铁路信号课程设计报告

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、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：

①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。

②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.

③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

（3）把主轴的旋转运动变为速动片的间歇运动，轴的旋转运动变为自动开闭器支架的摆动；

使动接点能快速切断控制电路，确保接点组的使用寿命。

④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。

⑤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

⑥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、13—14、15—16，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：

①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；

②当室内外联系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；

③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BD1—7型的道岔表示变压器，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4uf—500V）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：

①继电器的定位状态应与设备的定位状态

②相一致，信号布置图中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。

③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step7

3.1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0—7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FCJ

KZ SA 1DQJ（线圈）3-4 2DQJ141-142 FCJ KF （1DQJ的

线圈吸起）

KZ 1DQJ4 2DQJ（线圈）1-2 FCJ KF （2DQJ的线圈吸起）

（1）电机反转

DZ220 1DQJ（线圈）1-2 1DQJ11-13 2DQJ111-113 X2 2（接

线盒）1112 2 3 M 4 05/06 5(接线盒) X4

1DQJ21-23 2DQJ121-123 RD2 DF220

（2）反位表示电路

FBJ2DQJ131-1331DQJ11-12 2DQJ111-112 X2 2(接线盒) 11

21 22 9（接线盒）7（接线盒）23 2401/02 4344 3(接

线盒) X3 R BB FBJ

4.2.2按下开关SA和DCJ

KZ SA 1DQJ（线圈）3-4 2DQJ141-143 DCJ KF（1DQJ的线

圈吸起）

KZ 1DQJ3 2DQJ（线圈）3-4 DCJ KF（2DQJ的线圈吸起）

（1）电机正转

DZ220 1DQJ（线圈）1-2 1DQJ11-13 2DQJ111-112 X2 1（接

线盒）4142 1 3M 4 05/06 5(接线盒) X4

1DQJ21-23 2DQJ121-122 RD2 DF220

（2）定位表示电路

DBJ2DQJ131-132 1DQJ11-12 2DQJ111-112 X1 1(接线盒)

41 31 32 23 7（接线盒）9（接线盒）33 34 13

14 03/04 44 3（接线盒) X3 R BB DBJ

4.3 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，

[2]《6502电气集中原理图册》何文卿.铁道工业出版社.1997

[3]《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2

OBI主程序清单：