課程設(shè)計(jì)】鐵路信號(hào)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 道岔控制電路設(shè)計(jì)及仿真（WORD檔）P18

1、道岔控制電路設(shè)計(jì)及仿真1 前言1.1設(shè)計(jì)背景鐵路信號(hào)技術(shù)是計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代通信和控制技術(shù)在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程中的具體應(yīng)用，是保證行車安全、提高運(yùn)輸效率、改善勞動(dòng)條件和運(yùn)營(yíng)管理水平的重要設(shè)備，也是鐵路實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一指揮的重要手段。道岔是列車從一股道轉(zhuǎn)向另一股道的轉(zhuǎn)轍設(shè)備，它是鐵路線路中最關(guān)鍵的特殊設(shè)備，也是鐵路信號(hào)的主要控制對(duì)象之一。道岔的轉(zhuǎn)換盒鎖閉，直接關(guān)系到行車安全。由各類動(dòng)力轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換和鎖閉道岔，易于集中操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。轉(zhuǎn)轍機(jī)是很總要的信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備，保證行車安全，提高運(yùn)輸效率，改善行車人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，起著非常重要的作用。zd6系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)是我國(guó)鐵路使用最廣泛的電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)。1.2 設(shè)計(jì)目的本課題

2、制作的主要目的是讓道岔控制過(guò)程能清晰明了的展現(xiàn)在我們面前。讓復(fù)雜的工作原理和動(dòng)作過(guò)程能簡(jiǎn)單化，這樣就讓我們能夠比較容易的理解和記憶。另外一個(gè)層面我們可以學(xué)習(xí)一下plc軟件的簡(jiǎn)單知識(shí)。為以后的工作和學(xué)習(xí)服務(wù)。zd6轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中包括自動(dòng)開閉器動(dòng)作電路、道岔啟動(dòng)電路、道岔表示電路等，涉及的知識(shí)面廣，內(nèi)容多。通過(guò)自己學(xué)習(xí)和使用plc仿真軟件，學(xué)會(huì)分析道岔控制原理的分析，以增強(qiáng)對(duì)無(wú)極、有極、偏極繼電器的工作原理的認(rèn)識(shí)，明確鐵路信號(hào)原理的故障-安全準(zhǔn)則。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)理論課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)室條件，在一周的課程設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)。要針對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)轍機(jī)原理及其繼電器控制回路進(jìn)行分析，并在plc

3、中對(duì)其控制功能進(jìn)行仿真，以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)無(wú)極、有極、偏極繼電器的工作原理的認(rèn)識(shí)。明確鐵路信號(hào)故障-安全準(zhǔn)則。具體完成的內(nèi)容為: (l)控制電路的繼電器原理圖繪制（見附錄1）； (2)plc仿真程序源程序（見附錄2）及仿真plc下載運(yùn)行； (3)編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，內(nèi)容包括對(duì)道岔控制原理的分析，plc程序設(shè)計(jì)說(shuō)明，程序運(yùn)行結(jié)果等。 2 設(shè)備介紹2.1信號(hào)電源屏 系統(tǒng)電源屏采用國(guó)鐵路陽(yáng)pgm信號(hào)電源屏，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有兩路輸入電源轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)某路供電電源發(fā)生故障或需要人為進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，能在0.15秒內(nèi)轉(zhuǎn)換至另一路電源。高頻交 流電源模塊采用“1+1”熱備方式，當(dāng)某一主用電源模塊發(fā)生故障時(shí)，備用模塊能自動(dòng)投 入工

4、作。直流電源采用“n+m”并聯(lián)冗余方式。模塊的智能儀表能夠?qū)崟r(shí)顯示各功能單元的工作情況及狀態(tài)信息，交流模塊面板上的 正常指示燈及工作指示燈點(diǎn)亮，表明模塊工作正常，另一模塊正常指示燈點(diǎn)亮.表明模塊處于熱機(jī)備用狀態(tài)。直流模塊工作指示燈點(diǎn)亮，并機(jī)輸出。屏內(nèi)設(shè)有監(jiān)督報(bào)警回路，在輸入、輸出模塊故障時(shí)，模塊故障指示紅燈點(diǎn)亮，同時(shí)接通模塊故障報(bào)警回路：而當(dāng)輸出配電開關(guān)脫扣時(shí)，輸出故障指示紅燈點(diǎn)亮，同時(shí)接通輸出故障報(bào)警回路。此時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng)故障報(bào)警切除開關(guān)hk至 故障消音位置并查故障原因，當(dāng)恢復(fù)正常工作后，報(bào)警器亦會(huì)鳴響。 以提醒值班員將hk恢復(fù)至 故障報(bào)警監(jiān)督位置。zd6轉(zhuǎn)轍機(jī)使用dc22ov輸出，繼電器使用電源

