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編號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 汽車自動清洗機 PLC 控制 系統(tǒng)設(shè)計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923106 學(xué)生姓名： 錢 輝 指導(dǎo)教師： 黃 敏 （職稱：副教授 ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 汽車自動清 洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研 究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以 標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任 何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 學(xué) 號： 作者姓名： 年 月 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 汽車自動清洗機 PLC 控制系 統(tǒng)設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 隨著我國汽車保有量的持續(xù)增加，汽車清洗作為汽車保養(yǎng)的一個前 提工序，就顯得越來越重要。開發(fā)汽車自動清洗機對于節(jié)約水資源和環(huán) 境保護，提高勞動生產(chǎn)率具有重要意思。本課題屬工程設(shè)計類課題，要求 完成汽車自動清洗機的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計。通過本設(shè)計，可以幫助同學(xué) 加深對本專業(yè)的相關(guān)知識理解和提高綜合運用專業(yè)知識能力。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： ① 了解汽車自動清洗機的工作原理，國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀； ② 熟練 掌握有關(guān)計算機繪圖軟件，并繪制有關(guān)電路圖紙，編制 PLC 控 制程序； ③ 熟 練掌握 PLC 控制系統(tǒng)的知識； ④ 掌握有關(guān)工藝流程設(shè)計、控制系統(tǒng)主電路、控制電路和電氣元件的選 型設(shè)計。 四、接受任務(wù)學(xué)生： II 機械 93 班 姓名 錢 輝 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 隨著我國汽車保有量的持續(xù)增加,汽車清洗行業(yè)也迎來了一個重要的發(fā)展機遇。汽 車清洗機是洗車工作必不可少的設(shè)備。開發(fā)汽車自動清洗機對于節(jié)約水資源和環(huán)境保護， 提高其工作效率具有重要意義。 本課題設(shè)計，主要通過對汽車自動清洗機功能要求和運行過程的分析，確定了汽車 自動清洗機的總體方案。并主要進行了汽車清洗系統(tǒng)電氣和控制系統(tǒng)的設(shè)計。針對汽車 自動清洗機的特點，本文采用了電機來進行驅(qū)動控制。在控制系統(tǒng)部分，應(yīng)用可編程控 制器技術(shù)，對汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)進行了硬件設(shè)計和軟件控制系統(tǒng)的編程。 PLC 采用了西門子公司生產(chǎn)的 S7-200 系列可編程控制器，采用了梯形圖的編程語言，實 現(xiàn)了汽車自動清洗機的傳動和控制要求，滿足了高效、環(huán)保、安全、可靠和低成本的要 求。 本文主要論述了以下幾個內(nèi)容： 1、汽車自動清洗機的總體設(shè)計方案； 2、汽車自動清洗機的電氣系統(tǒng)的設(shè)計； 3、汽車自動清洗機的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。 關(guān)鍵詞：汽車自動清洗機；電動機；電路圖；可編程控制器； IV Abstract As the amount of cars increases very quickly, the service trades of car are facing a very important chance. Car washer is the most important equipment in the process of washing car. It is important to develop automatic car washing machine for conserving water resources and environmental protection, improving their efficiency. In the design of this project, according to analyze the function requirement and the operating process of automatic car washing machine, the overall scheme of the automatic car washer. The detail design of the driving and controlling system of car washer is designed. According to the characteristics of automatic car washing machine, this paper adopted the motor to driving system. In the control system, adopted the technology of sensor and PLC, designed the composition of PLC hardware and programmed the controlling software. The PLC controller adopted Siemens company produces S7-200 series programmable controller, using a ladder diagram programming language, realized the driving and controlling requirements, meet the demand of the efficiency, environmental protection, safety, reliability and low cost requirements. This paper mainly discusses the following contents: 1．Automatic cleaning machine of automobile overall design; 2．Design of automatic cleaning machine of automobile electrical system; 3．