畢業(yè)論文鐵路系統(tǒng)火車進(jìn)出站信號(hào)控制與優(yōu)化15834

1、密級(jí)：鐵路系統(tǒng)火車進(jìn)出站信號(hào)控制與優(yōu)化train station lights control and optimization學(xué) 院：信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè) 班 級(jí)：通信工程0703班學(xué) 號(hào)：070404066學(xué) 生 姓 名：程 峰指 導(dǎo) 教 師：李 暉 （副教授）2011年 06 月 摘 要鐵道信號(hào)也稱為鐵路信號(hào)，鐵道信號(hào)的作用是保證列車運(yùn)行安全，有效提高鐵路運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本，大大改善行車人員的勞動(dòng)條件。同時(shí)，信號(hào)是指揮火車的命令，也是告誡人們安全的警語(yǔ)。隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，科技水平的不斷提高，鐵路信號(hào)的分類和應(yīng)用也更加精確，高科技的的產(chǎn)品在鐵路運(yùn)輸中的應(yīng)用，將極大可能的優(yōu)

2、化整個(gè)鐵路控制系統(tǒng)，同時(shí)保證鐵路行車安全。設(shè)計(jì)主要模擬一個(gè)規(guī)模較小的火車站，通過(guò)中心元件plc實(shí)現(xiàn)對(duì)火車進(jìn)出站的信號(hào)燈和軌道控制。預(yù)想一個(gè)時(shí)間段，有數(shù)列火車通過(guò)一個(gè)鐵路的中轉(zhuǎn)站，有5條軌道，期間有各列火車途徑此站時(shí)，完成通過(guò)，停留，變軌等作業(yè)任務(wù)，在信號(hào)燈與控制臺(tái)的統(tǒng)一操作下，各列火車完成有條不紊的進(jìn)行安全作業(yè)。設(shè)計(jì)包括使用plc step7編程軟件編寫控制程序，系統(tǒng)硬件的組態(tài)以及整個(gè)系統(tǒng)使用plcsim軟件的仿真過(guò)程。設(shè)計(jì)著重研究這么幾個(gè)方面：（1）深入學(xué)習(xí)plc的梯形圖編程方法；（2）進(jìn)路，道岔和信號(hào)與plc之間的連鎖；（3）信號(hào)燈在火車進(jìn)出站實(shí)施各種作業(yè)時(shí)，色燈變化控制；（4）系統(tǒng)硬件整

3、體功能的調(diào)試和優(yōu)化。通過(guò)系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)火車進(jìn)出站信號(hào)的控制與優(yōu)化，將會(huì)使得行車信息服務(wù)于大眾成為可能，隨著鐵路信號(hào)技術(shù)的發(fā)展和鐵路信號(hào)的廣泛應(yīng)用，鐵路信號(hào)也成為提高鐵路區(qū)間和車站通過(guò)能力、增加鐵路運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益、改善鐵路員工勞動(dòng)條件的一種現(xiàn)代化科學(xué)管理手段和技術(shù)，全面提高了鐵路運(yùn)輸?shù)纳鐣?huì)形象。關(guān)鍵詞：plc；軌道自動(dòng)變軌控制；信號(hào)燈自動(dòng)控制；梯形圖編程9abstractrailway signals, also known as railway signaling, railway signal role is to ensure safety of train operation, impr

4、ove 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 continuous

5、 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 the unifie

6、d 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 aspects: (

7、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 systematic stu

8、dy 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 range a

9、nd 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; ladder

10、programming9 目 錄摘 要iabstractii第1章 緒 論11.1 鐵路信號(hào)控制的發(fā)展11.2 目前中國(guó)鐵路采用的信號(hào)控制技術(shù)6502集中管理技術(shù)11.3 設(shè)計(jì)的的主要內(nèi)容3第2章 西門子s7-300 plc概述42.1 西門子s7-300 plc的工作原理42.2 西門子s7-300 plc性能52.3西門子s7-300plc的相關(guān)參數(shù)72.4 西門子s7-300plc的硬件配置72.4.1 西門子s7-300 plc的分類82.4.2 西門子s7-300plc的基本組成部分92.5 西門子s7-300plc的發(fā)展前景10第3章 設(shè)計(jì)總體思想123.1控制框圖123.1.1

11、研究背景圖示133.1.2 設(shè)計(jì)方案143.1.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)143.2實(shí)驗(yàn)裝置153.2.1 軟件配置153.2.2 硬件配置16第4章 軟件編程和系統(tǒng)仿真184.1 梯形程序圖編程184.1.1 梯形圖符號(hào)說(shuō)明234.1.2 io地址分配254.2 s7-plcsim仿真26第5章 結(jié) 論31參考文獻(xiàn)32致 謝33附 錄34第1章 緒 論1.1 鐵路信號(hào)控制的發(fā)展在鐵路發(fā)展史上，鐵路信號(hào)具有舉足輕重的地位。鐵路信號(hào)是鐵路運(yùn)營(yíng)的耳目，它的主要功能是保證行車安全。關(guān)于安全條件的檢查，最初是靠運(yùn)營(yíng)管理措施來(lái)保證的，隨著鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展需要和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，保證行車安全的措施逐步從管理措施向技術(shù)措施過(guò)

