学位论文-—铁路与公路交叉口自动控制系统设计.doc

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1、毕业论文铁路与公路交叉口自动控制系统设计作者姓名：XXXX专业名称：自动化指导教师：XXXX 讲师铁路与公路交叉口自动控制系统设计摘要本设计是护栏自动控制系统。是由超声波传感器和振动传感器来控制的。设计中采用了T/R40-16超声波传感器和ZD25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。三级减速外啮合齿轮传动减速器。控制系统选用FX1N PLC控制。利用限位开关对护栏位置控制。栏木机上还装有电磁摩擦制动器，保证护栏可以处在水平和垂直两个极限状态，同时还具备及时制动功能，可使栏杆保持在任何状态。当机车通过交叉口若干分钟以前，公路段上红灯亮，警铃响，护栏自动下降。当机车离开时，公

2、路段上绿灯亮，护栏升起，行人及汽车通过。关键词：可编程控制器 限位行程开关 交叉口- II -AbstractThe automatic control system is designed guardrail. By the ultrasonic sensor and a vibration sensor control. Design uses ultrasonic sensors and ZD25 T/R40-16 vibration sensor detects a train signal. Fence MoveMents using three-phase asynchronous

3、 Motor starting. Three external gear drive gear reducer. FX1N PLC control systeM used to control. The use of liMit switches for position control fence. The Machine is also equipped with an electroMagnetic field of wood friction brake to ensure that the fence can be in both the horizontal and vertica

4、l liMits of the state, also has braking function in tiMe, in any state can reMain railing.When the locoMotive through the intersection a few Minutes ago, the red light on Highway police rang, fence autoMatic (Manual) declined. When the locoMotive left on Highway green light, fence rises, pedestrians

5、 and cars pass.Keywords: PrograMMable, Controller, crossings目录摘要IAbstractII目录III1 绪论11.1 本文研究的背景及意义11.2 研究现状11.3 本文研究的内容及安排52 PLC可编程控制器62.1 可编程序控制器的定义62.2 PLC的结构72.3 PLC的基本工作原理92.4 PLC控制系统与电器控制系统的区别93.5 本章小结103设计方案及器件选型113.1 设计方案113.2 元器件选择123.2.1 PLC选型123.2.2超声波传感器选择123.2.3振动传感器选择133.2.4 电动机选择153.3

6、 本章小结164 控制系统硬件设计174.1 控制系统主电路设计174.2 PLC控制设计184.2.1 PLC的I/O分配184.2.2 PLC接线194.3 本章小结205 软件设计215.1 编程软件215.2 程序设计流程图225.3 系统主要梯形图235.4 本章小结25总结26致谢27参考文献28-IV-1 绪论自动控制技术从20世纪上半叶形成发展至今，已广泛用于众多领域，控制理论的很多思想和方法不仅应用在工程技术中，而且已渗透进医学、生物学甚至社会、经济的方面，自动控制在现代化建设中起着越来越重要的作用，控制理论研究的深入和计算机技术的迅速发展，使一些控制系统已实现数字化、智能化

7、、计算机化和集成化，从而使控制系统功能更强性能更忧、体积更小、运行更可靠。使得控制技术已成为国家、社会现代化的重要标志之一。1.1 本文研究的背景及意义随着交通越来越发达。人们对交通速度的要求也越来越高。火车在提速的同时，安全问题也变成了一个需要解决的问题。汽车越来越多，公路和铁路交叉的地方也越来越多，因此本文来做一个简单的交叉口安全问题解决方法。本文简单的方法可以使用于铁路和公路交叉口，让道路更加安全，人们可以更加方便清楚的知晓什么时候可以从铁路和公路交叉口开车走过。在铁路与公路的交叉口的管理中，护栏的启动、回撤以及铁路公路段的报警和灯示通常皆由道口值班人员操作控制，自动控制技术的不断发展与

8、成熟，铁路与公路交叉口采用PLC控制系统，铁路调度人员可以在调度室内直接启动PLC控制系统来管理交叉口处、以及多处交叉口的交通。这样既提高了控制效率，又减少了人力物力，更加强了交通安全性。1.2 研究现状目前国内铁路公路交叉口安全现状。早期的铁路与道路平交道口只设有简单的警告牌和道口标志，或是在繁忙的道口设看守员，利用机械栏木或栅门进行防护。随着铁路、道路车辆数量的增加和速度的提高，铁路道口的防护也日益发展和完善。20世纪20年代，开始在铁路道口设置由轨道接触器或轨道电路控制的自动报警机。50年代开始出现无人看守的道口自动信号和自动栏木设备。60年代相继研制出连续测速定时报警的道口自动信号、半

