【课程设计】铁路信号课程设计报告 道岔控制电路设计及仿真（WORD档）P18.doc

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1、道岔控制电路设计及仿真1 前言1.1设计背景铁路信号技术是计算机、现代通信和控制技术在铁路运输生产过程中的具体应用，是保证行车安全、提高运输效率、改善劳动条件和运营管理水平的重要设备，也是铁路实现集中统一指挥的重要手段。道岔是列车从一股道转向另一股道的转辙设备，它是铁路线路中最关键的特殊设备，也是铁路信号的主要控制对象之一。道岔的转换盒锁闭，直接关系到行车安全。由各类动力转辙机转换和锁闭道岔，易于集中操作，实现自动化。转辙机是很总要的信号基础设备，保证行车安全，提高运输效率，改善行车人员的劳动强度，起着非常重要的作用。ZD6系列电动转辙机是我国铁路使用最广泛的电动转辙机。1.2 设计目的本课题

2、制作的主要目的是让道岔控制过程能清晰明了的展现在我们面前。让复杂的工作原理和动作过程能简单化，这样就让我们能够比较容易的理解和记忆。另外一个层面我们可以学习一下PLC软件的简单知识。为以后的工作和学习服务。ZD6转辙机控制电路结构复杂，其中包括自动开闭器动作电路、道岔启动电路、道岔表示电路等，涉及的知识面广，内容多。通过自己学习和使用PLC仿真软件，学会分析道岔控制原理的分析，以增强对无极、有极、偏极继电器的工作原理的认识，明确铁路信号原理的故障-安全准则。1.3 设计内容根据理论课程内容和实验室条件，在一周的课程设计时间内。要针对铁路信号系统的转辙机原理及其继电器控制回路进行分析，并在PLC

3、中对其控制功能进行仿真，以增强学生对无极、有极、偏极继电器的工作原理的认识。明确铁路信号故障-安全准则。具体完成的内容为: (l)控制电路的继电器原理图绘制（见附录1）； (2)PLC仿真程序源程序（见附录2）及仿真PLC下载运行； (3)编写课程设计报告，内容包括对道岔控制原理的分析，PLC程序设计说明，程序运行结果等。 2 设备介绍2.1信号电源屏 系统电源屏采用国铁路阳PGM信号电源屏，系统内设有两路输入电源转换电路。当某路供电电源发生故障或需要人为进行转换时，能在0.15秒内转换至另一路电源。高频交 流电源模块采用“1+1”热备方式，当某一主用电源模块发生故障时，备用模块能自动投 入工

4、作。直流电源采用“N+M”并联冗余方式。模块的智能仪表能够实时显示各功能单元的工作情况及状态信息，交流模块面板上的 正常指示灯及工作指示灯点亮，表明模块工作正常，另一模块正常指示灯点亮.表明模块处于热机备用状态。直流模块工作指示灯点亮，并机输出。屏内设有监督报警回路，在输入、输出模块故障时，模块故障指示红灯点亮，同时接通模块故障报警回路：而当输出配电开关脱扣时，输出故障指示红灯点亮，同时接通输出故障报警回路。此时可转动故障报警切除开关HK至 故障消音位置并查故障原因，当恢复正常工作后，报警器亦会鸣响。 以提醒值班员将HK恢复至 故障报警监督位置。ZD6转辙机使用DC22OV输出，继电器使用电源

5、屏DC24V电源。2.2转辙机2.2.1转辙机的功能 转辙机是道岔控制系统的执行机构，用于道岔的转换与锁闭，以及对道岔所处位置和状态的监督。转辙机是转辙装备的核心和主体，除转辙机本身外，还包括外锁闭装置（内锁闭方式没有）和各类杆件、安装装置，它们共同完成道岔的转换和锁闭。转辙机的作用具体如下： （1）转换道岔的位里，根据需要转换至定位或反位； （2）道岔转至所需位置而且密贴后，实现锁闭，防止外力转换道岔； （3）正确地反映道岔的实际位置，道岔的尖轨密贴于荃本轨后，给出相应的表示； （4）道岔被挤或因故处于“四开”（两侧尖轨均不密贴）位里时，及时给出报苦及表示。 ZD6系列电动转辙机的功能是转换

