基于SLC鐵路與公路口護(hù)欄控制設(shè)

1、編號：1151401141課程設(shè)計（2011級本科）題目：基于S7-200PLC鐵路與公路口護(hù)欄控制設(shè)計學(xué)院：物理與機電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化作者姓名：楊文寧指導(dǎo)教師：張靜職稱：副教授完成日期：2014年6月30日二。一四年六月電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名楊文寧學(xué)號1151401141專業(yè)方向電力系統(tǒng)班級11級（1）班題目名稱基于S7-200PLC的鐵路與公路口護(hù)欄控制系統(tǒng)設(shè)計一、設(shè)計的主要內(nèi)容以PLC為核心，設(shè)計出一款鐵路與公路口護(hù)欄控制系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)。當(dāng)鐵路有火車通過時護(hù)欄到位公路封閉，當(dāng)火車離開時護(hù)欄復(fù)位公路解開封閉依次循環(huán)，從而設(shè)計系統(tǒng)的控制硬件電路，編寫

2、軟件控制系統(tǒng)程序，實現(xiàn)對鐵路與公路口護(hù)欄的控制。二、設(shè)計要求當(dāng)機車通過交叉口若干分鐘之前，傳感器1接收到信號，鐵路調(diào)度工作人員根據(jù)接車要通過的信號，及時啟動交叉口PLC控制系統(tǒng)。此時，鐵路路基上的綠燈亮，公路段上的紅燈亮，警鈴響，系統(tǒng)向汽車司機和行人提示，機車要通過交叉口，公路段要關(guān)閉，叉道口上護(hù)欄電機A、B同時啟動，護(hù)欄運動。當(dāng)護(hù)欄移動到位后，公路段全部封閉，雙向行程形狀開關(guān)動作，電動機A、B便停止動作，數(shù)分鐘后，機車通過叉道口。在通過時，傳感器2接受信號。機車通過后，接收到得信號，鐵路路基上的綠燈便切換為黃燈，公路段上的紅燈也切換為黃燈，警鈴?fù)ｍ?，電動機A、B同時反轉(zhuǎn)，護(hù)欄回撤，護(hù)欄回到原

3、位后，限位行程開關(guān)便再次動作，鐵路路基黃燈變?yōu)榧t燈，公路段黃燈切換為綠燈，公路段車輛、人、等便被放行。護(hù)欄工作時序圖如圖1所示。三、設(shè)計進(jìn)度安排第一周星期一查閱文獻(xiàn)資料，了解與設(shè)計題目相關(guān)的知識星期二星期四確定控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計星期五至第二周星期二完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計及調(diào)試星期三星期四撰寫課程設(shè)計說明書星期五指導(dǎo)教師簽字：目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 設(shè)計的目的及意義3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 總體方案設(shè)計4 HYPERL

4、INK l bookmark10 o Current Document 設(shè)計原理4護(hù)欄工作時序圖4硬件設(shè)計5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document PLC型號的選擇5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document PLC容量選擇5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document I/O模塊的選擇6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 輸入輸出地址定義6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Docum

5、ent PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 道路傳感器分布圖7 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 軟件設(shè)計8工作過程8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 程序設(shè)計流程圖8程序梯形圖8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 仿真調(diào)試圖10 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 總結(jié)12參考文獻(xiàn)13一設(shè)計的目的及意義在現(xiàn)代社會和經(jīng)濟活

6、動中，計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，電梯已經(jīng)成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。特別是在高層建筑中，電梯是不可缺少的垂直運輸設(shè)備。隨著高層建筑飛速發(fā)展的今天，電梯行業(yè)也隨之進(jìn)入了新的發(fā)展時期，電梯控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制，其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。本設(shè)計根據(jù)鐵路與公路交叉口處行車的需要，設(shè)計了一套護(hù)欄自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用振動傳感器檢測火車信號，護(hù)欄的升降采用三相異步電動機啟動，控制系統(tǒng)選用西門子公司的S7-200系列小型PLC,在運行X態(tài)時，當(dāng)火車通過叉口若干秒以前，根據(jù)傳感器傳來的信號啟動PLC控制系統(tǒng)

