基于PLC洗车系统设计

PAGEPAGEIV PAGEIV哈尔滨工业大学毕业设计（论文）I-摘要伴随机构学和计算机研发以及自动控制理论的发展,传统的洗车设备正一步步的被PLC控制系统取代，随着时代的进步,自动化技术进一步的发展，自动化控制设备走进了千家万户，给人们的工作带来了很多的方便，自动洗车设备作为自动化控制设备的一种，已经广泛用于汽车服务行业使用，人们也越来越认可自动化控制设备的发展和应用。

自动洗车分为横移输送、喷水清洗、风干等三大主要部分，本文设计了一款自动洗车控制系统，采用西门子PLC作为电路硬件核心控制单元，根据项目需求完成自动洗车控制部分，包括元器件选型、硬件电路设计和PLC软件程序设计，本次设计的自动洗车系统具有使用稳，高效，扩展性能高等特点。关键词：PLC；自动化；系统AbstractWiththemechanismsandresearchanddevelopmentofcomputerandthedevelopmentofautomaticcontroltheory,thetraditionalcarwashingequipmentisreplacedbyPLCcontrolsystemstepbystep,Withtheprogressofera,thefurtherdevelopmentofautomationtechnology,automationcontrolequipmententeredinnumberablefamilies,broughtalotofconveniencetopeople'swork,automaticcarwashingequipmentasakindofautomationcontrolequipment,hasbeenwidelyusedinautomobileserviceindustryuse,peoplealsomoreandmorerecognitiontothedevelopmentandapplicationofautomationcontrolequipment.Automaticcarwashintotransverseconveyor,waterjetcleaning,dryingandsoonthreemainparts,thispaperdesignedacarcontrolsystemautomatically,adoptmitsubishiPLCascorecontrolcircuithardwareunit,accordingtotheprojectneedstocompleteautomaticwashingcontrolsection,includingKeywords：PLC;automation;system

目录TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1课题设计的意义 11.2课题研究的背景 11.3项目研究内容 2本章小结 2第2章系统方案设计 32.1方案的选择 32.2系统的设计分析 3本章小结 5第3章硬件系统设计 63.1PLC的确定 63.1.1PLC的概述 63.1.2PLC的特点 63.1.3PLC的选择 73.1.4PLC的I/O地址分配 83.1.5PLC的外部电路 93.2传感器的选型 93.3电机的选型 103.4其他硬件的介绍 123.4.1按钮硬件的概述 123.4.2指示灯硬件的概述 133.4.3断路器硬件的概述 143.4.4中间继电器硬件的概述 143.4.5蜂鸣器硬件的概述 15本章小结 16第4章系统软件设计 174.1TIAPortalV14软件的介绍 174.2程序流程图设计 17

4.3梯形图的设计与分析 194.3.1启动及报警程序的设计与分析 194.3.2手动程序的设计与分析 214.3.3自动模式程序的设计与分析 234.3.4输出程序的设计与分析 294.4仿真软件的概述 324.5仿真调试过程 34本章小结 38第5章系统调试 395.1调试准备 395.2调试步骤 395.3调试结果 39本章小结 39结论 40致谢 41参考文献 42附录1主程序图 43附录2手动子程序图 50附录3自动子程序图 52PAGE57 PAGE57第1章绪论1.1课题设计的意义 洗车设备在如今汽车服务行业中，清洗风干是汽车洗车过程中必备的动作流程段，在汽车服务行业中作业人员经常顶着恶劣的环境进行作业，长时间挥汗如雨般的作业，重复的清洗，风干动作，日复一日，作业人员长期以来会造成巨大的身体隐患，同时人工清洗，风干的洗车效率相对于机器运行设备而言是很慢的，毕竟机械在正常情况下可以连续24小时作业，而人们在恶劣的环境或者长时间下持续工作，工作效率是下降很快的，考虑到人工作业的效率低，劳动成本等问题，在科技发展迅猛的今天，现在利用PLC控制技术应用极为广泛。利用PLC进行控制自动洗车系统可以提供生产的效率，PLC控制设备的发展技术如今已是国际化了，PLC控制系统既简单明了，引人注目且易于修改。是目前应用极其广泛的新型流水生产线控制模式，利用PLC对自动洗车设备进行运动控制因此成为了首选控制方式，所以我选择此课题作为研究对象。1.2课题研究的背景社会在不断的进步,科技在不断的发展,随着改革开放国外资本涌入中国市场,同时也带来了全新的技术和设备。在这一时期,我国的设备自动化的到了充分的发展,各种技术也开始不断成熟。硬件数控系统的数控机床等加工的自动生产线的出现标志着我国工业自动化的日趋成熟。