6、、锁闭、表示铁路道岔。当接通ZD6电转机的电源后，按下列顺序自动完成其功能： 切断原表示电路 释放道岔锁闭 转换道岔 锁闭道岔 接通新表示电路。在设计ZD6电转机的过程中，充分考虑了“故障安全”原则。当发生挤岔等事故时，ZD6电转机能较好地保护铁路道岔，机车等重要铁路运输设备。2.2.2 ZD6系列电动转辙机的型号及其含义ZD6系列电动转辙机的型号（如图1所示）。图1 ZD6系列电动转辙机的型号2.2.3 ZD6转辙机的结构和传动原理ZD6电转机在设计过程中充分考虑了制造、使用、保养、维护的特点，把它分成电动机、减速器、自动开闭器、主轴、动作杆、表示杆、移位接触器、底座及机盖等九个部件， 各位

7、一体，独立制造，摸得着、看得见，方便了检查、保养、维护。其传动原理如图2所示。图中各机件所处的位置是动作杆由右向左移动后的停止状态，即动作杆在伸出位置时 各构件的位置。为使动作杆向右移动，其传动过程如下： 来自道岔控制电路的电源，经由图中的自动开闭器的第一排接点，接至电动机，使电动机按图中所示方向旋转。 电动机通过齿轮1带动减速器，使输出轴按反时针方向旋转. 输出轴和主轴之间用起动片连接在一起，起动片有三个作用:（1）十字接头联轴器作用，它使主轴和输出轴联结在一起，使主轴和输出轴同步旋转；（2）凸轮作用，把主轴的旋转运动变为自动开闭器支架的摆动；（3）把主轴的旋转运动变为速动片的间歇运动，使动

8、接点能快速切断控制电路，确保接点组的使用寿命。 主轴的旋转运动通过锁闭齿轮传给齿条块，变为动作杆的直线运动，实现对道岔的 转换和锁闭。 自动开闭器支架的摆动，带动自动开闭器的接点转换机构和检查柱，实现对表示电路的控制和道岔的密贴检查。图2 转辙机传动原理图对于可挤型ZD6电转机，当发生挤岔事故时，道岔尖轨向另一侧运动，通过安装装置，推动表示杆、动作杆向与现在所处状态相反方向运动。表示杆推动检查柱向上运动，切断表示电路；与此同时，动作杆切断挤切销，使顶杆向上运动，顶开移位接触器，也切 断表示电路，井实现挤岔报警。 2.2.4 ZD6转辙机的自动开闭器接点自动开闭器有2排动接点，4排静接点。它们的

9、编号是，站在电动机处观察，自左至右分别为第1排、第2排、第3排、第4排接点，如图2所示。每排接点有3组接点，自上而下顺序编号，第1排接点为11 12、1314、1516，其余类推。若转辙机定位时1、3排接点闭合，则转辙机向反位动作，解锁时.左动接点先动作， 断开第3排接点。切断道岔定位表示电路:接通第4排接点，为反转做好准备。转换至反位，右动接点动作，断开第1排接点，切断电动机动作电路:接通第2排接点.沟通道岔反位表示电路。 若转辙机定位时2、4排接点闭合，则转向反位时。右动接点先动作，断开第2排接点， 接通第1排接点；转换到反位时，左动接点动作.断开第4排接点，接通第3排接点。从反位转向定位

10、时，接点动作情况与上述相反。图3自动开闭器接点2.3 ZD6转辙机控制电路2.3.1道岔启动电路的动作原理由第一道岔启动继电器1DQJ检查联锁条件，符合要求后才能启动励磁；然后由第二 道岔启动继电器2DQJ控制电机的转动方向，以决定使电机将道岔转向定位还是转向反位；最后由直流电动机转换道岔。按进路方式动作的道岔启动电路:由FCJ、DCJ接通启动电路。2.3.2道岔表示电路道岔表示不仅用于监督，而更重要的是用于联锁，所以道岔表示电路也应有完善的故 障安全措施，对道岔表示电路的技术要求如下： 用继电器吸起状态和道岔的正确位置相对应，分别设置道岔定位继电器DBJ和道岔反位继电器FBJ； 当室内外联系