7、，來完成公路段上紅燈亮，警鈴響，并關(guān)閉護(hù)欄。當(dāng)火車離開若干秒后，根據(jù)傳感器傳來的信號打開護(hù)欄，公路段名燈亮，行人及汽車通過。通過控制電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來完成護(hù)欄的打開與關(guān)閉。總體方案設(shè)計設(shè)計原理當(dāng)機車通過交叉口若干分鐘之前，傳感器接收到信號，鐵路調(diào)度工作人員根據(jù)接車要通過的信號，及時啟動交叉口PLC控制系統(tǒng)。此時，鐵路路基上的綠燈亮，公路段上的紅燈亮，警鈴響，系統(tǒng)向汽車司機和行人提示，機車要通過交叉口，公路段要關(guān)閉，叉道口上護(hù)欄電機A、B同時啟動，護(hù)欄運動。當(dāng)護(hù)欄移動到位后，公路段全部封閉，雙向行程形狀開關(guān)動作，電動機AB便停止動作，超聲波常開觸點閉合，傳感器發(fā)射超聲波，數(shù)分鐘后，機車通過叉道口

8、。在通過時，超聲波傳感器一邊發(fā)射超聲波，一邊接受超聲回波。機車通過后，接收的回波中斷，超聲波開關(guān)的常閉觸點斷開，鐵路路基上的綠燈便切換為黃燈，公路段上的紅燈也切換為黃燈，警鈴?fù)ｍ懀妱訖CA、B同時反轉(zhuǎn)，護(hù)欄回撤，護(hù)欄回到原位后，限位行程開關(guān)便再次動作，鐵路路基黃燈變?yōu)榧t燈，公路段黃燈切換為綠燈，公路段車輛、人、等便被放行。護(hù)欄工作時序圖到達(dá)II TOC o 1-5 h z 離開一II3S公路gn252S公路ynn公路R1鐵路G1I2S2S鐵路ynrn鐵路R護(hù)欄三硬件設(shè)計PLC型號的選擇機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價格比。具體應(yīng)考慮因

9、素如下：1）結(jié)構(gòu)合理 TOC o 1-5 h z 對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件好、維修量較小的場合，選用單元式結(jié)構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。2）功能強弱適當(dāng)對于開關(guān)量控制的工程項目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC。對于以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬控制的工程項目，可選用含有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除運算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔PLC。對于控制比較復(fù)雜、控制功能要求較高的工程項目，如要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可根據(jù)控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中擋或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)

10、和整個工廠的自動化等。當(dāng)系統(tǒng)的各個控制對象分布在不同地域時，應(yīng)根據(jù)各部分的具體要求來選擇PLC以組成一個分布式的控制系統(tǒng)。3）機型統(tǒng)一選用PLC時，盡量要做到機型統(tǒng)一。由于同一機型的PLC,其模塊可互為備用，以便備件的采購和管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)；其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計算機，可把各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布控制系統(tǒng)，相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。PLC容量選擇PLC容量包括兩個方面：一是I/O點數(shù)；二是用戶存儲器的容量（字?jǐn)?shù)）。1）I/O點數(shù)是基礎(chǔ)I/O點數(shù)可以衡量PLC規(guī)模的大小。準(zhǔn)確統(tǒng)計被控制對象的輸入信號和輸出信號的總數(shù)并考慮今后

11、調(diào)整和擴充，在實際統(tǒng)計I/O點數(shù)基礎(chǔ)上，一般應(yīng)加上10%-20%的備用量。多數(shù)小型PLC為單元式，具有體積小，價格便宜等優(yōu)點，適于工藝過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式Z構(gòu)的PLC采用主機模塊與輸入模塊、功能模塊組合使用的方法，比單元式方便靈活，維修更快模塊、判斷與處理故障快速方便，適用于工藝變化較多，控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。2）用戶存儲器容量的估算根據(jù)經(jīng)驗，在選擇存儲容量時，一般按實際需要的10%-25%考慮裕量。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此，在程序設(shè)計之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個I/O點及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致

12、如下：開關(guān)量輸入所需存儲器字?jǐn)?shù)=輸入點數(shù)X10開關(guān)量輸出所需存儲器字?jǐn)?shù)=輸出點數(shù)x8定時器/計數(shù)器所需存儲器字?jǐn)?shù)=定時器/計數(shù)器x2模擬所需存儲器字?jǐn)?shù)=模擬量通道數(shù)x100通信接口所需存儲器字?jǐn)?shù)=接口個數(shù)x300根據(jù)存儲器的總字?jǐn)?shù)再加上一個裕量。I/O模塊的選擇PLC是一種控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，它的工業(yè)環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。PLC與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。通過I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制器對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時控制器有通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控設(shè)備，驅(qū)動各種

