PAGEPAGEIV PAGEIV哈爾濱工業大學畢業設計（論文）I-摘要伴隨機構學和計算機研發以及自動控制理論的發展,傳統的洗車設備正一步步的被PLC控制系統取代，隨著時代的進步,自動化技術進一步的發展，自動化控制設備走進了千家萬戶，給人們的工作帶來了很多的方便，自動洗車設備作為自動化控制設備的一種，已經廣泛用于汽車服務行業使用，人們也越來越認可自動化控制設備的發展和應用。

自動洗車分為橫移輸送、噴水清洗、風干等三大主要部分，本文設計了一款自動洗車控制系統，采用西門子PLC作為電路硬件核心控制單元，根據項目需求完成自動洗車控制部分，包括元器件選型、硬件電路設計和PLC軟件程序設計，本次設計的自動洗車系統具有使用穩，高效，擴展性能高等特點。關鍵詞：PLC；自動化；系統AbstractWiththemechanismsandresearchanddevelopmentofcomputerandthedevelopmentofautomaticcontroltheory,thetraditionalcarwashingequipmentisreplacedbyPLCcontrolsystemstepbystep,Withtheprogressofera,thefurtherdevelopmentofautomationtechnology,automationcontrolequipmententeredinnumberablefamilies,broughtalotofconveniencetopeople'swork,automaticcarwashingequipmentasakindofautomationcontrolequipment,hasbeenwidelyusedinautomobileserviceindustryuse,peoplealsomoreandmorerecognitiontothedevelopmentandapplicationofautomationcontrolequipment.Automaticcarwashintotransverseconveyor,waterjetcleaning,dryingandsoonthreemainparts,thispaperdesignedacarcontrolsystemautomatically,adoptmitsubishiPLCascorecontrolcircuithardwareunit,accordingtotheprojectneedstocompleteautomaticwashingcontrolsection,includingKeywords：PLC;automation;system

目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題設計的意義 11.2課題研究的背景 11.3項目研究內容 2本章小結 2第2章系統方案設計 32.1方案的選擇 32.2系統的設計分析 3本章小結 5第3章硬件系統設計 63.1PLC的確定 63.1.1PLC的概述 63.1.2PLC的特點 63.1.3PLC的選擇 73.1.4PLC的I/O地址分配 83.1.5PLC的外部電路 93.2傳感器的選型 93.3電機的選型 103.4其他硬件的介紹 123.4.1按鈕硬件的概述 123.4.2指示燈硬件的概述 133.4.3斷路器硬件的概述 143.4.4中間繼電器硬件的概述 143.4.5蜂鳴器硬件的概述 15本章小結 16第4章系統軟件設計 174.1TIAPortalV14軟件的介紹 174.2程序流程圖設計 17

4.3梯形圖的設計與分析 194.3.1啟動及報警程序的設計與分析 194.3.2手動程序的設計與分析 214.3.3自動模式程序的設計與分析 234.3.4輸出程序的設計與分析 294.4仿真軟件的概述 324.5仿真調試過程 34本章小結 38第5章系統調試 395.1調試準備 395.2調試步驟 395.3調試結果 39本章小結 39結論 40致謝 41參考文獻 42附錄1主程序圖 43附錄2手動子程序圖 50附錄3自動子程序圖 52PAGE57 PAGE57第1章緒論1.1課題設計的意義 洗車設備在如今汽車服務行業中，清洗風干是汽車洗車過程中必備的動作流程段，在汽車服務行業中作業人員經常頂著惡劣的環境進行作業，長時間揮汗如雨般的作業，重復的清洗，風干動作，日復一日，作業人員長期以來會造成巨大的身體隱患，同時人工清洗，風干的洗車效率相對于機器運行設備而言是很慢的，畢竟機械在正常情況下可以連續24小時作業，而人們在惡劣的環境或者長時間下持續工作，工作效率是下降很快的，考慮到人工作業的效率低，勞動成本等問題，在科技發展迅猛的今天，現在利用PLC控制技術應用極為廣泛。利用PLC進行控制自動洗車系統可以提供生產的效率，PLC控制設備的發展技術如今已是國際化了，PLC控制系統既簡單明了，引人注目且易于修改。是目前應用極其廣泛的新型流水生產線控制模式，利用PLC對自動洗車設備進行運動控制因此成為了首選控制方式，所以我選擇此課題作為研究對象。1.2課題研究的背景社會在不斷的進步,科技在不斷的發展,隨著改革開放國外資本涌入中國市場,同時也帶來了全新的技術和設備。在這一時期,我國的設備自動化的到了充分的發展,各種技術也開始不斷成熟。硬件數控系統的數控機床等加工的自動生產線的出現標志著我國工業自動化的日趨成熟。