5、屏dc24v電源。2.2轉(zhuǎn)轍機(jī)2.2.1轉(zhuǎn)轍機(jī)的功能 轉(zhuǎn)轍機(jī)是道岔控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于道岔的轉(zhuǎn)換與鎖閉，以及對(duì)道岔所處位置和狀態(tài)的監(jiān)督。轉(zhuǎn)轍機(jī)是轉(zhuǎn)轍裝備的核心和主體，除轉(zhuǎn)轍機(jī)本身外，還包括外鎖閉裝置（內(nèi)鎖閉方式?jīng)]有）和各類桿件、安裝裝置，它們共同完成道岔的轉(zhuǎn)換和鎖閉。轉(zhuǎn)轍機(jī)的作用具體如下： （1）轉(zhuǎn)換道岔的位里，根據(jù)需要轉(zhuǎn)換至定位或反位； （2）道岔轉(zhuǎn)至所需位置而且密貼后，實(shí)現(xiàn)鎖閉，防止外力轉(zhuǎn)換道岔； （3）正確地反映道岔的實(shí)際位置，道岔的尖軌密貼于荃本軌后，給出相應(yīng)的表示； （4）道岔被擠或因故處于“四開”（兩側(cè)尖軌均不密貼）位里時(shí)，及時(shí)給出報(bào)苦及表示。 zd6系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的功能是轉(zhuǎn)換

6、、鎖閉、表示鐵路道岔。當(dāng)接通zd6電轉(zhuǎn)機(jī)的電源后，按下列順序自動(dòng)完成其功能： 切斷原表示電路 釋放道岔鎖閉 轉(zhuǎn)換道岔 鎖閉道岔 接通新表示電路。在設(shè)計(jì)zd6電轉(zhuǎn)機(jī)的過(guò)程中，充分考慮了“故障安全”原則。當(dāng)發(fā)生擠岔等事故時(shí)，zd6電轉(zhuǎn)機(jī)能較好地保護(hù)鐵路道岔，機(jī)車等重要鐵路運(yùn)輸設(shè)備。2.2.2 zd6系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的型號(hào)及其含義zd6系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的型號(hào)（如圖1所示）。圖1 zd6系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的型號(hào)2.2.3 zd6轉(zhuǎn)轍機(jī)的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)原理zd6電轉(zhuǎn)機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了制造、使用、保養(yǎng)、維護(hù)的特點(diǎn)，把它分成電動(dòng)機(jī)、減速器、自動(dòng)開閉器、主軸、動(dòng)作桿、表示桿、移位接觸器、底座及機(jī)蓋等九個(gè)部件， 各位

7、一體，獨(dú)立制造，摸得著、看得見，方便了檢查、保養(yǎng)、維護(hù)。其傳動(dòng)原理如圖2所示。圖中各機(jī)件所處的位置是動(dòng)作桿由右向左移動(dòng)后的停止?fàn)顟B(tài)，即動(dòng)作桿在伸出位置時(shí) 各構(gòu)件的位置。為使動(dòng)作桿向右移動(dòng)，其傳動(dòng)過(guò)程如下： 來(lái)自道岔控制電路的電源，經(jīng)由圖中的自動(dòng)開閉器的第一排接點(diǎn)，接至電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)按圖中所示方向旋轉(zhuǎn)。 電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪1帶動(dòng)減速器，使輸出軸按反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn). 輸出軸和主軸之間用起動(dòng)片連接在一起，起動(dòng)片有三個(gè)作用:（1）十字接頭聯(lián)軸器作用，它使主軸和輸出軸聯(lián)結(jié)在一起，使主軸和輸出軸同步旋轉(zhuǎn)；（2）凸輪作用，把主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樽詣?dòng)開閉器支架的擺動(dòng)；（3）把主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樗賱?dòng)片的間歇運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)