9、自动栏木、全自动化道口防护设备等。目前，各种遥控栏木和自动信号，以及障碍物自动探测装置和故障集中监视装置正在广泛应用于铁路道口防护。经济发展与交通事业发展是相辅相成的，没有经济的发展，交通事业的发展将失去发展的基础；交通又会反过来对经济的发展产生巨大的反作用。具体体现为，交通的快速发展将推动经济的健康增长，而交通的萎缩将成为经济发展的瓶颈，限制经济的发展。因此，道路交通的顺畅，是国家和地区经济持续、快速增长的非常重要的条件。我国的公路网营业里程已经突破180万公里，高速公路近2万公里，铁路营业里程达73002公里。民航和水运也取得充分的发展，中国形成初具规模的运输网络，大大改善了我国的交通运输

10、现状，极大的促进了我国经济的进一步高速发展。尤其是作为运输骨架的铁路、运输主体的公路，在中国经济高速发展进程中发挥着重要的作用。但是同时也出现了一些我们没有预料到的问题，特别是汽车保有量的急剧增长，导致了交通拥堵、交通事故、环境污染、能源紧缺等一系列严重问题。铁道部门的统计资料显示，最近几年来，随着我国铁路的提速、机动车保有量的迅速增长，加之国民安全意识较差，铁路设备的更新换代没有跟上经济发展的步伐等一系列的原因，导致我国铁路平交道口交通事故一直保持在较高的水平。如2002年发生道口交通事故728件，已经是近20年来的最低水平。每年仅道口交通事故就造成2000万的直接经济损失。由于受客观条件的

11、限制，还没有能力从高安全性的先进科技设备应用、科学管理的角度，彻底解决铁路平交道口的交通事故问题。下面就我国平交道口事故发生率高的原因做出分析，在对新技术应用、经济体制改革的可行性进行阐述后，提出相应的建议。道口安全现状据铁路工务部门统计（2003年），我国目前全路由平交道口13149处，从97年至今，我国在铁路平交道口方面投入了较大的力度，增加立交3834处，拆除立交5102处。在所有的平交道口中，有2000余处由铁路派人看守，其他道口部分繁忙路口由地方政府派人进行监管，约3000处。，我国铁路平交道口的交通事故，呈现出逐年下降的趋势。由其他的相关资料，可以得出一个总的结论，在政府的高度重视

12、下，在铁路单位和地方各级政府的共同努力下，我国铁路平交道口的交通事故率、重大事故率、伤亡率以及经济损失，都在稳步下降，道口交通事故的发生得到一定的控制。道口安全面临的问题如上所述，我国铁路道口的交通事故，得到一定的控制，但是事故发生率还保持较高的水平，这主要是在铁路提速、机动车保有量的快速增长的前提下，铁路道口的安保设施、管理手段没有跟上的缘故。分别分析如下：资金不足，设施落后自1997年以来，铁道部和各个铁路局每年投入约10亿元进行平交道口的改造，但是这个资金投入是远远不够的。我国还有一万多个路口没有改造，相对而言，改造的难度是非常大的，如资金来源、地方政府的配合程度，都会直接影响“平改立”

13、工程的进展。改造进程中，铁路与地方现实利益的冲突是永久的、绝对的。所以路口防护设施改造、道口看守是减少铁路与地方利益冲突的重要缓冲手段。而目前道口防护的改造，主要是增加道口信号、防护栏、警铃、派人看管等，这样会明显增加铁路运营成本、降低铁路运输效率。因此，道口防护信息化、科技化，管理科学化就被提上议事日程了。 道路交通人员素质较低，违章操作现象普遍人口众多是我国的基本国情，人口总体素质低下又是一个突出的特点。根据铁道部的统计，在2002年发生的所有道口交通事故中，有95%是属于路外责任。其中有81%的道口交通事故是由于机动车驾驶人员不遵守中华人民过和国道路交通管理条例第44条的规定，非法抢越道

