何淼

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

隨著汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展，每年汽車的保有量也在不斷遞增，隨之誕生的社區(qū)自助洗車機(jī)，以其便捷、環(huán)保、省時、智能化的特點，成為現(xiàn)代新型的洗車產(chǎn)業(yè)。因此，本文設(shè)計的社區(qū)自助洗車機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括PLC控制系統(tǒng)和組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。它既能夠在人機(jī)界面上實時監(jiān)控液位變化情況、發(fā)出上下限液位報警信號，能夠準(zhǔn)確記錄故障發(fā)生的時間，為后期設(shè)備維護(hù)和用戶使用提供便利。

1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

1.1 PLC控制系統(tǒng)要求

本文設(shè)計的自助洗車機(jī)控制系統(tǒng)要求利用電氣或人機(jī)界面的啟停按鈕，控制水泵的啟停動作；利用SCAL庫獲得超聲波液位傳感器采集的液位值；當(dāng)上下限液位開關(guān)或液位值為90cm和10cm時，上下報警燈亮；當(dāng)液位下限開關(guān)和液位值=0，且保持10s后，記錄故障日期；當(dāng)液位值>0且門開關(guān)閉合時，清除故障記錄時間。同時，在人機(jī)界面上可以實時監(jiān)控液位值、報警燈和故障日期。

1.2 PLC控制系統(tǒng)I/O分配

根據(jù)社區(qū)自助洗車機(jī)的控制要求，本文有5個數(shù)字量輸入信號（即電氣啟停按鈕、上下限液位開關(guān)、門開關(guān)），有5個數(shù)字量輸出信號（即水泵電機(jī)、上下限報警燈、運行和停止指示燈），因此可以采用西門子CPU224；有1個液位傳感器采集的模擬量輸入信號，因此可以采用EM235模擬量模塊，表1是PLC控制系統(tǒng)I/O分配。

表1 自助洗車機(jī)I/O分配

1.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計

PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計包括水泵啟停操作、實際液位值采集、上下限液位報警、故障時間記錄和清除，圖1是自助洗車機(jī)的PLC程序。

圖1 自助洗車機(jī)的PLC程序

（1）水泵啟停操作。本文中水泵的啟停動作是利用西門子M420變頻器進(jìn)行控制的，因此，在設(shè)計PLC程序前，須完成變頻器主控電路接線和變頻器的參數(shù)設(shè)置。其中，變頻器的主電路電線由空開QF單獨提供一路三相電源，連接到變頻器的電源接線端子上，而變頻器的電機(jī)接線端子則連接到電動機(jī)上。在變頻器的控制電路接線時，將Q0.0接變頻器控制面板上的DIN1。變頻器的參數(shù)需設(shè)置P0700=2（指定命令源由端子排決定）、P0701=16（確定數(shù)字輸入DIN1為直接選擇+ON）、P1000=3（選擇頻率設(shè)定值為固定值）和P1001=25HZ（DIN1頻率為25HZ）。

水泵啟停的PLC程序采用1啟保停方法實現(xiàn)。當(dāng)門開關(guān)檢測到維護(hù)結(jié)束后，按下電氣或觸摸屏的啟動按鈕，M0.0得電并自鎖，變頻器Q0.0得電，控制泵開始工作，同時運行指示燈亮。當(dāng)按下電氣或觸摸屏的停止按鈕時，M0.1得電并自鎖，斷開變頻器Q0.0，同時停止指示燈。

（2）實際液位值采集。本文利用SCAL庫中的S_ITR指令將超聲波液位傳感器采集的4～20mA模擬量轉(zhuǎn)換為0～100cm的實際液位值。其中，在S_ITR指令的input中輸入AIW2，即液位傳感器模擬量輸出信號經(jīng)EM231轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量存放地址。

在S_ITR指令的ISH和ISL中分別輸入32000和6400，即液位傳感器模擬量輸出信號的最高值和最低值經(jīng)EM231轉(zhuǎn)換后相對應(yīng)的數(shù)字量值。鑒于本文液位傳感器的實際液位值量程為0～100cm、模擬量輸出信號量程為4～20mA，而模擬量輸入模塊EM231的量程為0～20mA，兩者不完全對應(yīng)，因此必須首先找到EM231接收到液位傳感器發(fā)出4mA模擬信號時對應(yīng)的數(shù)字量值。由于EM231模擬量輸入模塊0～20mA經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為0～32000，即每毫安對應(yīng)的數(shù)字量為32000÷20=1600，則4mA對應(yīng)的數(shù)字量為32000÷20×4=6400。因此，當(dāng)EM231接收液位傳感器傳來的4～20mA的水位信號時，會將其轉(zhuǎn)化為6400～32000的數(shù)字量，即ISH為32000，ISL為6400。

