双门通道控制资料.docx
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双门通道控制资料
双门通道控制资料
1、引言
1.1设计目的
综合运用本课程及前期课程的相关知识和技能，相对独立地设计和调试一个小型PLC应用系统，使学生获得控制技术工程的基本训练，提高工程意识和实践技能。
同时提高学生对文献资料的检索和信息处理的能力，以及编写和整理设计文档的能力。
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
①某房间要求尽可能地保持无尘，在通道上设置了两道电动门，门1和门2，可通过光电传感器自动完成门的打开和关闭。
门1和门2不能同时打开。
②第1道门（根据出入方向不同，可能是门1或门2），是由在通道外的开门者通过按开门按钮打开的，而第2道门（根据出入方向不同，可能是门1或门2）则是在打开的第1道门关闭后自动地打开的（也可以由通道内的人按开门按钮来打开第2道门）。
这两道门都是在门开后，经过3s的延时而自动关闭的。
③在门关闭期间，如果对应的光电传感器的信号被遮断，则门立即自动打开。
如果在门外或者在门内的开门者按对应的开门按钮时，立即打开。
④出于安全方面的考虑，如果在通道内的某个人经过光电传感器时，对应的门已经打开，则通道外的开门者可以不按开门按钮。
⑤每道门都安装了两个行程开关，用于确定门的打开和关闭是否到位。
在通道外的开门按钮旁，安装了相应的LED指示灯，当按下开门按钮后，LED指示灯亮，门开后LED指示灯灭。
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FX2N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6个，限位开关4个，有10个输入信号。
考虑15%的裕量，取整数12，需12个输入点。
输出信号信号灯4个，接触器4个，占8个输出点，考虑15%的裕量，最多需10个输出点。
则输入和输出点数之和为22。
综合上面分析，可选用FX2N-32MR型PLC，该PLC有16个输入点，16个输出点，存储器容量满足要求。
图2.2为FX2N-32MR型PLC。
图2.2FX2N-32MR型PLC
2.1.3电机的选型
电机的选择是生产中最重要的一个环节，电机运行的好坏直接与生产的质量相联系，所以一定要做到更好。
电动机的选择涉及到多方面的内容，例如：
电动机的额定电压与额定电流、电动机的转速、电动机的功率、电动机的价格、电动机的功率因数等等；我在这里想讨论教学实验中和实际的工业生产中的电动机的选型。
在实验室中我们的要求不是太高，经过查找Y80M1-2电动机比较符合要求。
下表即为该电动机的部分参数：
表2.2Y80M1-2电动机的参数
额定电压
380V
额定电流
1.8A
额定功率
0.75KW
转速
2830r/min
效率
75%
功率因数
0.84
振动速度
1.8mm/s
重量
17Kg
故可以从表格中看出这种电动机额定电压和电流在学校的实验室中可以达到其要求，因为在实验室中液体的水箱不可能很大，所以功率和转速也可以达到要求，电机的效率和功率因数又相对较高，振动速度小，质量还比较轻，最重要的是这台电动机的价格比较便宜，249元/台。
所以实验室中选择这一类电动机。
在工业生产的过程中，不但要求经济，性能好，还要求的是安全与生产的稳定进行。
在选型时的要求就更多，所以我在这里只是提出我查的一些资料和我的一些小的建议如与实际不符，请老师见谅。
我查了几个型号后选定了Y280S-6的电动机，这种电动机与前一种相比，突出变化的是功率变为75KW，额定电流变成了139A，电压不变，其他的参数则变化不大，价格方面则灵活性很大5000-10000之间可以根据情况选择。
本次设计若要做实物则可选择Y80M1-2电动机。
2.2系统硬件电路图
系统主控电路图如图2.3所示。
图2.3系统主控电路图
双门通道控制I/O分配表如表2.3所示。
表中由于双门控制状态无法直接模拟显示，这里将开关、按钮的输入以及输出端的状态显示来表示双门通道的控制。
表2.3双门通道控制I/O分配表
输入设备
输入端子
输出设备
输出端子
门1外开门按钮SB1
X000
门1外指示灯HL1
Y000
门1内开门按钮SB2
X001
门1内指示灯HL2
Y001
门1内光电传感器按钮SB3
X002
门2外指示灯HL3
Y002
门2外开门按钮SB4
X003
门2内指示灯HL4
Y003
门2内开门按钮SB5
X004
门1开门控制线圈KM1
Y004
门2内光电传感器按钮SB6
X005
门1关门控制线圈KM2
Y006