12、渡，以至發(fā)展成今天的自動(dòng)控制系統(tǒng)。隨著鐵路信號(hào)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，鐵路信號(hào)已成為提高運(yùn)輸效率、實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸管理自動(dòng)化和列車運(yùn)行自動(dòng)控制以及改善鐵路員工勞動(dòng)條件的重要技術(shù)手段。鐵路信號(hào)系統(tǒng)按其應(yīng)用場(chǎng)所可分為車站信號(hào)控制系統(tǒng)、編組站調(diào)車控制系統(tǒng)、區(qū)間信號(hào)控制系統(tǒng)、鐵路行車指揮控制系統(tǒng)及列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)等。6502電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)即為車站信號(hào)控制系統(tǒng)，它是一個(gè)安全繼電集中聯(lián)鎖系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要包括的技術(shù)有：（1）進(jìn)路空閑的檢測(cè)技術(shù)；（2）道岔控制技術(shù)；（3）信號(hào)控制技術(shù)；（4）聯(lián)鎖技術(shù)；（5）故障-安全技術(shù)。這些技術(shù)都反應(yīng)在系統(tǒng)的聯(lián)鎖電路中。在這些電路安裝之前，首先需要現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)調(diào)查，然后設(shè)計(jì)站場(chǎng)室內(nèi)室

13、外設(shè)備的布置以及電路電纜的走向、送電受電等等2。 1.2 目前中國(guó)鐵路采用的信號(hào)控制技術(shù)6502集中管理技術(shù)一所選站場(chǎng)簡(jiǎn)介：對(duì)于工程設(shè)計(jì)，首先需要勘測(cè)調(diào)查?？睖y(cè)調(diào)查是在接到批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書，取得按一定比例繪制的車站線路平面圖之后進(jìn)行的，主要包括收集資料和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)兩部分。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的站場(chǎng)原始資料是由工務(wù)部門提供的1:2000的縮尺圖，在此基礎(chǔ)上繪制有關(guān)車站信號(hào)工程設(shè)計(jì)的圖紙。車站信號(hào)平面布置圖需正確反映電氣集中室外主要設(shè)備的布置情況及設(shè)置地點(diǎn)、線路和股道的運(yùn)用情況以及站內(nèi)列車和調(diào)車作業(yè)的概況等。所選站場(chǎng)為復(fù)線5股道站場(chǎng)，帶有牽出線一條，貨物線兩條。設(shè)計(jì)只針對(duì)集中聯(lián)鎖區(qū)。其中ig，iig為正線，

14、可走超限貨物旅客列車，其余為站線。下行咽喉共布置信號(hào)機(jī)17架，其中調(diào)車信號(hào)機(jī)9架，從d1至d17；進(jìn)站信號(hào)機(jī)兩架x和xf；預(yù)告信號(hào)機(jī)1架；出站兼調(diào)車信號(hào)機(jī)5架；道岔12個(gè)，其中雙動(dòng)道岔為4組，單動(dòng)道岔為4組。上行咽喉共布置信號(hào)機(jī)12架，其中調(diào)車信號(hào)機(jī)4架，從d2至d8；進(jìn)站信號(hào)機(jī)兩架s和sf；預(yù)告信號(hào)機(jī)1架；出站兼調(diào)車信號(hào)機(jī)5架；道岔7個(gè)，其中雙動(dòng)道岔為2組，單動(dòng)道岔為3組。全站共設(shè)復(fù)示信號(hào)機(jī)9架。全站除兩條貨物線非電化外，其余均設(shè)電化，車站上行咽喉進(jìn)站方向坡度大于6。在信號(hào)平面布置圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行6502電氣集中的其他工程設(shè)計(jì) 16 。二車站信號(hào)平面布置圖車站信號(hào)平面布置圖是根據(jù)委托單位提供的

15、站場(chǎng)縮尺平面圖（1：2000或1：1000）繪制成的有關(guān)信號(hào)設(shè)備布置情況的技術(shù)圖紙，它所包含的內(nèi)容是電氣集中所有后續(xù)技術(shù)圖紙的設(shè)計(jì)依據(jù)。在這張圖紙上能正確反映電氣集中室外主要設(shè)備的布置情況及設(shè)置地點(diǎn)、線路和股道的運(yùn)用情況以及站內(nèi)列車和調(diào)車作業(yè)的概況等 15 。車站信號(hào)平面布置圖包括以下內(nèi)容：（1）信號(hào)樓及其設(shè)置位置，聯(lián)鎖區(qū)的全部線路以及與聯(lián)鎖區(qū)有密切聯(lián)系的非聯(lián)鎖區(qū)線路；（2）聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)的全部道岔，需標(biāo)明每組道岔岔尖距信號(hào)樓中心的距離；（3）信號(hào)機(jī)的布置及每架信號(hào)機(jī)至信號(hào)樓中心的距離；（4）分割軌道區(qū)段的全部軌道絕緣節(jié)，需標(biāo)明各絕緣節(jié)距信號(hào)樓中心距離；（5）道口房和機(jī)車出入庫(kù)閘樓的位置；（6）繼電

16、器箱和局部控制盤等距信號(hào)樓中心的距離；（7）標(biāo)明水鶴的位置；（8）標(biāo)明橋梁、涵洞及高架天橋的位置；（9）標(biāo)明道口寬度及其距信號(hào)樓的距離；（10）站臺(tái)的位置、寬度及線路間距；（11）信號(hào)樓外墻至最近線路中心的距離；（12）通話柱位置；（13）股道上及咽喉區(qū)內(nèi)，與信號(hào)機(jī)有關(guān)的及侵入限界的絕緣節(jié)處的警沖標(biāo)位置；（14）進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方制動(dòng)距離內(nèi)進(jìn)站方向?yàn)槌^(guò)6的下坡道時(shí)，需畫出接近車站的制動(dòng)距離內(nèi)線路坡道示意圖；（15）對(duì)集中道岔、股道、色燈信號(hào)機(jī)及道岔和無(wú)道岔軌道電路區(qū)段均需標(biāo)出編號(hào)和名稱；（16）車站線路應(yīng)以箭頭表示其接車方向；（17）當(dāng)有局部控制道岔時(shí)，應(yīng)對(duì)局部控制的道岔在平面圖上除標(biāo)以聯(lián)鎖道岔

