全自动洗车机毕业设计(5)

第5章 硬件系统设计

5．1 系统控制要求以及控制分析

1. 系统控制要求

(1) 完成公交车外观的清洗；

(2) 在车辆还没有完全到位的情况下，洗车机不能工作；

(3) 洗车机在运行异常的情况下，可自动停机；

(4) 洗车机在运行时要自动控制毛刷与车辆之间的清洗距离；

(5) 在洗车机出现故障时，可对裙刷、大侧刷进行手动操作；

(6) 要有水循环系统，对洗车废水净化，循环利用。

2. 控制分析

公交车清洗设备主要包括机架结构、裙刷刷洗结构、侧刷刷洗结构以及气路水路系统。

机架结构主要对裙刷、侧刷以及气路水路管道的固定支撑，对光电开关的定位。

裙刷刷洗结构和侧刷刷洗结构都是由定位机构和刷子转动机构组成。刷子转动由三相交流异步电动机作为驱动源，定位机构以双作用的气缸作为驱动源，其运行通过电磁阀来实现对毛刷的定位。

气路系统主要由一台空压机、气缸、换向阀、节流阀以及一些辅助元件组成。

清洗水路系统主要由一台水泵以及电磁阀组成。水泵运转通过控制两支交流接触器来完成，而管路的通断则由电磁阀来实现。

总之，整个清洗设备运行需要各个机构以及管路电磁阀协调配合，只有这样，才能保证清洗设备安全运行，达到安全、高效清洗车辆的目的。

5．2 输入/输出点的确定

根据通道式电脑洗车机的控制要求和工况分析，可以确立该系统所需的输入元件和输出元件的数量。

1. 输入元件的数量

洗车机的工作模式有自动模式和手动模式两种，需要2个开关量输入点。系统的总启动按钮和停止按钮各1个。另外为了灵活调整整机的位置，使之在运行过程中出现故障时可手动操作，每个毛刷的动作状态都需要1个按钮，因此共需

要开关量输入10点。

入口处和出口处各需要1个光电开关检测车辆的状态，每个侧刷前都需要1个光电开关检测是否有车辆通过，共需开关量输入6点。

每个电动机都需要1个用于热保护的低压断路器，共需开关量输入7点。

因此整个系统开关量输入23点。

2. 输出设备的数量

2个裙刷、4个侧刷、水泵只需要进行启动断开控制，再修改相控制电路中各需要控制交流接触器1个，所以共需开关量输出7点。

入口、出口处和4个侧刷处均需要控制清水液路通断的电磁阀各1个，共需开关量输出6点。

信号灯1个，需要开关量输出1点。因此整个系统共需开关量输出14点。 5．3 CPU模块型号选择

5．3．1 主机模块简介

CPU22*系列PIC主机(CPU模块)的外形如图5-1所示。S7—200PLC的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。

图5-1 CPU22*系列PLC的CPU外形图

最新一代的CPU模块按I/O点数多少不同和效能不同而有五种不同结构配置的品种，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226，每个品种里又分出2种类型：一种是DC24V供电/晶体管输出；一种是AC220V供电/继电器输出，所以一共有10种CPU模块。

新一代的CPU模块在运算速度、程序存储区容量、变量存储区容量和其他性能方面都有极大的提高。只有新的CPU模块才支持新版本的编程软件STEP7-Micro/WIN4．0(及以上)中新增加的指令和某些软件工具的功能。

1. CPU221本机集成6输入/4输出，无扩展能力，程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数功能和通信功能，非常适合于少点数的或特定的控制系统使用。

2. CPU222本机集成8输入/6输出，和CPU221相比，它最多可以扩展2个模块，因此是应用更广泛的全功能控制器。

3. CPU224本机集成14输入/10输出，和前两者相比，程序存储容量扩大了一倍，数据存储容量扩大了四倍，它最多可以有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用得最多的S7-200产品。

4. CPU224XP这是最新推出的～种实用机型，其大部分功能和CPU224相同，但和CPU224相比，它的程序存储容量和数据存储容量都增加了不少，处理高速计数器的能力也有增强；其最大的区别是在主机上增加了2输入/1输出的模拟量单元和一个通信口，非常适合在有少量模拟量信号的系统中使用，在有复杂通信要求的场合也非常合适。

5. CPU226本机集成24输入/16输出，I/O共计40点，和CPU224相比，程序存储容量扩大了一倍，数据存储容量增加到10KB，它具有2个通信口，通信能力大大增强。它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。

5．3．2 CPU模块选型

在设计I/O点数时，应留有一定的余量，这些备用点的分配应分别考虑到每块模板上，最好分布到每组输入点，一旦有一点发生故障，只要把接线点从故障点改接到备用点，应的地址，系统就可以恢复正常，这种考虑有利于系统设计修改和故障的处理。

考虑到I/O点的数量，开关量输入23点，开关量输出14点，根据控制要求，我们选用了西门子S7-200系列PLC中的CPU226 AC/DC/继电器作为系统的控制模块，CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连续7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。S7-200系列PLC是西门子公司的S7系列PLC中的小型PLC，专门针对小规模的应用系统，西门子PLC 具有较高的可靠性，能够满足系统控制的需求。

5．4建立I/O地址分配表

为了便于绘制PLC与输入/输出设备之间的接线图，进行控制系统PLC软件设计，应编制输入/输出地址分配表，其I/O地址分配见表5-1和表5-2。

表5-1 输入设备地址分配表

输入地址 外设名称 输入地址外设名称 I0.0 自动模式 I0.1 手动模式

I0.2 启动按钮 I0.3 ①号裙刷手动控制 I0.4 ②号裙刷手动控制 I0.5 ③号侧刷手动控制 I0.6 ④号侧刷手动控制 I0.7 ⑤号侧刷手动控制 I1.0 ⑥号侧刷手动控制 I1.1 入口处光电开关 I1.2 ③号侧刷处光电开关 I1.3 ④号侧刷处光电开关 I1.4 ⑤号侧刷处光电开关 I1.5 ⑥号侧刷处光电开关 I1.6 出口处光电开关 I1.7 ①号裙刷电机热保护 I2.0 ②号裙刷电机热保护 I2.1 ③号侧刷电机热保护 I2.2 ④号侧刷电机热保护 I2.3 ⑤号侧刷电机热保护 I2.4 ⑥号侧刷电机热保护 I2.5 水泵电机热保护 I2.6 备用 I2.7 急停按钮

表5-2 输出设备地址分配表

输出地址 外设名称 输出地址外设名称 Q0.0 ①号裙刷电机接触器 Q0.1 ②号裙刷电机接触器 Q0.2 ③号侧刷电机接触器 Q0.3 ④号侧刷电机接触器 Q0.4 ⑤号侧刷电机接触器 Q0.5 ⑥号侧刷电机接触器 Q0.6 水泵电机接触器 Q0.7 备用

Q1.0 备用 Q1.1 ①号裙刷电动阀 Q1.2 ②号裙刷电动阀 Q1.3 ③号侧刷电动阀 Q1.4 ④号侧刷电动阀 Q1.5 ⑤号侧刷电动阀 Q1.6 ⑥号侧刷电动阀 Q1.7 信号灯