社區自助洗車機監控系統設計

何淼

（陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710300）

隨著汽車工業蓬勃發展，每年汽車的保有量也在不斷遞增，隨之誕生的社區自助洗車機，以其便捷、環保、省時、智能化的特點，成為現代新型的洗車產業。因此，本文設計的社區自助洗車機監控系統，主要包括PLC控制系統和組態監控系統兩部分。它既能夠在人機界面上實時監控液位變化情況、發出上下限液位報警信號，能夠準確記錄故障發生的時間，為后期設備維護和用戶使用提供便利。

1 PLC控制系統設計

1.1 PLC控制系統要求

本文設計的自助洗車機控制系統要求利用電氣或人機界面的啟停按鈕，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；當上下限液位開關或液位值為90cm和10cm時，上下報警燈亮；當液位下限開關和液位值=0，且保持10s后，記錄故障日期；當液位值>0且門開關閉合時，清除故障記錄時間。同時，在人機界面上可以實時監控液位值、報警燈和故障日期。

1.2 PLC控制系統I/O分配

根據社區自助洗車機的控制要求，本文有5個數字量輸入信號（即電氣啟停按鈕、上下限液位開關、門開關），有5個數字量輸出信號（即水泵電機、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I/O分配。

表1 自助洗車機I/O分配

1.3 PLC控制系統程序設計

PLC控制系統程序設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是自助洗車機的PLC程序。

圖1 自助洗車機的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變頻器進行控制的，因此，在設計PLC程序前，須完成變頻器主控電路接線和變頻器的參數設置。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，而變頻器的電機接線端子則連接到電動機上。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。變頻器的參數需設置P0700=2（指定命令源由端子排決定）、P0701=16（確定數字輸入DIN1為直接選擇+ON）、P1000=3（選擇頻率設定值為固定值）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。當門開關檢測到維護結束后，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EM231轉換后的數字量存放地址。

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EM231轉換后相對應的數字量值。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，因此必須首先找到EM231接收到液位傳感器發出4mA模擬信號時對應的數字量值。由于EM231模擬量輸入模塊0～20mA經A/D轉換后的數字量為0～32000，即每毫安對應的數字量為32000÷20=1600，則4mA對應的數字量為32000÷20×4=6400。因此，當EM231接收液位傳感器傳來的4～20mA的水位信號時，會將其轉化為6400～32000的數字量，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分別安裝在離泡沫箱箱底部90cm和10cm處，當泡沫劑低于下限位時，進行下限報警；當泡沫劑高于上限位時，進行上限報警，并停止自動補給。因此，在實現上下限報警監控時，既可以利用液位上下限開關I0.0和I0.0信號，也可以利用經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。在滿足READ_RTC時鐘指令啟動條件EN時，可以讀取PLC系統當前的時間和日期，并將其裝入連續8個字節的緩沖區內，依次記錄故障的年、月、日、小時、分鐘、秒、保留和星期。因此，當液位下限開關I0.0=1和液位值VD=0均保持10秒后，則認為自助洗車機泡沫劑用完，出現故障，達到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數值轉換后，以十進制字的形式輸出到VW200、VW202和VW204中，分別記錄故障的年、月和日。當維護人員打開箱門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 組態監控系統

本文采用昆侖通泰的人機界面，利用MCGS組態軟件設計自助洗車機的監控系統，包括組態界面設計、設備連接和調試三個階段。圖2是利用MCGS組態軟件的工具箱，設計的自助洗車機監控界面。

圖2 自助洗車機監控界面

2.1 設備連接

在設備連接時，首先利用RS-485電纜，將上位機觸摸屏COM口和下位機PLC編程口PORT0進行物理連接；然后在組態軟件的中進行軟件設計。其中，在組態軟件設計時，先在實時數據庫中定義“連接變量”，再在設備窗口選擇連接PLC，并對PLC的屬性進行設置，最后增加要與PLC進行連接的通道，并將“通道名稱”與“連接變量”進行連接，其中，圖3是設備連接中“通道名稱”與“連接變量”的對應關系。

圖3 設備連接

2.2 組態監控調試

圖4 泡沫劑報警顯示界面

在組態監控調試時，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，當泡沫箱沒泡沫劑時，觸摸屏上準確顯示液位值為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庫能夠準確的獲取液位實際值，這種方法無需模數信號的復雜換算過程，編程簡單，方法實用；采用液位限位開關，提供報警功能，能夠降低維護的盲目性；采用READ_RTC時鐘指令，能夠準確記錄故障時間，方便記錄設備運行情況；采用門開關，保證設備在維護之后方能運行，提高設備的維護監督力度。

3 結語

本文利用MCGS軟件設計的社區自助洗車機監控系統，能夠實時監控泡沫箱的液位值變化，增加報警提示，顯示故障時間，方便設備維護和用戶使用，提高設備的自動化程度。