双门通道控制

盐城工学院

课 程 设 计 说 明 书

题目： 双门通道控制

学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 电气工程及其自动化 学 号： ********** 学生姓名： *** 指导教师： *** 教师职称： 讲师

摘 要

可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储区域执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电器控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC程序的编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。 本实验为双门通道控制实验，主要为保持密闭空间的性而设计，可以利用于电梯，自动门，以致于太空密闭舱等各种情况，具有较高的的实际意义，比较符合实际。

本实验注重于利用PLC技术进行软件设计与仿真，可以提高学生对PLC课程的理解，以及其实际应用的了解。

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目录

第一章 课程设计的基本要求 …………………………………………4

第二章 双门通道控制的工作过程介绍…………………………………5

第三章 双门通道控制电路图………………………………………………7

3.1 双门通道控制电路图……………………………………………………7 3.2 系统设计…………………………………………………………………8

3.3 主电路图设计……………………………………………………………10 3.4 交流控制电路设计………………………………………………………11 3.5.主要参数计算……………………………………………………………12 3.6 硬件结构设计……………………………………………………………13 3.7 控制面板电器平面图……………………………………………………14

第四章 课程设计图示…………………………………………………………15

4.1 输入输出表………………………………………………………………15 4.2 梯形图设计………………………………………………………………15

第五章 程序……………………………………………………………………17

5.1 流程图……………………………………………………………………17 5.2 元件清单…………………………………………………………………18 5.3 程序………………………………………………………………………19

第六章 设计心得………………………………………………………………20

参考文献…………………………………………………………………………20

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第一章 课程设计的基本要求

图1-1

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。双门通道控制的示意图如图所示。

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 S1 或 S2 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 S3 或 S4 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S1、S2、S3 或 S4 时，立即打开。

④ 出于安全方面的考虑，如果在通道内的某个经过光电传感器时，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S5、S6、S7、S8,用于确定门的打开和关闭是否到位。在通道外的开门按钮 S1、S2 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。

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第二章 双门通道控制的工作过程

电动门的各个控制元器件介绍如下。

①按钮S1 为门 1 的外开门按钮, S3 为门 1 的内开门按钮, S2为门 2 的外门按钮, S4 为门 2 内开门按钮。

②行程开关S5 为门 1 的左限位行程开关, S6 为门 1 的右限位行程开关, S7 为门 2 的左限位行程开关, S8 为门 2 的右限位行程开关。

③光电传感器B1 和 B2 为光电传感器, 安装于门 1 和门 2 中间, 用于测量是否有人处门中。门 1 无人时 B1 的输出是接通的, 门 1 有人时 B1 是断开的。其中 T 为发射部分, R 为接受部分。

④信号灯门 1 和门 2 的开门指示灯, 当按下 S1 或者 S3 时, L1发光; 门 1 打开后, L1熄灭。当按下 S2 或者 S4 时, L2发光; 门 2 打开后, L2 熄灭。

驱动电机介绍: M1 和 M2

为门 1 和门 2 的驱动电机, M1 和 M2 电机的正转和反转实现门开和门关的动作。

门 1 和门 2 的动作逻辑关系描述如下:

①为了保证房间尽可能无尘,门 1 和门 2 不能同时打开; ②门的开启有三种工作模式: 自动、手动、应急。

③在正常工作情况下, 电铃不响; 在手动和应急情况下, 电铃响, 提示双门通道工作在非正常工作情况下。

自动模式逻辑关系如下 (正常情况下工作在自动模式)。

①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 S1 或 S2 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 S3 或 S4 来打开第 2 道门) 。这两道门都是在开门后, 经过 3 秒的延时而自动关闭的。

②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关者按对应的开门按钮 S1、S2、S3、S4 时, 门立即打开。 ③出于安全的考虑, 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。

④两道门都安装了两个行程开关 S5、S6、S7、S8, 用于确定门的打开和关闭是否到位。

⑤通道外的开门按钮 S1、S2 旁, 安装了相应的 L1 或者 L2 指示灯, 当按下开门按钮后, 指示灯亮, 门开后指示灯灭。

⑥由于应急及调试的要求, 在控制柜面板上设置有手动和自动切换开关, 切换开关处于手动状态时, 门可以通过控制柜上按钮打开和关闭。按下应急按钮门应该全开。控制柜上安装了状态指示灯, 用于指示控制状态。

手动模式下的逻辑关系如下 ( 设备调试和应急情况下工作在手动模式下, 非正常工作状态) :

① 换开关 S3 处于 “断开”时, 按下控制柜上的 S4按钮, 门 1 打开, 碰到行程开关 S6 后停止; ②切换开关 S3 处于 “断开”时, 且光电传感器 B1 接通 ( 门 1 中无人), 门 1 关闭,

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碰到行程开关 S5 后停止; ③切换开关 S9 处于 “断开”时, 按下控制柜上的 S12按钮, 门 2 打开, 碰到行程开关 S8 后停止;

