雙門通道控制

1、目錄1、引言11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)12、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理22.1.1 PLC的選型22.1.2 容量的估算32.1.3電機(jī)的選型52.2 系統(tǒng)硬件電路圖63、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)83.1系統(tǒng)功能分析83.2控制程序設(shè)計(jì)思路83.3 各部分功能具體實(shí)現(xiàn)94、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析124.1 系統(tǒng)調(diào)試124.2 結(jié)果分析13結(jié)束語13參考文獻(xiàn)15附錄一161、引言1.1 設(shè)計(jì)目的綜合運(yùn)用本課程及前期課程的相關(guān)知識和技能，相對獨(dú)立地設(shè)計(jì)和調(diào)試一個小型PLC應(yīng)用系統(tǒng)，使學(xué)生獲得控制技術(shù)工程的基本訓(xùn)練，提高工程意識和實(shí)踐技能。同時提高學(xué)生對文獻(xiàn)資料的檢索和

2、信息處理的能力，以及編寫和整理設(shè)計(jì)文檔的能力。本次PLC課程設(shè)計(jì)的主要目的是通過某一PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐，是學(xué)生能夠熟練的進(jìn)行PLC系統(tǒng)外圍電路設(shè)計(jì)、接線、編程、調(diào)試等工作，培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)應(yīng)用能力。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) 某房間要求盡可能地保持無塵，在通道上設(shè)置了兩道電動門，門1和門2，可通過光電傳感器自動完成門的打開和關(guān)閉。門1和門2 不能同時打開。 第 1 道門（根據(jù)出入方向不同，可能是門 1 或門 2），是由在通道外的開門者通過按開門按鈕打開的，而第 2 道門（根據(jù)出入方向不同，可能是門 1 或門 2 ）則是在打開的第 1 道門關(guān)閉后自動地打開的（也可以由通道內(nèi)的人按開門

3、按鈕來打開第2 道門）。這兩道門都是在門開后，經(jīng)過 3s 的延時而自動關(guān)閉的。 在門關(guān)閉期間，如果對應(yīng)的光電傳感器的信號被遮斷，則門立即自動打開。如果在門外或者在門內(nèi)的開門者按對應(yīng)的開門按鈕時，立即打開。 出于安全方面的考慮，如果在通道內(nèi)的某個人經(jīng)過光電傳感器時，對應(yīng)的門已經(jīng)打開，則通道外的開門者可以不按開門按鈕。 每道門都安裝了兩個行程開關(guān)，用于確定門的打開和關(guān)閉是否到位。在通道外的開門按鈕旁，安裝了相應(yīng)的 LED 指示燈，當(dāng)按下開門按鈕后，LED 指示燈亮，門開后 LED 指示燈滅。2、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理2.1.1 PLC的選型FX系列PLC型號的含義如下： 圖

4、2.1 FX PLC型號含義其中系列名稱：如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC等單元類型：M基本單元 E輸入輸出混合擴(kuò)展單元 EX擴(kuò)展輸入模塊 EY擴(kuò)展輸出模塊 輸出方式：R繼電器輸出 S晶閘管輸出 T晶體管輸出 特殊品種：DDC電源，DC輸出 A1AC電源AC（AC100120V）輸入或AC輸出模塊 H大電流輸出擴(kuò)展模塊 V立式端子排的擴(kuò)展模塊 C接插口輸入輸出方式 F輸入濾波時間常數(shù)為1ms的擴(kuò)展模塊如果特殊品種一項(xiàng)無符號，為AC電源、DC輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。例如FX2N32MTD表示FX2N系列，32個I/O點(diǎn)基本單位，晶體管輸出，使用直流電源，24V直流輸出型。PLC

5、機(jī)型選擇的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價格比最優(yōu)的機(jī)型。通常做法是，在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC；對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶 A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求；而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機(jī)（其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動

