汽车自动清洗机控制系统

汽车清洗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。本文主要采用PLC实现对汽车清洗机的下位机控制，并通过组态软件对上位机进行实时监控。文中首先介绍了PLC和汽车清洗机的工作原理，在设计硬件的基础上，对软件进行设计，采用组态软件建立人机监控界面，包括组态界面的制作方案，功能语言的实现，最后对系统进行调试，并给出相关的参考程序，使汽车自动清洗过程得以实现，并能实时的监控输送过程。

关键词：汽车清洗；PLC；组态软件；实时监控

1、绪论

进入21世纪汽车产业突飞猛进的发展，汽车清洗行业迎来了一个重要的发展机遇。汽车清洗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。然而传统的人工洗车效果不理想、极大的浪费人力物力和自然资源。我们这里设计的汽车自动清洗机就比较理想，它内置控制器，采用先进的传感器技术，自动对需要服务的汽车进行清洗，清洗完毕自动停止刷洗，实现了洗车的自动化控制。

2、系统工作原理

当发出启动命令时，清洗机接触器和水阀门都打开，清洗机开始工作,开始喷水；当传感器检测到汽车进入洗刷范围时，刷子接触器开启，进入刷洗程序。当传感器检测到车子离开时，刷子接触器关闭，停止刷洗。发出停机命令，清洗机接触器、水阀门停止工作，结束刷洗。汽车自动清洗过程图如图1所示。

              图1  汽车自动清洗过程图

3、汽车自动清洗控制系统的硬件配置

3.1 PLC简介  

德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。 

西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。

3.2 CPU处理模块

CPU模块输入、输出单元的接线图如图2所示。

图2   CPU224模块输入、输出单元的接线图

3.3 皮带输送机的I/O分配

本系统需要3个输入点和3个输出点。根据PLC的特点和系统设计的需要，输入信号包括启动按钮、停止按钮、传感器等。输出信号包括清洗接触器、水阀门、刷子接触器等。其I/O分配如表1所示。

表1  元件地址I/O分配如下：

PLC输入点分别与PLC输入点I0.0～I0.2相连；即系统的启动按钮，系统的停止按钮和传感器。

PLC输出点与清洗接触器，水阀门和刷子接触器相连接。外部接线图如图3所示

                     图3  PLC外部接线图

4、汽车自动清洗控制系统的软件设计

4.1编程软件介绍

S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。

本次实验中我们用实验室提供的西门子S7-200PLC软件进行编程。

4.2汽车自动清洗控制系统程序设计及分析

当按下启动按钮SQ1时输入点I0.0接通，M1接通， M2接通，进而输出Q0.0和Q0.1接通，清洗机和水阀门打开。当传感器ST检测到汽车进入清洗距离时I0.2开关打开，进而输出Q0.2，即刷子接触器开始工作，进行刷洗。当汽车离开，传感器ST检测到汽车离开清洗范围，则I0.2开关关闭，进而输出Q0.2，即使刷子接触器关闭，按下停止按钮清洗机接触器关闭。其梯形图如下：

程序分析：

当按下启动按钮SQ1时输入点I0.0接通，M1接通， M2接通，进而输出Q0.0和Q0.1接通，清洗机和水阀门打开。当传感器ST检测到汽车进入清洗距离时I0.2开关打开，进而输出Q0.2，即刷子接触器开始工作，进行刷洗。当汽车离开，传感器ST检测到汽车离开清洗范围，则I0.2开关关闭，进而输出Q0.2，即使刷子接触器关闭，按下停止按钮清洗机接触器关闭。

5、汽车自动清洗控制系统的监控界面的设计

5.1 组态软件的概述

    组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问题。其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。

本次实验中我们用的是北京亚控软件予以制作。

亚控科技的战略就是为广大客户提供最完整的解决方案，而公司拥有的卓越的创新能力和世界上最长的产品线以及在各个行业的成功经验为实现这一战略提供了有力的保障。公司成立以来，从中低端产品KingView系列到中高端产品KingSCADA系列，从通用版到行业版，从数据存储平台KingHistorian到生产智能平台KingRTIP，再到制造执行管理系统MES……，每年都有新的版本或全新产品推向市场，不断满足客户新的或更高的需求。

5.2 定义数据词典

在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。本系统实时数据的定义如表2所示。

表2　 数据词典的定义

汽车自动清洗控制系统的监控系统界面如4所示。

5.4命令语言的编写 

用户界面制作完成后要与界面编制程序，程序是用户界面的后台支持。一方面程序使得用户界面与下位机PLC实现通讯，使用户界面可以控制系统的运行。另一方面程序建立了画面中动画和系统状态的联系，使用户画面中可以实时的反应系统的运行情况。本系统编写的命令语言如下：

6、实验体会

选定题目后，感觉困难很大。在老师的帮助下，查看了一些资料后，头脑里开始有了设计思路和方向。

在设计中走了一些弯路，幸亏在胡立夫老师的启发指点下，及时改正，发现一个个问题；另外通过钻研课本，请教老师和同学，及时解决每一个问题，最终完成了本次设计。

本课程设计是在我的老师胡立夫的悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向胡老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 

另外，我还要感谢在一起愉快度过的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

总之，从开始进入课题到设计的顺利完成，师长、同学、朋友给了我太多的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

参考文献

[1] 廖常初.PLC编程及应用（第3版）.机械工业出版社，2008

[2] 罗宇航.流行PLC实用程序及设计.西安科技大学出版社，2006

[3] 严盈富.监控组态软件与PLC入门.人民邮电出版社，2006

[4] 吴作明.工控组态软件与PLC应用技术. 北京航空航天大学出版社,2007

[5] 马国华.《监控组态软件应用：从基础到实践》. 中国电力出版社出版，2011