《PLC控制火车进出站系统》-毕业论文Word文档格式.doc

1、（4）系统硬件整体功能的调试和优化。通过系统的研究和设计火车进出站信号的控制与优化，将会使得行车信息服务于大众成为可能，随着铁路信号技术的发展和铁路信号的广泛应用，铁路信号也成为提高铁路区间和车站通过能力、增加铁路运输经济效益、改善铁路员工劳动条件的一种现代化科学管理手段和技术，全面提高了铁路运输的社会形象。关键词：PLC；轨道自动变轨控制；信号灯自动控制；梯形图编程9I AbstractRailway signals, also known as railway signaling, railway signal role is to ensure safety of train opera

2、tion, improve the efficiency of rail transport to reduce transport costs, greatly improve the traffic officers working conditions. Meanwhile, the command signal is a train conductor, but also warned that security warnings. With the development, social progress, scientific and technological level of

3、continuous improvement and application of the classification of railway signal and more precise. Envision a time period, a number of trains through a railway station on 5 tracks, there will be the way to the train station, completed by, stay, orbit and other job tasks, operation of lights and under

4、the unified console each train to complete an orderly conduct of security operations. Design including the use of PLC STEP7 programming software development control procedures, system hardware configuration and the entire system uses PLCSIM software in the simulation process. Design focuses on such

5、aspects: （1） Depth study of PLC ladder programming method;（2）Approach, switches and signal chain between the PLC;（3）Lights on the train and out points to a variety of operations, the color light change control;（4）The overall function of the system hardware debugging and optimization. Through systema

6、tic study and design the train station signals in and out of control and optimization, traffic information services will make it possible in public, with the railway signaling technology and the extensive application of railway signals, railway signals into improving the railway station through the

7、range and ability to increase the economic benefits of railway transportation, railway staff to improve the working conditions of a modern scientific management methods and technology, improve the social image of rail transport. Keywords: PLC; track automatic orbit control; Light Automatic Control;

8、ladder programming9 44目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 铁路信号控制的发展11.2 目前中国铁路采用的信号控制技术6502集中管理技术11.3 设计的的主要内容3第2章 西门子S7-300 PLC概述42.1 西门子S7-300 PLC的工作原理42.2 西门子S7-300 PLC性能52.3西门子S7-300PLC的相关参数72.4 西门子S7-300PLC的硬件配置72.4.1 西门子s7-300 PLC的分类82.4.2 西门子s7-300PLC的基本组成部分92.5 西门子S7-300PLC的发展前景10第3章 设计总体思想123.1控制框

9、图123.1.1 研究背景图示133.1.2 设计方案143.1.3 设计目标143.2实验装置153.2.1 软件配置153.2.2 硬件配置16第4章 软件编程和系统仿真184.1 梯形程序图编程184.1.1 梯形图符号说明234.1.2 IO地址分配254.2 S7-plcsim仿真26第5章 结 论31参考文献32致 谢33附 录34沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 铁路信号控制的发展在铁路发展史上，铁路信号具有举足轻重的地位。铁路信号是铁路运营的耳目，它的主要功能是保证行车安全。关于安全条件的检查，最初是靠运营管理措施来保证的，随着铁路运输的发展需要和科学技术

10、的进步，保证行车安全的措施逐步从管理措施向技术措施过渡，以至发展成今天的自动控制系统。随着铁路信号技术的发展和应用，铁路信号已成为提高运输效率、实现运输管理自动化和列车运行自动控制以及改善铁路员工劳动条件的重要技术手段。铁路信号系统按其应用场所可分为车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间信号控制系统、铁路行车指挥控制系统及列车运行自动控制系统等。6502电气集中联锁系统即为车站信号控制系统，它是一个安全继电集中联锁系统。这个系统主要包括的技术有：（1）进路空闲的检测技术；（2）道岔控制技术；（3）信号控制技术；（4）联锁技术；（5）故障-安全技术。这些技术都反应在系统的联锁电路中。在这些电

