1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化轨道交通定点停车系统设计一、课题研究意义及现状在中国，随着区域经济和城市群的发展，人们又把连接这些地区的城际铁路和铁路客运专线也称为轨道交通。随着国家经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市轨道交通也进入大发展时期。截至 2008 年底，内地 10 座城市已建成运营的 30 条城市轨道交通线路运营里程已达 813.7 公里。其他在建的城市有杭州、西安、成都、苏州、沈阳等，另外还有27 个城市正在筹建城市轨道交通。目前城市轨道交通发展最快的京、沪、穗三地的运营里程都已突破百公里，其中运营里程最长的上海已达 235 公里左右，北京达 198 公里，广州超过
2、117 公里。大连、天津以 70 至 90 公里的规模紧随其后。至 2020 年，京、沪、穗三地的城市轨道交通运营里程都将超过 500 公里，其中上海将以 877 公里的总长度处于领先地位。而三大城市轨道交通的远景规划都有望突破 1000 公里。在保增长扩内需的“主旋律”下，国内的城市轨道交通建设在沉寂 7 年之后再次呈现火爆局面。2009 年，国务院已经批复了 22 个城市的地铁建设规划，总投资 8820.03 亿元。截至目前，有约 27 个城市正在筹备建设城市轨道交通，其中 22 个城市的轨道交通建设规划已经获得国务院批复。至 2015 年前后，北京、上海、广州等 22 个城市将建设 79
3、 条轨道交通线路，总长 2259.84 公里，总投资 8820.03 亿元。到 2015 年前后，我国建成和在建轨道交通线路将达到 158 条，总里程将超过 4189 公里。目前国务院批准地铁建设一般依据 3 项指标来衡量，即城市人口在 300 万以上，GDP 在 1000 亿以上，地方财政一般预算收入 100亿以上，而轻轨的标准只要达到上述条件的 60%即可，目前全国有将近 50 个城市具备了轨道交通的建设需求和条件。发展城市轨道交通从短期看能够拉动固定资产投资，有利于克服国际金融危机对我国实体经济的影响，促进经济平稳较快发展。然而现有的轨道交通定点停车并不理想,有些地方还是通过工作人员举旗
4、或交通信号灯，将列车要开始减速的信息传达给驾驶员，在由驾驶员来控制列车进站，这样往往存在较大的误差。此类问题不仅影响列车的正常运营，而且存在严重的安全隐患。对于建有屏蔽门的车站，列车进站停车位置不精确。会导致列车车门与车站屏蔽门不能精确对位，无法保证列车正常进站及乘客顺利上下车。城市轨道交通列车一般发车密度比较高，列车应严格按照时刻表运行。在大密度发车辆的情况下，列车进站停车位置不精确问题会直接影响到列车的准点运行，从而降低列车准点率，影响城市轨道交通服务水平的提高。所以列车的精确停车技术也轨道交通的重点发展之一。二、课题研究的主要内容和预期目标 针对轨道交通的定点停车系统，提出有建设性的解决
5、方案。对于本课题，以 PLC 为控制核心，利用速度传感器测量列车运行速度，控制列车制动过程，本文将从以下几个方面阐述：1、轨道交通停车系统原理，包括定点停车系统的实现关键技术分析；2、轨道交通停车系统总体方案设计，重点阐述硬件系统设计，包括系统组成硬件选型，参数设置，系统电气控制设计；3、轨道交通停车系统的软件实现，包括控制方案的软件流程，程序设计。三、课题研究的方法及措施通过对轨道交通自动停车系统原理的分析，不难发现系统最核心的就是列车测速和定位，本文采用了轮轴旋转推算速度来检测速度，同时采用查询应答器来实现列车定位功能，减速则采用阶梯控制方式实施制动。车载控制器速度传感器速度传感器应答器制
6、动器双路差分编码读取指令下发如图所示，系统主要构成如下，车子控制器作为控制核心，管理着速度传感器的速度输入，定位信息应答器的读入，制动器指令的下发。本系统主要有三部分组成：测速部分、定位部分和制动部分。为了提高系统定位的精确度，考虑采用阶梯制动方案。阶梯控制方式不需要距离信息，只要在停车信号与最高速度间增加若干中间速度信号，即可实现阶梯控制方式。因此轨道信息量较少，设备相对比较简单，这种传统的控制方式是目前高速铁路最普遍采用的控制方式。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010 年 10 月 20 日至 2011 年 5 月 8 日。第一阶段（自 2010 年 10 月 20 日至 201
7、1 年 12 月 3 日）：分析任务，收集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。第二阶段（自 2010 年 12 月 4 日至 2011 年 3 月 14 日）：设计编写程序，并进行调试，撰写论文。 第三阶段（自 2011 年 3 月 15 日至 2011 年 5 月 8 日）：算法完善，论文修改，制作PPT，准备答辩。五、参考文献1 机械设计手册编委会机械设计手册(第一卷)M北京：机械工业出版社，2004.2 吴启红.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书M. 北京：机械工业出版社，2007.3 张伟林.电气控制与 PLC 综合应用技术M.北京：人民邮电出版