8、接點(diǎn)能快速切斷控制電路，確保接點(diǎn)組的使用壽命。 主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)鎖閉齒輪傳給齒條塊，變?yōu)閯?dòng)作桿的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)道岔的 轉(zhuǎn)換和鎖閉。 自動(dòng)開閉器支架的擺動(dòng)，帶動(dòng)自動(dòng)開閉器的接點(diǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和檢查柱，實(shí)現(xiàn)對(duì)表示電路的控制和道岔的密貼檢查。圖2 轉(zhuǎn)轍機(jī)傳動(dòng)原理圖對(duì)于可擠型zd6電轉(zhuǎn)機(jī)，當(dāng)發(fā)生擠岔事故時(shí)，道岔尖軌向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)安裝裝置，推動(dòng)表示桿、動(dòng)作桿向與現(xiàn)在所處狀態(tài)相反方向運(yùn)動(dòng)。表示桿推動(dòng)檢查柱向上運(yùn)動(dòng)，切斷表示電路；與此同時(shí)，動(dòng)作桿切斷擠切銷，使頂桿向上運(yùn)動(dòng)，頂開移位接觸器，也切 斷表示電路，井實(shí)現(xiàn)擠岔報(bào)警。 2.2.4 zd6轉(zhuǎn)轍機(jī)的自動(dòng)開閉器接點(diǎn)自動(dòng)開閉器有2排動(dòng)接點(diǎn)，4排靜接點(diǎn)。它們的

9、編號(hào)是，站在電動(dòng)機(jī)處觀察，自左至右分別為第1排、第2排、第3排、第4排接點(diǎn)，如圖2所示。每排接點(diǎn)有3組接點(diǎn)，自上而下順序編號(hào)，第1排接點(diǎn)為11 12、1314、1516，其余類推。若轉(zhuǎn)轍機(jī)定位時(shí)1、3排接點(diǎn)閉合，則轉(zhuǎn)轍機(jī)向反位動(dòng)作，解鎖時(shí).左動(dòng)接點(diǎn)先動(dòng)作， 斷開第3排接點(diǎn)。切斷道岔定位表示電路:接通第4排接點(diǎn)，為反轉(zhuǎn)做好準(zhǔn)備。轉(zhuǎn)換至反位，右動(dòng)接點(diǎn)動(dòng)作，斷開第1排接點(diǎn)，切斷電動(dòng)機(jī)動(dòng)作電路:接通第2排接點(diǎn).溝通道岔反位表示電路。 若轉(zhuǎn)轍機(jī)定位時(shí)2、4排接點(diǎn)閉合，則轉(zhuǎn)向反位時(shí)。右動(dòng)接點(diǎn)先動(dòng)作，斷開第2排接點(diǎn)， 接通第1排接點(diǎn)；轉(zhuǎn)換到反位時(shí)，左動(dòng)接點(diǎn)動(dòng)作.斷開第4排接點(diǎn)，接通第3排接點(diǎn)。從反位轉(zhuǎn)向定位

10、時(shí)，接點(diǎn)動(dòng)作情況與上述相反。圖3自動(dòng)開閉器接點(diǎn)2.3 zd6轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路2.3.1道岔啟動(dòng)電路的動(dòng)作原理由第一道岔啟動(dòng)繼電器1dqj檢查聯(lián)鎖條件，符合要求后才能啟動(dòng)勵(lì)磁；然后由第二 道岔啟動(dòng)繼電器2dqj控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以決定使電機(jī)將道岔轉(zhuǎn)向定位還是轉(zhuǎn)向反位；最后由直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換道岔。按進(jìn)路方式動(dòng)作的道岔啟動(dòng)電路:由fcj、dcj接通啟動(dòng)電路。2.3.2道岔表示電路道岔表示不僅用于監(jiān)督，而更重要的是用于聯(lián)鎖，所以道岔表示電路也應(yīng)有完善的故 障安全措施，對(duì)道岔表示電路的技術(shù)要求如下： 用繼電器吸起狀態(tài)和道岔的正確位置相對(duì)應(yīng)，分別設(shè)置道岔定位繼電器dbj和道岔反位繼電器fbj； 當(dāng)室內(nèi)外聯(lián)系