11、路安装之前，首先需要现场勘测调查，然后设计站场室内室外设备的布置以及电路电缆的走向、送电受电等等2。1.2 目前中国铁路采用的信号控制技术6502集中管理技术一所选站场简介：对于工程设计，首先需要勘测调查。勘测调查是在接到批准的设计任务书，取得按一定比例绘制的车站线路平面图之后进行的，主要包括收集资料和现场勘测两部分。本次毕业设计的站场原始资料是由工务部门提供的1:2000的缩尺图，在此基础上绘制有关车站信号工程设计的图纸。车站信号平面布置图需正确反映电气集中室外主要设备的布置情况及设置地点、线路和股道的运用情况以及站内列车和调车作业的概况等。所选站场为复线5股道站场，带有牵出线一条，货物线两

12、条。设计只针对集中联锁区。其中IG，IIG为正线，可走超限货物旅客列车，其余为站线。下行咽喉共布置信号机17架，其中调车信号机9架，从D1至D17；进站信号机两架X和XF；预告信号机1架；出站兼调车信号机5架；道岔12个，其中双动道岔为4组，单动道岔为4组。上行咽喉共布置信号机12架，其中调车信号机4架，从D2至D8；进站信号机两架S和SF；道岔7个，其中双动道岔为2组，单动道岔为3组。全站共设复示信号机9架。全站除两条货物线非电化外，其余均设电化，车站上行咽喉进站方向坡度大于6。在信号平面布置图的基础上进行6502电气集中的其他工程设计 16 。二车站信号平面布置图车站信号平面布置图是根据委

13、托单位提供的站场缩尺平面图（1：2000或1：1000）绘制成的有关信号设备布置情况的技术图纸，它所包含的内容是电气集中所有后续技术图纸的设计依据。在这张图纸上能正确反映电气集中室外主要设备的布置情况及设置地点、线路和股道的运用情况以及站内列车和调车作业的概况等 15 。车站信号平面布置图包括以下内容：（1）信号楼及其设置位置，联锁区的全部线路以及与联锁区有密切联系的非联锁区线路；（2）联锁区内的全部道岔，需标明每组道岔岔尖距信号楼中心的距离；（3）信号机的布置及每架信号机至信号楼中心的距离；（4）分割轨道区段的全部轨道绝缘节，需标明各绝缘节距信号楼中心距离；（5）道口房和机车出入库闸楼的位置

14、；（6）继电器箱和局部控制盘等距信号楼中心的距离；（7）标明水鹤的位置；（8）标明桥梁、涵洞及高架天桥的位置；（9）标明道口宽度及其距信号楼的距离；（10）站台的位置、宽度及线路间距；（11）信号楼外墙至最近线路中心的距离；（12）通话柱位置；（13）股道上及咽喉区内，与信号机有关的及侵入限界的绝缘节处的警冲标位置；（14）进站信号机外方制动距离内进站方向为超过6的下坡道时，需画出接近车站的制动距离内线路坡道示意图；（15）对集中道岔、股道、色灯信号机及道岔和无道岔轨道电路区段均需标出编号和名称；（16）车站线路应以箭头表示其接车方向；（17）当有局部控制道岔时，应对局部控制的道岔在平面图上除

15、标以联锁道岔外再画圆圈表示7。三布置信号机 信号机是指示列车和车列运行的主要设备,车站线路能否被充分利用及使用中是否具备最大的灵活性,很大程度上取决于信号机的布置是否合理。因此,设计时应对车站线路运用情况进行充分了解，然后再根据及来布置全站的信号机。一般先布置列车信号机，再布置调车信号机。四双线轨道电路布置方法（1）轨道电路极性交叉；（2）轨道电路送、受电端布置；（3）绘出各种室外设备，并标出信号楼的距离4。1.3 设计的的主要内容根据实际铁路信号控制的原理，采用中心元件PLC对信号灯和轨道变轨器进行控制。通过对PLC进行梯形图编程、PLC硬件的组态、程序仿真、程序改进、硬件的调试，最终使得P

