基于PLC的地铁屏蔽门系统设计

基于PLC的地铁屏蔽门系统设计

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/weixin_39563171/article/details/139206000

随着城市化进程的加快，地铁作为重要的公共交通工具，其安全性与稳定性至关重要。本文以PLC（可编程逻辑控制器）为核心，设计了一套地铁屏蔽门控制系统，详细介绍了系统的硬件设计、软件设计及仿真分析，为地铁屏蔽门系统的智能化控制提供了技术参考。

1. 研究背景与现状

近年来，PLC作为工业控制装置发展迅速，因其强大的稳定性、安全性及维修便利性而被广泛应用。地铁作为当代一二线城市最重要的公共交通工具，其安全性和稳定性至关重要。本文以PLC为核心，设计了一种地铁屏蔽门控制系统，该系统主要由感应器件、传动装置、驱动装置和PLC等组成。

2. 系统总体方案设计

2.1 系统功能分析

本课题设计的基于PLC控制的地铁屏蔽门系统应具备以下功能：

• 开门和关门控制有手动式和自动式
• 当列车即将驶进站台时，信号采集设备会通过对其进行检测从而开启功能，先进行延时，PLC动作，输出信号接通开始控制电机，用电机的正反转来代表开门或者关门
• 紧急停止，闭合紧急停止开关，自动门将重新自动开启，此开关用于各种突发情况，如门关闭不完全，夹人等
• 蜂鸣器和闪光的提示功能，当地铁自动门开启和关闭时，PLC输出信号给蜂鸣器和闪光，以提醒来往行人注意
• 在此控制过程中，为了保证其安全性，设置过载保护和紧急停车
• 考虑到主动门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开关和手动关门
• 手动按下按钮，门打开到底或门关闭到底
• 车门不关门不允许运行

2.2 控制方案选择

选用PLC控制系统，是因为其在典型的控制器传统中（模拟电路控制、PLC电路控制、单片机电路控制和计算机控制）PLC相对的简单易懂，梯形图是最常用的编程语言之一。它是基于继电器逻辑的思想，采用图形化的方式表示控制程序。而且，PLC有较强的可靠性和抗震、防潮、耐热等能力。

2.3 系统方案设计思路

本课题研究的是基于PLC的地铁屏蔽门控制系统设计。这个设计方案运用了智能传感器从而实现对地铁自动门的控制，同时利用PLC来对整个系统进行运行控制。设计时需要考虑以下几点：

• 在分析被控对象时，需要对其特点进行详细的分析过程。此外，还需要对控制对象的硬件设计、电气和流体控制对象之间的系统控制要求进行工作理解
• 深入了解当代自动门工艺是否能满足要求
• 确定PLC的I/O，根据系统控制的要求，以确保所有必需的输入装置（如按钮，位置开关等）和各种传感器和输出设备（如：接触器，电磁阀等）
• 选择PLC的型号，PLC选择包括对机型、容量、I/O模块、电源等
• 选择确定I/O点的PLC，编制出输入输出分配表
• 根据要求，严谨的设计出自动屏蔽门的梯形图程序
• 将程序输入进测试软件进行调试
• 不断的对系统进行调整修正直至成功无障碍运行

3. 硬件设计

3.1 主要元器件选型

3.1.1 PLC选型

此次设计的系统输入点数需要18个输入点，而输出点数数需要10个，总计需要28输入点数，而此次选用CPU224XP有14个输入点数，输出点数有10个，总计24个点数，那么输出输入点数最不够，因此需要外加一组8通道的模拟量输和输出模块，且有余量，这样即满足当前的设计系统，又有余量，为后期设备更改做考虑；因此此次设计的项目选用224XPPLC。

表 3.1 PLC的实物参数表

3.1.2 空气开关选型

空气开关的固定载体允许通过的电流有几安至几百安，如10安培的和600安培的，当电流超过规定值或人身触电时，剩余电流动作断路器能快速切断故障电源，保护人身及设备安全。同时，可保护线路和电动机过载或短路。产品适用工业、商业、高层建筑和住宅各种场所。当人身触电或电网泄漏电流超过规定值时，当电线超载空气开关仍不会跳。

3.1.3 交流接触器选型

交流接触器NC7系列（以下简称接触器）适用于交流50Hz（或60Hz）电路，额定工作电压至690V，在AC-3、400V的使用类别下，额定工作电流至620A，该器件不仅能用于远程控制电路的通断，还能与适当的热过载继电器组合后形成电磁启动器，用于保护因发生操作而过负载的电路。接触器适用于频繁地起动和控制交流电动机。符合标准：GB14048.4、IEC 60947-4-1。吸合电压动作范围为：85%Us110%Us；释放电压为：20%Us75%Us。