17、外再畫圓圈表示7。三布置信號(hào)機(jī) 信號(hào)機(jī)是指示列車和車列運(yùn)行的主要設(shè)備,車站線路能否被充分利用及使用中是否具備最大的靈活性,很大程度上取決于信號(hào)機(jī)的布置是否合理。因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)車站線路運(yùn)用情況進(jìn)行充分了解，然后再根據(jù)及來(lái)布置全站的信號(hào)機(jī)。一般先布置列車信號(hào)機(jī)，再布置調(diào)車信號(hào)機(jī)。四雙線軌道電路布置方法（1）軌道電路極性交叉；（2）軌道電路送、受電端布置；（3）繪出各種室外設(shè)備，并標(biāo)出信號(hào)樓的距離4。1.3 設(shè)計(jì)的的主要內(nèi)容根據(jù)實(shí)際鐵路信號(hào)控制的原理，采用中心元件plc對(duì)信號(hào)燈和軌道變軌器進(jìn)行控制。通過(guò)對(duì)plc進(jìn)行梯形圖編程、plc硬件的組態(tài)、程序仿真、程序改進(jìn)、硬件的調(diào)試，最終使得plc有效合理

18、的控制火車進(jìn)出站的信號(hào)以及變軌。第2章 西門子s7-300 plc概述2.1 西門子s7-300 plc的工作原理當(dāng)plc投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段6。(1) 輸入采樣階段：在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)

19、，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(2) 用戶程序執(zhí)行階段：在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在i/o映象區(qū)或系

20、統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。(3) 輸出刷新階段：當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，plc就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是plc的真正輸出。同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)

21、間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來(lái)說(shuō)可以忽略，那么二者之間就沒(méi)有什么區(qū)別了。一般來(lái)說(shuō)，plc的掃描周期包括自診斷、通訊等，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和9。2.2 西門子s7-300 plc性能（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)一方面要求plc生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力，另一方面要求應(yīng)用部門在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能；（2）通用性強(qiáng)，控制程序可變使用方便plc品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備

22、更新的情況下，不必改變pc的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，pc除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用；（3）功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣現(xiàn)代plc不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程；（4）編程簡(jiǎn)單，容易掌握目前，大多數(shù)pc仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語(yǔ)言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過(guò)閱讀

23、plc的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言。plc在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語(yǔ)言然后執(zhí)行（pc內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語(yǔ)言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長(zhǎng)一些，但對(duì)于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，是微不足道的，完全可以滿足控制要求；（5）減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于plc采用了軟件來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)，plc的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于plc的低故障

24、率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便；（6）體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便plc是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于plc的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備；（7）西門子s7-300 plc 的獨(dú)有特點(diǎn)s7-300是模塊化小型plc系統(tǒng)，主要包括：電源模塊（ps）、cpu模塊、接口模塊（im）、信號(hào)模塊（sm）、輸入模塊（di）、輸出模塊（do）、通訊處理模塊(cp)、功能模塊（fm）、工程工具（step7），能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)西門子plc的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與

25、s7-200 plc比較，s7-300 plc采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6-0.1s）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在s7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。simatic人機(jī)界面（hmi）從s7-300中取得數(shù)據(jù)，s7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。s7-300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送；cpu的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止

26、未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；s7-300 plc設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，s7-300 plc可通過(guò)編程軟件step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡(jiǎn)單。s7-300 plc具有多種不同的通信接口，并通過(guò)多種通信處理器來(lái)連接as-i總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來(lái)連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（mpi）集成在cpu中，用于同時(shí)連接編程器、pc機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他simatic s7/m7/c7等自動(dòng)化控制系統(tǒng)8。2.3西門子s7-300plc

27、的相關(guān)參數(shù)（1）標(biāo)準(zhǔn)cpu相關(guān)性能參數(shù)表2-1 資料查得s7-300plc基本cpu數(shù)據(jù)cpu型號(hào) 性能指標(biāo)cpu312 6kb ram，24v負(fù)電壓及mpi接口，本機(jī)10i6o，最大擴(kuò)展144didocpu313 12kb ram，最大擴(kuò)展128dido，帶擴(kuò)展內(nèi)存插槽cpu314-ifm 32kb ram，本機(jī)16dido,最多可擴(kuò)展4排mpi接口cpu315-2dp 64kb ram，帶擴(kuò)展內(nèi)存卡槽和profibus-dp主/從接口cpu318-2dp 128kb ram，最大擴(kuò)展 16384di/do, 2048ai/ao,帶擴(kuò)展內(nèi)存卡槽（2）mpi模塊相關(guān)性能表2-2 資料查得mpi

28、的性能mpi模塊 性能特點(diǎn)（1）升級(jí)以后的mpi不僅是一個(gè)編程口，它的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率達(dá)到187.5kbits至12mbits；（2）它的存在，使得每個(gè)cpu最多能連接32個(gè)站點(diǎn)；（3）附帶pgop通信功能，全局?jǐn)?shù)據(jù)通信無(wú)需額外編程；（4）最重要的是節(jié)約了通訊方案的成本，減少了額外的硬件投資。2.4 西門子s7-300plc的硬件配置西門子s7-300plc主要分為整體式plc（如圖2-3）和模塊式plc（如圖2-4）。盡管他們結(jié)構(gòu)不太一樣，但個(gè)硬件組成和功能作用都是一樣的。一般的，plc由四大部分組成：cpu、存儲(chǔ)器、i/o系統(tǒng)以及其它可選部件。前三大部分是plc完成各種控制所必需的，一般稱為p