隨著技術的日趨成熟,設備的不斷改良,近年來,我國的工業自動化水平有了顯著的提高,取得了巨大的成果,清洗行業也隨著工業自動化的發展在工業清洗中產生了不小的變化。我國最早清洗方面采用人工手洗,極消耗人力成本與人工勞動力,且生產效率較低，在洗車過程里面需要人為采用工具，如毛刷，抹布等對工具表面進行清洗，該工作模式勞動強度大并需設備停止工作,既有破壞性也影響生產，水力清洗法又稱噴射法,是基于利用水流動能,使水沿管道,以大大超過工作時的速度運動,屬機械清洗獨立形成的一分支。像換熱器等類似設備不需停止運行就可水力清洗。該法簡單,不需專門的清洗設備,但僅適于易清除的沉積,并損失大量的水。經過進一步改進,產生了水槍清洗,需停止設備運行,分別沖洗。近年來國內外水槍清洗進一步完善。特別是用高壓泵噴射槍清洗。國內引進技術生產,壓力可達500kgf/cm2左右。采用高壓泵提高了水力清洗的效率,擴大了使用范圍,是發展最快的清洗方法,理論上可清除任何沉積,值得重視。不足之處是勞動強度大,能量消耗大,須停產拆開設備，洗車風干環節則是采取人工清洗后把工件放到指定的機械式風干設備里面進行風干。

在科技發展迅猛的今天,自動化生產流水線已經逐漸進入我們的視線中,自動化生產線這種高端生產線設備在八十年代初,我們只能通過電影的情節中才可以看到自動化這種高端生產線設備,如今在這個時代里那一些可以舉手投足的高端自動化設備,那一些樣樣精通的自動化設備已經到處可見,在工廠里有很多自動化設備已經開始代替了許多工人在做著的事情以及人力無法勝任的工作，因此我在畢業的設計課題里面選取了關于自動化作業的題目。1.3項目研究內容本系統的核心控制器為德國西門子公司生產的PLC，用來實現自動洗車流程的控制功能，根據項目所需的自動洗車流程要求,完成自動洗車的控制,包括元器件選型、硬件電路設計和PLC軟件程序設計，并利用對應的PLC仿真軟件進行模擬演示，根據確定好的洗車流程來設計出自動化，高性能的自動洗車控制系統，根據系統需求總結所做的主要工作如下：

（1）選擇合適的PLC型號，實現可編程序控制梯形圖程序的指令編寫。

（2）控制自動洗車系統的傳送電機，清洗，風干的正常運行；

（3）解決CAD硬件圖紙的繪制。

（4）PLC程序的仿真調試。本章小結本章節主要是對洗車系統的研究內容做一個概述，包括洗車系統的發展，課題的研究含義，系統設計利用西門子PLC對洗車系統進行程序的設計，以及對洗車系統搭建模型進行一個實物的調試，最后利用CAD軟件繪畫出對應的電路圖。

第2章系統方案設計方案設計這一環節非常重要，它直接決定了接下來的工作方向，如果方案設計選擇有偏差的話，將會直接影響整個設計的進程和正確性。所以選擇一個最佳方案將會使接下來的設計變得高效便捷。結合所學知識，通過查找資料和論證，可通過以下方案來實現課題要求實現的課題指標，本次自動洗車系統設計方案介紹如下所示。2.1方案的選擇基于傳統繼電器控制的洗車控制系統采用硬件接線方式，利用繼電器機械觸點串聯或并聯延時繼電器的滯后動作等組合形成控制系統，該種系統是依靠觸點的機械動作實現控制，工作頻率低，機械觸點有明顯的抖動現象，要對其進行定期維修檢查，不利于長期工作。且其精度低、對環境要求較高等因素也不利于自動洗車機系統里面的策略調整。

基于PLC控制的洗車系統，可編程控制器PLC采用的控制系統是程序模塊化的系統，程序在其內部編寫利用計數，定時，邏輯處理等操作指令編寫好，操作者可以根據實際情況修改程序，但不需要改變外部硬件設備的連接方式，只需要通過改變指令的開關量或者模擬量的邏輯處理關系即可，同時可編程控制器系統具備和上位機通信連接，具備易于擴展的功能，如今在自動化控制系統中，可編程控制器PLC采用的是電子技術，其內部具有大量的軟元件控制，這樣就可以省下大量的繼電器等硬件成本。

單片機作為最常見的控制器，它的擁有技術成熟，價格便宜等優點。但是它的控制不穩定，抗干擾能力不好，集成度不高且現場布線復雜的生產線監控系統中應用并不常見，工控機作為專業的工業生產控制設備它的控制方式簡單，控制性能優異，控制效果好適用于各種工業環境下的控制系統，但是工控機設備價格高昂所以最好用于控制要求高的中大型控制系統。