14、口，造成重大交通事故，导致人员伤亡和巨大的经济损失。因此，提高广大国民尤其是机动车司机的自身素质和守法意识，是一个艰巨、长期而又十分紧迫的问题。解决交叉口交通问题的建议可以看出，我国铁路平交道口数量众多、安全状况较差。在实施“平改立”的过程中，又遇到了资金不足、地方不支持等很难协调的问题。因此，铁路在努力推进“平改立”的工作的同时，努力提高铁路平交道口设施的科技含量，加快道口防护的信息化进程，是一个可取的发展方向。目前，铁道部已经把GSMR作为铁路信息化的发展方向，已经应用到青藏铁路，据目前测试的结果来看，这门技术已经发展成熟，为运营组织中的海量数据及时传输提供了条件。另外，加强GPS在列车定

15、位中的应用，结合GSMR技术，实现列车信息在道口的实时发布，为道口控制、管理和道口与火车司机的通信创造一个良好的工作平台。上述技术是一个关于道口防护发展方向的构想。北京铁路局为解决近年来出现的道路车辆撞火车、威胁旅客列车安全问题，于2002年研制的“铁路道口防撞装置”已经通过铁道部鉴定。铁道部决定在京哈、京广、京沪、京九四大干线提速区段尚未实现平交改立交的108处有人看守道口全部安装这种装置。为提高道口事故防护水平做出了一个非常有用的探索。解决道口交通问题的建议要解决我国的铁路平交道口交通事故问题，要从体制和科技两个层面进行解决。因为健全体制和发展科技是相辅相成的两个方面。健全体制可以提高系统

16、效率，保证先进科技的顺利应用，先进科技的顺利应用又能促进体制的健全。下面分别从体制层面和科技层面提出解决道口事故的建议。科技强路，改善交通经济的发展促长了交通事故的发生，同样，经济的发展也能促进道口的立交化改造以及科学技术在事故防范中的应用。1加快道口平改立步伐。今后几年，随着国民经济不断发展，公路和铁路必将进入快速发展时期。火车提速、机动车猛增，道口安全问题将会越来越突出。铁路部门和地方政府要从长远利益出发，加大道口平改立的力度，彻底解决道口安全问题。2积极把先进科技应用到道口设施改造中来，如GPS、GSMR等技术，对于提高道口安全性、通过能力都能起到很大的作用。努力提高道口信息化水平，使得

17、道口设施更加人性化。3地方交通部门积极探索公路与铁路交叉口的衔接方式，落实道口标志、标线的检查验收，对于不合标准的，立即进行改造。交叉口交通控制器设计的必要性随着我国经济建设的不断发展，交通运输业已日愈繁荣，而路网的建设速度也是有限的，解决之道是提速，现在的火车已经提速到了250kM/小时，使得500M远的火车能在7.2s钟内到达你身边。现有的道口情况是：人流和车流量多的铁路道口采用栏杆来切断火车通过交叉口时公路方向的流通，但是这种栏杆完全是由人工实现的，因此浪费了大量的人力；一些人流和车流量少的道口即无人看守也无栏杆，增加了道口的危道险性。现在，电子技术已经渗透到社会生活的各个方面，采用电子

18、技术可以精确的检测火车的到来与离开，并对铁路交叉口的拦车杆实现自动控制，则不仅有效地提高道路运输力，促进交通运输业的发展，又确保了道口的安全通行。1.3 本文研究的内容及安排本设计是护栏自动控制系统。是由超声波传感器和振动传感器来控制的。设计中采用了压力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。三级减速外啮合齿轮传动减速器。控制系统选用FX1N PLC控制。利用限位开关对护栏位置控制。栏木机上还装有电磁摩擦制动器，保证护栏可以处在水平和垂直两个极限状态，同时还具备及时制动功能，可使栏杆保持在任何状态。当机车通过交叉口若干分钟以前，公路段上红灯亮，警铃响，护栏自动（手动）下降。当机车

19、离开时，公路段上绿灯亮，护栏升起，行人及汽车通过。2 PLC可编程控制器2.1 可编程序控制器的定义可编程序控制器，英文称PrograMMable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal CoMputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克

20、服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2发布了可编程序控制器标准草案的

21、第一，二，三稿。在第三稿中，对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。定义强调了PLC是：1 数字运算操作的电子系统也是一种计算机2 专为在工业环境下应用而设计3 面向用户指令编程方便4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作5 数字量或模拟量输入输出控制6 易与控制系统联成一体7 易于扩