辅助触头基本参数 AC-15：360VA DC-13：33W lth，交流磁系统接触器具有具有高可靠性、轻便小巧、能耗低等特性。

3.1.4 热继电器选型

根据各自适用情况选择，例如，对于大容量电动机，可采用专用的变压器JR20-160及以上的热继电器；对于重载起动电动机，则可采用3VA式热继电器等等。重要的是,某些类型的热继电器,如JR0 JR9, JRl4, JRl5, JRl6 - A, B, C, D,等等已经再我国已经下令禁止使用,热继电器主要用于电机的过载保护，所以在选择时必要要慎重考虑热继电器的适用环境，需要了解工作环境的状态、负载性质、启动马达和允许过载能力等因素。在现代安全意识日益提高的情况下，热继电器应该能够充分发挥电机的过载能力，同时确保短时过载不会影响电机起动力矩。因此，在选择时应根据各自的适用情况进行决策。如大容量电动机用的自带专用互感器的JR20-160及以上的热继电器。

3.1.5 中间继电器选型

接触器通过主触头处理高强度电流，而中间继电器的触点只能承受小电流，所以它们通常只用于控制电路中。由于它们的过载能力较小，所以中间继电器通常没有主触点。所以它们使用辅助触点，数量较多。它们的使用要考虑多个因素，包括海拔高度、环境温度、湿度和电磁兼容性等。

3.2 电路设计

3.2.1 主电路设计

在3.6所述的QF2处，在设计过程中接通其中的任意一根火线和一根零线接通到漏电开关QF2处，然后相联到熔断器FU1处，如何漏电开关检测到目前的开关电源发生故障时，则漏电开关QF2和熔断器FU1都会进行一个保护性的动作，从而保证设备的工作可靠性、安全性和可靠性等；然后外接三个电源指示灯，用于显示当前的电压是380V，其具体的接线如图3.6所示。

3.2.2 PLC I/O点接线图

如图3.7所示，图纸中PLC外围部件I0.0接入急停开关、图纸中PLC外围部件I0.1接入手动打开开关、图纸中PLC外围部件I0.2接入手动关闭功能、图纸中PLC外围部件I0.3接入第一组打开位置检测、图纸中PLC外围部件I0.4接入第一组关闭功能、图纸中PLC外围部件I0.5接入第二组打开位置检测、图纸中PLC外围部件I0.6接入第二组关闭功能、图纸中PLC外围部件I0.7接入第三组打开位置检测、图纸中PLC外围部件I1.0接入第三组关闭功能、图纸中PLC外围部件I1.1接入第四组打开位置检测、图纸中PLC外围部件I1.2接入第四组关闭功能、图纸中PLC外围部件I1.3手动第一组关功能。

3.2.3 电机主电路图

电机主电路图如图3.8所示，项目设计过程中需要用到交流电机进行驱动机械动作，而机械属于高负载的产品，需要用大型电机进行驱动，那么交流电机工作时产生的电流也很大，常规的中间继电器不能驱动当前的交流电机进行工作，所示需要用到特制的交流接触器进行驱动当前的交流电机马达工作，在交流电机马达工作的主电路中，其具体的接线图如下图所示。

3.2.4 电机控制接线图

在图3.9所示，一般电机控制电路分别由中间继电器部件、交流接触器部件、热继电器部件等组成，俗称电机的“三大件”，整体控制逻辑分别是火线进线中间继电器的常开触点的上端头，中间继电器下端头接入交流接触器的A1端子处，其交交流接触器的A2处接入当前的热继电器FR的95处常闭点，热继电器FR的96处常闭点接入单相电中的零线，不会随着本身的故障而影响其整体的设备。

4. 软件设计

完成地铁屏蔽门系统进行软件设计。画出软件流程图，再用V4.0 STEP 7 Micro WIN SP9编程软件编写出的梯形图，满足运作要求。

5. 仿真设计

进行仿真设计。采用组态王画出操作界面的仿真模拟。通过上位机与PLC之间的连接，从而达到上位机对PLC进行控制的目的，并能对基于PLC地铁屏蔽门设计方案的工作情况进行实时监控。

结论

本文设计的基于PLC的地铁屏蔽门控制系统，通过硬件设计、软件设计及仿真分析，实现了地铁屏蔽门的智能化控制。该系统具有手动和自动控制功能，能够实现安全可靠的开关门操作，并具备过载保护和紧急停止等安全功能。通过组态王软件进行仿真验证，证明了系统的可行性和可靠性。

参考文献

略

本文原文来自CSDN