城市公交洗车机中的PLC控制系统设计.doc

城市公交洗车机中的PLC控制系统设计 摘 要：随着人们生活水平的稳步提高，汽车已逐渐走进家庭。汽车保有量在逐月攀高的同时，洗车耗水量和汽油也在大幅攀升。人们为了节约水资源和汽油就改乘城市公交！为了降低操作人员的劳动强度，节省各种能耗，提高对汽车清洗的质量和效率，采用PLC控制技术在洗车机上的应用，来解决城市公交洗车机自动体化的控制问题。对系统运行方案的选择，PLC的选型和容量的选择；分析了洗车系统结构图，控制原理，程序框图，PLC系统输入/输出分配图。关键词；洗车机；PLC；自动控制，设计引言在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于资金投资少，洗车管理较方便，洗车质 量最优质。但其缺点也极其突出,主要在于较浪费水资源，浪费人力以及人工难管理。半自动洗车方式的在资金投入比全自动洗车机便宜，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，且实用性较差，许多地区存在着洗不干净车的弊端。城市公共交通作为城市的一项市政公众事业，对于运行于各线路的城市公交辆的外观清洁程度要求较高。为了适应公交事业的高速发展，通过PLC控制技术与电动机等机械设备的共同协作，按照一定的运行方式，实现城市公交洗车机的自动化控制。同时，该洗车机只要改变控制系统中的某些参数，就能对不同大小的城市公交进行两侧和顶部的清洗，节约了为清洗不同的城市公交型而制造不同公交洗车机的成本。1 设计要求11 动作要求 城市公交洗车机动作要求是通过龙门往复运动来达到城市公交身的整体清洗，其动作要求如图所示：如图为实物图图1 城市公交洗车机的结构和作动要求图城市公交洗车机工作时动作要求如下： 1、按下启动按钮发出信号，水平滚筒开始向下移动，同时左侧滚筒和右侧滚筒分别向右和向左移动； 2、滚筒移动到位后开始旋转，同时门架开始向前移动，碰到门架前限位器后门架开始后退，直到碰到门架后限位器停止，所有滚筒也停止旋转； 3、水平滚筒开始向上移动，左侧滚筒向左移动，右侧滚筒向右移动，分别碰到水平滚筒上限位器、左侧滚筒左限位器、右侧滚筒右限位器后停止移动。至此一次循环洗车结束。 另外水平滚筒下移、左侧滚筒右移、右侧滚筒左移的时间是可以根据不同大小的城市公交设定不同的移动时间，保证滚筒能贴到车身；还有，在整个洗车过程中任何一个阶段都能停止，以免发生事故。1.2 运行方案选择洗车机门架移动和滚筒移动提供了两种方案选择，方案一用液压泵控制，传动力大，但液压源价格比较昂贵，污染比较严重，控制和维修都不方便。方案二用正反转三相流交异步电动机控制，停位准确，污染低，噪音低维修方便，但使线路变得相对复杂；对两个方案的比较，方案二占优势，所以选择方案二。因此，洗车机的门架移动、滚筒的移动和旋转都由有三相交流异步电动机来拖动的，根据设计的要求，选用了7台电动机来完成各自任务。1.3 控制原理分析主电路运行控制系统如图2所示，其中，M1电动机控制水平滚筒的升降，接触器KM1闭合KM2断开，水平滚筒下降，KM2闭合KM1断开，水平滚筒上升，KM1和KM2是互锁的，不会同时闭合；同理，M2电动机控制左侧滚筒的右移和左移，KM3闭合，左侧滚筒右移，KM4闭合，左侧滚筒左移；M3电动机控制右侧滚筒的左移和右移，KM5闭合，右侧滚筒左移，KM6闭合，右侧滚筒右移；M4电动机控制门架的前进和后退，KM7闭合，整个门架前进，KM8闭合，门架则后退，由于M4电动机要拖动整个洗车机的运动，所以这个电动机的选择时功率要比其他电动机大的多，须仔细计算。三个滚筒的旋转分别用M5,M6,M7来控制，KM9闭合，水平滚筒旋转；KM10闭合左侧滚筒旋转，KM11闭合，右侧滚筒旋转。图2 主电路运行控制系统原理图2 控制系统的硬件设计基于PLC的高可靠性，强抗干扰性，功能强大，适用性强等优点，在洗车的低压控制中，选择了用PLC控制。在低压控制柜中，用PLC代替原来的全继电器电路，减少了电气接线及开关接点，使电路得到大幅度的精简，极大的降低了电路的错误率，同时也使电路的效率得到了极大的提高，使得洗车的稳定性大大增强。2.1 PLC选型及I/O口地址分配随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。根据城市公交洗车的控制要求，其输入/输出及控制信号共有22个，输入信号9个，输出信号13个。系统的控制量基本上是开关量，只有电压和转速是模拟量，为了降低成本，可以通过检测电路把模拟量转换成开关量、如电压监测可以用电压保护器代替。这样可以选用不带模拟量输入的PLC，因此系统的PLC型号选用松下FP1小型可编程序控制器，它集CPU、I/O、通信等诸多功能模块为一体，具有体积小、功能强、性能价格比高等特点。