綜上所述接觸器控制系統如今已經淘汰，不適用于控制洗車機系統，單片機穩定性有待提高，采集精度不高，抗干擾能力一般，驅動大功率電機能力一般，工控系統昂貴，不適合用于小型控制系統，PLC是一種常見的控制器，它的價格相對便宜，控制性能好，硬件集成度相對較高現場排線方便能夠適應各種工業生產環境的要求。且PLC的編程語言豐富，學習相對簡單能夠滿足不同用戶的編程需要，所以本次設計選擇PLC為控制器來控制洗車系統。2.2系統的設計分析本次是設計一個具有橫移傳送，清洗，風干一體化的洗車控制系統，該系統由PLC進行控制，本次設計的PLC自動洗車系統動作流程如下所示：圖2-1洗車系統流程圖如上圖2.1所示為本次自動清洗系統的流程圖，自動洗車系統有2個模式，一個是手動模式，一個是自動模式，當系統起到后，系統初始化程序，然后選擇當前洗車系統的模式，當選擇手動模式后，可以點動洗車系統的左移動，右移動，點動洗車系統的刷子，點動洗車系統的風機運行，點動洗車系統的噴水閥運行，點動洗車系統的清洗劑運行，如果選擇洗車系統的自動模式后，洗車系統先判斷洗車設備是否在原點位置，如果洗車設備不在原點位置，那么此時復位燈點亮，系統開始控制洗車設備復位，當復位完畢后開始正式進入洗車環節，首先洗車系統開始右移動，同時噴水閥打開，刷子運行洗刷工作，當洗車系統移動到右限位后，那么洗車系統開始反方向移動，如果洗車系統還沒到右限位，那么持續該動作。如果洗車系統到達左限位后，此時噴水閥門停止運行，洗車刷子停止運行，開始進入噴清洗劑環節，這時洗車系統開始右移動，清洗劑閥門保持接通，當運行到右限位后，洗車系統開始往反方向移動，當移動到左限位后，清洗劑閥門停止運行，當運行完畢后開始進入風干環節，風干環節容洗車系統右邊開始移動，移動到位后反方向移動，當回到左限位時，那么洗車結束，系統等待下一次的運行。通過上述過程實現洗車系統自動洗車過程，根據洗車系統自動洗車工藝需求，本次利用可編程控制器PLC進行洗車系統的設計，主要設計流程如下：1、設計洗車的自動洗車系統，能夠實現循環控制，能夠實現手動調試模式，完成系統總體方案設計；2、選擇硬件并設計可行的硬件電路；3、控制系統軟件及程序設計，并完成系統的調試；

西門子PLC驅動電機操作按鈕西門子PLC驅動電機操作按鈕驅動閥門故障檢測驅動閥門故障檢測狀態顯示行程開關狀態顯示行程開關報警控制報警控制圖2.2系統框圖本章小結本章節主要是對洗車系統的設計方案進行描述，首先對洗車洗車的控制系統進行對比和選擇，最終選出PLC作為洗車系統的控制器，然后根據洗車系統的原理繪畫出洗車系統的原理圖，然后根據洗車系統的原理圖繪制出系統設計框圖。第3章硬件系統設計3.1PLC的確定3.1.1PLC的概述PLC又稱可編程邏輯控制器，作為一種專門適應于各種工業環境下的應用而設計生產的以數字運算為操作方式的電子裝置。為了適用于各種工業環境和生產操作，PLC與其拓展的外圍設備都應該按照便于與工業控制系統構成一個整體和便于擴展其他功能的原則而設計。PLC相比于其他工業電子裝置，其配套齊全，功能完善，其適用性較強；可靠性高，工作穩定，抗干擾能力強；系統設計周期短，電路和程序容易更改，維護方便；易學易用，技術人員容易學習和培訓周期短；組態靈活，可通過簡單的組合，便可靈活地改變控制系統的功能和規模；輸入、輸出功能模塊齊全，針對不同的現場信號，均有相應的模版和工業現場的器件；體積小、能耗低、重量輕等優點。PLC內部結構如圖3.1所示。圖3-1PLC基本結構框圖3.1.2PLC的特點隨著電子元件的發展，PLC（可編程邏輯控制器）于1969年左右發明。PLC的出現是為了取代繼電器。PLC的網絡功能從零開始發展到如今已經十分發達。準確來說，沒有PLC的出現，就沒有現代化的制造產業。PLC進一步集成了OCS技術，發展成為可編程自動化控制器。PAC能夠便捷地與企業網絡集成并實現信息工廠。Modbus也廣泛應用于PLC網絡。通過近幾十年來電子水平的發展，PLC的體積比以前小很多。但小的程度是有限的。由于電阻器和電容器的體積難以降低，因此抗干擾措施需要這些分立元件。并且，想要讓操作起來更方便和強大，控制器的存儲器正在擴展并且處理能力正在增加。PLC保證了靈活程度，可靠性和高性價比的優點。并且，標準化和開放性取得了很大進展，受到了許多用戶的青睞和應用。PLC是通過單片微型計算機進行高集成組成的。在此基礎上PLC還有自我保護的功能，這也大大提高了PLC系統的可靠性。3.1.3PLC的選擇隨PLC發展至今國內外已經生產出許多種類、每個種類還有許多不同的型號,其功能和操作都有一定的差異，故此在設計以PLC為基礎的系統時，對PLC機型的選擇變得尤為重要，通常在選擇PLC機型時需要考慮以下幾個方面。

1.規模適中

PLC在選型過程中，I/O口的數量是一個至關重要的參考標準。I/O除了在系統中使用的數量外，還需留有總數的20%左右的剩余量。因此在選擇PLC的型號時，需要選擇I/O合適的，不宜過多，也不宜過少。若考慮到系統只要求實現單機自動化或者機電一體化，可選擇小型的PLC，其I/O點數較少，外部設備要求較低。若設計的控制系統較為復雜，其輸入和輸出點數較多，外部被控制設備較為分散，則需要選擇中大型PLC來滿足系統要求。

2.功能適中，結構合理

若設計的系統為開關量控制的系統，則應選擇低檔機來滿足要求。可適當的加上設計所需的外部模塊擴展功能。

若控制類型較為復雜，其外部設備較多的系統，則要選擇功能較多，結構復雜的中高檔機型。

3.使用環境的外部條件

在工業生產的過程中不僅要考慮到系統的自身因素，往往還要結合工作環境的因素，來提高系統運行的穩定性。所以在選擇PLC機型時，可以參考的外部工作環境因素有：相對濕度、工作溫度、抗干擾性能指標、電源允許波動的范圍等多個方面。

