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1、目录 1、引言 1 1.1 设计目的 . . 1 1.2 设计内容及要实现的目标 1 2、系统硬件电路设计 2 2.1 系统硬件配置及组成原理 2 2.1.1 PLC 的选型 . 2 2.1.2 容量的估算 3 2.2 系统硬件电路图 . . 5 3、系统软件设计 7 3.1 系统功能分析 7 3.2 控制程序设计思路 7 3.3 各部分功能具体实现 . . 8 4、系统调试及结果分析. 11 4.1 系统调试 . 11 4.2 结果分析 . 12 结束语 13 参考文献 14 附录一 15 1 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
2、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
3、。 2 2、系统硬件电路设计 2.1 系统硬件配置及组成原理 2.1.1 PLC 的选型 FX系列 PLC型号的含义如下： 图 2.1 FX PLC 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 A1AC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 3 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
4、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
5、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
6、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PLC I/O 点数。 表 2.1 典型传动设备及电器元件所需PLC I/O 点数 4 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
7、 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
8、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
9、 。 5 图 2.2 FX0S-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 X0
10、04 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。 6 图 2.3 三种故障标准报警电路控制I/O 接线图 7 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 8 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
11、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
12、3.2 、 图 3.3 、图 3.4 、图 3.5 所示。 图 3.1 故障一指示电路 9 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。 10 图 3.5 闪烁电路设计程序图 程序梯形图见附录一。 11 4、系统调试及结果分析 4.1 系统调试 本次系统仿真如
13、果只采用GX Developer 中的 GX Simulator6 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GT Designer3和 GT Simulator3进行模拟仿真。仿真图如图4.1 和图 4.2 所示。 图 4.1 GT Designer3设计仿真图 图 4.2 继电器内存监视仿真 12 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
14、，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。 13 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
15、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 GX Developer、GT Designer3 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。 14 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 PLCM.北京，机械工业出版社， 2011.1:286-309. 15 附录一 16 17