16、LC有效合理的控制火车进出站的信号以及变轨。第2章 西门子S7-300 PLC概述2.1 西门子S7-300 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段6。（1） 输入采样阶段：在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输

17、入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2） 用户程序执行阶段：在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/

18、O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。（3） 输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周

19、期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和9。2.2 西门子S7-300 PLC性能（1）可靠性高，抗干扰能力强一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能；（2）通用性强，控制程序可变使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改

20、变或生产设备更新的情况下，不必改变PC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用；（3）功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程；（4）编程简单，容易掌握目前，大多数PC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接

21、近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求；（5）减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于P

22、LC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便；（6）体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备；（7）西门子S7-300 PLC 的独有特点S7-300是模块化小型PLC系统，主要包括：电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、信号模块（SM）、输入模块（DI）、输出模块（DO）、通讯处理模块（CP）、功能模块（FM）、工程工具（STEP7），能满足中等性能要求的应用。各种单独西门子PLC的模块之间可进行广泛组合构成不同要

23、求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6-0.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技

24、术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统8。2.3西门子S7-

25、300PLC的相关参数（1）标准CPU相关性能参数表2-1 资料查得S7-300PLC基本CPU数据CPU型号 性能指标CPU312 6KB RAM，24V负电压及MPI接口，本机10I6O，最大扩展144DIDOCPU313 12KB RAM，最大扩展128DIDO，带扩展内存插槽CPU314-IFM 32KB RAM，本机16DIDO,最多可扩展4排MPI接口CPU315-2DP 64KB RAM，带扩展内存卡槽和PROFIBUS-DP主/从接口CPU318-2DP 128KB RAM，最大扩展 16384DI/DO, 2048AI/AO,带扩展内存卡槽（2）MPI模块相关性能表2-2 资

26、料查得MPI的性能MPI模块 性能特点（1）升级以后的MPI不仅是一个编程口，它的数据传输数率达到187.5Kbits至12Mbits；（2）它的存在，使得每个CPU最多能连接32个站点；（3）附带PGOP通信功能，全局数据通信无需额外编程；（4）最重要的是节约了通讯方案的成本，减少了额外的硬件投资。2.4 西门子S7-300PLC的硬件配置西门子S7-300PLC主要分为整体式PLC（如图2-3）和模块式PLC（如图2-4）。尽管他们结构不太一样，但个硬件组成和功能作用都是一样的。一般的，PLC由四大部分组成：CPU、存储器、I/O系统以及其它可选部件。前三大部分是PLC完成各种控制所必需的

27、，一般称为PLC的基本组成部分。其它可选部件包括编程器、外存储器、模拟I/O、通讯接口、扩展接口以及测试设备等，主要用于系统的编程组态、程序存储、通讯网络、系统扩展和系统测试等。 2.4.1 西门子s7-300 PLC的分类（1）整体式PLC各个硬件组成部 分集装在一个机壳内，输入、输 出和接线端子及电源的进线分别 在机箱的上下两侧，并有相应的 发光二级管显示输入、输出状态。这种结构的可编程控制器结构紧 凑、体积小、价格低。一般小型 PLC 采用整体式结构。（2）模块式PLC采用积木搭接的方式组成系统，非常便于扩展，其CPU、输入、输出、电源等都是独立的模块。PLC由框架和各模块组成，各模块插

28、在相应的插槽上，通过总线相连接。输入、输出较多的大、中型和部分小型PLC通常采用模块式结构。 图2-3 整体式PLC组成框图9 图2-4 模块式PLC组成框图 2.4.2 西门子s7-300PLC的基本组成部分（1）CPU CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CP

29、U主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。应该注意的是：在PLC中，CPU的概念与普通微型电脑的CPU有很大的不同。在PLC中，CPU指的不是一块集成电路，而是一個模板，其上不仅包括CPU芯片，还有RAM和ROM或者EPROM。而