随着技术的日趋成熟,设备的不断改良,近年来,我国的工业自动化水平有了显著的提高,取得了巨大的成果,清洗行业也随着工业自动化的发展在工业清洗中产生了不小的变化。我国最早清洗方面采用人工手洗,极消耗人力成本与人工劳动力,且生产效率较低，在洗车过程里面需要人为采用工具，如毛刷，抹布等对工具表面进行清洗，该工作模式劳动强度大并需设备停止工作,既有破坏性也影响生产，水力清洗法又称喷射法,是基于利用水流动能,使水沿管道,以大大超过工作时的速度运动,属机械清洗独立形成的一分支。像换热器等类似设备不需停止运行就可水力清洗。该法简单,不需专门的清洗设备,但仅适于易清除的沉积,并损失大量的水。经过进一步改进,产生了水枪清洗,需停止设备运行,分别冲洗。近年来国内外水枪清洗进一步完善。特别是用高压泵喷射枪清洗。国内引进技术生产,压力可达500kgf/cm²左右。采用高压泵提高了水力清洗的效率,扩大了使用范围,是发展最快的清洗方法,理论上可清除任何沉积,值得重视。不足之处是劳动强度大,能量消耗大,须停产拆开设备，洗车风干环节则是采取人工清洗后把工件放到指定的机械式风干设备里面进行风干。

在科技发展迅猛的今天,自动化生产流水线已经逐渐进入我们的视线中,自动化生产线这种高端生产线设备在八十年代初,我们只能通过电影的情节中才可以看到自动化这种高端生产线设备,如今在这个时代里那一些可以举手投足的高端自动化设备,那一些样样精通的自动化设备已经到处可见,在工厂里有很多自动化设备已经开始代替了许多工人在做着的事情以及人力无法胜任的工作，因此我在毕业的设计课题里面选取了关于自动化作业的题目。1.3项目研究内容本系统的核心控制器为德国西门子公司生产的PLC，用来实现自动洗车流程的控制功能，根据项目所需的自动洗车流程要求,完成自动洗车的控制,包括元器件选型、硬件电路设计和PLC软件程序设计，并利用对应的PLC仿真软件进行模拟演示，根据确定好的洗车流程来设计出自动化，高性能的自动洗车控制系统，根据系统需求总结所做的主要工作如下：

（1）选择合适的PLC型号，实现可编程序控制梯形图程序的指令编写。

（2）控制自动洗车系统的传送电机，清洗，风干的正常运行；

（3）解决CAD硬件图纸的绘制。

（4）PLC程序的仿真调试。本章小结本章节主要是对洗车系统的研究内容做一个概述，包括洗车系统的发展，课题的研究含义，系统设计利用西门子PLC对洗车系统进行程序的设计，以及对洗车系统搭建模型进行一个实物的调试，最后利用CAD软件绘画出对应的电路图。

第2章系统方案设计方案设计这一环节非常重要，它直接决定了接下来的工作方向，如果方案设计选择有偏差的话，将会直接影响整个设计的进程和正确性。所以选择一个最佳方案将会使接下来的设计变得高效便捷。结合所学知识，通过查找资料和论证，可通过以下方案来实现课题要求实现的课题指标，本次自动洗车系统设计方案介绍如下所示。2.1方案的选择基于传统继电器控制的洗车控制系统采用硬件接线方式，利用继电器机械触点串联或并联延时继电器的滞后动作等组合形成控制系统，该种系统是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，机械触点有明显的抖动现象，要对其进行定期维修检查，不利于长期工作。且其精度低、对环境要求较高等因素也不利于自动洗车机系统里面的策略调整。

基于PLC控制的洗车系统，可编程控制器PLC采用的控制系统是程序模块化的系统，程序在其内部编写利用计数，定时，逻辑处理等操作指令编写好，操作者可以根据实际情况修改程序，但不需要改变外部硬件设备的连接方式，只需要通过改变指令的开关量或者模拟量的逻辑处理关系即可，同时可编程控制器系统具备和上位机通信连接，具备易于扩展的功能，如今在自动化控制系统中，可编程控制器PLC采用的是电子技术，其内部具有大量的软元件控制，这样就可以省下大量的继电器等硬件成本。

单片机作为最常见的控制器，它的拥有技术成熟，价格便宜等优点。但是它的控制不稳定，抗干扰能力不好，集成度不高且现场布线复杂的生产线监控系统中应用并不常见，工控机作为专业的工业生产控制设备它的控制方式简单，控制性能优异，控制效果好适用于各种工业环境下的控制系统，但是工控机设备价格高昂所以最好用于控制要求高的中大型控制系统。