29、lc的基本組成部分。其它可選部件包括編程器、外存儲(chǔ)器、模擬i/o、通訊接口、擴(kuò)展接口以及測(cè)試設(shè)備等，主要用于系統(tǒng)的編程組態(tài)、程序存儲(chǔ)、通訊網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)測(cè)試等。 2.4.1 西門子s7-300 plc的分類（1）整體式plc各個(gè)硬件組成部 分集裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，輸入、輸 出和接線端子及電源的進(jìn)線分別 在機(jī)箱的上下兩側(cè)，并有相應(yīng)的 發(fā)光二級(jí)管顯示輸入、輸出狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)的可編程控制器結(jié)構(gòu)緊 湊、體積小、價(jià)格低。一般小型 plc 采用整體式結(jié)構(gòu)。（2）模塊式plc采用積木搭接的方式組成系統(tǒng)，非常便于擴(kuò)展，其cpu、輸入、輸出、電源等都是獨(dú)立的模塊。plc由框架和各模塊組成，各模塊插在相應(yīng)的插槽

30、上，通過(guò)總線相連接。輸入、輸出較多的大、中型和部分小型plc通常采用模塊式結(jié)構(gòu)。 圖2-3 整體式plc組成框圖9 圖2-4 模塊式plc組成框圖 2.4.2 西門子s7-300plc的基本組成部分（1）cpu cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套plc至少有一個(gè)cpu，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。cpu主要由運(yùn)算

31、器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析cpu的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。cpu的控制器控制cpu工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。cpu速度和內(nèi)存容量是plc的重要參數(shù)，它們決定著plc的工作速度，io數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。應(yīng)該注意的是：在plc中，cpu的

32、概念與普通微型電腦的cpu有很大的不同。在plc中，cpu指的不是一塊集成電路，而是一個(gè)模板，其上不僅包括cpu芯片，還有ram和rom或者eprom。而且，在中大型plc中，cpu模板中一般有兩快cpu芯片，一片用作字處理器（主處理器），用于字節(jié)指令的處理，并實(shí)現(xiàn)各種控制作用；另一片用作字處理器（輔助處理器），用于實(shí)現(xiàn)位訊息的高速處理。（2）數(shù)字i/o接口用作cpu模板與外部開關(guān)量訊號(hào)之間的接口。它完成諸如電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及對(duì)外提供一定的驅(qū)動(dòng)能力等工作。數(shù)字i/o訊號(hào)常來(lái)自按鈕、開關(guān)和繼電器觸點(diǎn)等實(shí)際開關(guān)量，以及其它外設(shè)或受控對(duì)象送來(lái)的數(shù)字量。（3）模擬i/o接口其輸入

33、部分主要完成阻抗匹配、訊號(hào)放大、訊號(hào)濾波、i/v變換、v/f變換或者a/d變換等工作，以便將來(lái)自受控對(duì)象的模擬量轉(zhuǎn)換成plc能夠處理的數(shù)字量。其輸出部分主要實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、功率放大、波形校正等功能。在一些場(chǎng)合下，模擬訊號(hào)也需要與現(xiàn)場(chǎng)電氣隔離。但模擬訊號(hào)的隔離比數(shù)字訊號(hào)要復(fù)雜得多。用于數(shù)字訊號(hào)的光電隔離因線性度較差而不能用來(lái)隔離模擬訊號(hào)，因此模擬訊號(hào)常常採(cǎi)用成本較高的隔離放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣隔離。（4）電源 plc中的電源穩(wěn)定性好，抗干擾能力很強(qiáng)。對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定要求不高，一般允許電源電壓在額定值15范圍內(nèi)波動(dòng)。plc電源一般有三類： +5v、15v直流電源：供plc中ttl芯片和集成運(yùn)放使用；

34、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源； 鋰電池及其充電電源?？紤]到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同。電源的可靠性一般取決于系統(tǒng)所需要輸出的電壓級(jí)別，輸出的電壓級(jí)別越高，所要求電源的可靠性越強(qiáng)。1 （5）特殊功能模板特殊功能模板一般都自帶cpu和系統(tǒng)軟件，與plc的cpu模板并行工作，并通過(guò)plc系統(tǒng)總線與cpu模板接口。常見(jiàn)的特殊功能模板包括：高速計(jì)數(shù)板（能滿足100khz以上的計(jì)數(shù)或定時(shí)要求）、具有快速pid調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制模板、通訊模板等。目前plc的發(fā)展非常迅速，型號(hào)眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其i/o點(diǎn)的數(shù)量將plc分為三大類： 小型機(jī)：256點(diǎn)

35、以下（無(wú)模擬量）； 中型機(jī)：256 2048點(diǎn)（64 128路模擬量）； 大型機(jī)：2048點(diǎn)以上（128 512路模擬量）。 具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常採(cǎi)用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。但一些小型機(jī)常制作成一體機(jī)，其配置固定，主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機(jī)一般在電源、或者cpu，甚至兩者都作了熱備份，主要保證plc的數(shù)據(jù)資料得到最可靠的保存5。 2.5 西門子s7-300plc的發(fā)展前景隨著個(gè)人計(jì)算(pc機(jī))和通訊技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在plc和dcs的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)越來(lái)越接近.基本構(gòu)架都是操作站通過(guò)以太網(wǎng)接主站，主站通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接從站。出于安全性的考慮，冗余技術(shù)也不斷發(fā)展，雙冗余、三冗余(如：