4.輸出方式

現如今PLC輸出形式可分：繼電器（R）、晶閘管（T）、雙向晶閘管（S）。

R-繼電器輸出方式用于交直流電路；T-晶閘管輸出方式用于直流電路；S-雙向晶閘管的輸出方式用于交流電路。

在研究設計的系統中，PLC主機要用到的輸入點數為13點，輸出點數為13點，輸入方式為開關量控制，因此PLC的類型可以選擇繼電器輸出也可以晶體管輸出，根據負載的電壓使用條件，綜合設計所需功能和結構上的要求以及自動洗車機的工作環境等外部因素，根據西門子S7系列PLC選型手冊得知，S7-1214PLC具有14點輸入信號，10點輸出信號，需要擴展功能模塊，需要額外擴展3點輸出端的信號。3.1.4PLC的I/O地址分配隨系統的I/O地址分為輸入地址以及輸出地址，輸入地址是PLC輸入端的控制地址，在本次自動洗車機系統里面主要由啟動、停止，故障檢測，行程控制，模式選擇輸入信號，通過計算發現控制系統共需要13個輸入地址，其中模擬量輸入地址為0個，控制系統詳細的輸入地址分配見表3.1。表3.1系統輸入分配表輸入地址分配表序號檢測名稱地址元件備注1系統啟動I0.0按鈕2系統停止I0.1按鈕3手動模式I0.2按鈕4自動模式I0.3按鈕5洗車左限位I0.4傳感器6洗車右限位I0.5傳感器7洗車移動電機故障檢測I0.6熱繼電器8洗車風干電機故障檢測I0.7熱繼電器9手動洗車機左移動I1.0按鈕10手動洗車機右移動I1.1按鈕11手動刷子運行I1.2按鈕12手動噴水閥運行I1.3按鈕13手動清洗劑閥運行I1.4按鈕PLC的輸出地址就是輸出系統把從輸入系統哪里接收到的指令信號傳給繼電器，對繼電器進行通斷控制的端口,對洗車電機進行控制，風機進行控制，對電磁閥門的控制。具體地說，輸出系統在接收到信號之后通過驅動電機，指示燈等，通過以上對控制系統輸出地址的分析，發現共需要13個輸出地址，控制系統詳細的輸出地址分配見表3-2。表3.2系統輸出分配表輸出地址分配表序號檢測名稱地址元件備注1系統運行燈Q0.0燈泡2系統急停燈Q0.1燈泡3洗車機左移動Q0.2電機4洗車機右移動Q0.3電機5噴水閥門Q0.4電磁閥6清洗劑閥門Q0.5電磁閥7洗車刷子Q0.6電磁閥8風機運行Q0.7電機9洗車移動電機故障報警Q1.0蜂鳴器10洗車風機故障報警Q1.1蜂鳴器3.1.5PLC的外部電路圖3-2PLC外部接線圖本次洗車機自動洗車系統的接線圖如圖3-2所示，本次系統的控制器由西門子S7系列的S7-1200PLC控制，圖紙上最右左邊的L和N為輸入端電壓供電，輸入電壓為24V供電，輸入端的M為輸入信號的公共端，西門子PLC的輸入端公共端是PNP輸入的，同時外部輸入的信號必須要與PLC輸入端的信號匹配一致，圖紙上的正極為外接24V電源的正極，圖紙上的負極為外接24V電源的負極，I0.0-I1.5為PLC的輸入端，其中I0.6和I0.7為電機過載保護信號，其他端口為開關按鈕和傳感器信號，圖紙下方1L,2L為PLC輸出端的公共端，Q0.0-Q1.1為輸出端接口。3.2傳感器的選型 傳感器是人類探知自然社會信息的觸角，在本設計中，傳感器是比較關鍵的一個部件，通過傳感器來感受被測物體的信息，傳感器的功能主要表現為：（1）信息收集；（2）信號數據的轉換，傳感器通常由敏感元件、轉換元件和調節轉換電路三部分組成。其性價比的優劣或者說是質量的好壞在整個系統中將會起一個關鍵的作用，本次的設計中考慮到只需要檢測自動洗車是否移動到位的控制，那么采用壓電式光電傳感器以及接近開關，其主要有以下優點。

