PLC 三种故障标准报警电路控制.docx
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PLC三种故障标准报警电路控制
1、引言
1.1设计目的
本次PLC课程设计的主要目的是通过某一PLC控制系统的设计实践，是学生能够熟练的进行PLC系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作，培养学生的工程技术应用能力。
1.2设计内容及要实现的目标
报警是电气自动控制中不可缺少的重要环节，标准的报警功能应该是声光报警。
当故障发生时，报警指示灯闪烁，报警电铃或蜂鸣器响。
操作人员知道故障发生后，按消铃按钮，把电铃关掉，报警指示灯从闪烁变为常亮。
故障消失后，报警灯熄灭。
另外还应设置试灯、试铃按钮，用于平时检测报警指示灯和电铃的好坏。
在实际的应用系统中可能出现的故障一般有多种。
对报警指示灯来说，一种故障对应于一个指示灯，但一个系统只能有一个电铃。
设计一个三种故障标准报警电路，报警具有优先级。
2、系统硬件电路设计
2.1系统硬件配置及组成原理
2.1.1PLC的选型
FX系列PLC型号的含义如下：
图2.1FXPLC型号含义
其中系列名称：
如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC等
单元类型：
M－－基本单元
E－－输入输出混合扩展单元
EX－－扩展输入模块
EY－－扩展输出模块
输出方式：
R－－继电器输出
S－－晶闸管输出
T－－晶体管输出
特殊品种：
D－－DC电源，DC输出
A1－－AC电源AC（AC100～120V）输入或AC输出模块
H－－大电流输出扩展模块
V－－立式端子排的扩展模块
C－－接插口输入输出方式
F－－输入滤波时间常数为1ms的扩展模块
如果特殊品种一项无符号，为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。
例如FX2N－32MT－D表示FX2N系列，32个I/O点基本单位，晶体管输出，使用直流电源，24V直流输出型。
PLC机型选择的基本原则是：
在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。
通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的PLC；其他情况则最好选用模块式结构的PLC；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机（其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等）。
应该注意的是，同一企业应尽量做到机型统一。
这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个DCS系统，这样便于相互通信，集中管理。
本次设计选用三菱公司的FX0S系列的PLC。
2.1.2容量的估算
PLC容量的估算，包括两个方面：
一是I/O口的点数，二是用户存储量的容量。
（1）I/O点数的估算
I/O点数是衡量PLC规模大小的重要指标，一般来说，输入点与输入信号，输出点与输出控制是一一对应的，个别情况下，也有两个信号公用一个输入点的。
表2.1列出了典型传动设备及电器元件所需PLCI/O点数。
表2.1典型传动设备及电器元件所需PLCI/O点数
序号
电气设备、元件
输入点数
输出点数
I/O总点数
1
Y-△启动的笼型电动机
4
3
7
2
单向运行的笼型电动机
4
1
5
3
可逆运行的笼型电动机
5
2
7
4
单相变极电动机
5
3
8
5
可逆变极电动机
6
4
10
6
单向运行的直流电动机
9
6
15
7
可逆运行的直流电动机
12
8
20
8
单向运行的绕线转子异步电动机
3
4
7
9
可逆运行的绕线转子异步电动机
4
5
9
10
单线圈电磁阀
2
1
3
11
双线圈电磁阀
3
2
5
12
按钮
1
1
13
光电开关
2
2
14
拨码开关
4
4
15
行程开关
1
1
16
位置开关
2
2
17
信号灯
1
1
18
风机
1
1
（2）用户存储器容量的估算
PLC的存储器容量选择和计算的第一种方法是：
根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。
第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照（式2.1）来估算。
为了使用方便，一般应留有25%的裕量。
存储器字数=（开关量I/O点数*10）+（模拟量通道数*150）（式2.1）
本次设计共用到按钮4个，开关3个，有7个输入信号。
考虑15%的裕量，取整数9，需9个输入点。
输出信号信号灯4个，接触器1个，占5个输出点，考虑15%的裕量，最多需6个输出点。
则输入和输出点数之和为15。
综合上面分析，可选用FX0S-20MR-D型PLC，该PLC有12个输入点，8个输出点，存储器容量满足要求。