Design of PLC control system of the automatic cleaning vehicle, which includes hardware design and software design. Key words: Automatic Cleaning Machine for Vehicle; Motor; Circuit Diagram; Programmable Logic Controller V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 .1 1.1 研究背景 .1 1.2 汽車自動清洗機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .1 1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容 .4 2 汽車自動清洗機的總體方案設(shè)計 .5 2.1 汽車自動清洗機總體方案論證 .5 2.2 主要機構(gòu)的運行過程分析以及設(shè)計 .6 2.3 汽車自動清洗機總體方案設(shè)計 .7 2.3.1 汽車自動清洗機的組成及主要技術(shù)參數(shù) 7 2.3.2 汽車自動清洗機的清洗動作步驟 7 2.3.3 汽車自動清洗機的總體設(shè)計 8 2.3.4 汽車自動清洗機的控制方案的分析設(shè)計 10 3 汽車自動清洗機的電氣系統(tǒng)的設(shè)計 .12 3.1 汽車自動清洗機的控制系統(tǒng)的電路設(shè)計 .12 3.2 汽車自動清洗機控制系統(tǒng)中電動機的選擇 .13 4 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 16 4.1 可編程控制器（PLC ）的組成 16 4.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和一般步驟 17 4.2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 .17 4.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 .17 4.3 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 18 4.3.1 汽車自動清洗機控制要求和控制分析 18 4.3.2 控制系統(tǒng) I/O 點的確定和 PLC 的選型 19 4.3.3 PLC 的 I/O 地址分配表及接線圖 .20 4.4 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 21 4.4.1 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方法 .21 4.4.2 PLC 的編程語言 .22 4.4.3 PLC 編程的一般規(guī)則 .23 4.4.4 汽車自動清洗機的工藝流程分析 24 4.4.5 PLC 程序的編制 .25 5 結(jié)論與展望 .34 5.1 結(jié)論 34 5.2 不足之處及未來展望 34 致 謝 .35 VI 參考文獻 .36 附 錄 .37 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 1 1 緒論 1.1 研究背景 自從 19 世紀(jì)第一輛汽車誕生以來，汽車行業(yè)隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍， 隨著時代的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對汽車的需求量也逐漸加大，據(jù)國家統(tǒng)計 局統(tǒng)計，截止 2011 年年末，全國民用汽車保有量達到 10578 萬輛（包括三輪汽車和低速 貨車 1228 萬輛） ，比上年末增長 16.4%，其中私人汽車保有量 7872 萬輛，增長 20.4%； 民用汽車保有量 4962 萬輛，增長 23.2%，其中私人轎車 4322 萬輛增長 25.5%。汽車產(chǎn)業(yè) 已成為國家經(jīng)濟新的增長點 [1]。 隨著汽車數(shù)量的日益增長，老百姓對汽車的消費觀念發(fā)生著巨大的改變，人們從過 去單一化的消費觀念轉(zhuǎn)變?yōu)樽非蠖嘣南M觀念。隨之而來的便是帶動了汽車清洗保 養(yǎng)等行業(yè)的發(fā)展，其中汽車的清洗便是不可缺少的內(nèi)容。汽車清洗可作為汽車美容、保 養(yǎng)的一個前期必須工序或者一個獨立的汽車服務(wù)項目，有著廣闊的市場前景和可觀的發(fā) 展空間。 目前，大多數(shù)國內(nèi)的汽車清洗由傳統(tǒng)的人工完成。大多數(shù)汽車洗車點通常只是簡單 的由人工擦洗或采用高壓水槍沖洗完成。利用人力資源，對汽車進行涂抹泡沫，然后采 用高壓水泵，利用水泵對汽車進行沖洗；再在自然光及風(fēng)等自然條件下，讓清洗的汽車 進行自動風(fēng)干，沒有站房和自動清洗打蠟設(shè)備，沒有污水處理設(shè)備和污泥處置措施 [2]。 。 雖 然可以達到清洗汽車的目的，但過分依賴于勞動力，操作時間長，洗車過程慢，并且浪 費了大量的水資源，經(jīng)濟性差，不適合和洗車業(yè)的發(fā)展需求；而且嚴(yán)重影響了城市的市 容衛(wèi)生 [3]。 目前國內(nèi)比較大型的汽車美容公司，所擁有的電腦洗車機主雖然實現(xiàn)了汽車的清洗、 打蠟、噴漆等自動化工程，但成本比較高，維修周期比較長，投資回收期較長，其自動 控制系統(tǒng)不是適合小型的、專門的汽車清洗行業(yè)，這極大的限制了電腦洗車機的推廣和 使用。因此，相對于中小型城市，汽車清洗業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?如何實現(xiàn)高效、高質(zhì)量并且適用于小型工廠的汽車自動清洗裝置，就成了汽車清洗 行業(yè)發(fā)展的必然要求。所以，基于市場發(fā)展，節(jié)水和壞境保護以及洗車業(yè)投資和成本控 制的角度出發(fā)，開發(fā)一種即滿足汽車清洗速度快、效率高的要求又能滿足節(jié)水環(huán)保且設(shè) 備投資較低的洗車機，對促進我國汽車清洗美容、汽車保養(yǎng)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將具有重要 的意義。 因此，本次設(shè)計就是采用 PLC 控制，利用定時器，通過線路的通斷來實現(xiàn)汽車自動 清洗流程。它可以最大限度的節(jié)省洗車的人力、物力資源，并且滿足不同的客戶需求， 同時它可以高效、準(zhǔn)確的完成洗車任務(wù)，為客戶提供便利，而且極大限度的節(jié)約水資源， 符合當(dāng)代建設(shè)節(jié)約型社會的時代需要。 1.2 汽車自動清洗機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 汽車清洗是近二十年才在我國逐漸發(fā)展起來的新興行業(yè)，具備資金和技術(shù)門檻低的 特點。由于相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不是十分完備，對場地、環(huán)保、設(shè)備、技術(shù)、經(jīng)營管理等方 面都缺乏明確的規(guī)定和要求，導(dǎo)致本該被淘汰地洗車方式仍然在洗車市場上大行其道， 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 而無水洗車、全自動電腦化洗車等先進的洗車方式卻在市場份額中占有很小的比例 [4]。 目前，城市落后的人丁洗車方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代化城市的市容衛(wèi)生與行業(yè)發(fā)展的需 求，也不符合企業(yè)的規(guī)模經(jīng)營、專業(yè)化，規(guī)范化的要求，更談不上行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展； 中國的洗車行業(yè)健康有序地發(fā)展，當(dāng)務(wù)之急，必須推廣科學(xué)的、環(huán)保的、符合中國國情 的科學(xué)洗車方式，要新的理念、新的思路和新的方法來管理洗車行業(yè)，提升行業(yè)的形象 和競爭力 [5]。 