目录第1章 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 课题研究的背景和现状11.3 论文研究内容、要求及创新点2第2章 动车的发展史及其检修42.1 动车的发展42.2 动车的检修及工作体系52.3 动车日常检修能力分析与研究52.3.1 北京动车作业库内标准52.3.2 库内检修时间52.4 CHR3型动车的一级检修52.4.1 检修人员的配备及分工52.4.2 检修流程和作业路线62.4.3 车顶和地沟的检测82.5 动车检修基地简介82.6 动车组检修作业人员安全的重要性8第3章 传感器103.1 传感器的应用与发展103.2 传感器的组成103.3 光电传感器113.4 红外线的人体探测器113.5 红外线发射装置123.6 红外线接收图123.6.2 三极管的结构及选择13第4章 可编程控制器（PLC）144.1 可编程控制器简介144.2 可编程控制器应用领域144.3 PLC的产生及发展154.4 PLC的工作原理164.5 PLC的结构164.6 PLC的选型174.7 系统软件设计184.7.1 PLC控制流程图184.7.1 PLC系统硬件接线电路194.7.3 PLC控制系统程序指令表22第5章 结论与展望245.1 结论245.2 展望24参考文献25致 谢26附 录27石家庄铁道学院毕业设计第1章 绪论1.1 课题研究的目的和意义面临世界能源资源紧缺和环境恶化的现实，铁路作为节能环保的绿色交通工具，通过采用高新技术，已显示出越来越多的优越性，正处于从低谷走向复兴的重要历史阶段，国外已有十多个国家和地区相继建成9000多公里高速铁路。而我国目前高铁也迅速发展，以京津高铁为代表，城际铁路运营速度达到世界第一，节能环保、运输能力、综合舒适度等方面处于世界领先。但目前却存在许多安全隐患，尤其是近几年，铁路事故频发，如温州事故的发生是人们不得不考虑如何保证铁路高速发展的同时能安全行驶，保证每一个工作人员和乘客人员的安全。而动车安全监测工作也引起了人们的重视。从现有的国产动车来看，控制系统还停留在继电器有触点控制系统的水平上，继电器触点控制系统的设计、生产、和调试过程比较繁琐，布线多，易出错，无法进行系统故障的记录和诊断，控制功能变更较困难，系统不易维护，而采用可编程控制器（PLC）可以实现动车控制系统的许多功能，并使控制系统更可靠，维护更便利，为将来动车控制功能的进一步扩展提供了广阔的空间。本设计是研究怎样保障动车检修人员安全的PLC报警设计，而目前动车检修人员安全检测还不是很完善，多为人工检测，容易造成人员疏忽而导致作业人员的安全事故。为了避免这些惨剧的发生，在动车车顶、地沟采用了PLC控制报警系统，PLC控制系统精确，可靠，采用这个系统控制可以很好的预防车库内事故的发生，这个系统能发挥重要作用，具有十分广阔的应用前景。可编程逻辑控制器是一种综合了计算机技术、电气控制技术、自动控制技术的自动控制装置，具有高可靠性，控制功能极强，编程方便、易于使用等特点。将可编程序控制器应用于动车上，这样可以把计算机功能完备、适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，这是一条低成本、高效益，符合我国国情的自动化技术发展应用新途径。1.2 课题研究的背景和现状2003年到2012年，是我国铁路建设规模最大的时期，建设规模大、标准高；同时，是我国铁路科技进步最快的时期，铁路技术装备将达到世界先进水平，技术创新步伐大、范围广，装备更新快、数量大；到2012年，1.3万公里客运专线及城际铁路将投入运营，我国将成为高速铁路营业里程最多的国家，加快建立安全高效运营的技术支撑体系已成为迫切需要。目前，国外已有十多个国家和地区相继建成9000多公里高速铁路。其中，日本新干线的最高运营时速为300公里，欧洲高速铁路最高运营时速为330公里。国外铁路既有线改造达到时速200公里及以上的营业里程有2万余公里。2004年1月，国务院常务会议审议通过了我国历史上第一个中长期铁路网规划。2007年10月在综合交通网长期发展规划中，对铁路网总体规模进行了调整。2008年再次补充完善，完成了最近一次调整。按照规划，到2020年我国客运专线将达到1.8万公里，铁路网规模增加到12万公里以上。而京津城际铁路运营速度达到世界第一，节能环保、运输能力、综合舒适度等方面处于世界领先。动车组许多地方用到了PLC的控制，可编程控制器（PLC）是专门为工业制动控制而设计的一种控制装置，在工业自动化领域中得到了广泛的运用，其特点是抗干扰能力强、可靠性高、体积小,设计、使用和维护方便等。随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展看，自动化控制也逐步向智能化、网络化、远程化方向发展。采用可编程程序控制器（PLC）可以再较短的时间内实现目前国产动车控制系统的许多功能，并使控制系统更可靠，维护更便利，为将来动车控制的进一步扩展提供了广阔的空间。本课题将重点研究PLC对动车作业人员安全的报警设计。