浅谈城市轨道交通信号系统-大学毕业设计.doc
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1、浅谈城市轨道交通信号系统摘 要城市轨道交通信号系统是保证列车运城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全,实现行车指挥和列车运行现代化,提高运输效率的关键系统设备。城市轨道交通信号系统是城市轨道,交通自动化系统中的关键部分,是保证列车和乘客安全,实现列车运行高效、指挥管理有序的自动控制系统。其核心是列车自动控制系统,它由列车自动监控子系统、列车自动防护子系统、计算机联锁子系统和列车自动驾驶子系统组成。ATC系统自上世纪7O年代投入运至今,经历了三十年的发展,技术日趋成熟,为使列车控制技术经济指标更加合理,世界各国纷纷开发了先进的ATC系统,ATC系统按闭塞方式分类有三种类型:固定闭塞方式的ATC系
2、统、准移动闭塞式的ATC系统、移动闭塞式的ATC系统。城轨通信系统与信号系统共同完成行车调度指挥,并为城轨的其它各子系统提供信息传输通道和时标信号。此外,通信系统是城轨交通内部公务联络的主要通道,使构成城轨交通内部的各个子系统能够紧密联系,以提高整个系统的运行效率。当然,通信系统也是城轨交通内、外联系的通道。城轨通信系统在发生灾害、事故或恐怖活动的情况下,是进行应急处理、抢险救灾和反恐的主要手段。城市轨道交通越是在发生事故、灾害或恐怖活动时,越是需要通信联系,但若在常规通信系统之外再设置一套防灾救护通信系统,势必要增加技资,而且长期不使用的设备亦难以保持良好的运行状态。所以,在正常情况下,通信
3、系统能为运营管理、指挥、监控等提供通信联络的手段,为乘客提供周密的服务;在突发灾害、事故或恐怖活动的情况下,能够集中通信资源,保证有足够的容量以满足应急处理、抢险救灾的特殊通信需求。城市轨道交通包括了地铁,轻轨和城市铁路等不同形式具有运量大,速度快,安全准点。平稳舒适,污染小等优点。本文主要阐述城市轨道交通信号控制系统的主要组成。随着我国城市轨道交通的迅猛发展,信号系统作为控制运行安全的核心设备,对其安全、可靠性的分析评价显得尤为重要,本文从列车检测方式、机车信号选择、设备控制方式等方案的主要方面对描述了城巾轨道交通中信号系统的安全策略及可靠性分析。信号系统作为城市轨道交通工程中重要的组成部分
4、,对行车的安全、正点、高效的运行起着至关重要的作用,但由于其中的设计标准不全面,给系统设计方案造成了一定的随意性。本文就其中的系统构成、设计行车间隔和ATP 信息传输方式等方案进行了探讨。 关键词:城市轨道;信号系统;控制系统;行车信号安全目 录摘 要2第一章 信号的基本理论51.1联锁和进路51.2信号作用6 1.2.1信号与信号显示6 1.2.2信号的分类7第二章 城轨信号系统92.1 信号标志92.1.1 PLC概述92.1.2PLC的选型92.2变频器的选型112.3水泵的选型122.3.1水泵的参数及性能132.3.2选择步骤162.4硬件接线图17第三章 系统软件设计183.1 P
5、LC梯形图概述183.2 SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件的操作方法183.3 I/O分配表193.3.1输入信号203.3.2输出信号203.4I/O接线图213.5流程图213.6梯形图(见附录1)223.7喷泉控制系统的设计程序22结论24致谢25参考文献26附录127第一章 花样音乐喷泉简介1.1花样喷泉的概述喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头洒出来具有一定形状的组合体,提供水压的一般为水泵。现代城市中的喷泉形式已十分丰富。随着构筑物的大小及水压等的变化,喷泉或高或低、或珠或雾,精彩纷呈。可分为以下7种:1.普通喷泉:只有简单的几种固定水型及灯光,随着电源的开闭而控制
6、喷泉的运行、水型和灯光的变化。2.程控喷泉:将各种水型及灯光,按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计,通过计算机运行程序发出控制信号,使水型及灯光有各种各样的变化。3.音乐喷泉:在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统,计算机通过对音频及MIDI信号的识别,进行译码和编码,最终将信号输出到控制系统,使喷泉的造型及灯光的变化与音乐保持同步。4.水幕激光喷泉:将激光器发出的激光束射在水幕喷头的水幕上,激光束由激光控制系统编程控制,可发出多种多样的图案及色彩,照射在晶莹透明的水膜上,形成斑斓夺目的起义效果。5.水珍珠喷泉:利用特殊音波将水变成球体的喷水装置和全频高速闪光灯的视觉图像效果的产品组成。