汽車清洗的主要目的就是把汽車上的灰塵油污清洗干凈，使汽車清潔亮麗。目前常 見的洗車方法主要有以下幾種： 1、人工洗車：先用抹布蘸水擦濕車身，再涂上洗車液用抹布擦洗一遍，然后用清水 沖洗，最后用干抹布吸水、吸干。這種洗車方法不僅會對車身油漆有損傷，降低車身漆 面光潔度，而且會造成水資源的浪費及污染環(huán)境。 2、高壓清洗機洗車：分為高壓冷水清洗機（圖 1.1）和高壓冷／熱兩用清洗機（圖 1.2） 。前者用于氣溫較高的南方一帶，后者除了提供常溫的高壓水外，還增加了電加熱 裝置，輸出高壓水的溫度可調(diào)節(jié)，清潔效果更好，但能耗大，一般僅適于冬季寒冷的地 區(qū)使用。但高壓水槍壓力大，易對車身油漆造成傷害，會使車身電路內(nèi)部進水，銹蝕金 屬件，造成電線短路，產(chǎn)生危險。 圖 1.1 高壓冷水清洗機 圖 1.2 高壓冷／熱兩用清洗機 3、泡沫清洗機洗車：泡沫清洗機（圖 1.3）與高壓清洗機不同之處在于它輸出的水 不但可以增壓（輸出壓力約為 0.1～0.5MPa） ，而且還能加入專用的清洗劑，再通過壓縮 空氣（由空氣壓縮機提供） ，使清洗劑泡沫化，然后從泡沫噴槍噴出，能將泡沫狀的清洗 液均勻地涂敷于車身外表，通過化學(xué)反應(yīng)，從而起到極佳的除塵和去油污作用。 4、蒸汽洗車：蒸汽洗車是通過高溫蒸汽洗車機（圖 1.4）將水加熱成蒸汽后，用蒸 汽來清洗汽車。其具有節(jié)水、節(jié)能的特點。但由于設(shè)備質(zhì)量問題存在安全性不高，極易 產(chǎn)生污水造成污染，洗車效果和效率差的缺點。 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 3 圖 1.3 氣動泡沫清洗機 圖 1.4 高效電熱蒸汽清洗機 5、全自動電腦洗車機：電腦洗車機是利用電腦控制毛刷和高壓力水霧電腦洗車機是 利用電腦控制毛刷和高壓水槍來清洗汽車的一種設(shè)備。主要由電路、氣路、水路和機械 部分構(gòu)成。它可通過編制多種洗車程序來完成不同要求地洗車效果。具有洗車效果好， 效率高，節(jié)水等特點 [6]。全自動電腦洗車機，順應(yīng)時代的需要應(yīng)運而生；它的出現(xiàn)是向傳 統(tǒng)洗車方式的挑戰(zhàn)，中國的洗車行業(yè)必須與國際洗車業(yè)接軌，來縮小與國際先進洗車行 業(yè)的差距，因此，推廣和應(yīng)用全自動洗車機勢在必行 [8]。全自動洗車機與現(xiàn)在廣為采用的、 落后的人工洗車方式相比，有著無可比擬的優(yōu)點： 1）洗車潔凈：全自動洗車機由程序控制，采用仿形超軟洗滌工具，能排除人為因素， 保證洗車質(zhì)量。 2）安全可靠：全自動洗車機由電腦按設(shè)計程序控制全過程的操作，完全避免人工操 作引起的人身、設(shè)備事故。 3）快捷高效：它極大的提高了洗車的工作效率。 4）不傷漆面：全自動清洗機采用科學(xué)合理的棉刷，洗滌過程中不會損傷車身漆面。 電腦洗車刷壓力均勻、洗車速度及方向穩(wěn)定，對汽車車身表面漆面造成的損傷很小，遠 小于人工洗車造成的損傷。 5）環(huán)保節(jié)水：全自動洗車機可配套使用循環(huán)廢水處理技術(shù)，不僅使大部分水循環(huán)使 用，減少污水排放量，滿足了環(huán)保要求，而且可以大量節(jié)約水資源。 6）節(jié)省人工：全自動洗車機只需要一個人操作，比人工洗車節(jié)省用工量。 全自動電腦洗車機在洗車過程中，電腦洗車機是靠壓力傳感器和光電控制器來進行 相應(yīng)洗車工作的。電腦洗車機根據(jù)功能類別主要分為汽車移動式全自動電腦洗車機（隧 道式如圖 1.5）和汽車固定式全自動電腦洗車機（龍門往復(fù)式）兩類。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖1.5 隧道連續(xù)式電腦洗車機 1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容 經(jīng)過對大量的文獻資料的分析整理和市場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前市場上銷售的各類全自動 洗車機，從價格、可靠性、節(jié)水環(huán)保、洗車效果等方面綜合考慮分析，都存在不同程度 的欠缺。鑒于此，從而設(shè)計開發(fā)一種適合國情的汽車固定式全自動洗車機，以滿足市場 的需要。本設(shè)計課題的主要內(nèi)容： 1、汽車自動清洗機的總體方案設(shè)計 2、汽車自動清洗機的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計 3、汽車自動清洗機的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 5 2 汽車自動清洗機的總體方案設(shè)計 2.1 汽車自動清洗機總體方案論證 經(jīng)過前期的市場調(diào)查分析，目前，汽車清洗主要集中在轎車、小型面包車等各種小 型客車的外表清洗上，所以本課題設(shè)計的自動清洗機主要功能應(yīng)集中在安全、有效的清 洗各種小型客車的外表上。從大體方面入手，汽車的清洗是由車輛和機架（毛刷）的相 對運動來完成的 [8]，所以我們有兩種設(shè)計方案： 1.機架不動，汽車沿軌道前進完成清洗； 2.車不動，機架運動完成清洗； 第一種方案在機架下方安裝一導(dǎo)軌（或傳送帶） ，由鏈條或者其他工具帶動汽車前進。 其特點是各機構(gòu)按洗車工藝順序分立布置，汽車按照軌道前進依次進入高壓噴淋、清洗 液清洗、毛刷清洗和風(fēng)干等工序，最終完成汽車清洗任務(wù)。由于其各個工序分開布置， 所以設(shè)備占地面積和所需作業(yè)場地很大。其工藝流程如圖2.1所示。 圖2.1 汽車移動式洗車機工藝流程 第二種方案汽車不動，清洗機的機架運動，從而帶動頂刷和側(cè)刷有規(guī)律性的運動來 完成清洗工作。其特點是各工序機構(gòu)集中于一個工位，同一個工位需要完成所有工序任 務(wù)。而且通過事先做好的幾類不同的車型所制定好的方案可以很方便的進行清洗。它的 優(yōu)點是清洗結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、占地面積小，從而降低成本。其工藝流程如圖2.2所示。 圖2.2 汽車固定式洗車機工藝流程 不僅如此，第一種方案的清洗機在清洗汽車時隨著車輛的運動水和清洗機要不停的 噴灑車輛，無形中就會浪費掉一些水資源以及清洗劑；而第二種方案就能很好的避免水 和清洗劑的浪費，在這一運動過程中，汽車是不動的，動的只是清洗機的機架，這樣水 和清洗劑就可以很準(zhǔn)確的噴向所需的地方。很大程度上減少了水資源的浪費。而且占地 高壓噴淋 汽車 汽車 汽車 汽車 清洗液清洗 毛刷刷洗 風(fēng)干 汽車 毛刷刷洗高壓噴淋 風(fēng)干 清洗液清洗 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 面積小，成本低、環(huán)保。 綜上所說，我決定按照第二種方案進行設(shè)計，我們設(shè)計一種龍門架往返式運動的汽 車自動清洗機。結(jié)合當(dāng)前轎車、小型面包車的外形尺寸，可確定汽車自動清洗機的洗車 高度為2000mm，洗車機的洗車寬度為2000mm。這個設(shè)備主要由龍門架、一支頂刷和一對 側(cè)刷（立刷）組成。通過電動、液壓、氣壓裝置對其進行控制。 