6、化等）。應(yīng)該注意的是，同一企業(yè)應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。這樣，同一機(jī)型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計(jì)算機(jī)后即可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個DCS系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。本次設(shè)計(jì)選用三菱公司的FX2N系列的PLC。2.1.2 容量的估算PLC容量的估算，包括兩個方面：一是I/O口的點(diǎn)數(shù)，二是用戶存儲量的容量。（1）I/O點(diǎn)數(shù)的估算I/O點(diǎn)數(shù)是衡量PLC規(guī)模大小的重要指標(biāo)，一般來說，輸入點(diǎn)與輸入信號，輸出點(diǎn)與輸出控制是一一對應(yīng)的，個

7、別情況下，也有兩個信號公用一個輸入點(diǎn)的。表2.1列出了典型傳動設(shè)備及電器元件所需PLC I/O點(diǎn)數(shù)。表2.1 典型傳動設(shè)備及電器元件所需PLC I/O點(diǎn)數(shù)序號電氣設(shè)備、元件輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)I/O總點(diǎn)數(shù)1Y-啟動的籠型電動機(jī)4372單向運(yùn)行的籠型電動機(jī)4153可逆運(yùn)行的籠型電動機(jī)5274單相變極電動機(jī)5385可逆變極電動機(jī)64106單向運(yùn)行的直流電動機(jī)96157可逆運(yùn)行的直流電動機(jī)128208單向運(yùn)行的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)3479可逆運(yùn)行的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)45910單線圈電磁閥21311雙線圈電磁閥32512按鈕1113光電開關(guān)2214撥碼開關(guān)4415行程開關(guān)1116位置開關(guān)2217信號燈111

8、8風(fēng)機(jī)11（2） 用戶存儲器容量的估算PLC的存儲器容量選擇和計(jì)算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)精確計(jì)算存儲器的實(shí)際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照（式2.1）來估算。為了使用方便，一般應(yīng)留有25%的裕量。存儲器字?jǐn)?shù)=（開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)*10）+（模擬量通道數(shù)*150） （式2.1）本次設(shè)計(jì)共用到按鈕6個，限位開關(guān)4個，有10個輸入信號?？紤]15%的裕量，取整數(shù)12，需12個輸入點(diǎn)。輸出信號信號燈4個，接觸器4個，占8個輸出點(diǎn)，考慮15%的裕量，最多需10個輸出點(diǎn)。則輸入和輸出點(diǎn)數(shù)之和為22。綜合上面分析，可選用FX2N-32MR型PLC，該P(yáng)LC有16個輸入

9、點(diǎn)，16個輸出點(diǎn)，存儲器容量滿足要求。圖2.2為FX2N-32MR型PLC。圖2.2 FX2N-32MR型PLC2.1.3電機(jī)的選型電機(jī)的選擇是生產(chǎn)中最重要的一個環(huán)節(jié)，電機(jī)運(yùn)行的好壞直接與生產(chǎn)的質(zhì)量相聯(lián)系，所以一定要做到更好。電動機(jī)的選擇涉及到多方面的內(nèi)容，例如：電動機(jī)的額定電壓與額定電流、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電動機(jī)的功率、電動機(jī)的價格、電動機(jī)的功率因數(shù)等等；我在這里想討論教學(xué)實(shí)驗(yàn)中和實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中的電動機(jī)的選型。在實(shí)驗(yàn)室中我們的要求不是太高，經(jīng)過查找Y80M1-2電動機(jī)比較符合要求。下表即為該電動機(jī)的部分參數(shù)：表2.2 Y80M1-2電動機(jī)的參數(shù)額定電壓380V額定電流1.8A額定功率0.75K

10、W轉(zhuǎn)速2830r/min效率75%功率因數(shù)0.84振動速度1.8mm/s重量17Kg 故可以從表格中看出這種電動機(jī)額定電壓和電流在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室中可以達(dá)到其要求，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室中液體的水箱不可能很大，所以功率和轉(zhuǎn)速也可以達(dá)到要求，電機(jī)的效率和功率因數(shù)又相對較高，振動速度小，質(zhì)量還比較輕，最重要的是這臺電動機(jī)的價格比較便宜，249元/臺。所以實(shí)驗(yàn)室中選擇這一類電動機(jī)。 在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，不但要求經(jīng)濟(jì)，性能好，還要求的是安全與生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。在選型時的要求就更多，所以我在這里只是提出我查的一些資料和我的一些小的建議如與實(shí)際不符，請老師見諒。我查了幾個型號后選定了Y280S-6的電動機(jī)，這種電動機(jī)與前