综上所述接触器控制系统如今已经淘汰，不适用于控制洗车机系统，单片机稳定性有待提高，采集精度不高，抗干扰能力一般，驱动大功率电机能力一般，工控系统昂贵，不适合用于小型控制系统，PLC是一种常见的控制器，它的价格相对便宜，控制性能好，硬件集成度相对较高现场排线方便能够适应各种工业生产环境的要求。且PLC的编程语言丰富，学习相对简单能够满足不同用户的编程需要，所以本次设计选择PLC为控制器来控制洗车系统。2.2系统的设计分析本次是设计一个具有横移传送，清洗，风干一体化的洗车控制系统，该系统由PLC进行控制，本次设计的PLC自动洗车系统动作流程如下所示：图2-1洗车系统流程图如上图2.1所示为本次自动清洗系统的流程图，自动洗车系统有2个模式，一个是手动模式，一个是自动模式，当系统起到后，系统初始化程序，然后选择当前洗车系统的模式，当选择手动模式后，可以点动洗车系统的左移动，右移动，点动洗车系统的刷子，点动洗车系统的风机运行，点动洗车系统的喷水阀运行，点动洗车系统的清洗剂运行，如果选择洗车系统的自动模式后，洗车系统先判断洗车设备是否在原点位置，如果洗车设备不在原点位置，那么此时复位灯点亮，系统开始控制洗车设备复位，当复位完毕后开始正式进入洗车环节，首先洗车系统开始右移动，同时喷水阀打开，刷子运行洗刷工作，当洗车系统移动到右限位后，那么洗车系统开始反方向移动，如果洗车系统还没到右限位，那么持续该动作。如果洗车系统到达左限位后，此时喷水阀门停止运行，洗车刷子停止运行，开始进入喷清洗剂环节，这时洗车系统开始右移动，清洗剂阀门保持接通，当运行到右限位后，洗车系统开始往反方向移动，当移动到左限位后，清洗剂阀门停止运行，当运行完毕后开始进入风干环节，风干环节容洗车系统右边开始移动，移动到位后反方向移动，当回到左限位时，那么洗车结束，系统等待下一次的运行。通过上述过程实现洗车系统自动洗车过程，根据洗车系统自动洗车工艺需求，本次利用可编程控制器PLC进行洗车系统的设计，主要设计流程如下：1、设计洗车的自动洗车系统，能够实现循环控制，能够实现手动调试模式，完成系统总体方案设计；2、选择硬件并设计可行的硬件电路；3、控制系统软件及程序设计，并完成系统的调试；

西门子PLC驱动电机操作按钮西门子PLC驱动电机操作按钮驱动阀门故障检测驱动阀门故障检测状态显示行程开关状态显示行程开关报警控制报警控制图2.2系统框图本章小结本章节主要是对洗车系统的设计方案进行描述，首先对洗车洗车的控制系统进行对比和选择，最终选出PLC作为洗车系统的控制器，然后根据洗车系统的原理绘画出洗车系统的原理图，然后根据洗车系统的原理图绘制出系统设计框图。第3章硬件系统设计3.1PLC的确定3.1.1PLC的概述PLC又称可编程逻辑控制器，作为一种专门适应于各种工业环境下的应用而设计生产的以数字运算为操作方式的电子装置。为了适用于各种工业环境和生产操作，PLC与其拓展的外围设备都应该按照便于与工业控制系统构成一个整体和便于扩展其他功能的原则而设计。PLC相比于其他工业电子装置，其配套齐全，功能完善，其适用性较强；可靠性高，工作稳定，抗干扰能力强；系统设计周期短，电路和程序容易更改，维护方便；易学易用，技术人员容易学习和培训周期短；组态灵活，可通过简单的组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模；输入、输出功能模块齐全，针对不同的现场信号，均有相应的模版和工业现场的器件；体积小、能耗低、重量轻等优点。PLC内部结构如图3.1所示。图3-1PLC基本结构框图3.1.2PLC的特点随着电子元件的发展，PLC（可编程逻辑控制器）于1969年左右发明。PLC的出现是为了取代继电器。PLC的网络功能从零开始发展到如今已经十分发达。准确来说，没有PLC的出现，就没有现代化的制造产业。PLC进一步集成了OCS技术，发展成为可编程自动化控制器。PAC能够便捷地与企业网络集成并实现信息工厂。Modbus也广泛应用于PLC网络。通过近几十年来电子水平的发展，PLC的体积比以前小很多。但小的程度是有限的。由于电阻器和电容器的体积难以降低，因此抗干扰措施需要这些分立元件。并且，想要让操作起来更方便和强大，控制器的存储器正在扩展并且处理能力正在增加。PLC保证了灵活程度，可靠性和高性价比的优点。并且，标准化和开放性取得了很大进展，受到了许多用户的青睐和应用。PLC是通过单片微型计算机进行高集成组成的。在此基础上PLC还有自我保护的功能，这也大大提高了PLC系统的可靠性。3.1.3PLC的选择随PLC发展至今国内外已经生产出许多种类、每个种类还有许多不同的型号,其功能和操作都有一定的差异，故此在设计以PLC为基础的系统时，对PLC机型的选择变得尤为重要，通常在选择PLC机型时需要考虑以下几个方面。

1.规模适中

PLC在选型过程中，I/O口的数量是一个至关重要的参考标准。I/O除了在系统中使用的数量外，还需留有总数的20%左右的剩余量。因此在选择PLC的型号时，需要选择I/O合适的，不宜过多，也不宜过少。若考虑到系统只要求实现单机自动化或者机电一体化，可选择小型的PLC，其I/O点数较少，外部设备要求较低。若设计的控制系统较为复杂，其输入和输出点数较多，外部被控制设备较为分散，则需要选择中大型PLC来满足系统要求。