④切换开关 S9 处于 “断开”时,且光电传感器 B2接通 ( 门 2 中无人) 按下控制柜上的 S13 按钮,门 2 关闭, 碰到行程开关 S7 后停止。

应急工作模式如下 ( 紧急和安全情况下工作在应急模式下, 非正常工作状态) :

按 下 应 急 开 门 开 关 ,门 1和门 2 同时打开,碰到开门到位行程开关而停止

第三章 双门通道控制电路图及系统设计

3.1双门通道控制电路图

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12V 电 220V 主控制器 4总线 源箱 A B 急开 急关 复位 4线 4线 4线 2线 2线 LED灯 LED灯 切换开关 光A门开关 电传感器 光电传感器 2线 2线 S3 S4 B门开关 门门2 图3-1

3.2 系统设计

(1) 硬件设计

1 通道缓冲区 7

根据上述描述, 确定 PLC 的输入和输出的地址分配表

表3-1 CPU226 的输入和输出继电器地址分配表

编程 X/Y 电路 作用 编程 X/Y 电路 作用

元件 端子 元件 元件 端子 元件 X01 S1 通道外门1的开关按钮 Y01 kM1 打开门1

X02 S2 通道外门2的开关按钮 Y02 kM2 关闭门1

X03 S3 通道内门1的开关按钮 Y03 kM3 打开门2

X04 S4 通道内门2的开关按钮 Y04 kM4 关闭门2

X05 S5 门1关门到位行程开关 Y05 L1 M1指示灯

X06 S6 门1开门到位行程开关 Y11 L2 M2指示灯

X07 S7 门2关门到位行程开关 Y12 L3 门1开指示

X10 S8 门2开关到位行程开关 Y13 L4 门1关指示

X11 B1 门1的光电传感器 Y14 L5 门2开指示

X12 B2 门2的光电传感器 Y15 L6 门2关指示 如表 3-1 所示。

确定 PLC 的硬件选择: 根据 PLC 的地址分配表,得出控制电路需要 16 点输入和 9 点输出。根据控制电路的需要输入和输出点数, 选择三菱公司的 PLC, 其具体型号为 FX2N, FX2N 提供 24 点输入和 16 点输出, 能满足控制电路的要求。

FX2N系列三菱可编程控制器特点：

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1、控制规模：16-256点

2、内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K 3、CPU运算处理速度0.08us/基本指令

4、在FX2N右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块 5、基本单元内置2轴最高20kHz定位功能等 其他的编程元件的地址分配介绍:

大多数的其他编程元件可以在自动子程序的顺序功能图上找到其地址和作用, 在此不重复另外 BM1 分配的地址为 M1.2, 作用为寄存器, 寄存门 1 的开门信号; BM2 分配的地址为 M1.3, 作用为寄存器, 寄存门 2 的开门信号。

(2) 软件设计

根据电动门的逻辑关系, 设计 PLC 的梯形图, 采用结构化程序设计思想, 程序分为主程序和子程序的关系。 主程序如图3- 2 所示。 主程序的作用如下:

② 动开关 S9 接通, 输入继电器 X13 为 “1”时, 主程序调用 “自动”子程序;

②手动开关 S9 断开, 输入继电器 X13 为 “0”时, 主程序调用 “手动”子程序;

M13 M13 自动

图3-2 双门通道控制的主程序

手动

3.3 主电路图设计

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1) 交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制前后门的开和关；

2) 电动机M1、2、热继电器FR1、FR2实现过载保护。

3) QS为电源总开关。

4) 熔断器FU1、FU2分别实现各负载回路的短路保护。

3.4 交流控制电路设计

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说明：

1）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 S1 或 S2 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 S3 或 S4 来打开第 2 道门) 。这两道门都是在开门后, 经过 3 秒的延时而自动关闭的。 2）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关者按对应的开门按钮 S1、S2、S3、S4 时, 门立即打开。 3）出于安全的考虑, 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。

4）两道门都安装了两个行程开关 S5、S6、S7、S8, 用于确定门的打开和关闭是否到位。

5）通道外的开门按钮 S1、S2 旁, 安装了相应的 L1 或者 L2 指示灯, 当按下开门按钮后, 指示灯亮, 门开后指示灯灭。

6）由于应急及调试的要求, 在控制柜面板上设置有手动和自动切换开关, 切换开关处于手动状态时, 门可以通过控制柜上按钮打开和关闭。按下应急按钮门应该全开。控制柜上安装了状态指示灯, 用于指示控制状态。

手动模式下的逻辑关系如下 ( 设备调试和应急情况下工作在手动模式下, 非正常工作状态) :

3.5.主要参数计算

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1）断路器QF脱扣电流。断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。IQF＝1.7IN=1.7×6A＝10.2A≈10A，选用IQF＝10A的断路器。 2) 熔断器FU熔体额定电流IFU。