11、一種相比，突出變化的是功率變?yōu)?5KW，額定電流變成了139A，電壓不變，其他的參數(shù)則變化不大，價格方面則靈活性很大5000-10000之間可以根據(jù)情況選擇。本次設(shè)計(jì)若要做實(shí)物則可選擇Y80M1-2電動機(jī)。2.2 系統(tǒng)硬件電路圖 系統(tǒng)主控電路圖如圖2.3所示。圖2.3 系統(tǒng)主控電路圖雙門通道控制I/O分配表如表2.3所示。表中由于雙門控制狀態(tài)無法直接模擬顯示，這里將開關(guān)、按鈕的輸入以及輸出端的狀態(tài)顯示來表示雙門通道的控制。表2.3雙門通道控制I/O分配表輸入設(shè)備輸入端子輸出設(shè)備輸出端子門1外開門按鈕 SB1X000門1外指示燈 HL1Y000門1內(nèi)開門按鈕 SB2X001門1內(nèi)指示燈 HL2Y

12、001門1內(nèi)光電傳感器按鈕SB3X002門2外指示燈 HL3Y002門2外開門按鈕 SB4X003門2內(nèi)指示燈 HL4Y003門2內(nèi)開門按鈕 SB5X004門1開門控制線圈KM1Y004門2內(nèi)光電傳感器按鈕SB6X005門1關(guān)門控制線圈KM2Y006門1開門限位開關(guān) SQ1X006門2開門控制線圈KM3Y005門1關(guān)門限位開關(guān) SQ2X007門2關(guān)門控制線圈KM4Y007門2開門限位開關(guān) SQ3X010門2關(guān)門限位開關(guān) SQ4X011PLC輸入輸出端子接線圖如圖2.4所示。 圖2.4 雙門通道控制I/O接線圖3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)程序流程圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)程序流程

13、圖3.2控制程序設(shè)計(jì)思路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用兩個光電傳感器、門內(nèi)按鈕和門外按鈕分別來控制兩道電動門的打開和關(guān)閉，由于兩個門不能同時打開，還需加入互鎖。當(dāng)通道外的開門者通過按開門按鈕打開，第 2 道門（根據(jù)出入方向不同，可能是門 1 或門 2 ）則是在打開的第 1 道門關(guān)閉后自動地打開，可選用輔助繼電器來控制第二道門的自動打開和關(guān)閉。此外，還需加入兩道門的開門和關(guān)門限位開關(guān)以保證門的打開和關(guān)閉到位。當(dāng)門打開到位后，延遲3s關(guān)門。3.3 各部分功能具體實(shí)現(xiàn)（1） 開門指示燈的實(shí)現(xiàn)當(dāng)按下開門按鈕時，對應(yīng)的門指示燈會點(diǎn)亮，當(dāng)門打開的時候， ，指示燈滅。另外，還需加入開門限位開關(guān)來控制當(dāng)門打開到位時按下開門

14、按鈕，對應(yīng)的指示燈不會被點(diǎn)亮。程序如圖3.1和圖3.2所示。圖3.1 門1開門指示燈控制圖3.2 門2開門指示燈控制（2） 開門控制當(dāng)檢測到開門指示燈亮的時候，對應(yīng)的門打開，由于兩道門不能同時打開，因此需要加互鎖。程序如圖3.3 和圖3.4所示。圖3.3 門1開門控制圖3.4 門2開門控制（3）自動開門控制自動開門由輔助繼電器控制，當(dāng)檢測到門外指示燈亮的時候，M0通電，第一道門關(guān)閉后，M0將第二道門打開，在第二道門關(guān)閉的時候，會將輔助繼電器M0斷電，以便下次使用。程序如圖3.5所示。圖3.5 自動開門控制（3） 自動關(guān)門控制 自動關(guān)門是由定時器與開/關(guān)門限位開關(guān)控制，當(dāng)開/關(guān)門達(dá)到最大限位時，