2.功能适中，结构合理

若设计的系统为开关量控制的系统，则应选择低档机来满足要求。可适当的加上设计所需的外部模块扩展功能。

若控制类型较为复杂，其外部设备较多的系统，则要选择功能较多，结构复杂的中高档机型。

3.使用环境的外部条件

在工业生产的过程中不仅要考虑到系统的自身因素，往往还要结合工作环境的因素，来提高系统运行的稳定性。所以在选择PLC机型时，可以参考的外部工作环境因素有：相对湿度、工作温度、抗干扰性能指标、电源允许波动的范围等多个方面。

4.输出方式

现如今PLC输出形式可分：继电器（R）、晶闸管（T）、双向晶闸管（S）。

R-继电器输出方式用于交直流电路；T-晶闸管输出方式用于直流电路；S-双向晶闸管的输出方式用于交流电路。

在研究设计的系统中，PLC主机要用到的输入点数为13点，输出点数为13点，输入方式为开关量控制，因此PLC的类型可以选择继电器输出也可以晶体管输出，根据负载的电压使用条件，综合设计所需功能和结构上的要求以及自动洗车机的工作环境等外部因素，根据西门子S7系列PLC选型手册得知，S7-1214PLC具有14点输入信号，10点输出信号，需要扩展功能模块，需要额外扩展3点输出端的信号。3.1.4PLC的I/O地址分配随系统的I/O地址分为输入地址以及输出地址，输入地址是PLC输入端的控制地址，在本次自动洗车机系统里面主要由启动、停止，故障检测，行程控制，模式选择输入信号，通过计算发现控制系统共需要13个输入地址，其中模拟量输入地址为0个，控制系统详细的输入地址分配见表3.1。表3.1系统输入分配表输入地址分配表序号检测名称地址元件备注1系统启动I0.0按钮2系统停止I0.1按钮3手动模式I0.2按钮4自动模式I0.3按钮5洗车左限位I0.4传感器6洗车右限位I0.5传感器7洗车移动电机故障检测I0.6热继电器8洗车风干电机故障检测I0.7热继电器9手动洗车机左移动I1.0按钮10手动洗车机右移动I1.1按钮11手动刷子运行I1.2按钮12手动喷水阀运行I1.3按钮13手动清洗剂阀运行I1.4按钮PLC的输出地址就是输出系统把从输入系统哪里接收到的指令信号传给继电器，对继电器进行通断控制的端口,对洗车电机进行控制，风机进行控制，对电磁阀门的控制。具体地说，输出系统在接收到信号之后通过驱动电机，指示灯等，通过以上对控制系统输出地址的分析，发现共需要13个输出地址，控制系统详细的输出地址分配见表3-2。表3.2系统输出分配表输出地址分配表序号检测名称地址元件备注1系统运行灯Q0.0灯泡2系统急停灯Q0.1灯泡3洗车机左移动Q0.2电机4洗车机右移动Q0.3电机5喷水阀门Q0.4电磁阀6清洗剂阀门Q0.5电磁阀7洗车刷子Q0.6电磁阀8风机运行Q0.7电机9洗车移动电机故障报警Q1.0蜂鸣器10洗车风机故障报警Q1.1蜂鸣器3.1.5PLC的外部电路图3-2PLC外部接线图本次洗车机自动洗车系统的接线图如图3-2所示，本次系统的控制器由西门子S7系列的S7-1200PLC控制，图纸上最右左边的L和N为输入端电压供电，输入电压为24V供电，输入端的M为输入信号的公共端，西门子PLC的输入端公共端是PNP输入的，同时外部输入的信号必须要与PLC输入端的信号匹配一致，图纸上的正极为外接24V电源的正极，图纸上的负极为外接24V电源的负极，I0.0-I1.5为PLC的输入端，其中I0.6和I0.7为电机过载保护信号，其他端口为开关按钮和传感器信号，图纸下方1L,2L为PLC输出端的公共端，Q0.0-Q1.1为输出端接口。3.2传感器的选型 传感器是人类探知自然社会信息的触角，在本设计中，传感器是比较关键的一个部件，通过传感器来感受被测物体的信息，传感器的功能主要表现为：（1）信息收集；（2）信号数据的转换，传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其性价比的优劣或者说是质量的好坏在整个系统中将会起一个关键的作用，本次的设计中考虑到只需要检测自动洗车是否移动到位的控制，那么采用压电式光电传感器以及接近开关，其主要有以下优点。