在S_ITR指令的OSH和OSL中分別輸入100.0和0.0，即液位傳感器實際液位值的最高值和最低值。

（3）上下限液位報警。本文中液位上下限開關(guān)分別安裝在離泡沫箱箱底部90cm和10cm處，當(dāng)泡沫劑低于下限位時，進(jìn)行下限報警；當(dāng)泡沫劑高于上限位時，進(jìn)行上限報警，并停止自動補(bǔ)給。因此，在實現(xiàn)上下限報警監(jiān)控時，既可以利用液位上下限開關(guān)I0.0和I0.0信號，也可以利用經(jīng)SCAL庫采集的液位值VD70=90和VD70=10信號，啟動上下報警燈Q0.1和Q0.2。同時，在上限時，啟動觸點M0.1，停止泡沫供給。

（4）故障時間記錄。在記錄故障時間時，可以利用READ_RTC時鐘指令實現(xiàn)。在滿足READ_RTC時鐘指令啟動條件EN時，可以讀取PLC系統(tǒng)當(dāng)前的時間和日期，并將其裝入連續(xù)8個字節(jié)的緩沖區(qū)內(nèi)，依次記錄故障的年、月、日、小時、分鐘、秒、保留和星期。因此，當(dāng)液位下限開關(guān)I0.0=1和液位值VD=0均保持10秒后，則認(rèn)為自助洗車機(jī)泡沫劑用完，出現(xiàn)故障，達(dá)到READ_RTC時鐘指令的啟動條件EN，并在READ_RTC指令的T中輸入故障時間存放的初始地址VB100，記錄故障時間和日期。再利用B_I、BCD_I數(shù)值轉(zhuǎn)換后，以十進(jìn)制字的形式輸出到VW200、VW202和VW204中，分別記錄故障的年、月和日。當(dāng)維護(hù)人員打開箱門I0.2=0并且添加泡沫劑后VD>0時，故障記錄時間將被清零。

2 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

本文采用昆侖通泰的人機(jī)界面，利用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計自助洗車機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，包括組態(tài)界面設(shè)計、設(shè)備連接和調(diào)試三個階段。圖2是利用MCGS組態(tài)軟件的工具箱，設(shè)計的自助洗車機(jī)監(jiān)控界面。

圖2 自助洗車機(jī)監(jiān)控界面

2.1 設(shè)備連接

在設(shè)備連接時，首先利用RS-485電纜，將上位機(jī)觸摸屏COM口和下位機(jī)PLC編程口PORT0進(jìn)行物理連接；然后在組態(tài)軟件的中進(jìn)行軟件設(shè)計。其中，在組態(tài)軟件設(shè)計時，先在實時數(shù)據(jù)庫中定義“連接變量”，再在設(shè)備窗口選擇連接PLC，并對PLC的屬性進(jìn)行設(shè)置，最后增加要與PLC進(jìn)行連接的通道，并將“通道名稱”與“連接變量”進(jìn)行連接，其中，圖3是設(shè)備連接中“通道名稱”與“連接變量”的對應(yīng)關(guān)系。

圖3 設(shè)備連接

2.2 組態(tài)監(jiān)控調(diào)試

圖4 泡沫劑報警顯示界面

在組態(tài)監(jiān)控調(diào)試時，按下啟動按鈕，觀察液位變化情況、報警情況和故障時間記錄情況。圖4是泡沫劑報警顯示界面，當(dāng)泡沫箱沒泡沫劑時，觸摸屏上準(zhǔn)確顯示液位值為0，液位下限指示紅色燈亮，同時提示故障時間為2018年10月11日。由此可見，本文采用SCALE庫能夠準(zhǔn)確的獲取液位實際值，這種方法無需模數(shù)信號的復(fù)雜換算過程，編程簡單，方法實用；采用液位限位開關(guān)，提供報警功能，能夠降低維護(hù)的盲目性；采用READ_RTC時鐘指令，能夠準(zhǔn)確記錄故障時間，方便記錄設(shè)備運行情況；采用門開關(guān)，保證設(shè)備在維護(hù)之后方能運行，提高設(shè)備的維護(hù)監(jiān)督力度。

3 結(jié)語

本文利用MCGS軟件設(shè)計的社區(qū)自助洗車機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控泡沫箱的液位值變化，增加報警提示，顯示故障時間，方便設(shè)備維護(hù)和用戶使用，提高設(shè)備的自動化程度。