11、线路发生混线或混入其它电源时，必须保证不致使DBJ和FBJ错误吸起；当道岔在转换或发生挤岔事故，停电或断线等故障时，必须保证DBJ和FBJ失磁落下。根据以上技术条件，从图3中可以看出，表示用外线是通过X1（或X2）与X3组成电路。当道岔转换完毕，自动开闭器接点变换位置，切断电机的动作电路。在电路中串联的1DQJ线圈1-2失磁落下，依命其第一组后接点接通表示电路。如道岔在定位位置，是依靠X1和X3构成表示电路，如道岔在反位位置，则依靠X2和X3构成表示电路。道岔定位表示继电器DBJ和道岔反位表示继电器FBJ均采用开JPXC-1000型偏极继电器，表示电路中专为表示电源设置了一个BD17型的道岔表

12、示变压器，其变比为2:1。l为交流220V电压，II输出110V电压，达到降低表示继电器端电压的目的。道岔不论在定位还是道岔在反位，电路中只有半波电流通过，另一半波电流是靠并联在DBJ和FBJ线圈上的电容器C（采用4uf500V）放电电流使DBJ或FBJ保持吸起。DBJ 和FBJ线圈是反接的，这是为了使在定、反位改变不同半波电流方向使相应的表示继电器吸起。2.4 继电器对于有接点的继电器，它的继电特性如图4所示。继电器线圈回路为输入回路，继电器接点所构成的回路为输出回路。当线圈中电流Ix增加到某一定值lx2时，继电器衔铁动作， 接点闭合，接点回路中的电流从零突然增大到ly2，如线圈中电流Ix继

13、续增大，由于接点回路中的电阻不变，所以接点回路中的输出电流Iy2保持不变，当线圈中电流减小到Ix1时，继电器衔铁释放（落下），输出电流Iy突然减小到零，此后Ix再减小到零时，Iy仍保 持下变。 在控制电路中使用了三种类型的安全型继电器，分别为无极继电器JWJXC一125/0.44、偏极继电器 JPXC-1000、有极继电器JYJXC125/330。继电器有两个状态，吸起状态和落下状态。在电路图中只能表达这两种状态中的一种有 所规定。电路图中继电器呈现的状态称为通常状态（简称常态），或称为定位状态。在铁路信号系统中遵循以下原则来规定定位状态：继电器的定位状态应与设备的定位状态相一致，信号布置图中

14、所反映的设备状态约 定为设备的定位状态。例如一般信号机以关闭为定位状态.道岔以开通定位为定位状态，轨 道电路以空闲为定位状态。根据故障-安全原则，继电器的落下状态必须与设备的安全侧相一致。例如信号继电器的落下应与信号关闭相一致，轨道继电器落下应与轨道电路占用相一致。这样才能实现电路发生断电故障时倒向安全侧。图4继电特性曲线3 西门子PLC编程软件step73.1建立新工程根据建立新工程向导完成，CPU选择CPU315，选择梯形逻辑图编程（LAD）模式。建立新工程如图5所示。 图5 建立新工程3.2硬件组态按照PS（电源）、CPU、DI（数字量输入）、DO（数字量输出）模块进行定义。硬件组态如图

15、6所示。 图6 硬件组态注意：上图中数字里输入模块为16通道输入.因此系统分配的输入地址为O和1。访问时按照I0.0-I0.7进行访问.同样数字盘输出模块也为16通道，地址为4和5，按照Q4.1-Q5.7访问。3.3符号表定义为使编写的程序更有可读性，因此为相关的参数给予相对应的定义，建立符号表（如图7所示），符号表相关定义（如图8图所示）。其中的变量1DQJ 代表1DQJ的状态，1DQJ12表示1DQJ的12线圈，1DQJ34代表1DQJ的34线圈。 图7建立符号表图8 符号表定义3.4编写OBI主程序按照道岔控制电路原理进行程序设计，主程序局部图（如图9所示）。所有主程序见附录2。图9 主

16、程序局部图3.5程序下载调试将程序下载至PLC，在线监控进行调试。在图7中的按钮可以启动仿真PLC程序，其界面（如图10所示），可以通过运行或停止按钮来控制PLC的运行状态，还可以通过插入输入和输出模块来输入控制量或观察输出过。如图中IB表示输入模块，后面的输入的数字表示输入通道的字节地址，而下面对应的07则表示该字节地址对应的输入通道，例如IB1输入字节，选择2通道，对应于程序中的I1.2，QB表示输出通道的字节地址， 同样QB4输出字节，选择5通道，对应于程序中的Q4.5。图10 调试界面4 道岔控制电路的分析4.1缓放继电器的缓放时间模拟 用PLC编程软件step7模拟缓放继电器的缓放功