（1）简单的结构，较小的体积，尺寸比较小；

（2）性能稳定而且可靠，精度高；

（3）电路交换简单；

（4）使用方便，维修简单；

（5）频率响应好，可以进行动态的测量；

利用接近开关控制自动洗车机的横移动作是否完成，将接近开关布置在洗车设备两侧的机构上，通过测量其接近程度来判断开关是否完全到位。本次选取的接近开关采用德国知名品牌SICK的直流三线常开型输出方式型接近开关，型号为IME12-04BPSZC0K。其实物图如图3-3所示，其参数如表3.3所示。图3-3接近开关实示意图表3.3IME12-04BPSZC0K的技术参数工作电压DC12-36V检测范围1.5-20mm（可调）输出方式PNP常开绝缘电阻1000MΩ3.3电机的选型本次洗车机自动洗车系统采用了交流异步电机，为三相异步电动机，这种电机在工业应用范围较为宽大，查阅资料后，经过三相异步电机选型手册选出合适的电机来进行洗车系统工艺的控制，本次选取的电机型号为Y2系列Y132S2-2，其实物图如图3.5所示，其参数如表3.4所示，该款异步电机有以下这些优点：维修简便；稳定性高；工作时所产生的噪音较低；工作时所使用的电能要求不高；工作效率很高；图3-4电机的示意图表3.4Y132S2-2的技术参数工作电压DC12-36V电机功率7.5KW电流14.9A同步转速3000r/min本次洗车机系统的主电路控制如下所示：图3-5系统主电路图上图为本次洗车系统主电路图，图中KM1,KM2接触器为自动洗车系统横移电动机正反转接触器，KM1接通，那么洗车系统横移电机开始右移，KM2接通，那么电机反方向运行，电机此时处于左移状态，图中KM3为后风干电机接触器。3.4其他硬件的介绍3.4.1按钮硬件的概述此次设计需要的按钮为系统启动，系统停止，手动模式下的点动操作按钮，根据按钮选型手册查阅资料，本次选择施耐德的操作按钮，所以本次设计我选择的按钮型号为

XB5-AW33B1C。具体技术参数如下：XB5-代表它的型号及开孔尺寸为φ22mm，B表示它使用的材料为金属，A表示它是平头按钮，3表示它的颜色为绿色，1表示它的触点形式为1常开，C表示为中国制造，按钮示意图如下图3-8所示。图3-6按钮示意图如上图所示为开关按钮，其具有2组触点，1组为常开触点，1组为常闭触点，应用在本次设计的作用为，急停接在常闭触点组，启动运行按钮接在常开触点组，当对应的按钮接通后，那么PLC捕捉到按钮接通信号，从而进行驱动程序，本次设计按钮具有颜色多款，机械寿命长，抗干扰强的优点，按钮的详细参数见3.5表所示。表3.5XB5-AW33B1C的技术参数复位方式自复位工作温度-20-130额定电流10A触点方式1常开/1常闭3.4.2指示灯硬件的概述根据选型指示灯选型手册查阅资料，发现施耐德的指示灯型号全能，因此本次设计我选择的指示灯型号有3种，它们分别对应交流220V电压下工作的报警指示灯，交流220V电压下工作的运行指示灯和直流24V电压下工作的报警指示灯。具体的型号为：AD16-22D/r31、AD16-22D/g31、AD16-22D/r23。

具体的技术参数如下：AD16-表示型号、系列号，22表示颈部尺寸为22mm，D是它的辅助规格代号，r/g表示它的颜色为红色/绿色，23/31是电压代码具体指它的工作电压为24VDC/220VAC，，指示图示意图如下图3-7所示，详细参数件3.6表。

图3-7指示灯模块示意图表3.6AD16-22D/r31指示灯的技术参数工作电压DV24V工作温度-20-55°C使用频率AC50-60HZ光亮度大于100cd/m^23.4.3断路器硬件的概述断路器的选择主要选择它的工作电流，所以本次设计我选择的断路器型号有两种它们分别是用在电源上的断路器和用在负载电路上的断路器。具体的型号如下:GV2ME25,GV2ME10。由于电源上的断路器管多个负载所以断路器选择的工作电流要比负载电路上选择的工作电流大，具体的技术参数如下：GV是它的型号，2是断路器的系列号，ME表示断路器的类型是热磁型、按钮式的进口产品，25/10表示它的磁脱扣电流大小为25/10A，GV2系列的断路器的最高工作高度为海拔2000米，断路器示意图如下图3-8所示，参数如表3.7所示。图3-8断路器模块示意图表3.7GV2ME25的技术参数工作电压AC220V工作温度-20-55°C额定电流25A防护等级IP673.4.4中间继电器硬件的概述中间继电器也就是一种转换信号低压元件，主要用于信号的传递以及转换，由于一些控制系统一般不具备控制220V或者380V交流信号，只可以驱动24V直流信号，那么这种情况下就需要选择中间继电器作为转换，在本次设计中，PLC只能输出24V直流信号，但是电机是380V交流异步电机，那么采用24V直流继电器，PLC驱动24V直流继电器的线圈，继电器线圈接通，从而常开触点闭合，把380V交流异步电机的线接到继电器常开触点处，以此来完成低压控制高压的目的，根据设计要求:选择RXM2LB2P7中间继电器,示意图如图3.9所示，参数如表3.8所示：图3-9中间继电器模块示意图表3.8RXM2LB2P7中间继电器的技术参数工作电压DV24V工作温度-20-75°C触点数量3对常开触点/3对常闭触点使用寿命电气寿命1000W次3.4.5蜂鸣器硬件的概述当自动洗车机系统的电机温度超出预设温度时，那么利用蜂鸣器发出声光报警，提示自动洗车机设备出现故障，所以本次设计我选择的蜂鸣器电器型号是LTE-1101J，带有声光旋转报警功能，旋转式声光报警触点电流大小为12A，机械使用寿命为5万次，蜂鸣器示意图如下图3-10所示，详细参数见表3.9。图3-10蜂鸣器示意图表3.9LTE-1101J蜂鸣器的技术参数工作电压AC220V工作温度-20-45°C使用频率50AC-60AC赫兹使用寿命闪光100W次本章小结本章节主要是对洗车机的硬件方案进行描述，先控制器PLC进行介绍后，根据洗车机的流程图拟定出洗车机系统的I/O地址分配表，然后利用I/O地址分配表设计出对应的PLC外部电路图，然后对洗车机的电机，传感器，指示灯，蜂鸣器，按钮进行描述，设计出关于洗车机系统的硬件方案。