7、6.游戏喷泉:又称感应泉,喷泉水柱根据游人的动作产生反应,而且这种应具有不确定性,是一种互动式喷泉,增强了娱乐氛围。7.跳跳喷泉:又名光亮泉。是一种高科技水景艺术,水形似根根晶莹透彻地冰柱,一串串飞向空中,轻舞飞扬。1.2系统设计的基本步骤在花式喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点:1.深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。2.确定I/O设备。根据花式喷泉控制系统的功能要求,确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等,常用的输出设备有指示灯等。3.根据I/O点数选择合适的PLC类型。4.分配I/O点,分配PLC的输入输出点,编制出输入输出分配表或输入输出端子 的接
8、线图。5.设计花式喷泉系统的梯形图程序,根据工作要求设计出周密完整的梯形图6.程序,这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。7.将程序输入PLC进行软件测试,查找错误,使系统程序更加完善。1.3系统控制方案花式喷泉系统的控制要求如下:1.12均为外环形状的喷水管,3为内环形状的喷水管,4为星形喷水管。灯光系统由三条支路组成,分别为绿色灯支路(在1,2之间)、黄色灯支路(在2,3之间)红色灯支路(在3,4之间)。2.该喷泉共有三种花样可供选择。按下启动按钮,喷泉即开始工作,按下停止按钮,则停止喷水。喷泉的工作方式(即喷水花样)由选择开关来实现。3.该花式喷泉有四种喷水花样可供选择:(1).花样选择开
9、关在位置1时,按下启动按钮后,4,3,2间隔两秒依次喷水,一起工作18秒后,如果为单步工作方式,则停下来。如果为连续工作方式,则继续循环下去。(2).花样选择开关在位置2时,按下启动按钮后,1,2,3,4间隔两秒依次喷水,一起工作30秒后,如果为单步工作方式,则停下来。如果为连续工作方式 ,则继续循环下去。(3).花样选择开关在位置3时,按下启动按钮后,1,3同时喷水,延时3秒后2,4喷水,1,3停止喷水。交替运行15秒后,1,2,3,4全喷水,30秒后,如果为单步工作方式,则停下来。如果为连续工作方式 ,则继续循环下去。(4).花样选择开关在位置4时,按下启动按钮后,1,2,3,4间隔两秒依
10、次喷水,一起工作30秒后,1,2,3,4,分别延时2秒,依次停止喷水。再经1秒延时按照4,3,2,1,依次间隔2秒喷水,然后一起喷水。30秒后停止。如果为单步工作方式,则停下来。如果为连续工作方式 ,则继续循环下去。 (5).灯光系统的控制:由PLC的X5输入端为灯光系统控制的选择按钮,当需要灯光配合时,接通X5输入端。此时可实现三路灯光的控制,即3,4任意一层喷水时,红色灯亮;2喷水时,黄色灯亮;所有的喷头喷水时,绿色灯亮。花式喷泉池示意图如图2-1所示:图2-1 花式喷泉示意图1.4花式喷泉控制系统的原理图在喷泉中,通过按钮开关信号来控制PLC:因为有4层喷水,因此用了1个变频器控制4个水
11、泵。花式喷泉控制系统的原理如图2-2所示:图2-2 花式喷泉控制系统原理图第二章 系统硬件设计2.1 可编程控制器(PLC)的选择2.1.1 PLC概述可编程控制器,英文称Progammable Controller,简称PLC,本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术,但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序,把经输入电路的物理过程得到的输入信息,变换为所要求的输出信息,进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC有丰富的指令系统,有各种各样的I/O接口、通信接口,有大容量的内存,有可靠的自身监控系统,因而具有以下基本的功能:1.逻
12、辑处理功能;2.数据运算功能;3.准确定时功能;4.高速计数功能;5.中断处理(可以实现各种内部中断)功能;6.程序与数据存储功能;7.联网通信功能;8.自检测、自诊断功能。可以说,凡普通小型计算机能实现的功能,PLC几乎也都可以做到。2.1.2PLC的选型 在PLC系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此,工程设计选型和估算时,应详细分析工艺过程的特点、控制要求,控制任务和范围确定所需的操作和动作,然后根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等,最后选择有较高性能价格比的PLC和
13、设计相应的控制系统。1.输入输出(I/O)点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加10%20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。2.存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。设计阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,程序容量在设计阶段是未知的,需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算,通常采用存储器容量的估算来代替。3.控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本