（1）簡單的結構，較小的體積，尺寸比較小；

（2）性能穩定而且可靠，精度高；

（3）電路交換簡單；

（4）使用方便，維修簡單；

（5）頻率響應好，可以進行動態的測量；

利用接近開關控制自動洗車機的橫移動作是否完成，將接近開關布置在洗車設備兩側的機構上，通過測量其接近程度來判斷開關是否完全到位。本次選取的接近開關采用德國知名品牌SICK的直流三線常開型輸出方式型接近開關，型號為IME12-04BPSZC0K。其實物圖如圖3-3所示，其參數如表3.3所示。圖3-3接近開關實示意圖表3.3IME12-04BPSZC0K的技術參數工作電壓DC12-36V檢測范圍1.5-20mm（可調）輸出方式PNP常開絕緣電阻1000M?3.3電機的選型本次洗車機自動洗車系統采用了交流異步電機，為三相異步電動機，這種電機在工業應用范圍較為寬大，查閱資料后，經過三相異步電機選型手冊選出合適的電機來進行洗車系統工藝的控制，本次選取的電機型號為Y2系列Y132S2-2，其實物圖如圖3.5所示，其參數如表3.4所示，該款異步電機有以下這些優點：維修簡便；穩定性高；工作時所產生的噪音較低；工作時所使用的電能要求不高；工作效率很高；圖3-4電機的示意圖表3.4Y132S2-2的技術參數工作電壓DC12-36V電機功率7.5KW電流14.9A同步轉速3000r/min本次洗車機系統的主電路控制如下所示：圖3-5系統主電路圖上圖為本次洗車系統主電路圖，圖中KM1,KM2接觸器為自動洗車系統橫移電動機正反轉接觸器，KM1接通，那么洗車系統橫移電機開始右移，KM2接通，那么電機反方向運行，電機此時處于左移狀態，圖中KM3為后風干電機接觸器。3.4其他硬件的介紹3.4.1按鈕硬件的概述此次設計需要的按鈕為系統啟動，系統停止，手動模式下的點動操作按鈕，根據按鈕選型手冊查閱資料，本次選擇施耐德的操作按鈕，所以本次設計我選擇的按鈕型號為

XB5-AW33B1C。具體技術參數如下：XB5-代表它的型號及開孔尺寸為φ22mm，B表示它使用的材料為金屬，A表示它是平頭按鈕，3表示它的顏色為綠色，1表示它的觸點形式為1常開，C表示為中國制造，按鈕示意圖如下圖3-8所示。圖3-6按鈕示意圖如上圖所示為開關按鈕，其具有2組觸點，1組為常開觸點，1組為常閉觸點，應用在本次設計的作用為，急停接在常閉觸點組，啟動運行按鈕接在常開觸點組，當對應的按鈕接通后，那么PLC捕捉到按鈕接通信號，從而進行驅動程序，本次設計按鈕具有顏色多款，機械壽命長，抗干擾強的優點，按鈕的詳細參數見3.5表所示。表3.5XB5-AW33B1C的技術參數復位方式自復位工作溫度-20-130額定電流10A觸點方式1常開/1常閉3.4.2指示燈硬件的概述根據選型指示燈選型手冊查閱資料，發現施耐德的指示燈型號全能，因此本次設計我選擇的指示燈型號有3種，它們分別對應交流220V電壓下工作的報警指示燈，交流220V電壓下工作的運行指示燈和直流24V電壓下工作的報警指示燈。具體的型號為：AD16-22D/r31、AD16-22D/g31、AD16-22D/r23。

具體的技術參數如下：AD16-表示型號、系列號，22表示頸部尺寸為22mm，D是它的輔助規格代號，r/g表示它的顏色為紅色/綠色，23/31是電壓代碼具體指它的工作電壓為24VDC/220VAC，，指示圖示意圖如下圖3-7所示，詳細參數件3.6表。

圖3-7指示燈模塊示意圖表3.6AD16-22D/r31指示燈的技術參數工作電壓DV24V工作溫度-20-55°C使用頻率AC50-60HZ光亮度大于100cd/m^23.4.3斷路器硬件的概述斷路器的選擇主要選擇它的工作電流，所以本次設計我選擇的斷路器型號有兩種它們分別是用在電源上的斷路器和用在負載電路上的斷路器。具體的型號如下:GV2ME25,GV2ME10。由于電源上的斷路器管多個負載所以斷路器選擇的工作電流要比負載電路上選擇的工作電流大，具體的技術參數如下：GV是它的型號，2是斷路器的系列號，ME表示斷路器的類型是熱磁型、按鈕式的進口產品，25/10表示它的磁脫扣電流大小為25/10A，GV2系列的斷路器的最高工作高度為海拔2000米，斷路器示意圖如下圖3-8所示，參數如表3.7所示。圖3-8斷路器模塊示意圖表3.7GV2ME25的技術參數工作電壓AC220V工作溫度-20-55°C額定電流25A防護等級IP673.4.4中間繼電器硬件的概述中間繼電器也就是一種轉換信號低壓元件，主要用于信號的傳遞以及轉換，由于一些控制系統一般不具備控制220V或者380V交流信號，只可以驅動24V直流信號，那么這種情況下就需要選擇中間繼電器作為轉換，在本次設計中，PLC只能輸出24V直流信號，但是電機是380V交流異步電機，那么采用24V直流繼電器，PLC驅動24V直流繼電器的線圈，繼電器線圈接通，從而常開觸點閉合，把380V交流異步電機的線接到繼電器常開觸點處，以此來完成低壓控制高壓的目的，根據設計要求:選擇RXM2LB2P7中間繼電器,示意圖如圖3.9所示，參數如表3.8所示：圖3-9中間繼電器模塊示意圖表3.8RXM2LB2P7中間繼電器的技術參數工作電壓DV24V工作溫度-20-75°C觸點數量3對常開觸點/3對常閉觸點使用壽命電氣壽命1000W次3.4.5蜂鳴器硬件的概述當自動洗車機系統的電機溫度超出預設溫度時，那么利用蜂鳴器發出聲光報警，提示自動洗車機設備出現故障，所以本次設計我選擇的蜂鳴器電器型號是LTE-1101J，帶有聲光旋轉報警功能，旋轉式聲光報警觸點電流大小為12A，機械使用壽命為5萬次，蜂鳴器示意圖如下圖3-10所示，詳細參數見表3.9。圖3-10蜂鳴器示意圖表3.9LTE-1101J蜂鳴器的技術參數工作電壓AC220V工作溫度-20-45°C使用頻率50AC-60AC赫茲使用壽命閃光100W次本章小結本章節主要是對洗車機的硬件方案進行描述，先控制器PLC進行介紹后，根據洗車機的流程圖擬定出洗車機系統的I/O地址分配表，然后利用I/O地址分配表設計出對應的PLC外部電路圖，然后對洗車機的電機，傳感器，指示燈，蜂鳴器，按鈕進行描述，設計出關于洗車機系統的硬件方案。