8、社，2009.4 钟肇新，建东.可编程控制器原理及应用(第三版)M.广东：华南理工大学出版社，2005.5 廖常初.PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社，2005.6 张万忠.可编程控制器应用技术M.北京:化学工业出版社.2002.7 郑乐藩，林秋金LSK 型列车速度控制系统存在的几个问题J铁道通信信号，2002，38(10)：21228 刘越，宁滨列车测速测距方式的探讨J铁道通信信号，1997，33(12).9 黄荣星GPRSGPS 技术在铁路调度中的应用J上海铁道科技，2004，1：171910 张武江，张晚霞等. 同步环线如何实现列车准确停车J.都市快轨交通，2005，10,18（
9、5）：787911 Alstom.Maintenancre Manual.Pneumatic System and Air Distribution,2003.12 Knorr-Bremse Rail Systems(UK) Ltd.Shanghai Pearl line Brack System Description，2003.毕业论文文献综述电气工程及自动化轨道交通定点停车系统设计的综述摘 要：整个系统采用基于三菱公司的PLC作为控制核心，结合了当前众多先进轨道交通高速列车实用技术，采用标志应答器无线接收提供定点位置信号的定位方案、采用分段制动曲线制动的方法进行刹车制动方法，具有成本低，
10、结构简单、抗干扰能力强，灵活机动的特点。关键词: 轨道交通；定点停车；PLC1.引言随着轨道交通的不断发展，轨道交通运营中的列车的停车精密要求越来越高，在有限的站台长度内使列车精确地停在预定的范围内是列车制动控制技术的基本要求。定点停车技术在列车自动控制中的应用显著的改善了列车的停车精度，提高了旅客的舒适度，在一定程度上缩短了车站的站台长度，节省了建设的成本。2.三菱PLC简介三菱 PLC 采用一体化的箱体结构，它的基本单元是将 CPU、存储器、输入输出接口及其电源都装在一个模块内，是一个完整的控制装置。结构紧凑，体积小巧，成本低，安装方便。三菱 PLC 基本单元的输入输出比一般为 1:1。为
11、了实现输入输出点数的灵活配置及功能的灵活扩展，三菱系列还配有扩展单元、扩展模块及特殊功能单元。三菱系列 PLC 基本单元的外部特征基本相似，一般都有外部端子部分、指示部分及接口部分，各部分的组成及功能如下：外部端子部分。外部端子包括 PLC 电源端子（L/N/接地）、24V（DC）电源端子、输入端子（X）、输出端子（Y）等，主要完成电源、输入信号和输出信号的连接。指示部分。指示部分包括各 I/O 点的状态提示、PLC 电源指示、PLC 运行指示、用户程序存储器器后被电池状态指示及程序出错、CPU 出错指示等，用于反映 I/O 点及 PLC 机器的状态。接口部分。接口部分主要包括编程器、扩展单元
12、、扩展模块、特殊模块及存储卡盒等外部设备接口，其作用是完成基本单元同上述外部设备连接。在编程器接口旁边设置运行转换开关,PLC 可进行用户程序的录入、编辑和修改。3.系统硬件1 列车的定位查询应答器是铺设在轨道中央，能够给列车提供位置、路况等信息的装置，它可以用作连续式列车速度自动控制系统的列车精确定位设备，也可以用作点式列车速度自动控制系统的列车检测、定位辅助设备。该方法通过在整定的固定里程处设置数字应答器，每个应答器发送固定频率的信号，当位于列车头部的接收器到该信号，通过信号调理电路解码转换成约定格式的编码，通过查询编码值，则可得到列车当前所处的位置2 列车的制动制动系统采用电空直通自动式
13、。即制动机为处理器控制的直通电空制动装置。当直通电空制动失灵时，所有制动力由空气制动承担。电空制动机接受司机制动控制器发出的指令使制动系统所产生的作用。电空制动就是根据电信号变换成相应的空气压力，即电空转换。而电空制动控制单元是实现这一原理的核心机构电空转换单元主要由 PLC 构成，是控制单元的核心。控制对象是容积室。执行机构是制动阀和缓解阀，容积室的压力传感器与它们构成一个控制闭合回路。PLC 根据制动控制器或的常用制动指令或紧急制动指令，与输入的空气弹簧的压力信号，计算出容积室的目标压力值，如果有动力制动参与制动，则减去动力制动力大小作为最终目标值。闭环控制各电磁阀的激磁电流控制阀的开度，
14、通过制动阀对容积室充气或缓解阀使容积室缓解的控制，使容积室压力迅速达到目标值，并且保压以维持目标值压力，从而产生随载重和动力制动工况而调整的制动缸预控压力，即中继阀的输入压力，由中继阀再进行流量放大，控制制动缸的压力。4. 控制系统软件方案根据系统总体方案，整个控制系统可以分为两个子系统，即车载子系统和地面轨旁子系统，车载子系统应包括三个方面，即测速、定位、制动，而地面轨旁子系统主要是标志应答器对位置信号的无线发送，所以下面将以车载控制系统为核心进行分析。当系统开始工作时，由两路独立速度传感器传回的速度信息，通过滤波去噪后，输入到车载控制器的高速脉冲接收端，由于随动控制的需要，故采样周期选为
15、100ms，保证实时性；同时车载应答器不断接受来自地面 LEU 和标志器的位置信号，当检测到在离停车点 300m 频率范围为 110KHz140KHz 的位置信号，则将置位制动启动标志位，再确认此时的速度值，根据制动开始点到定位停车点之间的距离则计算出该定点停车点的制动曲线，依次类推，当检测新的位置标志信号后，则相应的更新制动曲线。当车载电台接受最外侧的标志应答器信号是，启动车站制动曲线并点亮司机操作台的程序停车表示灯，列车通过离停车点 150m 和 25m 中间标志应答器时，分别更新制动曲线，而检出 8m标志时，再次更新制动曲线，一旦车载设备直接位于地面对位线圈，控制列车精确对位停车，这时列