图2.2为FX0S-20MR-D型PLC。
图2.2FX0S-20MR-D型PLC
2.2系统硬件电路图
三种故障标准报警电路控制I/O分配表如表2.1所示。
表中故障一、故障二、故障三由于无法进行模拟，这里将开关的状态来表示是否有故障发生。
表2.1三种故障标准报警电路控制I/O分配表
输入设备
输入端子
输出设备
输出端子
启动按钮SB1
X000
系统运行指示灯HL1
Y000
停止按钮SB2
X001
故障一指示灯HL2
Y001
故障一信号模拟开关SS1
X002
故障二指示灯HL3
Y002
故障二信号模拟开关SS2
X003
故障三指示灯HL4
Y003
故障三信号模拟开关SS3
X004
报警电铃接触器KM1
Y004
消铃按钮SB3
X005
试灯试铃按钮SB4
X006
PLC输入输出端子接线图如图2.3所示。
图2.3三种故障标准报警电路控制I/O接线图
3、系统软件设计
3.1系统功能分析
系统程序流程图如图3.1所示。
图3.1系统程序流程图
3.2控制程序设计思路
（1）当有故障产生时，故障检测电路检测到故障信号，故障信号进入PLC输入口，则相应的故障指示灯闪烁，报警电铃提示。
（2）当有故障信号时，用故障信号去启动报警电铃，因为故障信号指示灯是闪烁状态，因此需要向报警电路加互锁。
（3）当按下消铃按钮时，报警电铃停止工作，并使故障指示灯常亮，需要将闪烁电路断开，若只用一个按钮断开，无法实现故障指示灯的常亮，因此还需要加入一个辅助继电器M0。
（4）故障电路具有优先级，当有故障同时发生时，故障优先级最高的先提示，当故障优先级最高的排除之后，然后显示下一个优先级相对较高的故障指示灯，可以将优先级高的指示灯的常闭触电控制优先级低的电路。
3.3各部分功能具体实现
（1）故障指示路的设计
系统运行，当故障发生时，系统指示灯在T0影响下，故障指示灯实现闪烁效果，报警电铃响。
按下消铃按钮，M0线圈通电，M0的常闭触电断开，常开触点闭合，故障指示灯有闪烁变为常亮，报警电铃停止工作。
相应程序如图3.2、图3.3、图3.4、图3.5所示。
图3.1故障一指示电路
图3.2故障二指示电路
图3.3故障三指示电路
图3.4报警电铃提示电路
（2）闪烁电路的设计
系统启动，当有故障信号发生时，T0计时0.5s后通电，在T0通电时，T1开始计时，0.5s后T1通电，T1的常闭触点断开，T0断电，然后T1断电，T0开始计时，计时时间到，T0通电，以此循环，直至消铃按钮按下。
程序如图3.5所示。
图3.5闪烁电路设计程序图
程序梯形图见附录一。
4、系统调试及结果分析
4.1系统调试
本次系统仿真如果只采用GXDeveloper中的GXSimulator6进行仿真，只能看出继电器的输出状态，在询问老师之后，又用了GTDesigner3和GTSimulator3进行模拟仿真。
仿真图如图4.1和图4.2所示。
图4.1GTDesigner3设计仿真图
图4.2继电器内存监视仿真
在仿真的时候由于用故障信号指示灯来控制报警电铃，由于故障信号指示灯在不消铃的情况下是闪烁状态，因此用了报警电铃的自锁，这样在设计试铃的时候，不管怎么设计总会在试铃的时候导致报警电铃的常响。
后来在分析课题要求之后，改用故障信号来控制电铃，这样就可以将报警电铃的自锁去掉，在试铃的时候就不会有意外发生。
4.2结果分析
按下启动按钮，系统启动，当只有一种故障发生时，相应的故障指示灯闪烁，报警电铃报警，按下消铃按钮，报警电铃停止，故障指示灯停止闪烁，改为常亮。
故障排除后，相应的故障指示灯熄灭。
当有多种故障同时发生时，优先级高的指示灯亮，优先级低的指示灯会在优先级高的故障排除之后亮。
结束语
从仿真结果可以看出，本次设计比较成功，满足三次故障报警和优先级的功能。
整个设计过程，就是学习和熟悉PLC的过程，在设计试验故障指示灯和报警电铃的时候，只用一个I/O口来检测三个故障指示灯和报警电铃，这样做可以节省I/O点数，以备其他电路设计使用。
经过一周的课程设计，完成了三种故障标准报警电路控制的设计，从开始的I/O口的分配到最后的仿真成功实现，使我更好的了解了PLC，也让我学会了如何计算PLC的I/O点数和存储器容量，学会了PLC的选型方法。
此外，还学会了GXDeveloper、GTDesigner3的简单使用方法，
在整个设计过程中，让我更加清楚了理论知识和实践能力的差别，了解到自己的短处，培养了我的独立思考和解决问题的能力，同时也发现了自己的不足之处。
进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力，将我们所学的知识应用于生活实践中，真正的做到了学以致用的效果。
参考文献
[1]李俊秀，赵黎明.可编程控制器应用技术实训指导[M].北京：
化学工业出版社，2002.1：
1-54.
[2]熊幸民.电气控制与PLC[M].北京，机械工业出版社，2011.1:
286-309.
附录一
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