36、tricon)、七冗余（航空領(lǐng)域）。從plc主站cpu的運(yùn)行方式上又分為冷備、熱備和同步熱備。冗余技術(shù)的發(fā)展使得plc可以沖破低級(jí)芯片的限制，而大量應(yīng)用尖端的電子技術(shù)，與pc機(jī)發(fā)展同步。由于個(gè)人計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，pc機(jī)變得穩(wěn)定而可靠。其接口的開放性，通訊和cpu的速度都使得它比原始設(shè)計(jì)思想下的plc更適用于工控的要求。因此出現(xiàn)了軟plc的概念，又稱為軟邏輯。其構(gòu)架是：在pc機(jī)上安裝如linux、wince等操作系統(tǒng)，而在操作系統(tǒng)中運(yùn)行iec1131的邏輯執(zhí)行程序，作為plc系統(tǒng)的主站。這種嵌入式的plc使得工業(yè)控制可以應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，突破了禁錮瓶頸，典型的軟邏輯plc結(jié)構(gòu)為 arm嵌入

37、linux然后安裝plc解釋程序。軟plc的另外一個(gè)發(fā)展分支是，直接在微軟的個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上運(yùn)行類似plc的軟件，而用計(jì)算機(jī)取代plc系統(tǒng)中的主站。運(yùn)行軟件plc的計(jì)算機(jī)可以充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)的開放性接口和通訊速度，兼容性好?？梢話旖影蹇?、usb設(shè)備、以太網(wǎng)設(shè)備、串行通訊設(shè)備。比較典型的應(yīng)用方案是：組態(tài)王軟邏輯通過(guò)串行通訊（現(xiàn)在也可用以太網(wǎng)）掛接研華的亞當(dāng)模塊。隨著電子技術(shù)、通訊技術(shù)和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展。這種構(gòu)架將完全取代plc 和 dcs 成為主流形式。在全球工業(yè)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，圍繞開放與再開放過(guò)程控制系統(tǒng)、開放式過(guò)程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有plc，但這種

38、趨勢(shì)也許不會(huì)繼續(xù)發(fā)展下去。隨著軟plc(soft plc)控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有soft plc組態(tài)軟件和基于工業(yè)pc控制系統(tǒng)的市場(chǎng)份額正在逐步得到增長(zhǎng)，這些事實(shí)使傳統(tǒng)plc供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，在傳統(tǒng)plc的技術(shù)發(fā)展與提高方面作出更加開放的高姿態(tài)。對(duì)于控制軟件來(lái)講，這是plc控制器的核心，plc供應(yīng)商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對(duì)于工業(yè)用戶表現(xiàn)得非常積極。此外，開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將plc融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)3。第3章 設(shè)計(jì)總體思想3.1控制框圖設(shè)計(jì)控制框圖：plc上電，火車通過(guò)進(jìn)站閉塞

39、區(qū)，觸發(fā)控裝置變軌器行程開關(guān)由一號(hào)軌道信號(hào)燈的色種點(diǎn)亮方式?jīng)Q定當(dāng)前行駛火車是否需要變軌（南北方向）火車作通過(guò)車站作業(yè)，合理駛?cè)肟臻e軌道，并觸發(fā)當(dāng)前軌道控制信號(hào)燈的第一個(gè)行程開關(guān)，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮；駛離時(shí)，觸發(fā)第二個(gè)行程開關(guān)，綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮，非一號(hào)軌道，同時(shí)出站變軌器響應(yīng)當(dāng)前軌道閑置，供后續(xù)進(jìn)站作業(yè)火車使用（南北方向）火車作車站停靠作業(yè)，合理駛?cè)肟臻e軌道，并觸發(fā)當(dāng)前軌道控制信號(hào)燈的第一個(gè)行程開關(guān)，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮；直至當(dāng)前軌道火車完成?？孔鳂I(yè)，駛離時(shí)觸發(fā)第二個(gè)行程開關(guān)，綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮并觸發(fā)出站變軌器響應(yīng)綠色：無(wú)需變軌紅色：需要變軌當(dāng)前軌道被占用，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮觸發(fā)此軌道變軌器停止響應(yīng)，后續(xù)進(jìn)站火車依

40、次選擇從一號(hào)至五號(hào)的空閑軌道。若所有軌道都被占用，一號(hào)軌道南北軌道全忙，藍(lán)色信號(hào)燈點(diǎn)亮圖3-1 設(shè)計(jì)控制框圖3.1.1研究背景圖示 軌道 五 號(hào) 四 號(hào) 三 號(hào) 二 號(hào) 一號(hào)i0.2.i0.3i0.4i0.5i0.6i0.7i1.0i1.1i1.1i1.2南12b11站 臺(tái)i1.3i1.4plc控制臺(tái)圖3-2 設(shè)計(jì)背景圖示附注：背景注釋說(shuō)明a.一號(hào)軌道為火車主運(yùn)行軌道，二號(hào)至五號(hào)為車站的輔助軌道。b.方框110為各軌道的信號(hào)燈，紅色信號(hào)燈表示此軌道為作業(yè)狀態(tài)（忙）；綠色信號(hào)燈表示此軌道為空閑狀態(tài)（閑）；c.方框a和b表示南北方向連接各軌道的道岔，火車途經(jīng)此站時(shí)，根據(jù)需

41、要自動(dòng)變軌，讓火車依次選擇由一號(hào)至五號(hào)空閑的軌道完成作業(yè)任務(wù)；d.方框11和12為一號(hào)主運(yùn)行軌道上的信號(hào)燈，所以軌道都被占用時(shí)，藍(lán)色信號(hào)燈點(diǎn)亮，此時(shí)途經(jīng)的火車無(wú)法進(jìn)站，需要等待有軌道空閑時(shí)才能進(jìn)站；e.i0.1至i1.2為各軌道南北方向的行程開關(guān)，控制相應(yīng)軌道的信號(hào)燈色種的變化，當(dāng)被觸發(fā)時(shí)，信號(hào)燈作出相應(yīng)的響應(yīng)；f.i1.3和i1.4是一號(hào)軌道選擇南北方向變軌器的行程開關(guān)，同一時(shí)間，南北方向只有一個(gè)變軌器作出響應(yīng)。3.1.2 設(shè)計(jì)方案(1) 預(yù)想背景為此車站有5條軌道，主行軌道為一號(hào)，其余為輔助軌道；當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，車站軌道為空閑狀態(tài)，各軌道南北綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮；(2) 以一號(hào)軌道為例，火車從南邊