11、線路發(fā)生混線或混入其它電源時(shí)，必須保證不致使dbj和fbj錯(cuò)誤吸起；當(dāng)?shù)啦碓谵D(zhuǎn)換或發(fā)生擠岔事故，停電或斷線等故障時(shí)，必須保證dbj和fbj失磁落下。根據(jù)以上技術(shù)條件，從圖3中可以看出，表示用外線是通過(guò)x1（或x2）與x3組成電路。當(dāng)?shù)啦磙D(zhuǎn)換完畢，自動(dòng)開閉器接點(diǎn)變換位置，切斷電機(jī)的動(dòng)作電路。在電路中串聯(lián)的1dqj線圈1-2失磁落下，依命其第一組后接點(diǎn)接通表示電路。如道岔在定位位置，是依靠x1和x3構(gòu)成表示電路，如道岔在反位位置，則依靠x2和x3構(gòu)成表示電路。道岔定位表示繼電器dbj和道岔反位表示繼電器fbj均采用開jpxc-1000型偏極繼電器，表示電路中專為表示電源設(shè)置了一個(gè)bd17型的道岔表

12、示變壓器，其變比為2:1。l為交流220v電壓，ii輸出110v電壓，達(dá)到降低表示繼電器端電壓的目的。道岔不論在定位還是道岔在反位，電路中只有半波電流通過(guò)，另一半波電流是靠并聯(lián)在dbj和fbj線圈上的電容器c（采用4uf500v）放電電流使dbj或fbj保持吸起。dbj 和fbj線圈是反接的，這是為了使在定、反位改變不同半波電流方向使相應(yīng)的表示繼電器吸起。2.4 繼電器對(duì)于有接點(diǎn)的繼電器，它的繼電特性如圖4所示。繼電器線圈回路為輸入回路，繼電器接點(diǎn)所構(gòu)成的回路為輸出回路。當(dāng)線圈中電流ix增加到某一定值lx2時(shí)，繼電器銜鐵動(dòng)作， 接點(diǎn)閉合，接點(diǎn)回路中的電流從零突然增大到ly2，如線圈中電流ix繼

13、續(xù)增大，由于接點(diǎn)回路中的電阻不變，所以接點(diǎn)回路中的輸出電流iy2保持不變，當(dāng)線圈中電流減小到ix1時(shí)，繼電器銜鐵釋放（落下），輸出電流iy突然減小到零，此后ix再減小到零時(shí)，iy仍保 持下變。 在控制電路中使用了三種類型的安全型繼電器，分別為無(wú)極繼電器jwjxc一125/0.44、偏極繼電器 jpxc-1000、有極繼電器jyjxc125/330。繼電器有兩個(gè)狀態(tài)，吸起狀態(tài)和落下狀態(tài)。在電路圖中只能表達(dá)這兩種狀態(tài)中的一種有 所規(guī)定。電路圖中繼電器呈現(xiàn)的狀態(tài)稱為通常狀態(tài)（簡(jiǎn)稱常態(tài)），或稱為定位狀態(tài)。在鐵路信號(hào)系統(tǒng)中遵循以下原則來(lái)規(guī)定定位狀態(tài)：繼電器的定位狀態(tài)應(yīng)與設(shè)備的定位狀態(tài)相一致，信號(hào)布置圖中

14、所反映的設(shè)備狀態(tài)約 定為設(shè)備的定位狀態(tài)。例如一般信號(hào)機(jī)以關(guān)閉為定位狀態(tài).道岔以開通定位為定位狀態(tài)，軌 道電路以空閑為定位狀態(tài)。根據(jù)故障-安全原則，繼電器的落下狀態(tài)必須與設(shè)備的安全側(cè)相一致。例如信號(hào)繼電器的落下應(yīng)與信號(hào)關(guān)閉相一致，軌道繼電器落下應(yīng)與軌道電路占用相一致。這樣才能實(shí)現(xiàn)電路發(fā)生斷電故障時(shí)倒向安全側(cè)。圖4繼電特性曲線3 西門子plc編程軟件step73.1建立新工程根據(jù)建立新工程向?qū)瓿?，cpu選擇cpu315，選擇梯形邏輯圖編程（lad）模式。建立新工程如圖5所示。 圖5 建立新工程3.2硬件組態(tài)按照ps（電源）、cpu、di（數(shù)字量輸入）、do（數(shù)字量輸出）模塊進(jìn)行定義。硬件組態(tài)如圖