第4章系统软件设计4.1TIAPortalV14软件的介绍TIAPortalV14是西门子S7-300/400/1200/1500PLC中专用的编程软件，S7-1200PLC在西门子PLC系列中是属于小型的PLC，TIAPortalV14编程软件支持编程梯形图语言、编程指令表语言、顺序SFC编程语言、编程ST高级语言以及编程块FB语言、还编程Label高级语言等。TIAPortalV14软件的特点有下面几点，分别是：

1.软件能够扩加其他的特殊功能模块，例如运动控制模块，PLC的数据可以转换成文档文本的格式。

2.可以利用Windows的特性，来使得软件的操作方便功能可以大大提升，还可以把office软件里面Excel,Word里面的数据进行处理。

3.程序的标准化

(1)标号编程：三软件可以用标号的方式来进行PLC程序编程，这样就不需要对PLC里面的软元件进行先辨别再编程。

(2)功能块：软件可以采取功能块模式进行编程，功能块又称为FB块，这种功能块是用来提升顺序控制的效率而研制出来的一种特殊功能块，主程序可以多次调用子程序。这样编写的PLC程序就可以在特定的顺序控制里面进行反复多次调用，这样使得顺序控制的程序编写起来变得更加容易。

(3)软件支持多种协议通信方式，其可以对其他控制站点进行通信连接起来变成一个网络控制组合。4.2程序流程图设计如下图2.1所示为本次自动清洗系统的流程图，自动洗车系统有2个模式，一个是手动模式，一个是自动模式，当系统起到后，系统初始化程序，然后选择当前洗车系统的模式，当选择手动模式后，可以点动洗车系统的左移动、右移动、刷子、风机、喷水阀和清洗剂等过程运行，如果选择洗车系统的自动模式后，洗车系统先判断洗车设备是否在原点位置，如果洗车设备不在原点位置，那么此时复位灯点亮，系统开始控制洗车设备复位，当复位完毕后开始正式进入洗车环节，首先洗车系统开始右移动，同时喷水阀打开，刷子运行洗刷工作，当洗车系统移动到右限位后，那么洗车系统开始反方向移动，如果洗车系统还没到右限位，那么持续该动作。如果洗车系统到达左限位后，此时喷水阀门停止运行，洗车刷子停止运行，开始进入喷清洗剂环节，这时洗车系统开始右移动，清洗剂阀门保持接通，当运行到右限位后，洗车系统开始往反方向移动，当移动到左限位后，清洗剂阀门停止运行，然后进入风干环节，风干环节洗车系统右边开始移动，移动到位后反方向移动，当回到左限位时，那么洗车结束，系统等待下一次的运行。图4-1洗车系统流程图