2.2 主要機構(gòu)的運行過程分析以及設(shè)計 由于汽車在整個清洗過程中是固定不動的，為了完成汽車的清洗的任務(wù)，清洗機的 各部分均需完成各自的相對獨立的功能。由于各部分相對于汽車的相對運動軌跡不同， 必須對洗車機各機構(gòu)進行運動過程分析，以使各機構(gòu)在時間和空間上能夠協(xié)調(diào)工作，保 證清洗過程的順利進行。 頂刷的作用是對汽車的上表面輪廓進行仿形刷洗 [9]，它的運動包括自身繞中心軸的旋 轉(zhuǎn)運動及與車身輪廓形狀相近的運動(如圖2.3） 。繞中心軸旋轉(zhuǎn)運動通過電動機來實現(xiàn)。 而與車身輪廓相近的運動通過機架的行走及氣缸來完成。 圖2.3 頂刷行程軌跡示意圖 側(cè)刷的作用是完成汽車側(cè)面等部位的清洗工作。它的運動主要包括自身繞中心軸轉(zhuǎn) 動和回轉(zhuǎn)中沿車身的運動。其回轉(zhuǎn)中心運動軌跡與車身形狀相似（如圖2.4） 。 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 7 圖2.4 側(cè)刷運動軌跡示意圖 1、2側(cè)刷 3汽車 2.3 汽車自動清洗機總體方案設(shè)計 2.3.1 汽車自動清洗機的組成及主要技術(shù)參數(shù) 汽車自動清洗機的組成：主要由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及水處理循環(huán)系 統(tǒng) [10]組成。 本設(shè)計汽車自動清洗機的主要技術(shù)參數(shù)參見表2-1。 表2-1 汽車自動清洗機的技術(shù)參數(shù) 適用車型 轎車、小型面包車等各種小型客車 設(shè)備尺寸 2500mm(長)*2700mm(寬)*2900mm(高) 洗車尺寸 5000mm(長)*2000mm(寬)*2000mm(高) 軌道長度 8000mm 清洗方式 水洗、風(fēng)干 洗車能力 20(輛/小時) 設(shè)備配置 頂刷1支、側(cè)刷2支、底盤清洗架1組 2.3.2 汽車自動清洗機的清洗動作步驟 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 1、汽車停到車位（停車到位） ； 2、洗車機開始啟動，開始移動； 3、高壓噴頭噴水（水刀）沖掉車體上（包括地盤）的泥土等附著物； 4、毛刷清洗車輛表面及輪廓； 此步驟中，頂刷向下運動到達汽車的前端表面，同時側(cè)刷到位，開始清洗，此過程 為清洗車前端。然后側(cè)刷與頂刷隨整機一起沿軌道運動，清洗汽車車身及兩側(cè)。 5、停止洗刷，開啟風(fēng)干裝置，洗車機沿軌道返回。 2.3.3 汽車自動清洗機的總體設(shè)計 1、汽車自動清洗機的總體設(shè)計方案 汽車自動清洗機的總體方案如圖2.5所示。 圖2.5 汽車自動清洗機總體設(shè)計方案 在本設(shè)計方案中，主要PLC來控制汽車自動清洗機的工作，通過控制使其完成噴水、 刷洗、清洗液清洗以及風(fēng)干等一系列動作。 2、機械部分設(shè)計 機械系統(tǒng)主要由龍門架（機架） 、導(dǎo)軌、頂刷機構(gòu)、側(cè)刷機構(gòu)和風(fēng)干系統(tǒng)等構(gòu)成。其 總體布局如下圖2.6所示。 PLC 控制 汽車自動清洗機 高壓噴淋 刷子刷洗 清洗液清洗 風(fēng)干 結(jié)束 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 9 圖2.6 汽車自動清洗機總體布局 1軌道、2機架、3頂刷、4側(cè)刷、5風(fēng)干系統(tǒng) 3、驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 驅(qū)動系統(tǒng)的作用是根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，將來自液壓和氣壓的各種能轉(zhuǎn)化為毛 刷運動的機械能的系統(tǒng)。本設(shè)計中，機架的行走，頂刷、側(cè)刷的旋轉(zhuǎn)和風(fēng)干系統(tǒng)的運行 采用了電氣驅(qū)動的驅(qū)動方式。頂刷的上下運動和側(cè)刷的左右運動通過氣壓驅(qū)動的驅(qū)動方 式。 4、控制系統(tǒng)設(shè)計 控制系統(tǒng)主要通過可編程控制器PLC來控制實現(xiàn)。PLC是一種工業(yè)控制用的專用計算 機。它可以按照邏輯條件和一定的時序、順序產(chǎn)生控制動作，并能夠?qū)碜袁F(xiàn)場的大量 開關(guān)量、脈沖、計時、計數(shù)以及模擬量的越限報警等數(shù)字信號進行監(jiān)視和處理。經(jīng)過50 年左右的發(fā)展，PLC已經(jīng)非常成熟與完善 [11]。其具有如下幾個特點： 1)可靠性高，抗干擾能力強。 2)靈活性強，控制系統(tǒng)具有良好的柔性。 3)編程簡單，使用方便。 4)控制系統(tǒng)易于實現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短。 5)維修方便。 6)體積小，能耗低。 7)功能強，性價比高。用戶程序所需要實現(xiàn)的邏輯控制，需要的繼電器、中間繼電 器、定時器、計數(shù)器等功能元件都由存儲單元來替代，因而數(shù)量非常大。一臺小型的PLC 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 所具備的元件（軟元件）數(shù)量就可以達到成百上千個，相當(dāng)于過去一個大規(guī)模甚至超過 超大規(guī)模的繼電-接觸器控制系統(tǒng)。另外，PLC所提供的軟元件的觸點（如軟繼電器）可 以無限次使用，方便地實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。同時，PLC的連網(wǎng)通信功能有利于實現(xiàn)分散 控制、遠程控制、集中管理等功能，與同等規(guī)?；虺杀镜睦^電-接觸器控制系統(tǒng)相比，無 論其功能和性能，都具有無可比擬的優(yōu)勢。 綜上所說，不難看出，PLC控制器有著諸多的優(yōu)點；因此，PLC是一種較理想的控制 工具。 2.3.4 汽車自動清洗機的控制方案的分析設(shè)計 汽車自動清洗機主要包括機架行走機構(gòu)、側(cè)刷刷洗機構(gòu)、頂刷刷洗機構(gòu)、風(fēng)干系統(tǒng)、 清水管路系統(tǒng)和清洗劑管路系統(tǒng)。 龍門架（機架）通過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、有效性， 在軌道兩端特設(shè)立兩個行程開關(guān)，即一個汽車前端感測開關(guān)和汽車后端感測開關(guān)，以控 制機架行走的范圍。 側(cè)刷刷洗機構(gòu)，刷子轉(zhuǎn)動由兩臺交流異步電動機作為驅(qū)動源，通過控制兩臺電機的 啟動與停止，來控制刷子的轉(zhuǎn)動。 頂刷刷洗結(jié)構(gòu)，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。它也是通過控制電機的起停來控制刷子的轉(zhuǎn)動。 風(fēng)干系統(tǒng)由一臺風(fēng)機和相應(yīng)管路組成。它的通斷可通過控制電機的啟動與停止來實 現(xiàn)。 清水管路系統(tǒng)主要由一臺水泵以及相應(yīng)的管路組成，水泵的運轉(zhuǎn)通過控制電機的起 停來完成。 清洗劑管路系統(tǒng)與清水管路系統(tǒng)相似，也是由一臺水泵和相應(yīng)的清洗劑管路構(gòu)成， 清洗劑管路工作也是通過控制電機的啟動與停止來實現(xiàn)。 總而言之，整個汽車自動清洗機運行需要各個機構(gòu)相協(xié)調(diào)配合，只有這樣，才能保 證清洗機安全運行，從而達到安全、高效的清洗車輛的目的。 