第4章系統軟件設計4.1TIAPortalV14軟件的介紹TIAPortalV14是西門子S7-300/400/1200/1500PLC中專用的編程軟件，S7-1200PLC在西門子PLC系列中是屬于小型的PLC，TIAPortalV14編程軟件支持編程梯形圖語言、編程指令表語言、順序SFC編程語言、編程ST高級語言以及編程塊FB語言、還編程Label高級語言等。TIAPortalV14軟件的特點有下面幾點，分別是：

1.軟件能夠擴加其他的特殊功能模塊，例如運動控制模塊，PLC的數據可以轉換成文檔文本的格式。

2.可以利用Windows的特性，來使得軟件的操作方便功能可以大大提升，還可以把office軟件里面Excel,Word里面的數據進行處理。

3.程序的標準化

(1)標號編程：三軟件可以用標號的方式來進行PLC程序編程，這樣就不需要對PLC里面的軟元件進行先辨別再編程。

(2)功能塊：軟件可以采取功能塊模式進行編程，功能塊又稱為FB塊，這種功能塊是用來提升順序控制的效率而研制出來的一種特殊功能塊，主程序可以多次調用子程序。這樣編寫的PLC程序就可以在特定的順序控制里面進行反復多次調用，這樣使得順序控制的程序編寫起來變得更加容易。

(3)軟件支持多種協議通信方式，其可以對其他控制站點進行通信連接起來變成一個網絡控制組合。4.2程序流程圖設計如下圖2.1所示為本次自動清洗系統的流程圖，自動洗車系統有2個模式，一個是手動模式，一個是自動模式，當系統起到后，系統初始化程序，然后選擇當前洗車系統的模式，當選擇手動模式后，可以點動洗車系統的左移動、右移動、刷子、風機、噴水閥和清洗劑等過程運行，如果選擇洗車系統的自動模式后，洗車系統先判斷洗車設備是否在原點位置，如果洗車設備不在原點位置，那么此時復位燈點亮，系統開始控制洗車設備復位，當復位完畢后開始正式進入洗車環節，首先洗車系統開始右移動，同時噴水閥打開，刷子運行洗刷工作，當洗車系統移動到右限位后，那么洗車系統開始反方向移動，如果洗車系統還沒到右限位，那么持續該動作。如果洗車系統到達左限位后，此時噴水閥門停止運行，洗車刷子停止運行，開始進入噴清洗劑環節，這時洗車系統開始右移動，清洗劑閥門保持接通，當運行到右限位后，洗車系統開始往反方向移動，當移動到左限位后，清洗劑閥門停止運行，然后進入風干環節，風干環節洗車系統右邊開始移動，移動到位后反方向移動，當回到左限位時，那么洗車結束，系統等待下一次的運行。圖4-1洗車系統流程圖