42、駛?cè)耄ū边咇側(cè)胪?，只是兩個(gè)觸點(diǎn)的上升沿和下降沿互換），首先觸發(fā)南方選擇變軌器的行程開關(guān)，當(dāng)一號(hào)軌道空閑時(shí)，軌道變軌器不做響應(yīng)，火車直接運(yùn)行在一號(hào)軌道進(jìn)入車站。當(dāng)火車機(jī)頭途經(jīng)觸點(diǎn)i0.1時(shí)，上升沿觸發(fā)觸點(diǎn)，一號(hào)軌道綠色信號(hào)燈熄滅，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮，并持續(xù)點(diǎn)亮。直至該火車完成作業(yè)任務(wù)離開此車站時(shí)，當(dāng)火車車尾途經(jīng)觸點(diǎn)i0.2時(shí)，下降沿觸發(fā)使信號(hào)燈復(fù)位，綠色信號(hào)燈持續(xù)點(diǎn)亮，紅色信號(hào)燈熄滅。(3) 當(dāng)一號(hào)軌道被其他火車占用時(shí)，軌道此時(shí)紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮，同時(shí)作為輸入信號(hào)觸發(fā)道岔作出響應(yīng)，火車進(jìn)站之前變軌至二號(hào)軌道，同理當(dāng)火車進(jìn)入二號(hào)軌道后，火車機(jī)頭途經(jīng)觸點(diǎn)i0.3時(shí)，二號(hào)軌道綠色信號(hào)燈熄滅，紅色信號(hào)燈電亮，

43、并將持續(xù)點(diǎn)亮。當(dāng)火車駛離車站時(shí)，火車車尾途經(jīng)觸點(diǎn)i0.4，信號(hào)燈復(fù)位響應(yīng)，同時(shí)觸發(fā)出站變軌器，變軌至一號(hào)軌道，完成作業(yè)任務(wù)。(4) 同理，二號(hào)軌道被占用（即有火車此時(shí)作?？咳蝿?wù)），進(jìn)站道岔變軌至三號(hào)軌道，三號(hào)軌道被占用，道岔變軌至四號(hào)道岔，以此類推?；疖囘M(jìn)站的原則遵循由一號(hào)至五號(hào)軌道順序的選擇空閑的軌道完成作業(yè)任務(wù)。當(dāng)所有軌道同時(shí)被占用時(shí)，主行軌道信號(hào)燈藍(lán)色信號(hào)燈點(diǎn)亮，火車無(wú)法途經(jīng)車站，需要停車等候，直至有空閑軌道方可進(jìn)站完成作業(yè)任務(wù)。3.1.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)在plc統(tǒng)一控制下，軌道閑置時(shí)，綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮；軌道繁忙時(shí)，紅色信號(hào)燈點(diǎn)亮；一號(hào)軌道閑置時(shí)，進(jìn)站變軌器不工作，出站變軌器工作；一號(hào)軌道繁忙時(shí)

44、，進(jìn)出站變軌器工作，變軌原則遵循一號(hào)至五號(hào)軌道依次選擇閑置軌道變軌。車站的信號(hào)燈和軌道變軌器作出合理的響應(yīng)，指揮和引導(dǎo)火車進(jìn)行正確的進(jìn)站方式，有效的完成通過(guò)、停靠、進(jìn)站變軌、出站變軌、停車等待軌道全忙等作業(yè)任務(wù)。3.2實(shí)驗(yàn)裝置3.2.1 軟件配置本設(shè)計(jì)主要基于step7 5.4版本軟件。step 7是一種用于對(duì)simatic可編程邏輯控制器進(jìn)行組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。它具有更廣泛的功能：（1）可作為simatic工業(yè)軟件的軟件產(chǎn)品中的一個(gè)擴(kuò)展選項(xiàng)包；（2）為功能模塊和通訊處理器分配參數(shù)的時(shí)機(jī)；（3）強(qiáng)制模式與多值計(jì)算模式；（4）全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊；（5）使用通訊功能塊進(jìn)行的事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送；（6）組

45、態(tài)連接 ；simatic管理器是用于組態(tài)和編程的基本應(yīng)用程序，主要包括：（1）創(chuàng)建項(xiàng)目結(jié)構(gòu)項(xiàng)目類似一個(gè)文件夾，所有的數(shù)據(jù)均可按照一種體系化的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在其中，并可供隨時(shí)使用。在項(xiàng)目創(chuàng)建完畢之后，所有其他的任務(wù)均將在該項(xiàng)目中執(zhí)行；（2）組態(tài)站在對(duì)站進(jìn)行組態(tài)時(shí)，可指定希望使用的可編程控制器；（3）組態(tài)硬件在對(duì)硬件進(jìn)行配置時(shí)，可在組態(tài)表中指定自動(dòng)化解決方案要使用的模塊以及用戶程序中對(duì)模塊進(jìn)行訪問(wèn)的地址。也可對(duì)使用參數(shù)對(duì)模塊的屬性進(jìn)行設(shè)置；（4）組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接通訊的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。為此，需要?jiǎng)?chuàng)建自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)所需要的子網(wǎng)、設(shè)置子網(wǎng)屬性、以及設(shè)置已聯(lián)網(wǎng)工作站的網(wǎng)絡(luò)連接屬性和某些通訊連接；（5）定義符

