目 录
摘要…………………………………………………………………………2关键字………………………………………………………………………2一、概述……………………………………………………………………31.1 系统简介………………………………………………………………31.2 plc工作原理 …………………………………………………………3二、功能需求分析…………………………………………………………52.1 方案研究………………………………………………………………52.2 控制要求………………………………………………………………52.3 控制任务分析…………………………………………………………52.4 流程图…………………………………………………………………5三、具体设计………………………………………………………………63.1 PLC 选型………………………………………………………………63.2 道路传感器分布图……………………………………………………63.3 出入输出地址定义……………………………………………………73.4 PLC 控制系统硬件接线图……………………………………………83.5 程序梯形图……………………………………………………………8四、系统安装与调试………………………………………………………10五、心得体会和意义………………………………………………………10参考文献……………………………………………………………………11附录…………………………………………………………………………12
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铁路与公路交叉口护栏自动控制系统 设计者姓名：吴超
铁路与公路交叉口护栏自动控制系统
吴超（10机电11）
摘 要
铁路与公路交叉口护栏自动控制系统设计是应时代发展的要求，节约大量的人力资源，实现自动化控制的控制系统。本次的设计是当任意方向火车驶来，压住预告传感器1时将道路右侧前方封锁，同时发出警告，让道口区内的车辆快速通过。压住预告传感器2时，封锁护栏封锁全部道口。火车通过后，且无另一辆火车驶来，解除封锁，否则，重复上面的程序。通过设计，了解PLC的基本功能及此设计的工作原理。
本次设计的是铁路与公路交叉口护栏自动控制系统，要求了解PLC的主要功能，掌握PLC用于自动控制系统的基本操作，了解PLC软件的格式和使用要求，能够用PLC软件编制简单的自动控制程序。
关键字：PLC 自动控制 铁路道口护栏
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铁路与公路交叉口护栏自动控制系统 设计者姓名：吴超
一、 概述
1.1系统简介
根据铁路与公路交叉口处行车的需要，设计了一套护栏自动控制系统。该系统采用振动传感器检测火车信号，护栏的升降采用三相异步电动机启动，控制系统选用西门子公司的S7-200系列小型PLC, 在自动运行状态时,当火车通过叉口若干秒以前,根据火车传来的振动信号自动启动PLC控制系统,来完成公路段上红灯亮,警铃响,并降下护栏。当火车离开若干秒,并且无下一列火车驶来时，护栏升起,公路段绿灯亮,行人及汽车通过。手动状态则根据开关手动控制电机的正转与反转来完成护栏的升起与下落。1.2 PLC工作原理
PLC即可编程控制器，它是微机技术与继电接触器常规控制概念相结合的产物，即采用了微型计算机的基本结构和工作原理，融合了继电接触器控制的概念构成一种新型电控器，它专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并采用数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC具有各种优良的特点：
通用性强；接线简单；编程容易；抗干扰能力强、可靠性高；容量大、体积小、重量轻、功耗少、成本低、维修方便。
1.2.1 PLC的组成：
1.CPU 运算和控制中心起“心脏”作用。当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。 横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。 组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
2．存储器 具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。
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铁路与公路交叉口护栏自动控制系统 设计者姓名：吴超
厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。
3．输入/输出接口 （1）输入接口： 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。 发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。 光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。 输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。（2）输出接口 PLC的继电器输出接口电路 工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 （3）还有特别用来输入/输出模拟电流信号和高速脉冲信号的特殊结构，例如：模数/数模转换模块、高速计数模块等。
4．编程器 编程器分为两种，一种是手持编程器，方便，我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口，与计算机相连，然后敲击键盘，通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。
1.2.2 PLC的基本工作原理
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
1．每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。 2．输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令
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铁路与公路交叉口护栏自动控制系统 设计者姓名：吴超
本身占有的时间（3）指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。
6．由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
二、功能需求分析
2.1方案研究
铁路与公路交叉口护栏自动控制系统设计。任意方向火车驶来，压住预告传感器1使将道路右侧向前方向封锁，同时发出警告，让道口区内的车辆快速通过。压住预告传感器2时，护栏落下，封锁全部道口，火车通过后，且无另一列火车驶来时，接触封锁，否则继续发出警告，循环程序。2.2控制要求
根据铁路与公路交叉口处行车的需要，设计了一套护栏自动控制系统。系统主要由PLC、三相异步电动机、振动传感器等组成，分为手动和自动控制两种方式。采用梯形图语言完成对现场的控制，使用MCGS监控组态软件设计人机界面。任意方向火车驶来，压住预告传感器1使将道路右侧向前方向封锁，同时发出警告，让道口区内的车辆快速通过。压住预告传感器2时，护栏落下，封锁全部道口，火车通过后，且无另一列火车驶来时，接触封锁，否则继续发出警告，循环程序。列出输入和输出分配表，画出PLC硬件接线图，列出PLC程序清单及注释。2.3 控制任务分析
1、此自动控制系统是通过火车触动传感器和PLC来实现的。2、当火车驶入道口，位于两侧的传感器1将会检测到火车，从而发出信号到PLC。PLC根据程序设定对应输出，使护栏关闭右侧公路，汽车可以顺利驶出道口。
3、计时器开始计时，经过20秒后护栏全部关闭。
4、当火车驶出道口经过传感器2传感器发出信号到PLC，PLC作出反应，在没有下一列火车驶来的信号发出的情况下，打开两侧的护栏。使公路开始通车。2.4流程图（如图1—1）
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铁路与公路交叉口护栏自动控制体统-吴超(最新整理)