14、课题所设计控制的需求,主要介绍一下几种功能的选择。(1).控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制,因此,大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制,有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能,提高PLC的处理速度和节省存储器容量。(2).编程功能离线编程方式:PLC和编程器公用一个CPU,编程器在编程模式时,CPU只为编程器提供服务,不对现场设备进行控制。完成编程后,编程器切换到运行模式,CPU对现场设备进行控制,不能进行编程。离线编程方式降低系统成本,但使用和调试不方便。在离线编程方式:CU和编程器有各自的CPU,主机CPU负载现场控制,并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换,
15、编程器把在线编制的程序或数据发送到主机,下一扫描周期,主机就根据新收到的程序运行。五种标准化编程语言:顺序功能(SFC)、梯形图(LD)、功能模式图块(FBD)三种图形化语言和语句表(il)、结构体文(ST)两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准(IEC113123),同时,还应该支持多种语言编程方式,如C,Basic等,以满足特殊控制场合的控制要求。(3).诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置,软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断,通过软件对PLC的CPU与外币输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外
16、诊断。PLC的诊断功能的强弱,直接影响对操作和维护人员技术能力的要求,并影响平均维修时间。 4机型的选择 通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择?对I/O响应时间的选择输出负载的特点选型的分许。 该控制系统选用三菱公司FXON系列的PLC。它体积小,重量轻,使用寿命长,编程和维护方便,故障率低,通过扩展模块的链接,可以增加输入/输出点数。我设计的花式喷泉模型共有6个输入,11个输出,因此,选用型号为FX2N-32MR的PLC。2.2变频器的选型变频调速技术是针对固定工频而采取的高效节能措施,工频(50Hz)是发电的最佳频率,但它并非是所有用电设备的最佳工作频率,因而导致许多设备长期处于低频率
17、、低功率引述运行状态。占全国耗电2/3的交流电动机目前大多数还在工频、恒速下运动,运行效率只有60%左右。为了提高效率,所以在本设计中用到变频器。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把贡品交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。整流部分为三桥式不可控整流器,逆变比分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器选型时要确定以下几点:1.采用变频的目的:恒压控制或恒流控制等。2.
18、变频器的负载类型;如叶片泵或容积泵等,特别注意负载的性能曲线,性能曲线决定了应用时的方式方法。3.变频器与负载的匹配问题:(1).电压匹配:变频器的额定电压与负载的额定电压相符。(2).电流匹配:普通的离心泵,变频器的额定电流与电动机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等需要参考电机的性能参数,以最大电流确定变频器电流和过载能力。(3).转矩匹配:这种情况在恒转矩负载或又减速装置时有可能发生。1.在使用变频器驱动告诉电机时,由于高速电机的电抗小,高次谐波增加导致输出电流地阿牛值增大。因此用于高速电机的变频器的选型,其容量要稍大于普通电机的选型。2.变频器如果要长电缆运行时,此时要采取措施抑制
19、长电缆对地耦合电容的影响,避免变频器出力不足,所以在这样的情况下,变频器容量要更大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。3.对于一些特殊的应用场合,如高温,高海拔,此时会引起变频器的降容,变频器的容量要放大一档。 本设计是通过变频器苏调技术来控制每环喷水的高度。我选用的是FR-S520(E)系列变频调速器。其实物图如图2-2示。图2-2 FR-S520(E)系列变频调速器2.3水泵的选型泵是一种面大量广通用型号机械设备,它广泛地应用于石油、化工、电力、冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门,在国民经济中占有重要的地位。泵的电能消耗起了积极作用。但是目前在国民经济各个领域中,由于选型不
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