4.3梯形图的设计与分析4.3.1启动及报警程序的设计与分析图4-2启动标志程序如上图所示当系统启动后，I0.0接通，此时输出PLC内部辅佐信号M0.0，M0.0输出且自锁，当I0.1接通后，那么M0.0运行标志才会停止运行，同时用传送指令MOVE对QB0进行复位，QB0表示Q0.0-Q0.7八个字节。图4-3运行指示灯程序图4-4紧急停止程序如上图所示当系统启动标志M0.0启动后，输出系统运行指示灯Q0.0，此时Q0.0点亮，当系统急停按钮I0.1接通后，那么输出系统停止指示灯I0.1，同时区间复位辅佐信号，区间复位输出信号信号，系统停止运行，同时返回初始步骤,等待下一次的启动。图4-5电机报警程序如上图所示，当系统启动后，如果故障信号I0.6接通时，洗车横移电机故障报警，利用PLC来进行闪烁报警控制，同时复位Q0.3,Q0.4信号，禁止启动洗车系统横移电机控制。图4-6风机报警程序如上图所示，当系统启动后，如果故障信号I0.7接通时，风机电机故障报警，利用PLC来进行闪烁报警控制，同时复位Q0.7信号，禁止启动风机控制，同时输出Q1.1洗车风机故障报警指示。 4.3.2手动程序的设计与分析图4-7手动标志程序如上图所示当系统运行后，选择了手动模式运行，那么手动模式信号I0.2接通，此时输出PLC内部辅佐信号M0.1，当系统停止信号I0.1接通或者自动模式I0.3接通，那么M0.1信号断开运行。图4-8手动模式指示灯程序如上图所示，当手动模式接通后，此时手动模式运行灯Q0.2点亮，表示系统当前处在手动模式，同时调用子程序FC1进行手动控制程序。图4-9手动模式洗车机左移程序如上图所示，当手动模式接通后，此时控制洗车机左移动，左移动和右移动是互锁的，防止系统洗车电机短路。图4-10手动模式洗车机右移程序如上图所示，当手动模式接通后，此时控制洗车机右移动，左移动和右移动是互锁的，防止系统洗车电机短路。图4-11手动模式刷子启动程序图4-12手动模式喷水阀门和洗涤剂启动程序如上图所示，当手动模式接通后，此时控制洗车机喷水阀门打开，控制洗车机清洗药剂打开，洗车刷子运行。4.3.3自动模式程序的设计与分析图4-13自动模式启动程序如上图所示当系统运行后，选择了手动模式运行，那么自动模式信号I0.3接通，此时输出PLC内部辅佐信号M0.2，当系统停止信号I0.1接通或者手动模式I0.2接通，那么M0.2信号断开运行。图4-14自动模式子程序如上图所示，当自动模式接通后，此时自动模式运行，自动模式子程序FC2运行。图4-15自动模式复位程序如上图所示，处在自动模式时，如果一开始洗车系统不在原点位置，那么洗车系统自动复位，如果在原点位置，那么洗车系统开始自动工作，M0.5复位信号开始自动复位，M1.0为不用自动复位就开始自动开始。图4-16自动模式运行程序1如上图所示，此时洗车系统开始进行复位工作，洗车系统开始左移，同时洗车系统复位指示灯点亮。图4-17自动模式运行程序2如上图所示，M1.1接通后开始延时3S时间，3S时间后输出M7.5信号开始进行下一步控制。图4-18自动模式运行程序3如上图所示，此时洗车系统复位完成，开始准备自动工作，洗车机开始右移，当洗车移动到I0.5信号后，那么开始置位M1.2信号进行下一步控制，复位M1.0信号，复位M1.1信号。图4-19自动模式运行程序4图4-20自动模式运行程序5如上图所示，此时洗车系统开始左移，当洗车机左移到位后，那么置位M1.3信号，复位M1.2信号，洗车机停止左移，开始进行下一步信号。图4-21自动模式运行程序6如上图所示，此时洗车系统开始右移。图4-22自动模式洗涤剂运行程序如上图所示，此时洗车系统清洗阀门打开，当清洗剂打开后，洗车机同时开始右移动，置位M1.5信号，复位M1.4信号，进行下一步。图4-23自动模式刷子运行程序1如上图所示，此时洗车系统刷子运行，当洗车机达到右限位的时候，置位M1.6信号，复位M1.5信号，洗车刷子保持运行。图4-24自动模式运行程序7如上图所示，M1.6接通后开始延时2S时间，2S时间后输出M11.3信号，此时洗车系统开始左移。图4-25自动模式刷子运行程序2如上图所示，此时洗车系统刷子停止运行，置位风机信号M11.4，当洗车机到达右限位后，洗车机右移停止，开始进入M2.0这一步骤。图4-26自动模式运行程序8如上图所示，此时洗车系统开始左移，当左移完毕后，风机停止完毕，表示一轮洗车工作完成，等待系统下一次启动。4.3.4输出程序的设计与分析图4-27洗车系统左移程序如上图所示，利用辅佐信号M多次输出洗车机左移线圈Q0.2。图4-28洗车系统右移动程序如上图所示，利用辅佐信号M多次输出洗车系统右移线圈Q0.3。图4-29洗车系统喷水阀门程序如上图所示，利用辅佐信号M多次输出洗车系统清洗阀门Q0.4。图4-30洗车系统洗车刷子程序如上图所示，利用辅佐信号M多次输出洗车系统刷子Q0.6。图4-31洗车系统洗涤剂阀门程序如上图所示，利用辅佐信号M多次输出洗车系统清洗药剂阀门Q0.5。图4-32洗车系统风机运行程序如上图所示，利用辅佐信号M输出洗车系统风机Q0.7。4.4仿真软件的概述洗车系统软件的调试主要是在西门子博图V14软件里面的S7-PLCSIMV14软件上进行的，S7-PLCSIMV14软件是德国西门子企业专门给博图V14软件对S7-1200系列的PLC编程用的，本次设计在博图V14编程软件上编写出洗车机控制系统的梯形图后，便通过S7-PLCSIMV14的仿真软件进行系统的监控，调试。图4-33仿真开始程序图在西门子博图V14的编程软件中在工具条上方对着仿真器，点击双击操作，那么便会进入仿真设置的环节。图4-34仿真启动程序图在开始进行仿真的时候，必须要禁用其他在线接口，否则仿真和在线监控会产生冲突，导致程序错乱，点击确定选项后进入下一步设置。图4-35仿真下载程序图1等待博图S7-PLCSIMV14软件对程序进行自动编译以及下载。