15、6所示。 圖6 硬件組態(tài)注意：上圖中數(shù)字里輸入模塊為16通道輸入.因此系統(tǒng)分配的輸入地址為o和1。訪問(wèn)時(shí)按照i0.0-i0.7進(jìn)行訪問(wèn).同樣數(shù)字盤輸出模塊也為16通道，地址為4和5，按照q4.1-q5.7訪問(wèn)。3.3符號(hào)表定義為使編寫的程序更有可讀性，因此為相關(guān)的參數(shù)給予相對(duì)應(yīng)的定義，建立符號(hào)表（如圖7所示），符號(hào)表相關(guān)定義（如圖8圖所示）。其中的變量1dqj 代表1dqj的狀態(tài)，1dqj12表示1dqj的12線圈，1dqj34代表1dqj的34線圈。 圖7建立符號(hào)表圖8 符號(hào)表定義3.4編寫obi主程序按照道岔控制電路原理進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，主程序局部圖（如圖9所示）。所有主程序見附錄2。圖9 主

16、程序局部圖3.5程序下載調(diào)試將程序下載至plc，在線監(jiān)控進(jìn)行調(diào)試。在圖7中的按鈕可以啟動(dòng)仿真plc程序，其界面（如圖10所示），可以通過(guò)運(yùn)行或停止按鈕來(lái)控制plc的運(yùn)行狀態(tài)，還可以通過(guò)插入輸入和輸出模塊來(lái)輸入控制量或觀察輸出過(guò)。如圖中ib表示輸入模塊，后面的輸入的數(shù)字表示輸入通道的字節(jié)地址，而下面對(duì)應(yīng)的07則表示該字節(jié)地址對(duì)應(yīng)的輸入通道，例如ib1輸入字節(jié)，選擇2通道，對(duì)應(yīng)于程序中的i1.2，qb表示輸出通道的字節(jié)地址， 同樣qb4輸出字節(jié)，選擇5通道，對(duì)應(yīng)于程序中的q4.5。圖10 調(diào)試界面4 道岔控制電路的分析4.1緩放繼電器的緩放時(shí)間模擬 用plc編程軟件step7模擬緩放繼電器的緩放功

17、能，模擬電路局部圖如圖11所示。圖11 緩放繼電器模擬電路4.2道岔控制電路原理分析4.2.1按下開關(guān)sa和fcjkzsa1dqj（線圈）3-42dqj141-142fcjkf（1dqj的線圈吸起）kz1dqj42dqj（線圈）1-2fcjkf（2dqj的線圈吸起）（1）電機(jī)反轉(zhuǎn)dz2201dqj（線圈）1-21dqj11-132dqj111-113x2 2（接線盒）1112 2 3m405/065(接線盒) x41dqj21-232dqj121-123rd2df220（2）反位表示電路fbj2dqj131-1331dqj11-122dqj111-112x22(接線盒)1121229（接線盒）

18、7（接線盒）232401/0243443(接線盒) x3 rbbfbj4.2.2按下開關(guān)sa和dcjkz sa1dqj（線圈）3-42dqj141-143dcjkf（1dqj的線圈吸起）kz 1dqj3 2dqj（線圈）3-4dcj kf（2dqj的線圈吸起）（1）電機(jī)正轉(zhuǎn)dz2201dqj（線圈）1-21dqj11-132dqj111-112x2 1（接線盒）41421 3m405/065(接線盒) x41dqj21-232dqj121-122rd2df220（2）定位表示電路dbj2dqj131-1321dqj11-122dqj111-112x11(接線盒)413132237（接線盒）9（

19、接線盒）3334131403/04443（接線盒)x3rbbdbj4.3 程序運(yùn)行結(jié)果分析(1)給出反位操作信號(hào)后，運(yùn)行結(jié)果如下（如圖12-a和12-b）圖12-a 轉(zhuǎn)轍機(jī)給出反位表示（2）給出定位操作信號(hào)后，運(yùn)行結(jié)果如下（如圖13-a和13-b）圖13-a轉(zhuǎn)轍機(jī)給出定位表示圖13-b定位操作調(diào)試結(jié)果5 設(shè)計(jì)遇到的問(wèn)題及解決辦法（1）問(wèn)題：應(yīng)使用何種繪圖工具繪制道岔電路原理圖？解決方法：網(wǎng)上查找資料和圖書館借閱相關(guān)書籍。最終小組討論使用cad繪制道岔電路原理圖。（2）問(wèn)題：初次接觸plc編程軟件，對(duì)于該軟件的一些基本語(yǔ)句和符號(hào)不清？解決方法：查閱相關(guān)書籍，學(xué)習(xí)plc基本語(yǔ)句。繼電器前接點(diǎn)用常開觸點(diǎn)表示，后接點(diǎn)用常閉觸點(diǎn)表示。(3)問(wèn)題：調(diào)試過(guò)程中，2dqj不能正常轉(zhuǎn)極？解決方