15、定時器記時3秒，門自動關(guān)閉。程序如圖3.6 所示。 圖3.6 自動關(guān)門控制程序梯形圖見附錄一。4、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試本次系統(tǒng)仿真如果只采用GX Developer中的GX Simulator6進(jìn)行仿真，只能看出繼電器的輸出狀態(tài)，在詢問老師之后，又用了GT Designer3和GT Simulator3進(jìn)行模擬仿真。仿真圖如圖4.1和圖4.2所示。圖4.1 GT Designer3設(shè)計(jì)仿真圖圖4.2 繼電器內(nèi)存監(jiān)視仿真程序調(diào)試和仿真過程中，當(dāng)按下門內(nèi)、門外按鈕或者光電傳感器檢測到時，對應(yīng)的門打開，關(guān)閉后第二道門會打開，然后第一道門又會打開，以此循環(huán)無法停止，查閱資料和經(jīng)過同組人員

16、討論后，決定加入輔助繼電器來控制自動開門，只有當(dāng)門外指示燈被點(diǎn)亮?xí)r，對應(yīng)的輔助繼電器才會通電，經(jīng)過第二道門后，關(guān)門線圈通電會將輔助繼電器斷電，這樣，就不會循環(huán)自動開門。4.2 結(jié)果分析（1）開始時門是關(guān)著的，兩個門的關(guān)限位開關(guān)是閉合的，按下門外呼叫按鈕后，門外指示燈閃爍一下，開門電動機(jī)啟動，電機(jī)正轉(zhuǎn)，第一道門打開。當(dāng)?shù)谝坏篱T打開到最大限位后，延時3秒后電機(jī)反轉(zhuǎn)，開始關(guān)門。在關(guān)門過程中，如果對應(yīng)的光電傳感器的信號被遮斷，則門立即自動打開。如果在門外或者在門內(nèi)的開門者按對應(yīng)的開門按鈕時，立即打開。若無中斷，門關(guān)閉完成后第二道門自動打開。（2）當(dāng)兩道門的門外按鈕都有呼叫時，先按下按鈕的指示燈閃爍一下

17、，對應(yīng)的門開啟。后按下的，指示燈一直亮著，等待第一道門關(guān)閉后自動開啟。（3）當(dāng)門內(nèi)按鈕按下時，指示燈閃爍一下，對應(yīng)的門打開，當(dāng)次門關(guān)閉到位后，另一道門不會自動打開。當(dāng)光電傳感器檢測到有人通過時，情況類似。  結(jié)束語本次課程設(shè)計(jì)從仿真以及試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果來看，當(dāng)外門按鈕按下時，可以實(shí)現(xiàn)兩道門的自動開門和關(guān)閉，以及其他功能設(shè)計(jì)要求均能實(shí)現(xiàn)。但在設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)過程中，發(fā)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)還有許多現(xiàn)實(shí)情況沒有考慮到，設(shè)計(jì)還處于理想狀態(tài)，用于現(xiàn)實(shí)的話還有待改善。通過一周的PLC課設(shè)加深了我對PLC課程知識的理解，使我對PLC的應(yīng)用與設(shè)計(jì)有了初步的了解，為以后的使用打下了基礎(chǔ)。同時，在課設(shè)過程中，我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足。在設(shè)計(jì)過程中，考慮問題不夠全面，不能夠充分的聯(lián)系實(shí)際，以致在模擬階段發(fā)生錯誤，不能夠滿足軟件的設(shè)計(jì)要求。然而經(jīng)過認(rèn)真的思索與修改，所設(shè)計(jì)的PLC程序已能夠?qū)崿F(xiàn)模擬所