22、充2.2 PLC的结构（1）主机CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接受并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后在按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数

23、据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算中的结果，它也是在控制器指挥下工作的。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析以无必要，我们只要弄清楚它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示，种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC

24、的主箱体也有这些显示，它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。（2）输入/输出（I/O）接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中

25、型机有几百个点，大型机将超过千点。（3）电源有些CPU中的电源，是与CPU模块和二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC个模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电流电压，常用的为24V。（4）编程编程是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过专用的PC I电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的软件进行电脑编程和监控。（5）输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。（6

26、）底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个（7）PLC外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 编程设备：有建议编程器和智能图形编程器，由于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。监测设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面控制数据存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、

27、EEPROM写入器等。输入输出设备：用于接受信号或输出信号，一般有条码读入器，输入模拟量的电位器，打印机等。2.3 PLC的基本工作原理可编程序器属于工业控制计算机，它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，通过执行反映控制要求的用户程序来实现。执行用户程序时，需要各种现场信息，如果这些现场信息已送到PLC的输入端口，PLC将采用所有输入信号并存放到输入映象寄存器中，执行用户程序时所需输入状态均在输入映象寄存器中取用。同样，PLC对外部的输出控制也是先把CPU执行用户程序后的输出结果存放在输出映象寄存器中，等执行完用户程序后，将所有输出结果一次性向输出端口或输出模块输出，使输出设备部件动作。

28、PLC的工作过程是一个不断循环扫描的过程。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。当PLC处于正常运行时，PLC会不断循环扫描地工作下去。2.4 PLC控制系统与电器控制系统的区别PLC控制系统与电器控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同。不同之处主要在以下几个方面：（1）从控制方法上看，电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了

29、计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。 （2）从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式

30、称为串行工作方式（3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快， 程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。 （4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。 （5）从可靠性和可维护性上看，

31、由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便3.5 本章小结这章通过简单的介绍，说明了PLC的定义、结构、工作原理以及PLC的特点，给大家一个简单的认识，给系统设计做了一个初步的期间选择。3设计方案及器件选型3.1 设计方案在铁路和公路的交叉口处，汽车、行人的各自交通皆应受交叉口护栏的开启、关闭的控制。以及指示灯、响铃的提示。这种控制和

32、提示可以用PLC去完成。自动控制系统中，选用超声波传感器和振动传感器共同检测机车到来的信息。采用两种传感器共同检测可以降低系统的误动作。确保交通的安全和车辆的畅通。当机车要通过交叉口若干分钟之前，传感器得到信号后。PLC控制声光报警器。此时，公路段上红灯亮、警铃响。系统向机车司机及行人提示，机车要通过交叉口，公路段要关闭。PLC控制电动机得电，电动机转动，护栏下降。当机车离开时，振动传感器得到信号后。PLC控制电动机反转、护栏升起。其结构如图3.1所示。图3.1 交叉口布置图图中A1、B1的位置距道口2公里，A2、B2的位置距道口1公里。在铁路和公路的交叉口处，汽车、行人的各自交通皆应受交叉口

33、护栏的开启、关闭的控制。以及指示灯、响铃的提示。这种控制和提示可以用PLC去完成。自动控制系统中，选用超声波传感器和振动传感器共同检测机车到来的信息。采用两种传感器共同检测可以降低系统的误动作。确保交通的安全和车辆的畅通。在铁路与公路交叉口护栏自动控制系统中，采用传感器检测机车信号，PLC控制护栏的升降。而电路的设计、梯形图的编制成为整个设计的重点、难点。3.2 元器件选择3.2.1 PLC选型根据控制要求，此系统需要11个输入端子，5个输出端子，三菱FX1N PLC可以满足这个条件，而且三菱FX1N PLC价格适合，所以选择三菱FX1N PLCFX1N PLC是一种普遍选择方案,最多可达12

34、8点控制,并且能增加特殊功能模块或扩展板。通讯和数据通信和数据连接功能选项使得FX1N在体积通信和特殊功能模块和能源控制等重要的应用方面非常完美。系统有11个输入信息：5个传感器、4个限位开关、两个按钮。PLC需用11个输入点分别与它们的常开触点相连。PLC需要用5个输出分别驱动电动机的正反转、声光报警器、制动接触器的线圈。3.2.2超声波传感器选择当有40KHz的脉冲电信号从它的两引脚输入时，通过激励换能器处理以后，将其转换成机械振动的能量,其振动频率约为在20KHz以上，由此形成超声波.该信号经锥形“辐射口”处将超声波信号向外部空间发射出去。当发射出去的超声波信号遇到障碍以后，立即被反射回