3.6 硬件结构设计

确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数

的精度及类型， 选择适合的PLC机型及外设，完 成PLC硬件结构配置。

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L KM2 KM3 L3 N KM1 KM4 L1 L2 L4 L5 L6 N AC100~24 V L COM1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y7 Y6 COM2 Y10 Y11 Y1Y12 4 Y1COM3 3 Y1COM4 6 Y1Y1输出端 5 7 24V+ DC24 V COM X0 X1 S2 X2 X3 FX2N----48MR X4 X6 X10 X12 X7 X14 X16 X20 X22 X24 X26 输入端

S1 X5 X11 X13 X15 X17 X19 X21 X23 X25 S3 S4 S6 S5 S5 S7 3.7 控制面板电器平面图

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LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8

SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 QF FU1 FU2 FU3 FU4

线槽 FU5 FU6 KA1 KA2 OUT TC PLC IR 线槽 线线 槽 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 槽 FR1 FR2 FR3 FR4 线槽 第四章 课程设计图示 端子板 4.1 输入输出表

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输入 输出 指令 按钮 意义 指令 意义 X000 B1 门1的光电传感器 Y000 门1开运动 X001 S1 通道外门1的开门按钮 Y001 LED 1灯亮 X002 S2 通道外门2的开门按钮 Y002 1门自动开循环控制 Y010 X003 S3 通道内门1的开门按钮 Y003 门1关运动 X004 S4 通道内门2的开门按钮 Y004 门2开运动 X005 S5 门1关门到位行程开关 Y005 LED 2灯亮 X006 S6 门1开门到位行程开关 Y006 门2关运动 X007 S7 门2关门到位行程开关 Y007 2门自动开循环控制 Y011 X010 S8 门2开门到位行程开关 X011 B2 门2的光电传感器 4.2 梯形图设计

\\\\门1的开门运动

\\\\门1的关门运动 \\\\T0延时3秒

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\\\\门2的开门运动

\\\\门2的关门运动 \\\\T1延时3秒

\\\\循环操作

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\\\\结尾

第五章 程序

5.1流程图

S1 1开门运动 是否到S6？ Y 延时3s1关门 是否到S5？ Y 2开门运动 是否按下按钮？

S2 2开门运动 N 是否到S8？ 延时3s2关门 N 是否到S7？ Y 1开门运动 N N 是否到S8？ 元件清单延时5.23s，2关门 N 是否到S7？ Y

是否到S6？ 延时3s，1关门 N 是否到S5？ Y

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5.2元件清单

名称 按钮开关 型号 LAY37-11BN(Y090) 数量（个） 5 厂家 杭州三利 行程开关 光电传感器 指示灯 接触器 ME-8111 AZ-8111 TZ-8111 5 3 6 5 3 10 10 5 杭州三利 伊莱科 APT上海二工 ZGOK/欧开电气 民峰 电气有限公司 上海二开电器 施耐德电气 三菱热继电器 LE18S-A30NAD3 LED电源指示灯 AD16-22D/S信号灯 AC220V 22口径 CJX2-1810/220V 三相异步电机 ASF82A（120W） 熔断器 断路器 热继电器

RT18-32X 1P EA9RN2C6330C TH-N120KP 18

5.3 程序

\\\\门1开门运动

LD Y0 \\\\自锁

OR X1 \\\\按下外门1开门按钮 OR X0 \\\\门1的光电传感 OR X3 \\\\内门1的开门按钮

LD X7 \\\\门2关门到位行程开关 ANI Y2 \\\\1门自动开循环控制 ANI X6 \\\\门1开门到位行程开关 ANI Y3 \\\\门1关运动 ANI Y4 \\\\门2开运动 ANI Y6 \\\\门2关运动 OUT Y0 \\\\得电电机1正转 OR X1 \\\\按钮控制开关 OR Y1 \\\\Y1自锁 OUT Y1 \\\\1灯亮 \\\\门1关门运动

LD X6 LD Y3 ANI X5

OUT T0 K30 OUT Y10 OR T0 ANI Y0 OUT Y3

\\\\门2开门运动 LD Y4 OR X2 OR X11 LD X5 ANI Y7 ANI X10 ANI Y6 ANI Y0 ANI Y3 OUT Y4 OR X2 OR Y5 OUT Y5

\\\\门2关门运动 LD X10 LD Y6 ANI X7 OUT T1 K30

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OUT Y11 OR T1 ANI Y4 OUT Y6 \\\\循环操作 LD X2 ANI Y0 ANI Y10 LD Y7 ANI X1 OR Y4 OR Y11 OUT Y7 \\\\结束 END

第六章 设计心得

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。

第七章 参考文献

1、《电气可编程控制原理与应用》 王阿根 编著 清华大学出版社2010。 2、《可编程序控制器的编程方法与工程应用》 廖常初主编 重庆大学出版社2002。 3、《可编程序控制器的原理 应用 实验》 常斗南等主编 机械工业出版社 2004。 4、《电器与可编程序控制器应用技术》 邓则名等主编 机械工业出版社 2004。

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