驅(qū)動單元,檢測單元和微處理單元等組成:系統(tǒng)中變頻器的開關(guān)由總開關(guān)控制,而頻率則由變送器通過模擬量輸出端口輸出的0~5V或4~20mA電信號來控制:

        在工程的實際應用中,變頻器的選型應根據(jù)不同的負載和不同控制要求來合理選擇,以達到資源的最佳利用:下面是變頻器選型的一些依據(jù):

        選用變頻器的目的:恒壓控制或恒流控制等:

        變頻器的負載類型:比如葉片泵或容積泵等,特別要注意負載的性能曲線,因為性能曲線決定了其應用的方式方法:

        變頻器與負載的匹配問題;

        1)電壓匹配;變頻器額定電壓要與負載額定電壓相符:

        2)電流匹配;普通的離心泵,變頻器額定電流與電機額定電流相符:而對于特殊負載比如深水泵等則需要參考電機的性能參數(shù),以最大的電流確定變頻器電流和過載能力:

        3)轉(zhuǎn)矩匹配;這種情況只有在恒轉(zhuǎn)矩負載或者有減速裝臵的情況下才有可能發(fā)生:

        在使用變頻器驅(qū)動高速電機的時候,由于高速電機的電抗小,高次諧波增加導致輸出的電流值增大:因此高速電機的變頻器的選型時,容量要稍大于普通電機的選型:

        變頻器如果在長電纜運行時,此時要采取一些措施抑制長電纜對地耦合電容的影響,避免變頻器的出力不足,所以在這種情況下,變頻器的容量要放大一檔或是安裝一個輸出電抗器在變頻器的輸出端:

        對于某些特殊的應用場合,如高溫,高海拔,會引起變頻器的降容,變頻器容量需要放大一檔:

        本系統(tǒng)對變頻器的端口要求:運行/停止控制;故障狀態(tài)輸出;給定運行頻率輸入功能;模擬量輸出功能:還有就是選擇變頻器的產(chǎn)品質(zhì)量要穩(wěn)定,可靠性要好:

        在本控制系統(tǒng)中,供水運行的下限頻率,供水運行的上限頻率由

        運行時下限頻率設定為20Hz,運PLC控制系統(tǒng)進行設定:在本系統(tǒng)中,

        行時上限頻率設定為50Hz:變頻器ACS510廣泛的應用在工業(yè)領域,適用各種類型負載:且ACS510還針對水泵應用作了特別的優(yōu)化,普遍用于恒壓供水,冷卻風機,地鐵和隧道通風機等等:所以本設計特別選用ABB公司的ASC510系列變頻器:

        表3-2-3 變頻器的參數(shù)

        適用輸出輸出 電源額定輸

        變頻器 電機額定額定過載能力 入交流電壓冷卻

        容量容量電流/頻率 方式

        (KW) (KVA) (A)

        150%60s ,200% 3相,380V強制風冷 ACS510-01-012A-4 5.5 9.1 12 0.5s 至480V 50Hz/60Hz 3.2.4 接觸器的選擇

        交流接觸器的主觸點接在主電路中,起到接通或斷開電源,啟動或停止電動機的作用,線圈和輔助觸點接在控制電路中,可以按照要求來 聯(lián)接,也可以起到接通或斷開控制電路某些分支的作用:同時接觸器還可以起欠壓保護的作用:選擇接觸器時,需要注意它的額定電流和線圈電壓及觸點數(shù)量:

        由于CJX2(LC1)系列交流接觸器適用于交流50Hz或60Hz,電壓至660V,電流至95A的電路中,供遠距離接通與斷開電路以及頻繁起動,控制交流電動機,接觸器還可組裝成積木式輔助觸頭組,空氣延時頭,機械聯(lián)鎖機構(gòu)等部件,組成延時接觸器,可逆接觸器,星三角起動器,并且可以和熱繼電器直接插接安裝組成電磁起動器:所以施奈德CJX2(LC1)系列比較適合本系統(tǒng)的要求:由產(chǎn)品的參數(shù)表可以得知要選用LC1-D18交流接觸器:該規(guī)格交流接觸器的其主要參數(shù)如下:

        額定絕緣電壓Ur:690V

        約定發(fā)熱電流I:32A t h外形尺寸:76X47X87:

        3.2.5 開關(guān)的選型

        本系統(tǒng)的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要用于工作方式的選擇:由于LW39-16系列廣泛運用于電氣控制屏柜和機電控制中的測量,控制的等場合:有A,B,C三個系列可供選擇,充分的考慮了各行各業(yè)用戶的不同使用需求:LW39-16系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)造型美觀,使用方便,安全可靠:約定發(fā)熱電流16A;操作角度30,45,90;觸頭系統(tǒng)最大節(jié)數(shù)12節(jié):

        本系統(tǒng)選擇一般型的 LW39-16A即可:

        主開關(guān)的選擇

        供水系統(tǒng)的主開關(guān)對水泵起著控制,保護,安全隔離等作用,一般選擇低壓斷路器:

        本系統(tǒng)選擇multi9 cn65低壓斷路器,主要是由于C65系列有下面的特點

        - 在以法國的優(yōu)良,成熟產(chǎn)品的基礎上考慮了中國低壓配電的特殊要求;

        - 更多更全的選擇范圍與更強的性能,滿足了不同領域?qū)ε潆姷囊?

        - 提供更豐富更方便安裝的輔件及附件,真正滿足自動化控制的需要;

        - 分斷能力較C45 小型斷路器有明顯提高,且所有額定電流值的分斷能力相同而本系統(tǒng)選擇的C65N為60A(IEC898):

        3.2.6 噴頭的選型

        噴頭在自動洗車裝臵中至關(guān)重要,如果噴頭發(fā)生堵塞或霧化效果達不到設計要求,則會影響清洗效果:根據(jù)洗車特點,選用具有大流道,能提供均勻,高沖擊力噴霧的噴頭:根據(jù)清水池內(nèi)懸浮物顆粒徑及自動清洗過濾精度,選擇噴頭孔徑為5mm,噴流角度為35?時水壓為

        0.45MPa的P型噴頭:為防止噴頭發(fā)生銹蝕,材質(zhì)選用不銹鋼: 0.35-

        噴頭水力計算:噴頭出口孔徑為5mm,為達到洗車效果,確定垂直射

        3流高度為10m,則噴頭水壓為0.20MPa,管嘴出水流量為1.30m/h;出口

        3有收縮,取流量系數(shù)為0.94;噴頭數(shù)量為24個,則總流量為31.20m/h:

        3.2.7 水泵的選型

        因洗車間隔時間為3min左右,水泵需頻繁啟動,而且要求水泵啟動后立即出水,因此需要對水泵進行變頻控制:自動洗車裝臵正常運行時無需人工操作,自動啟停,要求水泵可以方便的進行自動控制:

        總體要求為:洗車用水循環(huán)使用,懸浮物含量較高,要求耐磨蝕;水泵設臵在清水池頂板上,要求具有自吸功能切無需重復引流,自吸性能穩(wěn)定;自控能力強,方便與自動化系統(tǒng)配套使用:

        因此,水泵可采用無密封自控自吸泵:為降低造價,不在新設泵房,水泵采用露天工作,點擊選用戶外型:根據(jù)水力計算,自控自吸泵流量為41-52m3/h,揚程48-42m:

        3.2.8 電氣控制系統(tǒng)原理圖設計

        根據(jù)洗車機的功能,設計出洗車機的洗車機主電路圖如圖3-2所示:

        圖3-2 電氣控制系統(tǒng)原理圖

        第四章 PLC控制的自動洗車系統(tǒng)的設計

        4.1 I/O分配

        由系統(tǒng)的組成分析可知,系統(tǒng)共有輸入點14個,開關(guān)量輸出點6個,模擬量輸入輸出各一個:

        本文自動洗車控制系統(tǒng)采用了四個輸入信號,分別為啟動開關(guān)I0.0,左極限開關(guān)I0.1,右極限開關(guān)I0.2,原點復位按鈕I0.3;九個輸出信號,洗車機右移Q0.0,風扇動作Q0.1,刷子動作Q0.2,洗車機左移Q0.3,噴灑清潔劑Q0.4,噴水動作Q0.5,洗車機停止Q0.6,啟動燈Q0.7,復位燈Q1.0:經(jīng)啟動后可自動完成清洗后自行停止,啟動前必需復位:根據(jù)輸入輸出數(shù)量采用CPU224即可滿足需求:

        下表為PLC的I/O點分配表:

        表4-1 I/O點分配表

        4.2 外部接線

        如圖為外部接線圖:

        圖4-1 CPU224的接線圖

        4.3 系統(tǒng)的工作流程

        1,按下啟動開關(guān)之后,洗車機開始往右移,噴水設備開始噴水:

        2,洗車機右移到達右極限開關(guān)后,開始往左移,噴水機繼續(xù)動作:

        3,洗車機左移到達左極限開關(guān)后,開始往右移,噴水機繼續(xù)動作,清潔劑設備開始動作—噴灑清潔劑:

        4,洗車機右移到達右極限開關(guān)后,開始往左移,繼續(xù)噴灑清潔劑:

        5,洗車機左移到達左極限開關(guān)后,開始往右移,清潔機停止噴灑,當洗車機往右移3s后停止,刷子開始刷洗:

        6,刷子刷洗5s后停止,洗車機繼續(xù)往右移,右移3s后,洗車機停止,刷子又開始刷洗5s后停止,洗車機繼續(xù)往右移,到達右極限開關(guān)停止,然后往左移:

        7,洗車機往左移3s后停止,刷子開始刷洗5s后停止,洗車機繼續(xù)往左移3s后停止,刷子開始刷洗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,將車洗干凈,當碰到右極限開關(guān)時,洗車機停止前進并往左移,噴灑清水繼續(xù)動作,直到噴到左極限開關(guān)后停止,然后往右移:

        9,洗車機往右移,風扇設備動作將車吹干,噴到右極限開關(guān)時,洗車機停止并往左移,風扇繼續(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位,將洗車機復位到原點,才能做洗車全流程的動作,其動作就是按下復位按鈕,則洗車機的右移,噴水,洗刷,風扇及清潔劑噴灑均需停止,洗車機往左移,當洗車機到達左極限開關(guān)時,原點復位燈亮起,表示洗車機完成復位動作:

        4.4 PLC程序

        使用STEP7-Micro/Win32軟件進行編輯:下面給出各個環(huán)節(jié)的PLC程序。

        4.4.1 左移程序

        圖4-7 左移程序

        啟動開關(guān)按下后,M0.0保持得電,汽車到達右極限后,I0.1得電,觸發(fā)M0.1和Q0.3,洗車機開始左移:

        4.4.2 右移程序

        圖4-8 右移程序

        按下啟動開關(guān),I0.0閉合,M0.0和Q0.0得電,洗車機右移 4.4.3 啟動燈程序

        24

        浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院電氣工程分院畢業(yè)設計

        圖4-9 啟動燈程序

        保證洗車機在原點,即I0.3通電,按下啟動開關(guān),運行,觸發(fā)M1.5線圈和啟動燈信號后,啟動燈亮起,M1.5保持得電:

        4.4.4 復位燈程序

        圖4-10 復位燈程序

        按下復位開關(guān),I0.3得電,觸發(fā)M1.6和Q0.3,洗車機開始左移:當?shù)竭_左極限開關(guān)后,I0.2得電,觸發(fā)Q1.0,復位燈亮起: 4.4.5 噴水動作程序

        圖4-11 噴水動作程序

        當洗車機開始運行,離開原點,Q0.5觸發(fā),開始噴水:

        4.4.6 刷子動作程序

        圖4-12 刷子動作程序

        Q0.2出發(fā)后,刷子洗刷開始,以5秒為一個周期,并適當停止:

        4.4.7 清潔劑動作程序

        圖4-13 清潔劑動作程序

        當線圈M0.2得電時,觸發(fā)M0.3和Q0.4,開始噴灑清潔劑,M0.3線圈保持得電:

        4.4.8 風扇動作程序

        圖4-14 風扇動作程序

        左移,當?shù)竭_左極限時,觸發(fā)M1.2線圈和Q0.0,Q0.1,洗車機右移,風扇工作

        通過上面各個程序的配臵組合即可設計出一個完整的自動洗車程序:詳細語句:見附錄

        第五章 基于組態(tài)王的系統(tǒng)監(jiān)控設計

        5.1 建立監(jiān)控畫面

        組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)提供了豐富的圖形對象和動畫連接類型,如命令語言連接,模擬值輸入連接,模擬值輸出連接,屬性變化連接,閃爍,旋轉(zhuǎn)連接等:通過對畫面中圖形對象建立的動畫連接及命令語言程序,實現(xiàn)畫面監(jiān)控數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的同步動態(tài)變化:如圖5-1所示

        5-1 監(jiān)控界面

        5.2 編寫循環(huán)腳本程序

        通過循環(huán)腳本程序的編寫并連接PLC得到輸入輸出信號來系統(tǒng)仿真監(jiān)控畫面能夠正確的展示出自動洗車機的運行流程:如圖5-2所示

        圖5-2 循環(huán)腳本編寫對話框 循環(huán)腳本程序如下:

        //************************************汽車位移控制

        if (本站點右移==1)

        本站點汽車=本站點汽車+5; if (本站點汽車==230)

        本站點右極限=1;

        if (本站點左移==1)

        本站點汽車=本站點汽車-5; if (本站點汽車==0)

        本站點左極限=0;

        //************************************噴水控制

        if(本站點噴水動作==1)

        {本站點清水變量=本站點清水變量+4; 本站點清水流體變量=本站點清水流體變量+2; }

        if(本站點清水變量>10)

        本站點清水變量=0;

        if(本站點清水流體變量>28)

        本站點清水流體變量=0;

        //***********************************噴灑清潔劑控制 if(本站點噴灑清潔劑==1)

        {

        本站點清潔劑變量=本站點清潔劑變量+3; 本站點清潔劑流體變量=本站點清潔劑流體變量+3; }

        if(本站點清潔劑變量>10)

        本站點清潔劑變量=0;

        if(本站點清潔劑流體變量>44)

        本站點清潔劑流體變量=0;

        //***********************************風干機控制 if(本站點風扇動作==1)

        30

        浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院電氣工程分院畢業(yè)設計

        {

        本站點風干風扇變量=本站點風干風扇變量+30; }

        if(本站點風干風扇變量>360)

        {

        本站點風干風扇變量=0;

        }

        //*********************************毛刷轉(zhuǎn)動控制 if(本站點刷子動作==1)

        {

        if(本站點毛刷正轉(zhuǎn)變量<360&&本站點flag==0) {本站點毛刷正轉(zhuǎn)變量=本站點毛刷正轉(zhuǎn)變量+30; 本站點毛刷旋轉(zhuǎn)變量=本站點毛刷正轉(zhuǎn)變量;} if(本站點毛刷正轉(zhuǎn)變量>=360&&本站點flag==0) {本站點毛刷反轉(zhuǎn)變量=本站點毛刷正轉(zhuǎn)變量; 本站點flag=1;}

        if(本站點毛刷反轉(zhuǎn)變量>0&&本站點flag==1) {本站點毛刷反轉(zhuǎn)變量=本站點毛刷反轉(zhuǎn)變量-30; 本站點毛刷旋轉(zhuǎn)變量=本站點毛刷正轉(zhuǎn)變量;} if(本站點毛刷反轉(zhuǎn)變量<=0&&本站點flag==1)

        31

        浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院電氣工程分院畢業(yè)設計

        {本站點毛刷正轉(zhuǎn)變量=本站點毛刷反轉(zhuǎn)變量;

        本站點flag=0;}}

        else

        本站點毛刷旋轉(zhuǎn)變量=0;

        5.3 啟動監(jiān)控機系統(tǒng)后自動運行組態(tài)王

        操作方法:

        在組態(tài)王工程管理器里將需要運行的用戶工程設臵為當前工程:

        將組態(tài)王軟件安裝生成的touchtone.Exe運行系統(tǒng)快捷方式拷貝到"系統(tǒng)開始?程序?啟動"中:

        圖5-3 工程管理器

        以上工作完成后,經(jīng)過組態(tài)的外部I/O及現(xiàn)場數(shù)據(jù)就能實時傳遞給

        監(jiān)控系統(tǒng)并進行生產(chǎn)過程控制:

        為實現(xiàn)組態(tài)王監(jiān)控功能,必須保證組態(tài)王系統(tǒng)對操作系統(tǒng),內(nèi)存,CPU等的要求:運行組態(tài)王設備配臵向?qū)б约霸O臵COM串口時,參數(shù)設臵必須正確,否則組態(tài)王和設備間無法建立通信連接:

        結(jié) 論

        本文完成了對《PLC控制的自動洗車系統(tǒng)》的設計和分析,下面進行一些總結(jié):

        本設計基本上達到了設計目的:利用通用PLC實現(xiàn)了對洗車機的控制,通過合理的設備選型,參數(shù)設臵和軟件設計,改善了洗車機運行的合理性,并節(jié)約了電能:更重要的是該洗車劑全自動運行,大大降低了勞動人員的強度,提高了工作效率:總之,這次畢業(yè)設計不是簡簡單單的完成了一個課題,而是使我初步的掌握了科學研究的步驟與方法,鞏固了我的專業(yè)知識,練習了我的實際操作能力,鍛煉了我分析解決問題的能力,也感到自身知識的貧乏,希望在日后的努力中能做出更完善的系統(tǒng)