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 11 3 汽車自動清洗機的電氣系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 汽車自動清洗機的控制系統(tǒng)的電路設(shè)計 通過對汽車自動清洗機主要機構(gòu)的運行過程分析可以確定，機架的行走，頂刷、側(cè) 刷的轉(zhuǎn)動、汽車清洗機的供水、風(fēng)干系統(tǒng)的風(fēng)機等采用電力驅(qū)動的方式。汽車自動清洗 機供電電源為三相380V交流電，一共需要 8臺異步交流電動機。兩臺行走電機分別由 KM1、 KM2和KM 3、KM 4控制器正反轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)機架的前進、后退。頂刷電機由KM 5控制 啟動與停止。兩臺側(cè)刷電機由KM 6、KM 7控制其啟動與停止。清水水泵電機由KM 8控制啟 動和停止。清洗劑泵由KM 9控制啟動和停止。風(fēng)干電機由KM 10控制啟動和停止。同時為 進行過載保護，在每個電機線路中加裝一個熱保護器。并在母線上加裝一個熔斷器。其 主電路圖如圖3.1所示。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖3.1 主電路 3.2 汽車自動清洗機控制系統(tǒng)中電動機的選擇 通過對汽車自動清洗機主要機構(gòu)的運行過程分析可以確定，機架的行走，頂刷、側(cè) 刷的轉(zhuǎn)動、汽車清洗機的供水、風(fēng)干系統(tǒng)的風(fēng)機等采用電力驅(qū)動的方式。 電動機的選擇包括電動機的功率、種類、電壓、轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)形式選擇等 [12]。 1、電動機功率的選擇 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 13 電動機的功率反映了它的負載能力，對電動機的選擇首先是對電動機功率的選擇。 如果選擇的電動機功率過小，則不能是機械設(shè)備在正常工作狀態(tài)下運行，無法完成相應(yīng) 的生產(chǎn)任務(wù)，電動機在過載條件下運行，會造成電動機損壞或其他機械故障。如果選擇 的電動機功率過大，則設(shè)備投資費用增加，電動機運行效率下降。 電動機的功率選擇選擇應(yīng)根據(jù)以下原則進行： (1)允許溫升 保證電動機在運行時的實際最高溫度θmax不高于電動機絕緣材料所 允許的的最高溫度θa，即 （3.1）a??mx (2)過載能力 電動機熱慣性大,在短期內(nèi)承受高于額定功率的負載時所達到的溫度 不會高于電動機絕緣材料所允許的最高溫度,有一定的過載能力.但是電動機的最大轉(zhuǎn)矩 Tmax(對于異步電動機 )或最大電流I max(對于直流電動機)必須大于運行過程中可能出現(xiàn) 的最大負載轉(zhuǎn)矩TLmax和最大負載電流ILmax,即 （對于異步電動機） （3.2）NmLTT???axma （對于直流電動機） （3.3）iII 式中：λ m、λi為電動機過載能力系數(shù)。 (3)啟動能力 為了保證電動機能夠可靠啟動,必須使 （3.4）NsttLT??? 式中：λ st為電動機啟動能力系數(shù)； Tst為電動機的起動轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)負載圖按發(fā)熱理論進行計算來選擇電動機的方法，理論依據(jù)可靠，但計算過程 復(fù)雜。而且只是在一些假設(shè)的條件下得到的；此外，對于大多數(shù)的生產(chǎn)機械來說，找出 具有代表性的典型負載圖有困難，因此得到的結(jié)果差異往往較大。因而，在電動機的功 率選擇中常用：統(tǒng)計法和類比法。 2、電動機類型的選擇 滿足生產(chǎn)機械對拖動系統(tǒng)啟動、調(diào)速、制動、正反轉(zhuǎn)、負載等要求，是電動機類型 選擇的基本原則。 （1）對于不要求調(diào)速、對啟動性能無過高要求的生產(chǎn)機械，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇一般的鼠 籠式異步電動機（如YL、JS、Y系列等） 。若要求啟動轉(zhuǎn)矩較大，則可選用高啟動轉(zhuǎn)矩的 鼠籠式異步電動機。 （2）對于要求經(jīng)常啟動和制動，且負載轉(zhuǎn)矩較大，還有一定調(diào)速要求的生產(chǎn)機械， 應(yīng)考慮選用線繞式異步電動機（如YR、YZR系列等） 。 （3）對于需要幾種速度，而不要求無極調(diào)速的生產(chǎn)機械，可選用YD等系列多速異步 電動機。 （4）對于需要恒轉(zhuǎn)速運行的生產(chǎn)機械，且需要補償電網(wǎng)功率因素的場合，應(yīng)優(yōu)先考 慮選用TD等系列的同步電動機。 （5）對于需要大范圍無極調(diào)速，且要求經(jīng)常啟動、制動、正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械，則可 以選用帶調(diào)速裝置的直流電動機或鼠籠式異步電動機、同步電動機。 3、電動機額定電壓的選擇 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 電動機額定電壓與供電電壓一致是電動機額定電壓選擇的基本原則，交流電動機額 定電壓應(yīng)與供電電網(wǎng)電壓一致。直流電動機的額定電壓也要與電源電壓相一致。 4、電動機額定轉(zhuǎn)速的選擇 對于額定功率相同的電動機，額定轉(zhuǎn)速越高，電動機尺寸、質(zhì)量和成本越小，因此 選用高速電動機較為經(jīng)濟。因此，在確定電動機額定轉(zhuǎn)速時應(yīng)全面考慮各方面的因素， 綜合分析做出選擇。 5、電動機的結(jié)構(gòu)形式選擇 根據(jù)電動機安裝位置的不同，其結(jié)構(gòu)形式可分為臥式（軸是水平的）和立式（軸是 豎直的）等種類。根據(jù)電動機與工作機構(gòu)的連接方便和結(jié)構(gòu)緊湊為原則來選擇電動機的 結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)電動機工作所適應(yīng)的環(huán)境條件不同，電動機結(jié)構(gòu)還可以分為開啟式、防 護式、封閉式和防爆式四種。 依據(jù)以上的原則，本設(shè)計系統(tǒng)共需要8臺電動機。其中機架（龍門架）行走電動機2 臺，頂刷旋轉(zhuǎn)電動機1臺，側(cè)刷旋轉(zhuǎn)電動機2臺，風(fēng)干系統(tǒng)電動機1臺，主水泵電動機1臺， 潛水泵電動機1臺。根據(jù)上述的電動機選擇原則，風(fēng)機、主水泵和潛水泵所使用的電動機 均為Y系列三相異步電動機。而根據(jù)工況的實際情況，本設(shè)計的其他電機也均采用交流異 步電動機。汽車自動清洗機的電動機功率，一般情況下無法精確計算，因此我們采用類 比法，通過參考其他汽車清洗機的情況。本系統(tǒng)確定選用額定電壓為380V 。頂刷電機功 率為0.55KW ，側(cè)刷電機功率為0.55KW ，機架行走電機為0.37KW，風(fēng)機電動機功率為 4KW，主水泵電機與潛水泵電機功率均為3KW 。綜合考慮汽車清洗機的實際情況，本設(shè) 計所選定電動機的額定轉(zhuǎn)速均為1500r/min。 