社区自助洗车机监控系统设计

2018-12-18何淼

中国设备工程 2018年23期

何淼

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710300）

随着汽车工业蓬勃发展，每年汽车的保有量也在不断递增，随之诞生的社区自助洗车机，以其便捷、环保、省时、智能化的特点，成为现代新型的洗车产业。因此，本文设计的社区自助洗车机监控系统，主要包括PLC控制系统和组态监控系统两部分。它既能够在人机界面上实时监控液位变化情况、发出上下限液位报警信号，能够准确记录故障发生的时间，为后期设备维护和用户使用提供便利。

1 PLC控制系统设计

1.1 PLC控制系统要求

本文设计的自助洗车机控制系统要求利用电气或人机界面的启停按钮，控制水泵的启停动作；利用SCAL库获得超声波液位传感器采集的液位值；当上下限液位开关或液位值为90cm和10cm时，上下报警灯亮；当液位下限开关和液位值=0，且保持10s后，记录故障日期；当液位值>0且门开关闭合时，清除故障记录时间。同时，在人机界面上可以实时监控液位值、报警灯和故障日期。

1.2 PLC控制系统I/O分配

根据社区自助洗车机的控制要求，本文有5个数字量输入信号（即电气启停按钮、上下限液位开关、门开关），有5个数字量输出信号（即水泵电机、上下限报警灯、运行和停止指示灯），因此可以采用西门子CPU224；有1个液位传感器采集的模拟量输入信号，因此可以采用EM235模拟量模块，表1是PLC控制系统I/O分配。

表1 自助洗车机I/O分配

1.3 PLC控制系统程序设计

PLC控制系统程序设计包括水泵启停操作、实际液位值采集、上下限液位报警、故障时间记录和清除，图1是自助洗车机的PLC程序。

图1 自助洗车机的PLC程序

（1）水泵启停操作。本文中水泵的启停动作是利用西门子M420变频器进行控制的，因此，在设计PLC程序前，须完成变频器主控电路接线和变频器的参数设置。其中，变频器的主电路电线由空开QF单独提供一路三相电源，连接到变频器的电源接线端子上，而变频器的电机接线端子则连接到电动机上。在变频器的控制电路接线时，将Q0.0接变频器控制面板上的DIN1。变频器的参数需设置P0700=2（指定命令源由端子排决定）、P0701=16（确定数字输入DIN1为直接选择+ON）、P1000=3（选择频率设定值为固定值）和P1001=25HZ（DIN1频率为25HZ）。

水泵启停的PLC程序采用1启保停方法实现。当门开关检测到维护结束后，按下电气或触摸屏的启动按钮，M0.0得电并自锁，变频器Q0.0得电，控制泵开始工作，同时运行指示灯亮。当按下电气或触摸屏的停止按钮时，M0.1得电并自锁，断开变频器Q0.0，同时停止指示灯。

（2）实际液位值采集。本文利用SCAL库中的S_ITR指令将超声波液位传感器采集的4～20mA模拟量转换为0～100cm的实际液位值。其中，在S_ITR指令的input中输入AIW2，即液位传感器模拟量输出信号经EM231转换后的数字量存放地址。

在S_ITR指令的ISH和ISL中分别输入32000和6400，即液位传感器模拟量输出信号的最高值和最低值经EM231转换后相对应的数字量值。鉴于本文液位传感器的实际液位值量程为0～100cm、模拟量输出信号量程为4～20mA，而模拟量输入模块EM231的量程为0～20mA，两者不完全对应，因此必须首先找到EM231接收到液位传感器发出4mA模拟信号时对应的数字量值。由于EM231模拟量输入模块0～20mA经A/D转换后的数字量为0～32000，即每毫安对应的数字量为32000÷20=1600，则4mA对应的数字量为32000÷20×4=6400。因此，当EM231接收液位传感器传来的4～20mA的水位信号时，会将其转化为6400～32000的数字量，即ISH为32000，ISL为6400。

在S_ITR指令的OSH和OSL中分别输入100.0和0.0，即液位传感器实际液位值的最高值和最低值。

（3）上下限液位报警。本文中液位上下限开关分别安装在离泡沫箱箱底部90cm和10cm处，当泡沫剂低于下限位时，进行下限报警；当泡沫剂高于上限位时，进行上限报警，并停止自动补给。因此，在实现上下限报警监控时，既可以利用液位上下限开关I0.0和I0.0信号，也可以利用经SCAL库采集的液位值VD70=90和VD70=10信号，启动上下报警灯Q0.1和Q0.2。同时，在上限时，启动触点M0.1，停止泡沫供给。

（4）故障时间记录。在记录故障时间时，可以利用READ_RTC时钟指令实现。在满足READ_RTC时钟指令启动条件EN时，可以读取PLC系统当前的时间和日期，并将其装入连续8个字节的缓冲区内，依次记录故障的年、月、日、小时、分钟、秒、保留和星期。因此，当液位下限开关I0.0=1和液位值VD=0均保持10秒后，则认为自助洗车机泡沫剂用完，出现故障，达到READ_RTC时钟指令的启动条件EN，并在READ_RTC指令的T中输入故障时间存放的初始地址VB100，记录故障时间和日期。再利用B_I、BCD_I数值转换后，以十进制字的形式输出到VW200、VW202和VW204中，分别记录故障的年、月和日。当维护人员打开箱门I0.2=0并且添加泡沫剂后VD>0时，故障记录时间将被清零。

2 组态监控系统

本文采用昆仑通泰的人机界面，利用MCGS组态软件设计自助洗车机的监控系统，包括组态界面设计、设备连接和调试三个阶段。图2是利用MCGS组态软件的工具箱，设计的自助洗车机监控界面。

图2 自助洗车机监控界面

2.1 设备连接

在设备连接时，首先利用RS-485电缆，将上位机触摸屏COM口和下位机PLC编程口PORT0进行物理连接；然后在组态软件的中进行软件设计。其中，在组态软件设计时，先在实时数据库中定义“连接变量”，再在设备窗口选择连接PLC，并对PLC的属性进行设置，最后增加要与PLC进行连接的通道，并将“通道名称”与“连接变量”进行连接，其中，图3是设备连接中“通道名称”与“连接变量”的对应关系。

图3 设备连接

2.2 组态监控调试

图4 泡沫剂报警显示界面

在组态监控调试时，按下启动按钮，观察液位变化情况、报警情况和故障时间记录情况。图4是泡沫剂报警显示界面，当泡沫箱没泡沫剂时，触摸屏上准确显示液位值为0，液位下限指示红色灯亮，同时提示故障时间为2018年10月11日。由此可见，本文采用SCALE库能够准确的获取液位实际值，这种方法无需模数信号的复杂换算过程，编程简单，方法实用；采用液位限位开关，提供报警功能，能够降低维护的盲目性；采用READ_RTC时钟指令，能够准确记录故障时间，方便记录设备运行情况；采用门开关，保证设备在维护之后方能运行，提高设备的维护监督力度。