4.3梯形圖的設計與分析4.3.1啟動及報警程序的設計與分析圖4-2啟動標志程序如上圖所示當系統啟動后，I0.0接通，此時輸出PLC內部輔佐信號M0.0，M0.0輸出且自鎖，當I0.1接通后，那么M0.0運行標志才會停止運行，同時用傳送指令MOVE對QB0進行復位，QB0表示Q0.0-Q0.7八個字節。圖4-3運行指示燈程序圖4-4緊急停止程序如上圖所示當系統啟動標志M0.0啟動后，輸出系統運行指示燈Q0.0，此時Q0.0點亮，當系統急停按鈕I0.1接通后，那么輸出系統停止指示燈I0.1，同時區間復位輔佐信號，區間復位輸出信號信號，系統停止運行，同時返回初始步驟,等待下一次的啟動。圖4-5電機報警程序如上圖所示，當系統啟動后，如果故障信號I0.6接通時，洗車橫移電機故障報警，利用PLC來進行閃爍報警控制，同時復位Q0.3,Q0.4信號，禁止啟動洗車系統橫移電機控制。圖4-6風機報警程序如上圖所示，當系統啟動后，如果故障信號I0.7接通時，風機電機故障報警，利用PLC來進行閃爍報警控制，同時復位Q0.7信號，禁止啟動風機控制，同時輸出Q1.1洗車風機故障報警指示。 4.3.2手動程序的設計與分析圖4-7手動標志程序如上圖所示當系統運行后，選擇了手動模式運行，那么手動模式信號I0.2接通，此時輸出PLC內部輔佐信號M0.1，當系統停止信號I0.1接通或者自動模式I0.3接通，那么M0.1信號斷開運行。圖4-8手動模式指示燈程序如上圖所示，當手動模式接通后，此時手動模式運行燈Q0.2點亮，表示系統當前處在手動模式，同時調用子程序FC1進行手動控制程序。圖4-9手動模式洗車機左移程序如上圖所示，當手動模式接通后，此時控制洗車機左移動，左移動和右移動是互鎖的，防止系統洗車電機短路。圖4-10手動模式洗車機右移程序如上圖所示，當手動模式接通后，此時控制洗車機右移動，左移動和右移動是互鎖的，防止系統洗車電機短路。圖4-11手動模式刷子啟動程序圖4-12手動模式噴水閥門和洗滌劑啟動程序如上圖所示，當手動模式接通后，此時控制洗車機噴水閥門打開，控制洗車機清洗藥劑打開，洗車刷子運行。4.3.3自動模式程序的設計與分析圖4-13自動模式啟動程序如上圖所示當系統運行后，選擇了手動模式運行，那么自動模式信號I0.3接通，此時輸出PLC內部輔佐信號M0.2，當系統停止信號I0.1接通或者手動模式I0.2接通，那么M0.2信號斷開運行。圖4-14自動模式子程序如上圖所示，當自動模式接通后，此時自動模式運行，自動模式子程序FC2運行。圖4-15自動模式復位程序如上圖所示，處在自動模式時，如果一開始洗車系統不在原點位置，那么洗車系統自動復位，如果在原點位置，那么洗車系統開始自動工作，M0.5復位信號開始自動復位，M1.0為不用自動復位就開始自動開始。圖4-16自動模式運行程序1如上圖所示，此時洗車系統開始進行復位工作，洗車系統開始左移，同時洗車系統復位指示燈點亮。圖4-17自動模式運行程序2如上圖所示，M1.1接通后開始延時3S時間，3S時間后輸出M7.5信號開始進行下一步控制。圖4-18自動模式運行程序3如上圖所示，此時洗車系統復位完成，開始準備自動工作，洗車機開始右移，當洗車移動到I0.5信號后，那么開始置位M1.2信號進行下一步控制，復位M1.0信號，復位M1.1信號。圖4-19自動模式運行程序4圖4-20自動模式運行程序5如上圖所示，此時洗車系統開始左移，當洗車機左移到位后，那么置位M1.3信號，復位M1.2信號，洗車機停止左移，開始進行下一步信號。圖4-21自動模式運行程序6如上圖所示，此時洗車系統開始右移。圖4-22自動模式洗滌劑運行程序如上圖所示，此時洗車系統清洗閥門打開，當清洗劑打開后，洗車機同時開始右移動，置位M1.5信號，復位M1.4信號，進行下一步。圖4-23自動模式刷子運行程序1如上圖所示，此時洗車系統刷子運行，當洗車機達到右限位的時候，置位M1.6信號，復位M1.5信號，洗車刷子保持運行。圖4-24自動模式運行程序7如上圖所示，M1.6接通后開始延時2S時間，2S時間后輸出M11.3信號，此時洗車系統開始左移。圖4-25自動模式刷子運行程序2如上圖所示，此時洗車系統刷子停止運行，置位風機信號M11.4，當洗車機到達右限位后，洗車機右移停止，開始進入M2.0這一步驟。圖4-26自動模式運行程序8如上圖所示，此時洗車系統開始左移，當左移完畢后，風機停止完畢，表示一輪洗車工作完成，等待系統下一次啟動。4.3.4輸出程序的設計與分析圖4-27洗車系統左移程序如上圖所示，利用輔佐信號M多次輸出洗車機左移線圈Q0.2。圖4-28洗車系統右移動程序如上圖所示，利用輔佐信號M多次輸出洗車系統右移線圈Q0.3。圖4-29洗車系統噴水閥門程序如上圖所示，利用輔佐信號M多次輸出洗車系統清洗閥門Q0.4。圖4-30洗車系統洗車刷子程序如上圖所示，利用輔佐信號M多次輸出洗車系統刷子Q0.6。圖4-31洗車系統洗滌劑閥門程序如上圖所示，利用輔佐信號M多次輸出洗車系統清洗藥劑閥門Q0.5。圖4-32洗車系統風機運行程序如上圖所示，利用輔佐信號M輸出洗車系統風機Q0.7。4.4仿真軟件的概述洗車系統軟件的調試主要是在西門子博圖V14軟件里面的S7-PLCSIMV14軟件上進行的，S7-PLCSIMV14軟件是德國西門子企業專門給博圖V14軟件對S7-1200系列的PLC編程用的，本次設計在博圖V14編程軟件上編寫出洗車機控制系統的梯形圖后，便通過S7-PLCSIMV14的仿真軟件進行系統的監控，調試。圖4-33仿真開始程序圖在西門子博圖V14的編程軟件中在工具條上方對著仿真器，點擊雙擊操作，那么便會進入仿真設置的環節。圖4-34仿真啟動程序圖在開始進行仿真的時候，必須要禁用其他在線接口，否則仿真和在線監控會產生沖突，導致程序錯亂，點擊確定選項后進入下一步設置。圖4-35仿真下載程序圖1等待博圖S7-PLCSIMV14軟件對程序進行自動編譯以及下載。