35、来，接收器接收到反射回来的超声波信号后，通过起内部转换，将超声波变成微弱的电振荡，将信号进行放大，从而得到所要的控制信号。利用该信号，可以控制各种报警、测量、自控电路。敞开型超声波传感器的发送部件及接收部件的内部结构如图5-3所示。图3.2 超声波传感器它们主要由两片压电元件紧贴在一起组成形态发送与接收的核心元件.发送器的压电元件上装有锥形共振盘,可提高发射效率,接受器的压电元件上装有匹配器,用来提高接收效率。3.2.3振动传感器选择振动传感器的工作原理，将传感器紧接触在被测的振动体上，当振动体在传感器敏感的测量方向上振动时，传感器的敏感元件产生相应的强制振动。振动产生的振动信号使磁敏元件产生

36、电阻变化，导致输出电压产生相应的变化。并经电路处理放大，最后输出与振动运动相似的（频率和幅度大小）电压变化的波形信号。见图1、图2所示。被测体表面的材质：导磁和非导磁材质均可。图3.3 振动传感器图3.4振动传感器的振动波形图振动信号的输出特征是与振动的幅度频率相似，输出电压波形频率同振动频率，电压幅值大小与振动位移幅值呈正比。传感器的工作电压为12V，输出信号稳定性，抗杂波干扰。在单电源工作下，无振动时，输出为DC4V左右直流信号，有振动时，输出为叠加在DC4V上的交变电压信号。基本指标工作电压 *频率范围符号输出信号振动方向灵敏度输出电压幅度DC12V0.3 40HZS 叠加在直流上的交流

37、信号与传感器轴向平行灵敏度可调无振动近似DC4V20 320HZM有振动最小50MV160 3KHZG最大5V工作电压*：其它电压，如DC5V.应用环境防护等级 *使用温度保 护接 线安 装相对湿度IP65 -25 +75短路、极性三线制接触式95% RH防护等级*：其它防护等级，如IP66；IP67.3.2.4 电动机选择三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置，如图3.5所示。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点，被广

38、泛应用于各个领域。三相异步电动机主要由定子和转子构成，定子是静止不动的部分，转子是旋转部分，在定子与转子之间有一定的气隙。定子由铁心、绕组与机座三部分组成。转子由铁心与绕组组成，转子绕组有鼠笼式和线绕式。鼠笼式转子是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成；线绕式转子绕组与定子绕组一样，由线圈组成绕组放入转子铁心槽里。鼠笼式与线绕式两种电动机虽然结构不一样，但工作原理是一样的图3.5 三相交流异步电动机我们通过选择三相异步电动机来控制栅栏，电动机正转栅栏落下，电动机反转栅栏升起。3.3 本章小结本章我们通过选择FX1N PLC控制，振动传感器，超声波传感器，三相交流异步电

39、动机，来实现铁路和公路交叉口自动控制系统。总体上来说我们利用了这些设备来模拟铁路与公路交叉口的自动控制。简单的来说明PLC自动控制的可行性。内容说的比较简单，但是做起来有点复杂，在铁路道口实践起来鼻尖麻烦，所以就用本文来做一个模拟的设计。4 控制系统硬件设计4.1 控制系统主电路设计图4.1 控制系统主电路图中，FU3、FU4容电器起保护电路的作用。SB1、SB2分别为手动启动、停止。A1、B1、A2、B2、C传感器，检测信号。SQ1、 SQ2 、SQ3 、SQ4 限位开关。KM1电动机正转触头、KM2电动机反转触头、KM3声光报警器触头、KM4、KM5电磁制动触头。4.2 PLC控制设计4.