17、能，模拟电路局部图如图11所示。图11 缓放继电器模拟电路4.2道岔控制电路原理分析4.2.1按下开关SA和FCJKZSA1DQJ（线圈）3-42DQJ141-142FCJKF（1DQJ的线圈吸起）KZ1DQJ42DQJ（线圈）1-2FCJKF（2DQJ的线圈吸起）（1）电机反转DZ2201DQJ（线圈）1-21DQJ11-132DQJ111-113X2 2（接线盒）1112 2 3M405/065(接线盒) X41DQJ21-232DQJ121-123RD2DF220（2）反位表示电路FBJ2DQJ131-1331DQJ11-122DQJ111-112X22(接线盒)1121229（接线盒）

18、7（接线盒）232401/0243443(接线盒) X3 RBBFBJ4.2.2按下开关SA和DCJKZ SA1DQJ（线圈）3-42DQJ141-143DCJKF（1DQJ的线圈吸起）KZ 1DQJ3 2DQJ（线圈）3-4DCJ KF（2DQJ的线圈吸起）（1）电机正转DZ2201DQJ（线圈）1-21DQJ11-132DQJ111-112X2 1（接线盒）41421 3M405/065(接线盒) X41DQJ21-232DQJ121-122RD2DF220（2）定位表示电路DBJ2DQJ131-1321DQJ11-122DQJ111-112X11(接线盒)413132237（接线盒）9（

19、接线盒）3334131403/04443（接线盒)X3RBBDBJ4.3 程序运行结果分析(1)给出反位操作信号后，运行结果如下（如图12-a和12-b）图12-a 转辙机给出反位表示（2）给出定位操作信号后，运行结果如下（如图13-a和13-b）图13-a转辙机给出定位表示图13-b定位操作调试结果5 设计遇到的问题及解决办法（1）问题：应使用何种绘图工具绘制道岔电路原理图？解决方法：网上查找资料和图书馆借阅相关书籍。最终小组讨论使用CAD绘制道岔电路原理图。（2）问题：初次接触PLC编程软件，对于该软件的一些基本语句和符号不清？解决方法：查阅相关书籍，学习PLC基本语句。继电器前接点用常开

20、触点表示，后接点用常闭触点表示。(3)问题：调试过程中，2DQJ不能正常转极？解决方法：经检查发现是由于2DQJ的34线圈和2DQJ的12线圈在逻辑定义时发生冲突，导致程序无法正常运行。将出错的程序进行修正即可，经过修正，2DQJ能都正常转极。6 心得体会通过一个星期的实践，我通过动手使用相关的铁路信号设备，设计相应的继电逻辑组合电路完成设备的控制电路，并运用CAD绘制倒查电路控制原理图，通过现场实际设备的连接和软件逻辑模拟两种方式实现。对铁路信号系统的转辙机原理及其继电器控制回路进行分析，并在PLC中对其控制功能进行仿真，增强了对无极、有极、偏极继电器的工作原理的惹事，明确铁路信号故障安全准

21、则。通过此次PLC编程软件的学习和初步运用，对PLC的一些基本位逻辑语句有了初步的了解，为日后学习和运用该软件奠定了基础。实践课将我们学习的理论知识灵活的运用起来，是我们对理论知识有了更深入更直观的了解和认识。 通过这门课程的学习，在老师的辛苦教导下，我们热心学习，觉得这门课程掌握起来其实并不是想象中的那么难。在学习和摸索中，发现了自己许多不足，只是的漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论知识的应用能力还急需提高。领到了自己的任务后，利用软件绘制道岔控制电路。在此次实践中，带给了我们不少的收获，更重要的是为我们以后的毕业设计打下良好的基础。参考文献1铁路信号基础郭进.西南交通大学，26502电气集中原理图册何文卿.铁道工业出版社.19973实验室培训资料轨道交通学院 4西门子step7用户手册 5三菱PLC比编程手册 附录2OBI主程序清单：