16、车发送对位信息（13.2KHz） ，车辆检出此信号时，将设定常有全制动并启动开门程序，当车门打开，程序停车表示灯将熄灭。整个软件的流程图。5.结论本文设计的轨道交通定点停车系统主要从以下几个方面进行了阐述：1 轨道交通停车系统原理，包括定点停车系统的实现关键技术分析2 轨道交通停车系统总体方案设计，重点阐述硬件系统设计，包括系统组成硬件选型，参数设置，系统电气控制设计3 轨道交通停车系统的软件实现，包括控制方案的软件流程，程序设计。整个系统采用 PLC 作为控制核心，结合了当前众多先进轨道交通高速列车实用技术，提出了采用标志应答器无线接收方案定位、采用分段制动曲线制动的方法进行刹车制动的，具有
17、成本低，结构简单、抗干扰能力强，灵活机动的特点。参考文献1 机械设计手册编委会机械设计手册(第一卷)M北京：机械工业出版社，2004.2 吴启红.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书M. 北京：机械工业出版社，2007.3 张伟林.电气控制与 PLC 综合应用技术M.北京：人民邮电出版社，2009.4 钟肇新，建东.可编程控制器原理及应用(第三版)M.广东：华南理工大学出版社，2005.5 廖常初.PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社，2005.6 张万忠.可编程控制器应用技术M.北京:化学工业出版社.2002.7 郑乐藩，林秋金LSK 型列车速度控制系统存在的几个问题J
18、铁道通信信号，2002，38(10)：21-228 刘越，宁滨列车测速测距方式的探讨J铁道通信信号，1997，33(12)9 黄荣星GPRSGPS 技术在铁路调度中的应用J上海铁道科技，2004，1：171910 张武江，张晚霞等. 同步环线如何实现列车准确停车J.都市快轨交通，2005，10,18（5）：787911 Alstom.Maintenancre Manual.Pneumatic System and Air Distribution,2003.12 Knorr-Bremse Rail Systems(UK) Ltd.Shanghai Pearl line Brack System
19、 Description，2003.毕业设计（20_ _届）轨道交通定点停车系统设计摘 要本文在分析了国内外轨道交通中列车定点停车系统的研究现状之后，提出了一种全新的轨道交通自动定点停车系统，整个系统采用基于三菱公司的FX2N 系列 PLC 作为控制核心，结合了当前众多先进轨道交通高速列车实用技术，提出了采用脉冲传感器对火车速度进行实施采集，采用标志应答器无线接收提供定点位置信号的定位方案、采用阶梯制动进行刹车的方法。具有成本低，结构简单、抗干扰能力强，灵活机动的特点。本文阐述了轨道交通停车系统原理，包括定点停车系统的实现关键技术分析；轨道交通停车系统总体方案设计，重点阐述硬件系统设计，包括系
20、统组成硬件选型，参数设置，系统电气控制设计。最后介绍了轨道交通停车系统的软件实现，包括控制方案的软件流程，程序设计。关键词：轨道交通；定点停车；PLCAbstractThis paper analyzes the domestic and international rail traffic in the parking system of the train designated status, the paper proposes a new rail transit systems designated parking, the entire system is based on MIT
21、SUBISHIs FX2N Series PLC as the control, a combination of The current number of advanced high-speed rail train practical skills, the pulse sensor is proposed for implementation on the train speed acquisition, the use of signs to provide fixed wireless receiver transponder position signal positioning
22、 program, the use of sub-curve of the brake brake brake methods methods. Low cost, simple structure, strong anti-interference ability, flexible features. This will include the following aspects，The principle of Mass Transit parking system, parking system, including fixed-point implementation of key
23、technologies；the rail parking system overall design, focusing on the hardware system design, including hardware, system component selection, parameter setting, the system design of electrical control；Finally,rail parking system software, including software flow control scheme, the program design. Key words: rail traffic；Designated parking ；PLC