46、號(hào)可在符號(hào)表中定義局部符號(hào)或具有更多描述性名稱的共享符號(hào)，以便代替用戶程序中的絕對(duì)地址進(jìn)行使用；（6）創(chuàng)建程序使用一種可選編程語(yǔ)言創(chuàng)建一個(gè)與模塊相鏈接或與模塊無(wú)關(guān)的程序，并將其存儲(chǔ)為塊、源文件或圖表；（7）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和系統(tǒng)仿真。simatic管理器中的基本操作步驟為：設(shè)置項(xiàng)目對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試配置硬件并為其分配參數(shù)系統(tǒng)仿真組建組態(tài)硬件網(wǎng)絡(luò)分配程序塊編寫主程序和程序塊程序圖 3-3 step7 基本操作步驟3.2.2 硬件配置本設(shè)計(jì)所采用的是模塊式plc的結(jié)構(gòu)，以最優(yōu)、最合理的硬件組態(tài)構(gòu)成滿足設(shè)計(jì)所需的的硬件配置。設(shè)計(jì)中，機(jī)架選擇5米長(zhǎng)，能滿足各模塊的組裝；cpu 312最多能組態(tài)8個(gè)模塊，設(shè)計(jì)

47、只需組態(tài)2個(gè)擴(kuò)展模塊；設(shè)計(jì)中，輸入輸出量均為數(shù)字量；輸入點(diǎn)為：14個(gè)；輸出點(diǎn)為：19個(gè)。所選cpu 312自帶10輸入口，6輸出口，擴(kuò)展輸入模塊（di）自帶16輸入口，擴(kuò)展輸出模塊（do）自帶16輸出口，完全滿足設(shè)計(jì)io口數(shù)量；電源（ps 307）負(fù)載電源為常規(guī)市電，輸出電壓電流提供各模塊征程工作。硬件組態(tài)均在plc的編程軟件中進(jìn)行，主要為了方便個(gè)模塊的匹配以及兼容。仿真時(shí)，方便查錯(cuò)，同時(shí)所給出的參數(shù)清晰，明確，有利于計(jì)算io接口的計(jì)算。以下為本設(shè)計(jì)中所選擇的硬件配置：圖 2-4 設(shè)計(jì)硬件配置表 2-5 設(shè)計(jì)硬件詳細(xì)表硬件名稱 數(shù)量 相關(guān)參數(shù)機(jī)架（ur 0） 1條 5m電源（ps 307 10

48、a） 1個(gè) 負(fù)載電源120230v；ac:24vdc:10a。cpu（cpu 312） 1個(gè) 16 kb 工作內(nèi)存；0.2 ms/1000 條指令；mpi 連接;單排最多可組態(tài) 8個(gè)模塊；s7 通訊(可加載的 fb/fc)；固化程序 v2.0。數(shù)字輸入模塊（di） 1個(gè) 16輸入口；電源：24 v；分成 16 組，不能和主站總線的子模塊進(jìn)行組態(tài)。數(shù)字輸出模塊（do） 1個(gè) 16輸出口；電源：24 vdc/0.5 a；具有診斷功能，可在線重新組態(tài)。第4章 軟件編程和系統(tǒng)仿真4.1 梯形程序圖編程 （注：以上程序?yàn)橹骺刂瞥绦颉⒁惶?hào)軌道和二號(hào)軌道的控制子程序，三號(hào)軌道至五號(hào)軌道的控制程序與二號(hào)軌道的

49、控制程序完全一樣，其功能也一樣，在此不一一列舉，詳細(xì)的程序?qū)⒃诟戒浿畜w現(xiàn)）4.1.1 梯形圖符號(hào)說(shuō)明編程所用到的梯形圖符號(hào)說(shuō)明（1）常開觸點(diǎn) -| |- 存儲(chǔ)在指定的位值為1時(shí)，(常開觸點(diǎn))處于閉合狀態(tài)。觸點(diǎn)閉合時(shí)，梯形圖軌道能流流過(guò)觸點(diǎn)，邏輯運(yùn)算結(jié)果(rlo) =1。否則，如果指定的信號(hào)狀態(tài)為0，觸點(diǎn)將處于斷開狀態(tài)。觸點(diǎn)斷開時(shí)，能流不流過(guò)觸點(diǎn)，邏輯運(yùn)算結(jié)果(rlo) =0。串聯(lián)使用時(shí)，通過(guò)and邏輯將-| |- 與rlo位進(jìn)行鏈接。并聯(lián)使用時(shí)，通過(guò)or邏輯將其與rlo位進(jìn)行鏈接。（2）常閉觸點(diǎn) -| / |- 存儲(chǔ)在指定的位值為0時(shí)，(常閉觸點(diǎn))處于閉合狀態(tài)。觸點(diǎn)閉合時(shí)，梯形圖軌道能流流過(guò)觸

50、點(diǎn)，邏輯運(yùn)算結(jié)果(rlo) =1。否則，如果指定的信號(hào)狀態(tài)為1，將斷開觸點(diǎn)。觸點(diǎn)斷開時(shí)，能流不流過(guò)觸點(diǎn)，邏輯運(yùn)算結(jié)果(rlo) =0。串聯(lián)使用時(shí)，通過(guò)and邏輯將 -| / |- 與rlo位進(jìn)行鏈接。并聯(lián)使用時(shí)，通過(guò)or邏輯將其與rlo位進(jìn)行鏈接。（3）復(fù)位線圈 -( r )只有在前面指令的rlo為1(能流通過(guò)線圈)時(shí)，才會(huì)執(zhí)行 -( r ) (復(fù)位線圈)。如果能流通過(guò)線圈(rlo為1)，將把單元的指定復(fù)位為0。rlo為0(沒(méi)有能流通過(guò)線圈)將不起作用，單元指定地址的狀態(tài)將保持不變。也可以是值復(fù)位為0的定時(shí)器(t編號(hào))或值復(fù)位為0的計(jì)數(shù)器(c編號(hào))。只有將復(fù)位線圈置于激活的mcr區(qū)內(nèi)時(shí)，才會(huì)激