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 15 4 汽車自動清洗機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 可編程控制器（PLC）的組成 PLC是一種工業(yè)控制用的專用計算機，在設(shè)計理念上，是計算機技術(shù)與繼電-接觸器 控制電路相結(jié)合的產(chǎn)物，因而它與工業(yè)控制對象有非常強的接口能力 [13]。由于PLC本質(zhì)上 仍然是一臺適合于工業(yè)控制的微型計算機，所以其基本結(jié)構(gòu)和組成也具備一般微型計算 機的特點：以中央處理單元（CPU）為核心，在系統(tǒng)程序（相當(dāng)于操作系統(tǒng)）的管理下運 行。PLC與控制對象的接口由專門設(shè)計的I/O部件來完成，通常還需要配以專用的供電電源 及其他專用功能模塊。PLC的基本組成部件如下： 1、中央處理器（CPU） 2、存儲器單元 3、電源單元 4、輸入/輸出單元 5、接口單元 6、外接設(shè)備 4.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和一般步驟 4.2.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 對于工業(yè)領(lǐng)域或其他領(lǐng)域的被控對象來說，電氣控制的目的是在滿足其生產(chǎn)工藝要 求的情況下，最大限度的提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為達到此目的，在可編程控制器系 統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則： ① 最大限度地滿足被控對象的要求； ② 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、適用及維護方便； ③ 保證系統(tǒng)的安全可靠 ④ 考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進的要求，在選型時應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊?4.2.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 由于PLC的結(jié)構(gòu)和工作方式與一般的微型計算機和繼電器相比各有特點，所以其設(shè)計 的步驟也不相同，具體設(shè)計步驟如下： ①詳細了解被控對象的生產(chǎn)工藝過程，分析控制要求； ②根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備； ③選擇PLC機型； ④分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O連接圖； ⑤PLC軟件設(shè)計，同時可進行控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工； ⑥系統(tǒng)調(diào)試，固化程序，交付使用。 其設(shè)計流程如圖4.1所示。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 4.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 4.3 汽車自動清洗機PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 4.3.1 汽車自動清洗機控制要求和控制分析 1、汽車自動清洗機的控制要求 （1）完成汽車外觀的清洗、風(fēng)干的自動循環(huán)，并且根據(jù)需要同時進行清洗汽車底盤 的工作； （2）在側(cè)刷和頂刷沒有到位的情況下，洗車機不能繼續(xù)進行； （3）在洗車機運行費異常的情況下，可停止工作，刷子復(fù)位； （4）清洗機行走時不能超越軌道，故應(yīng)設(shè)置行程停止開關(guān)，以保證安全運行。 2、汽車自動清洗機的控制分析 汽車自動清洗機主要包括機架行走機構(gòu)、側(cè)刷刷洗機構(gòu)、頂刷刷洗機構(gòu)、風(fēng)干系統(tǒng)、 PLC 機器選型和 I/O 設(shè)備選擇 分析評估控制對象 I/O 地址分配 電氣系統(tǒng)安裝 現(xiàn)場安裝調(diào)試 連機調(diào)試 用戶使用 編制程序 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 17 清水管路系統(tǒng)和清洗劑管路系統(tǒng)。 龍門架（機架）通過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、有效性， 在軌道兩端特設(shè)立兩個行程開關(guān)，即一個汽車前端感測開關(guān)和汽車后端感測開關(guān)，以控 制機架行走的范圍。 側(cè)刷刷洗機構(gòu)，刷子轉(zhuǎn)動由兩臺交流異步電動機作為驅(qū)動源，通過控制兩臺電機的 啟動與停止，來控制刷子的轉(zhuǎn)動。 頂刷刷洗結(jié)構(gòu)，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。它也是通過控制電機的起停來控制刷子的轉(zhuǎn)動。 風(fēng)干系統(tǒng)由一臺風(fēng)機和相應(yīng)管路組成。它的通斷可通過控制電機的啟動與停止來實 現(xiàn)。 清水管路系統(tǒng)主要由一臺水泵以及相應(yīng)的管路組成，水泵的運轉(zhuǎn)通過控制電機的起 停來完成。 清洗劑管路系統(tǒng)與清水管路系統(tǒng)相似，也是由一臺水泵和相應(yīng)的清洗劑管路構(gòu)成， 清洗劑管路工作也是通過控制電機的啟動與停止來實現(xiàn)。 總而言之，整個汽車自動清洗機運行需要各個機構(gòu)相協(xié)調(diào)配合，只有這樣，才能保 證清洗機安全運行，從而達到安全、高效的清洗車輛的目的。 4.3.2 控制系統(tǒng) I/O 點的確定和 PLC 的選型 1、控制系統(tǒng)的輸入元件和輸出元件的數(shù)量 （1）輸入元件的數(shù)量 整機的啟動按鈕和停止按鈕各一個，共2個開關(guān)量。同時為了防止汽車自動清洗機行 走超出軌道，在軌道上安裝一個汽車前端感測控制開關(guān)和一個汽車后端感測控制開關(guān)， 兩個開關(guān)量。同時若清洗機在洗刷過程中發(fā)生故障，需安裝一個復(fù)位開關(guān)，使清洗機復(fù) 位到原點，從而進行排除故障。因此整個系統(tǒng)共有輸入開關(guān)量5點。 （2）輸出元件的數(shù)量 整個行走機架的前進、后退需要通過電動機的正反轉(zhuǎn)來控制，因此控制電路中需要 控制接觸器2個，即需要輸去開關(guān)量2點。水泵噴水、噴灑清洗劑的控制需要2個控制閥， 共需要開關(guān)量輸出2點。刷子刷洗、風(fēng)干系統(tǒng)的控制，需要兩個控制閥，開關(guān)量輸出2點。 因此整個系統(tǒng)共需開關(guān)量輸出6點。 2、PLC的選型 PLC的選型主要有以下兩點： （1）PLC容量的選擇， （2）PLC機型的選擇。 由于生產(chǎn)PLC的廠家眾多，實現(xiàn)的功能雖基本相同，但性能、價格和編程語言卻有較 大差別，一般從以下幾個方面考慮： ①功能方面 ②價格方面 ③售后服務(wù) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計開關(guān)量輸入5點，開關(guān)量輸出10點?？紤]汽車清洗機的功能和 擴展性等綜合因素，故本系統(tǒng)設(shè)計選擇西門子S7-200 CPU22X 系列的產(chǎn)品。西門子S7- 200 CPU22X系列產(chǎn)品指令豐富、速度快、具有較強的通信能力。