而FP1-C24虽然具有24个点，但只有8个输出点，不能达到控制系统13个输出点的要求，所以选择了PF1-C40，它具有24个输入点和16个输出点，程序容量可达2720步，满足城市公交洗车机的I/O控制信号和程序控制。电源、输入、输出电压均为220V。输入/输出信号地址分配表见表 1。表1：输入/输出分配表输入车辆监测传感器 X0启动按钮 SB1 X1急停按钮 SB2 X2门架前限位 SQ1 X3门架后限位 SQ2 X4水平滚筒上限位 SQ3 X5左侧滚筒左限位 SQ4 X6右侧滚筒右限位 SQ5 X7复位按钮 SB3 X8输出循环指示灯 W1 Y0降低水平滚筒接触器 KM1 Y1升起水平滚筒接触器 KM2 Y2右移左侧滚筒接触器 KM3 Y3左移左侧滚筒接触器 KM4 Y4左移右侧滚筒接触器 KM5 Y5右移右侧滚筒接触器 KM6 Y6门架前进接触器 KM7 Y7门架后退接触器 KM8 Y8水平滚筒旋转接触器 KM9 Y9左侧滚筒旋转接触器 KM10 Y10右侧滚筒旋转接触器 KM11 Y11传感器提示灯 W2 Y122.2 PLC的I/O接线图图3为城市公交洗车的控制系统I/O口接线图，需注意的是，图中对输入的常闭触点进行了处理，即常闭触点改用了常开触点。图3 PLC控制系统I/O端口接线图3 控制系统的软件设计3.1 系统初始化初始化对于每一套系统程序都是必须的，每一次PLC上电或对PLC强制复位都要初始化，主要是对在程序使用到的PLC各种计数器，定时器，寄存器等进行复位和设置，同时保留上次运行需要记忆的各种数据，完成运行前的各项准备工作。城市公交洗车系统的初始化位置是：水平滚筒在上限位器处，左侧滚筒在左限位器处，右侧滚筒在右限位器处，门架在后限位器处。若不满足这个初始条件，系统将无法启动，需按复位按钮使各滚筒和门架复位，到达满足启动条件初始位置。系统在运行过程中出现故障按急停按钮就能马上停止，若要再次启动程序，需先按复位按钮回到初始位置，使系统初始化。3.2 系统流程图 根据系统设计，绘制了如图4所示城市公交洗车系统流程图。图4城市公交洗车系统流程图3.3 系统程序梯形图根据控制要求和I/O地址编制，绘出控制系统梯形图如图5。图5 PLC控制系统梯形图3.4系统设计指令表 系统设计指令表如表2所示。表2 系统指令表 4系统调试4.1硬件调试接通电源，检查松下FP1-C40可编程序控制器是否可以正常工作，各接头是否接触良好，电动机是否能正常启动，传动链是否有异响，传动是否连贯，传感器是否能正常工作，滚筒、门架活动是否自如，根据需要调整位置，添加润滑剂等。然后检查其是否与电脑的通信接口相连。4.2软件调试按洗车机的控制设计输入梯形图，转化成指令表，进行PG转化，将指令载入到指定的可编程序控制器ROM中，进行下一步的调试。4.3运行调试在硬件调试和软件调试的基础上，打开松下可编程序控制器的“RUN”开关进行调试；按下启动按钮，看洗车机能否按照设计要求完成程序的各项指令，做到完成整个洗车过程；在洗车机工作过程中的任何阶段按下急停按钮，看洗车机能否立即停止工作，停止后按下复位按钮，看洗车机是否能回到初始位置。反复的多做几次测试，保证洗车机能够按要求正常工作。根据以上的调试情况和做出相应的调整，本洗车机运行的PLC控制系统已符合设计要求。5总结这次设计做了个PLC的城市公交洗车控制。在设计的过程中，由于理论和实践知识欠缺，对设计中许多工艺设计很清楚，虽然困难重重，但是在老师的耐心指导和同学们的帮助下完成了这次设计，设计过程中学到了很多知识。一个系统的课程设计是一个锻炼自己的很好的手段，能锻炼我们发现问题和解决问题的能力。在系统的设计过程中，培养了我们养成自学的习惯。通过这次毕业设计让我把以前学过的知识重新梳理了一遍，对书本上的知识有了更深刻的理解，对工程的设计也有了新的认识。由于所学的知识有限，再加上时间有限，没有能够设计出完整的系统。但更重要的是我在学习新东西，学习一种设计的思路和方法，我觉得这是最重要的。 通过基于PLC控制系统的全自动洗车机的设计，解决了长期以来用人工洗车方式效率低下，浪费水资源的问题。在这里，通过合理的控制系统设计，以及控制器的保护措施，使基于PLC控制的全自动洗车机真正具有实用性。 致谢在本论文完成之际，首先要向我的导师何莹老师致以诚挚的谢意。在论文的写作过程中，何老师给了我许多的帮助，在何老师的悉心指导下，我学到了扎实的专业知识，在此我谨向何老师表示衷心的感谢和深深的敬意 同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道，授业，解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学，如何为人处世。我也要感谢嘉兴职业技术学院，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔，学无止进境，明天，将是我终身学习另一天的开始 由于水平有限，此篇设计论文难免存在一些错误，希望各位批阅者