门1开门限位开关SQ1
X006
门2开门控制线圈KM3
Y005
门1关门限位开关SQ2
X007
门2关门控制线圈KM4
Y007
门2开门限位开关SQ3
X010
门2关门限位开关SQ4
X011
PLC输入输出端子接线图如图2.4所示。
图2.4双门通道控制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
根据设计要求，用两个光电传感器、门内按钮和门外按钮分别来控制两道电动门的打开和关闭，由于两个门不能同时打开，还需加入互锁。
当通道外的开门者通过按开门按钮打开，第2道门（根据出入方向不同，可能是门1或门2）则是在打开的第1道门关闭后自动地打开，可选用辅助继电器来控制第二道门的自动打开和关闭。
此外，还需加入两道门的开门和关门限位开关以保证门的打开和关闭到位。
当门打开到位后，延迟3s关门。
3.3各部分功能具体实现
（1）开门指示灯的实现
当按下开门按钮时，对应的门指示灯会点亮，当门打开的时候，，指示灯灭。
另外，还需加入开门限位开关来控制当门打开到位时按下开门按钮，对应的指示灯不会被点亮。
程序如图3.1和图3.2所示。
图3.1门1开门指示灯控制
图3.2门2开门指示灯控制
（2）开门控制
当检测到开门指示灯亮的时候，对应的门打开，由于两道门不能同时打开，因此需要加互锁。
程序如图3.3和图3.4所示。
图3.3门1开门控制
图3.4门2开门控制
（3）自动开门控制
自动开门由辅助继电器控制，当检测到门外指示灯亮的时候，M0通电，第一道门关闭后，M0将第二道门打开，在第二道门关闭的时候，会将辅助继电器M0断电，以便下次使用。
程序如图3.5所示。
图3.5自动开门控制
（3）自动关门控制
自动关门是由定时器与开/关门限位开关控制，当开/关门达到最大限位时，定时器记时3秒，门自动关闭。
程序如图3.6所示。
图3.6自动关门控制
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
程序调试和仿真过程中，当按下门内、门外按钮或者光电传感器检测到时，对应的门打开，关闭后第二道门会打开，然后第一道门又会打开，以此循环无法停止，查阅资料和经过同组人员讨论后，决定加入辅助继电器来控制自动开门，只有当门外指示灯被点亮时，对应的辅助继电器才会通电，经过第二道门后，关门线圈通电会将辅助继电器断电，这样，就不会循环自动开门。
4.2结果分析
（1）开始时门是关着的，两个门的关限位开关是闭合的，按下门外呼叫按钮后，门外指示灯闪烁一下，开门电动机启动，电机正转，第一道门打开。
当第一道门打开到最大限位后，延时3秒后电机反转，开始关门。
在关门过程中，如果对应的光电传感器的信号被遮断，则门立即自动打开。
如果在门外或者在门内的开门者按对应的开门按钮时，立即打开。
若无中断，门关闭完成后第二道门自动打开。
（2）当两道门的门外按钮都有呼叫时，先按下按钮的指示灯闪烁一下，对应的门开启。
后按下的，指示灯一直亮着，等待第一道门关闭后自动开启。
（3）当门内按钮按下时，指示灯闪烁一下，对应的门打开，当次门关闭到位后，另一道门不会自动打开。
当光电传感器检测到有人通过时，情况类似。
结束语
本次课程设计从仿真以及试验验证的结果来看，当外门按钮按下时，可以实现两道门的自动开门和关闭，以及其他功能设计要求均能实现。
但在设计与功能实现过程中，发现本次设计还有许多现实情况没有考虑到，设计还处于理想状态，用于现实的话还有待改善。
通过一周的PLC课设加深了我对PLC课程知识的理解，使我对PLC的应用与设计有了初步的了解，为以后的使用打下了基础。
同时，在课设过程中，我也发现自己的很多不足。
在设计过程中，考虑问题不够全面，不能够充分的联系实际，以致在模拟阶段发生错误，不能够满足软件的设计要求。
然而经过认真的思索与修改，所设计的PLC程序已能够实现模拟所要求的功能，具有了参考价值，使我获益良多。
通过这次课设，不仅使我掌握了PLC的一些基本知识，而且培养了我科学的探索精神与思考方式，使我在一周的课设过程中得到了很大的提升。
参考文献
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化学工业出版社，2002.1：
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[4]皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例[M].北京，机械工业出版社，2005:
70-120.
附录一
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