根據(jù)經(jīng)驗公式，并綜合 考慮PLC的選型定為 S7-200 CPU226，其I/O總數(shù)為40點，輸入24點，輸去16點；可帶7個 擴展模塊；用戶程序存儲器容量為8KB；內(nèi)置高速計數(shù)器，具有 PID控制器的功能；運行 速度快、功能強，適用于要求較高的中小型的控制系統(tǒng)。所以，本系統(tǒng)PLC為S7-200 CPU226是非常合適的。 4.3.3 PLC的I/O地址分配表及接線圖 1、I/ O 地址分配表 根據(jù)上文中輸出/輸入量的分析，其I/O地址分配表如下表4-1和表4-2。 表4-1 輸入地址分配表 輸入信號 啟動按鈕SB1 I0.0 清洗機汽車前端感測開關(guān) I0.1 清洗機汽車后端感測開關(guān) I0.2 復(fù)位開關(guān)SB3 I0.3 停止開關(guān)SB2 I0.4 表4-2 輸出地址分配表 輸出信號 清洗機前進 KM1、KM 3 Q0.0、Q0.2 清洗機后退 KM2、KM 4 Q0.1、Q0.3 頂刷刷洗 KM5 Q0.4 側(cè)刷刷洗 KM6、KM 7 Q0.5、Q0.6 清水泵噴水 KM8 Q1.0 噴灑清洗劑 KM9 Q1.1 風(fēng)干動作 KM10 Q1.2 2、I/O 接線圖 根據(jù)I/O 地址分配表，其I/O接線圖如圖4.2。 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 19 圖4.2 I/O接線圖 4.4 汽車自動清洗機PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.4.1 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方法 在實際的工作中，軟件的實現(xiàn)方法有很多種，具體使用哪種方法，因人因控制對象 而異，以下是幾種常見的方法： 1、經(jīng)驗設(shè)計法 經(jīng)驗設(shè)計法對于一些比較簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計是比較有效的，可以收到快速、簡 單的效果。對于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，經(jīng)驗法一般設(shè)計周期長，不易掌握，系統(tǒng)交付使用后， 維護困難，所以，經(jīng)驗法一般只適合于比較簡單的或與某些典型系統(tǒng)相類似的控制系統(tǒng) 的設(shè)計； 2、邏輯設(shè)計法 用邏輯設(shè)計法設(shè)計PLC應(yīng)用程序的一般步驟如下： ①列出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表； ②繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖； ③進行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計； ④編寫程序； ⑤對程序檢測、修改和完善； 3順序功能圖法 順序功能圖法是首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計順序功能圖，然后再依據(jù)順序功能圖 設(shè)計順序控制程序。對于每一步的程序段，只需處理極其簡單的邏輯關(guān)系，因而這種編 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 程方法簡單易學(xué)，規(guī)律性強。設(shè)計出的控制程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好，程序的調(diào)試和運 行也很方便，可以極大的提高工作效率；S7-200PLC采用順序功能圖法設(shè)計時，可用順序 控制繼電器（SCR）指令、置位/復(fù)位（S/R）指令、移位寄存器（SHRB）指令等實現(xiàn)編程 [18]。 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計選用的是西門子S7-200系列，比較上述三種方法，本設(shè)計采 用順序功能圖法來設(shè)計。 4.4.2 PLC的編程語言 S7-200系列PLC主機中有兩類指令集：IEC1131-3指令集和SIMATIC指令集。IEC1131- 3 指令集是國際電工委員會（IEC）制定的PLC國際標(biāo)準(zhǔn)1131-3 Programming Language(編 程語言）中推薦的標(biāo)準(zhǔn)語言，只能用梯形圖（LAD）和功能塊圖（FBD）編程語言，通常 指令執(zhí)行時間較長 [16]。SIMATIC指令集是西門子公司專為S7-200 PLC設(shè)計的編程語言。該 指令集中，大多數(shù)指令也符合IEC 1131-3標(biāo)準(zhǔn)。SIMATIC 指令集不支持系統(tǒng)完全數(shù)據(jù)類 型檢查。使用SIMATIC指令集，可以用梯形圖（LAD） 、功能塊圖（FBD）和語句表（STL） 編程語言編程 [17]。 梯形圖（LAD）和功能塊圖（FBD）是一種圖形語言；語句表（STL）是一種類似于匯 編語言的文本型語言。 1、梯形圖（LAD）編程語言 梯形圖（LAD）是與電氣控制電路相呼應(yīng)的圖形語言。它沿用了繼電器、觸頭、串并 聯(lián)等術(shù)語和類似的圖形符號，并簡化了符號，還增加了一些功能性的指令。梯形圖是融 邏輯操作、控制于一體，面向?qū)ο蟮摹崟r的、圖形化的編程語言。通常一個梯形圖中 有若干邏輯行（梯級） ，形似梯子，梯形圖因此得名。梯形圖信號流向清楚、簡單、直觀、 易懂。 2、功能塊圖（FBD）編程語言 功能塊圖（FBD）類似于普通邏輯功能圖，一般用一種功能方框表示一種特定的功能， 框圖內(nèi)的符號表達了該功能框圖的功能。功能塊圖（FBD）是圖形化的高級編程語言。功 能塊圖通常有若干個輸入端和若干個輸出端。輸入端是功能塊圖的條件，輸出端是功能 塊圖的運算結(jié)果。 功能塊圖（FBD）與梯形圖（LAD）可以相互轉(zhuǎn)換，有時功能塊圖（FBD）和梯形圖 （LAD）的指令是一樣的。 3、語句表（STL）編程語言 語句表（STL）是用助記符來表達PLC的各種控制功能的。它類似于計算機的匯編語 言，但比匯編語言更直觀易懂，編程簡單，因此也是應(yīng)用很廣泛的一種編程語言。 通常梯形圖（LAD）程序、功能塊圖（FBD）程序、語句表（STL）程序可有條件的方 便地轉(zhuǎn)換。但是，語句表（STL）可以編寫梯形圖（LAD）或功能塊圖（FBD）無法實現(xiàn)的 程序。 4.4.3 PLC編程的一般規(guī)則 1、網(wǎng)絡(luò) 在梯形圖（LAD）中，程序被分成網(wǎng)絡(luò)的一些程序段。每個梯形圖網(wǎng)絡(luò)是由一個或 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 21 多個梯級組成。 功能塊圖（FBD）中，使用網(wǎng)絡(luò)概念給程序分段。 語句表（STL）程序中，使用“網(wǎng)絡(luò)”這個關(guān)鍵詞對程序分段。 對梯形圖、功能塊圖、語句表程序分段后，就可以通過編程軟件實現(xiàn)它們之間的相 互轉(zhuǎn)換。 2、梯形圖（LAD）/功能塊圖（FBD） 梯形圖中左、右垂直線稱為左、右母線。STEP 7-Micro/WIN32梯形圖編輯器在繪圖 時，通常將右母線省略。在左、右母線之間是由觸點、線圈或功能框組合的有序排列。 梯形圖的輸入總是在圖形的左邊，輸出總是在圖形的右邊，因而觸點與左母線相連，線 圈或功能框終止右母線，從而構(gòu)成一個梯級。