圖4-36仿真下載程序圖2下載完畢后，出現如上圖所示的小窗口，該窗口便是進入仿真界面的主控窗口，同時在下載預覽中點擊裝載程序。圖4-37仿真下載程序圖3裝載完畢后，選中裝載界面的全部啟動選項，點擊后再點擊完成就可以仿真參數的初始化。圖4-38仿真運行程序圖仿真器小窗口自動變成RUN模式監控，RUN模式綠燈自動點亮，此時設計者可以根據需求對仿真器進行界面設置。4.5仿真調試過程圖4-39仿真項目創建程序圖進入仿真器內部環境后，點擊左上角項目選項，開始創建一個新的仿真項目，該項目可以在后續調試的時候直接打開，這樣就不用進行二次參數設置，極其方便。圖4-40仿真項目SIM表格創建程序圖1仿真項目創建完畢后，開始進入SIM表格設置，在SIM表格里面可以對需要監控的元件地址，比如I的狀態，Q的狀態，寄存器MW的狀態，都可以在表格上進行監控。圖4-41仿真項目SIM表格創建程序圖2在仿真項目里面對SIM表格進行需要監控的地址進行設置，設置完畢后，開始切換到博圖V14編程軟件里面進行程序下載。圖4-42系統運行程序圖在博圖V14里面的編程軟件中把CPU切換到RUN模式，也就是運行模式。圖4-43系統監控程序圖切換到RUN模式后，在PLC工具條上方的在線選項中找到監控模式。圖4-44系統開始程序圖操作I0.0按鈕接通，那么系統M0.0啟動標志接通，且M0.0自鎖保持運行。圖4-45系統開始程序圖操作I0.0按鈕接通，那么系統M0.0啟動標志接通，且M0.0自鎖保持運行，此時輸出Q0.0系統運行指示燈，表示系統正在運行。圖4-46手動開始程序圖系統啟動后，當選擇手動模式時，I0.2接通，此時M0.1接通且自鎖，同時開始調用FC1手動子程序，且對應的手動模式標志亮起來，表示系統處在手動模式。圖4-47手動檢修程序圖當處在手動模式后，那么當I1.0按鈕接通時，那么控制對應的洗車機左移，當I1.1按鈕接通時，那么控制對應的洗車機有一點，洗車機左移和右移為互鎖模式。本章小結本章節主要是對洗車系統的軟件設計進行描述，首先對PLC的編程軟件進行詳細的描述，然后利用編程軟件編寫出對應的PLC程序，其中PLC程序是同個模塊化的方式進行編寫的，其中分為主程序，手動子程序，自動子程序，主程序用于系統的啟動，停止控制以及模式的選擇，系統的報警監控功能，手動子程序則是為調試，檢修模式，可以對系統的元件進行點動調試，自動子程序則是根據編寫好的梯形圖進行自動運行，手動子程序與自動子程序為互鎖模式。

系統調試5.1調試準備通過PLC系統和自動洗車系統的實物模型配合完成本次設計的調試。自動洗車系統使用TIAPortalV14編程軟件，程序選擇梯形圖編寫。調試之前先要對PLC與電腦進行聯機通信，在通信正常情況下將預先編譯好的程序下載到PLC中。再根據硬件接線圖將自動洗車控制系統實物模型與PLC進行連線。最后通電調試。5.2調試步驟自動洗車控制系統調試步驟:

(1)檢查硬件，完成外接電路接線，打開電腦上的TIAPortalV14編程軟件，對PLC和電腦進行通信，確保其通信正常。

(2)將已經編譯好的程序下載到PLC中，并使PLC處于運行狀態。

(3)檢查手動運行模式是否正常，選擇手動運行模式后，按下“啟動”按鈕，再按下其他各個功能按鈕，觀察其能否實現相應的功能，如果不能實現，再進行程序修改和硬件方面的檢查。

(4)檢查自動運行模式是否正常，選擇自動運行模式后，按下“啟動”按鈕，觀察系統整體運行狀態，若不能實現預期的功能，再進行程序修改和硬件方面的檢查。

(5)人為設置故障，檢查控制系統是否具有發生故障后自我保護的功能。若出現故障PLC能夠自動停機，則預期功能實現。5.3調試結果通過反復調試，觀察系統的整個運行過程，以確定控制系統的可靠性和穩定性。得出最終的結論，該控制系統能夠實現自動洗車的控制要求，在自動運行過程中，該系統可以實現預設的各種功能。當洗車過程中遇到故障時，自動洗車控制系統能及時停機，能夠起到安全保護的作用。通過多次調試，本設計預期功能.均能實現。本章小結本章主要是調試過程前的準備、調試步驟以及實際的調試結果，用來論證本次設計是否能達到預期的效果。就調試結果來看，本次設計滿足了自動洗車的基本要求，具有可行性，實際思路上沒有錯誤。

結論課題的研究和設計，從工作原理上對實際自動洗車系統進行分析，設計課題的設計流程，預擬課題所要設計的系統需達到的實際作用。并通過對其功能和擬解決的問題的分析完成對自動洗車系統的方案選擇、硬件選型、電氣路線的設計、軟件程序的設計。根據學到知識進行設計，由于系統基于PLC控制，因此方便檢修和施工人員操作，故障概率低，還可以根據實際需要修改或增添其他功能。契合實際，且憑借其優點便于一般的控制系統，PLC的程序修改方式，當