图4-36仿真下载程序图2下载完毕后，出现如上图所示的小窗口，该窗口便是进入仿真界面的主控窗口，同时在下载预览中点击装载程序。图4-37仿真下载程序图3装载完毕后，选中装载界面的全部启动选项，点击后再点击完成就可以仿真参数的初始化。图4-38仿真运行程序图仿真器小窗口自动变成RUN模式监控，RUN模式绿灯自动点亮，此时设计者可以根据需求对仿真器进行界面设置。4.5仿真调试过程图4-39仿真项目创建程序图进入仿真器内部环境后，点击左上角项目选项，开始创建一个新的仿真项目，该项目可以在后续调试的时候直接打开，这样就不用进行二次参数设置，极其方便。图4-40仿真项目SIM表格创建程序图1仿真项目创建完毕后，开始进入SIM表格设置，在SIM表格里面可以对需要监控的元件地址，比如I的状态，Q的状态，寄存器MW的状态，都可以在表格上进行监控。图4-41仿真项目SIM表格创建程序图2在仿真项目里面对SIM表格进行需要监控的地址进行设置，设置完毕后，开始切换到博图V14编程软件里面进行程序下载。图4-42系统运行程序图在博图V14里面的编程软件中把CPU切换到RUN模式，也就是运行模式。图4-43系统监控程序图切换到RUN模式后，在PLC工具条上方的在线选项中找到监控模式。图4-44系统开始程序图操作I0.0按钮接通，那么系统M0.0启动标志接通，且M0.0自锁保持运行。图4-45系统开始程序图操作I0.0按钮接通，那么系统M0.0启动标志接通，且M0.0自锁保持运行，此时输出Q0.0系统运行指示灯，表示系统正在运行。图4-46手动开始程序图系统启动后，当选择手动模式时，I0.2接通，此时M0.1接通且自锁，同时开始调用FC1手动子程序，且对应的手动模式标志亮起来，表示系统处在手动模式。图4-47手动检修程序图当处在手动模式后，那么当I1.0按钮接通时，那么控制对应的洗车机左移，当I1.1按钮接通时，那么控制对应的洗车机有一点，洗车机左移和右移为互锁模式。本章小结本章节主要是对洗车系统的软件设计进行描述，首先对PLC的编程软件进行详细的描述，然后利用编程软件编写出对应的PLC程序，其中PLC程序是同个模块化的方式进行编写的，其中分为主程序，手动子程序，自动子程序，主程序用于系统的启动，停止控制以及模式的选择，系统的报警监控功能，手动子程序则是为调试，检修模式，可以对系统的元件进行点动调试，自动子程序则是根据编写好的梯形图进行自动运行，手动子程序与自动子程序为互锁模式。

系统调试5.1调试准备通过PLC系统和自动洗车系统的实物模型配合完成本次设计的调试。自动洗车系统使用TIAPortalV14编程软件，程序选择梯形图编写。调试之前先要对PLC与电脑进行联机通信，在通信正常情况下将预先编译好的程序下载到PLC中。再根据硬件接线图将自动洗车控制系统实物模型与PLC进行连线。最后通电调试。5.2调试步骤自动洗车控制系统调试步骤:

(1)检查硬件，完成外接电路接线，打开电脑上的TIAPortalV14编程软件，对PLC和电脑进行通信，确保其通信正常。

(2)将已经编译好的程序下载到PLC中，并使PLC处于运行状态。

(3)检查手动运行模式是否正常，选择手动运行模式后，按下“启动”按钮，再按下其他各个功能按钮，观察其能否实现相应的功能，如果不能实现，再进行程序修改和硬件方面的检查。

(4)检查自动运行模式是否正常，选择自动运行模式后，按下“启动”按钮，观察系统整体运行状态，若不能实现预期的功能，再进行程序修改和硬件方面的检查。

(5)人为设置故障，检查控制系统是否具有发生故障后自我保护的功能。若出现故障PLC能够自动停机，则预期功能实现。5.3调试结果通过反复调试，观察系统的整个运行过程，以确定控制系统的可靠性和稳定性。得出最终的结论，该控制系统能够实现自动洗车的控制要求，在自动运行过程中，该系统可以实现预设的各种功能。当洗车过程中遇到故障时，自动洗车控制系统能及时停机，能够起到安全保护的作用。通过多次调试，本设计预期功能.均能实现。本章小结本章主要是调试过程前的准备、调试步骤以及实际的调试结果，用来论证本次设计是否能达到预期的效果。就调试结果来看，本次设计满足了自动洗车的基本要求，具有可行性，实际思路上没有错误。

结论课题的研究和设计，从工作原理上对实际自动洗车系统进行分析，设计课题的设计流程，预拟课题所要设计的系统需达到的实际作用。并通过对其功能和拟解决的问题的分析完成对自动洗车系统的方案选择、硬件选型、电气路线的设计、软件程序的设计。根据学到知识进行设计，由于系统基于PLC控制，因此方便检修和施工人员操作，故障概率低，还可以根据实际需要修改或增添其他功能。契合实际，且凭借其优点便于一般的控制系统，PLC的程序修改方式，当