40、2.1 PLC的I/O分配任务要求该系统具有自动（手动）控制护栏升降功能，采用超声波和振动传感器共同检测机车进入和离开的信息，并向公路段上发出信息来控制交叉口的交通。根据控制要求分析。系统有11个输入信息：5个传感器、4个限位开关、两个按钮。PLC需用11个输入点分别与它们的常开触点相连。系统的输出设备有5个接触器，PLC需要用5个输出分别驱动电动机的正反转、声光报警器、制动接触器的线圈。其I/O如表4.2所示。表4.2 PLCI/O分配表类别元件端子号备注输入SB10000手动，电动机正转SB20001手动，电动机反转A10002超声波传感器B10003超声波传感器A20004振动传感器B2

41、0005振动传感器C0006振动传感器SQ10007下降限位开关SQ20010下降限位开关SQ30011上升限位开关SQ40012上升限位开关输出KM1YO电机正转KM2Y1电机反转KM3Y2声光报警KM4Y3电磁制动KM5Y4电磁制动4.2.2 PLC接线4.3 本章小结这章简单的介绍了控制电路硬件设计，给出了系统设计的电路图，PLC的I/O分配以及PLC的接线，是本个设计的重点、难点所在。5 软件设计5.1 编程软件GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言

42、程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。GX Developer的特点如下：1.软件的共通化GX Developer能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU）,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。 此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。2.利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等做成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。3.程序的标准化。(1)标号编程 用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作

43、成标准程序。 用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。(2)功能块（以下，略称作FB）FB是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。(3)宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。4.能够简单设定和其他站点的链接 由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。5.能够用各种方法和可编程控制器CPU连接(1)经

44、由串行通讯口(2)经由USB(3)经由MELSECNET/10(H)计算机插板(4)经由MELSECNET()计算机插板(5)经由CC-Link计算机插板(6)经由Ethernet计算机插板(7)经由CPU计算机插板(8)经由AF计算机插板。6.丰富的调试功能(1)由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。(a)没有必要再和可编程控制器连接。(b)没有必要制作条使用的顺序程序。(2)在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。(3)数据制作中发生错误时，会显示是什么原因或

45、是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短5.2 程序设计流程图这儿做一个简单的编程流程图，来介绍一下这个设计图5.1 程序流程图首先准备开始，系统初始化，然后机车开动，超声波传感器受到信号，振动传感器受到信号，然后传感器把信号传送给PLC，PLC工作，PLC给电动机发出指令，电动机正传，栅栏放下，公路禁止通行，让机车通过。机车继续往前开，在机车通过传感器的时候，传感器再次受到信号，传感器给PLC发出信号，PLC命令电动机工作，电动机反转，栅栏升起，公路可以通行。然后这就是整个设计的基本过程。5.3 系统主要梯形图5.4 本章小结本章简单的介绍了系统的流程图，让设计有个基本的流程，简单的说明

46、了PLC程序的作用和意义，让大家对这个设计有个系统的了解。总结通过对这次的设计，使我对自己的专业有了更深层次的认识，在没有做设计之前、总觉得设计就是对以前所学的知识的总结。但是通过这次设计发现自己的看法太片面了，设计不仅是对以前所学的知识的检验，而且也是对自己的动手能力的提高。通过这次设计使我了解到自己所学的知识太少了，自己要学的东西太多。对与以前学的知识不能很好的应用，对与所学的知识理解的不是很透彻，只是一知半解。通过这次设计使我明白了知识是学无止境的而且是一个长期积累的过程，在以后的生活和工作中应该不断的学习，提高自己的知识和综合能力。致谢在我的毕业论文即将完成之际，谨向在四年的研究生学习

47、期间给予我培养、教育、帮助和支持的所有老师和同学致以最诚挚的谢意!感谢我的导师XXXX老师在学习和生活中给予我的关心和帮助。从论文开始的选题到最后的修改XX老师都为我提出了许多宝贵的意见。X老师严谨勤奋的科研作风，敏锐的学术眼光，以及积极进取、乐观豁达的人格魅力深深地感染和启迪着我。并且X老师有着渊博的学识，严密的治学态度和慎密的思维，这些都极大地影响了我。本文从先期的理论研究到后期的语言修改，无不倾注着杨老师的心血。杨老师锲而不舍的工作热情，诲人不倦的高尚品格，将一直激励着我追求进步、追逐卓越。在此，我向我的导师X老师表示衷心的感谢和崇高的敬意!谢谢老师们的鼓励和帮助。感谢我身边的每一位好友，感谢他们的帮助和关心。最后，感谢我的家人和朋友，感谢他们一直以来所给予我的关怀、支持和鼓励。尤其要感谢亲爱的妈妈对我的培养和无私的爱。参考文献1孙余凯,吴鸣山.传感器应用300例M.电子工业出版社,2008.2杨黎明,杨志勤.机械设