51、活mcr依存。在激活的mcr區(qū)內(nèi)，如果mcr處于接通狀態(tài)并且復(fù)位線圈有能流通過(guò)，將把尋址位狀態(tài)復(fù)位為0。如果mcr處于斷開狀態(tài)，則無(wú)論能流狀態(tài)如何，單元指定地址的當(dāng)前狀態(tài)均保持不變。（4）置位線圈 -( s ) 只有在前面指令的rlo為1(能流通過(guò)線圈)時(shí)，才會(huì)執(zhí)行 -( s ) (置位線圈)。如果rlo為1，將把單元的指定置位為1。rlo = 0將不起作用，單元的指定地址的當(dāng)前狀態(tài)將保持不變。只有將置位線圈置于激活的mcr區(qū)內(nèi)時(shí)，才會(huì)激活mcr依存關(guān)系。在激活的mcr區(qū)內(nèi)，如果mcr處于接通狀態(tài)并且置位線圈有能流通過(guò)，將把尋址位的狀態(tài)置位為1。如果mcr處于斷開狀態(tài)，則無(wú)論能流狀態(tài)如何，單元

52、指定地址的當(dāng)前狀態(tài)均保持不變。（5）rlo負(fù)跳沿檢測(cè)-( n )- (rlo負(fù)跳沿檢測(cè))檢測(cè)地址中1到0的信號(hào)變化，并在指令后將其顯示為rlo =1。將rlo中的當(dāng)前信號(hào)狀態(tài)與地址的信號(hào)狀態(tài)(邊沿存儲(chǔ)位)進(jìn)行比較。如果在執(zhí)行指令前地址的信號(hào)狀態(tài)為1，rlo為0，則在執(zhí)行指令后rlo將是1(脈沖)，在所有其它情況下將是0。指令執(zhí)行前的rlo狀態(tài)存儲(chǔ)在地址中。（6）rlo正跳沿檢測(cè) -( p )- (rlo正跳沿檢測(cè))檢測(cè)地址中0到1的信號(hào)變化，并在指令后將其顯示為rlo =1。將rlo中的當(dāng)前信號(hào)狀態(tài)與地址的信號(hào)狀態(tài)(邊沿存儲(chǔ)位)進(jìn)行比較。如果在執(zhí)行指令前地址的信號(hào)狀態(tài)為0，rlo為1，則在執(zhí)行

53、指令后rlo將是1(脈沖)，在所有其它情況下將是0。指令執(zhí)行前的rlo狀態(tài)存儲(chǔ)在地址中。（7）輸出線圈 -( )(輸出線圈)的工作方式與繼電器邏輯圖中線圈的工作方式類似。如果有能流通過(guò)線圈(rlo = 1)，將置位位置的位為1。如果沒(méi)有能流通過(guò)線圈(rlo = 0)，將置位位置的位為0。只能將輸出線圈置于梯級(jí)的右端?？梢杂卸鄠€(gè)(最多16個(gè))輸出單元。使用 -|not|- (能流取反)單元可以創(chuàng)建取反輸出。只有在將輸出線圈置于激活的mcr區(qū)內(nèi)時(shí)，才會(huì)激活mcr依存關(guān)系。在激活的mcr區(qū)內(nèi)，如果mcr處于接通狀態(tài)并且輸出線圈有能流通過(guò)，將把尋址位設(shè)置為能流的當(dāng)前狀態(tài)。如果mcr處于斷開狀態(tài)，則無(wú)論

54、能流狀態(tài)如何，都會(huì)將邏輯0寫入指定地址。（8）s_offdt斷開延時(shí)s5定時(shí)器如果啟動(dòng)(s)輸入端只有一個(gè)下降沿，s_offdt(即斷開延時(shí)s5定時(shí)器)將啟動(dòng)指定的定 時(shí)器。信號(hào)變化始終是啟用定時(shí)器的必要條件。如果s輸入端的信號(hào)狀態(tài)為1，或定時(shí)器正在運(yùn)行，則輸出端q的信號(hào)狀態(tài)為 圖 1。如果在定時(shí)器運(yùn)行期間信號(hào)輸入端 s的信號(hào)狀態(tài)從0變?yōu)?時(shí)，定時(shí)器將復(fù)位。輸入端s的信號(hào)狀態(tài)再次從1變?yōu)?后，定時(shí)器才能重新啟動(dòng)12。圖 4-1 斷開延遲定時(shí)器實(shí)例4.1.2 io地址分配 表 4-2 系統(tǒng)的io地址分配軌道12345綠燈q0.0q0.1q0.2q0.3q0.4紅燈q0.5q0.6q0.7q1.0q1.1軌道變軌器南方北方一號(hào)軌道接二號(hào)軌道q1.2q1.3一號(hào)軌道接三號(hào)軌道q1.4q1.5一號(hào)軌道接四號(hào)軌道q1.6q1.71號(hào)軌道接五號(hào)軌道q2.0q2.1系統(tǒng)上電開關(guān)i0.0系統(tǒng)斷電i0.1軌道信號(hào)燈控制觸點(diǎn)12345南方i0.2i0.4i0.6i1.0i1.2北方i0.3i0.5i0.7i1.1i1.3一號(hào)軌道火車進(jìn)站選擇變軌觸點(diǎn)南方北方i1.4i1.5軌道全忙信號(hào)燈q2.4輸入點(diǎn)總數(shù)14點(diǎn)輸出點(diǎn)總數(shù)19點(diǎn)4.2 s7-plcsim仿真一s7-plcsim特點(diǎn)使用可選擇的軟件包plc s