在一個梯級中，左、右母線之間是一個完 整的“電路” ，不允許“短路” 、 “開路” ，也不允許“能流”反向流動。 功能塊圖中輸入總是在框圖的左邊，輸出總是在框圖的右邊。 3、允許輸入端、允許輸出端 在梯形圖（LAD） 、功能塊圖（FBD）中，功能框的 EN端是允許輸入端，功能框的允 許輸入端必須存在“能流” ，即與之相連的邏輯運算結(jié)果為1（即EN=1） ，才能執(zhí)行該功能 框的功能。 在語句表（STL）程序中沒有EN輸入端，但是允許執(zhí)行 STL指令的條件是棧頂?shù)闹当?須為“1” 。 在梯形圖（LAD） 、功能塊圖（FBD）中，功能框的 ENO端是允許輸出端，允許功能 框的布爾量輸出，用于指令的級聯(lián)。 如果功能框允許輸入端（EN）存在“能流” ，且功能框準(zhǔn)確無誤的執(zhí)行了其功能，那 么允許輸出端（ENO）將把“能流”傳到下一個功能框，此時，ENO=1。如果執(zhí)行過程中 存在錯誤，那么“能流”就會出現(xiàn)錯誤的功能框終止，即ENO=0。 在語句表（STL）程序中用AENO(ANDENO)指令詢問，可以產(chǎn)生與功能框的允許輸 出端（ENO ）相同的效果。 4、條件/ 無條件輸入 條件輸入：在梯形圖（LAD） 、功能塊圖（FBD）中，與 “能流”有關(guān)的功能框或線 圈不直接與左母線連接。 無條件輸入：在梯形圖（LAD） 、功能塊圖（FBD）中，與“能流”無關(guān)的功能框或 線圈直接與左母線連接。例如LBL、NEXT、SCR、SCRE等。 5、無允許輸出端的指令 在梯形圖（LAD） 、功能塊圖（FBD）中，無允許輸出端（ ENO）的指令框，不能同 于級聯(lián)。 4.4.4 汽車自動清洗機的工藝流程分析 本汽車自動清洗機的主要工作是清洗車身及風(fēng)干,該過程清洗機共需往返5次。對其 工作工藝流程進行分析： （1）按下啟動開關(guān)之后，清洗機開始前進。水泵開始噴水，刷子開始刷洗車身。 （2）清洗機前進到汽車后端的感測開關(guān)時，清洗機開始后退，水泵和刷子繼續(xù)工作。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 （3）清洗機后退到汽車前端的感測開關(guān)時，清洗機開始前進，同時刷子停止工作、 水泵停止噴水，清洗劑設(shè)備開始工作噴灑清洗劑。 （4）清洗機前進到汽車后端的感測開關(guān)時，清洗機開始后退，繼續(xù)噴灑清洗劑。 （5）清洗吉后退到汽車前端感測開關(guān)后，開始往前進，清洗劑停止噴灑，當(dāng)清洗機 前進3s后停止，刷子開始洗刷。 （6）刷子洗刷5s后停止，清洗機繼續(xù)往前進，前進3s后，清洗機停止，刷子又開始 洗刷5s后停止，洗車機繼續(xù)往前進，到達汽車后端感測開關(guān)停止，然后往后退。 （7）清洗機往后退 3s 后停止，刷子開始洗刷 5s 后停止，清洗機繼續(xù)往后退 3 s 后 停止，刷子開始洗刷 5s 后停止，清洗機繼續(xù)往后退，直到碰到汽車前端感測開關(guān)后停止， 然后往前進。 （8）洗車機開始往前進，并開始噴灑清水與洗刷動作，將車洗干凈，當(dāng)碰到汽車后 端感測開關(guān)時，清洗機停止前進并往后退，噴灑清水及刷子洗刷繼續(xù)動作，直到碰到汽 車前端感測開關(guān)后停止，并開始往前進。 （9）清洗機開始往前進，風(fēng)干設(shè)備開始動作將車吹干，碰到汽車后端感測開關(guān)時， 清洗機停止并往后退，風(fēng)扇繼續(xù)吹干動作，直到碰到汽車前端感測開關(guān)，則洗車整個流 程完成，清洗機復(fù)位。 本設(shè)計中：啟動程序后，按下啟動按鈕，自動清洗機啟動；清洗機前進，噴水設(shè)備 噴水，刷子開始洗刷；當(dāng)達到汽車后端感測開關(guān)時，觸動行程開關(guān)，清洗機后退，噴水 和洗刷繼續(xù)；當(dāng)?shù)竭_汽車前端感測開關(guān)時，行程開關(guān)動作，噴水和洗刷停止，洗車前進， 清洗劑泵開始動作噴清洗劑；當(dāng)?shù)竭_汽車后端感測開關(guān)后，洗車后退，繼續(xù)噴清洗劑； 再次到達汽車前端感測開關(guān)時后，停止噴灑清洗劑，計數(shù)器C0開始動作，清洗機和刷子 變?yōu)殚g續(xù)性運動（清洗機運動3s停止，刷子洗刷5s，如此循環(huán)往復(fù)） ，直到到達汽車后端 感測開關(guān)，計數(shù)器C1開始動作，然后再以這種運動方式運動直到到達驅(qū)車前端感測開關(guān)； 到達汽車前端感測開關(guān)后，刷子停止動作，洗車機前進，風(fēng)機設(shè)備動作，到達汽車后端 感測開關(guān)后，洗車機后退，風(fēng)機設(shè)備繼續(xù)動作直到到達汽車前端感測開關(guān)，風(fēng)機停止。 整個洗車動作完成。 4.4.5 PLC程序的編制 1、編程軟件STEP7簡介 由于本設(shè)計采用的西門子S7-200系列的PLC進行控制系統(tǒng)的控制，因此本文中程序梯 形圖（LAD ）的編制采用的是西門子的STEP7編程軟件。 西門子開發(fā)的 STEP 7 是西門子的 S7 系列 PLC 所用的編程語言，它是一種可運行于 通用微機中，在 WINDOWS 環(huán)境下進行編程的語言。將它通過計算機的串行口即可進行相 互間的通信。通過 STEP 7 編程軟件，不僅可以非常方便地使用梯形圖和語句表等形式進 行離線編程，經(jīng)過編譯后通過轉(zhuǎn)接電纜直接送入 PLC 的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運行時， 還可以在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷狀況，甚至進行在線修改程序中變 量的值，給調(diào)試工作也帶來極大的方便。 當(dāng)用 STEP 7 創(chuàng)建一個自動化解方案時，有一系列的基本任務(wù)。下圖4.3所示為大多 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 23 數(shù)項目需要執(zhí)行的任務(wù)，并把這些任務(wù)分配到基本程序中。它會對我們整個工程的設(shè)計 起一個基本的指導(dǎo)作用。 圖4.3 STEP7基本任務(wù) 2、PLC控制系統(tǒng)的語句 根據(jù)上文中的流程分析，以及地址分配和接線圖，整個設(shè)計的PLC動作順序控制程序 如下： 啟動程序如下圖4.4： 網(wǎng)絡(luò) 1 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 網(wǎng)絡(luò) 2 網(wǎng)絡(luò) 3 網(wǎng)絡(luò) 4 網(wǎng)絡(luò) 5 網(wǎng)絡(luò) 6 圖4.4 清洗機啟動程序梯形圖 在圖4.4這段程序中，按下啟動開關(guān)I0.0之后，中間線圈M0.0 工作，然后通過中間線 圈M0.0控制清洗機開始前進。與此同時清水泵Q1.0 開始噴水，頂刷Q0.4 和兩個側(cè)刷 Q0.5、Q0.6開始刷洗車身。 網(wǎng)絡(luò) 7 汽車自動清洗機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 25 網(wǎng)絡(luò) 8 網(wǎng)絡(luò) 9 網(wǎng)絡(luò) 10 網(wǎng)絡(luò) 11 圖4.5 清洗機啟動后首遍清洗梯形圖 在圖4.4與圖4.5中，汽車自動清洗機前進的同時清水泵Q1.0 開始噴水，頂刷Q0.4 和兩 個側(cè)刷Q0.5、Q0.6開始刷洗車身。當(dāng)汽車自動清洗機前進達到到汽車后端的感測開關(guān)時， 清洗機開始后退，水泵和刷子繼續(xù)工作。即汽車