13、執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號電平各種各樣，各種機構(gòu)所需的信息電平也不相同，而PLC的CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口模塊還需實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需要經(jīng)過一定距離。為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好抗干擾能力。根據(jù)實際需要，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇使用。輸入輸出地址定義表1-1輸入信號輸出信號名稱符號輸入點信號名稱符號輸出點信號感應(yīng)器1SB1I0.0警鈴HAQ0.0感應(yīng)器2SB2I0.1公路G

14、HL1Q0.1行程開關(guān)1SQ1I0.2公路丫HL2Q0.2行程開關(guān)2SQ2I0.3公路RHL3Q0.3鐵路GHL4Q0.4鐵路丫HL5Q0.5鐵路RHL6Q0.6電動機正轉(zhuǎn)KM1Q0.7電動機反轉(zhuǎn)KM2Q1.0根據(jù)以上通過查閱手冊選擇S7-200CPU224基本單元（14入/10出）1臺PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖ov220V?1L+IL工d0OG.010.iW.1102網(wǎng)上7HA：1L1包犯SQ1Qd2ia3HLZHL3TL，HL6；IL二IT1式）IE2sHr、二JCPU224QD.A心，44LQO.6Q0,7QLO2圖1-2道路傳感器分布圖隹惠惠Iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii

15、imPlc四軟件設(shè)計工作過程當(dāng)機車到達(dá)時，傳感器接收到訊號，開關(guān)I0.0閉合，I0.1斷開，警鈴響，護(hù)欄下降，公路段綠燈亮3s,公路段和鐵路段黃燈亮，2s后公路段紅燈亮，鐵路段黃燈亮，護(hù)欄由于限位開關(guān)停止運行，公路段停止運行，機車通過。當(dāng)即車通過后，傳感器接收訊號斷開，開關(guān)I0.0斷開，I0.1閉合，警鈴?fù)ｍ?，公路段和鐵路段黃燈亮，護(hù)欄上開，2s后公路段綠燈亮，鐵路段紅燈亮，護(hù)欄由于限位開關(guān)停止運行公路段運行。程序設(shè)計流程圖圖1-4程序梯形圖J|投路虹七嶼雨匯確電機AS受轅，沖檔開沖打開1咱位開美加開電抑惇止F已在打開五仿真調(diào)試圖本次系統(tǒng)仿真程序運行效果如圖所示機車到達(dá)前ni73*11/(1i

16、i714n機車到達(dá)機車通過后I1Eir*VIr.，做IMuUi星Ml印Ih利W.RP-配0PLC經(jīng)憫的IS7200六總結(jié)PLC順應(yīng)時代的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，日趨完美的人機界面、完備的通信設(shè)備、和成熟的現(xiàn)場總線通信能力會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求，將在我國交叉口護(hù)欄自動控制系統(tǒng)自動化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用，交叉口護(hù)欄自動控制系統(tǒng)省去了危險的，存在眾多安全隱患的人工勞動，節(jié)省了人工手動操作，方便了實際需要，促進(jìn)社會進(jìn)步與發(fā)展。通過PLC課程設(shè)計，我學(xué)習(xí)到機械可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，通過這次設(shè)計實踐。我學(xué)會了PLC的基

17、本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設(shè)計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。對于自己所存在的不足，在以后的學(xué)習(xí)中不斷完善，不斷總結(jié)，以提高自己的能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作奠定了良好的基礎(chǔ)。七參考文獻(xiàn)【1】張曉峰.電氣控制與可控制技術(shù)與應(yīng)用.北京:國防工業(yè)出版社.2010【2】張曉峰，高斌.電氣自動化實驗教程.北京:國防工業(yè)出版社.2010【3】許蓼，王淑英.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社.2009【4】馬小軍，束長寶，王阿根.可編程控制器及其應(yīng)用.南京:東南大學(xué)出版社.2007【5】連建華.可編程控制器實驗指導(dǎo)書.武漢：華中科技大學(xué)武昌分校機電