PLC的可靠性和较强的适应恶劣的环境的能力，受到了用户的青睐，在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得了广泛的应用，与机器人、CAD/CAM一起被称为现代工业控制的三大支柱。可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用，在动车上也得到了广泛的应用，如资阳机车厂和青岛机车厂已在1995年选用日本三菱公司的FX2-80型PLC完成了工矿车控制系统的PLC改造现已投入运营，经技术统计控制系统的故障率减少了95%以上；唐山机车车辆厂于1998年自行开发研制成功的SYZ25型“庐山”号动车就采用了PLC控制，运行良好，PLC在动车系统中发挥了重要作用。另外现在2008年8月1日首条时速300公里以上高速铁路京津城际铁路开通运营，随后合武、合宁、石太等客运专线陆续通车。6月24日动车组最高试验速度达到时速394.3公里，创造了我国高速列车线路试验的新记录，这些成就可以说明PLC控制对于动车组有重要意义。1.3 论文研究内容、要求及创新点设计题目：动车车顶、地沟人员作业监测设计PLC报警设计主要内容：以PLC为控制核心，结合继电器、传感器、报警装置等设计动车检修人员安全PLC报警系统，设计并绘制控制系统外部接线图（PLC控制I/O接线图），设计传感器电路原理图，设计报警器电路原理，绘制电气原理图及梯形图，编制PLC程序。设计目的：（1）熟练掌握PLC的指令系统，学会一些特殊设备在生产实际中的应用。（2）能使用PLC软件编程，本设计采用三菱的FX2N软件。（3）通过设计牢固掌握设计梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧，学会顺序控制程序的设计和调试方法。（4）学会PLC输入/输出点的分配、接线，对PLC有系统的了解。（5）学会使用传感器，能设计传感器的电路图，（6）了解报警装置的结构和原理，能够正确应用在实际中。设计要求:利用传感器准确的检测出动车车顶或地沟是否有工作人员，然后将信号传送到PLC并能及时做出响应，控制报警装置，发出警报。创新点：完全采用技术检测，避免人工检测疏忽而带来的安全事故。第2章 动车的发展史及其检修2.1 动车的发展1 德国是最早制造和运用动车的国家，制造技术一直领先。1903年7月8日，首先运行了由钢轨供电的动车组，由4节动车和2节拖车编成。同年8月14日，又运行了由接触网供电的动车组，这是世界上第一列由接触网供电的单相交流电动车组。同年10月28日，西门子公司制造的三相交流电动车进行了高速试验，首创时速210.2公里的历史性记录。美国在20年代拥有汽油动车数量已超过 700辆。1913年瑞典千瓦电力传动柴油动车,后来又制出功率为185千瓦同类型的动车,还能挂34节附挂车。在2030年代柴油动车发展迅速，为欧洲、美洲国家和日本所大量使用，有些国家拥有动车数千辆。大洋洲、非洲和东南亚、南亚、中东国家也有使用。这个时期内无论在动力装置、传动装置、走行部、车内设备等结构方面，还是在舒适性(消减振动和噪声)以及运行速度等性能方面都有很大改进。在动力装置方面，以内燃机为动力的动车几乎都采用高速柴油机。它的热效率比汽油机高，燃料较便宜，每千瓦平均重量较小，功率从100千瓦左右发展到800千瓦左右，运行速度达到每小时140公里。在传动装置方面，200千瓦以下小功率动车采用机械传动，功率大的因变速换挡复杂不易操纵而用电力传动或液力传动。20世纪初电力动车已用在电气化铁路上。从1998年我国第一列商用动车组在南昌铁路局运营以来，目前已有几十列动车组奔驰在全国万里铁道线上。我国的现有动车：1、姓名：高速列车“和谐号”380BL；厂家：中国北车长客股份 中国北车唐车公司；速度：持续运营时速380公里，最高运营时速468公里，最高试验时速可超过500公里。3、CRH2型动车组：南车四方（联合日本川崎）生产。200公里级别（营运速度200KM/h，最高速度250KM/h）。4、CRH3C列车的原型为德国铁路的ICE-3列车（西门子Velaro）中国以引进西门子公司先进技术并吸收的方式，由中国北车唐山轨道客车在国内生产实现国产化，300公里级别（营运速度300KM/h，最高速度380KM/h）。5 CRH5型动车组是以阿尔斯通公司SM3型动车组为原型车，通过全面引进设计制造技术，由长客股份公司在国内制造生产的，设计速度200Km/ h，最高试验速度250Km/ h，等等一系列动车组。2.2 动车的检修及工作体系按照中华人民国和国铁道部颁布的铁路技术管理规程（2007年4月1日起实施的版本）：动车组实行以走行公里为主的定期检修，检修周期及技术标准按铁道部检修规程执行。动车组应有专门检修、运用基地，根据需要设备检修库、临修库、供动车组停放的库线、应又相应设备对转向架、车下设备、车上及车顶设备进行检查、维修和清洗作业。动车组日常运用的整备、清洁、和排污作业在运用基地完成。动车检修在我国分为五个等级，一二级为日常修，就是每天晚上车体进库后做一个体检，包括车体清洗及外观检查，数据测量受电弓实验，三四级是按动车所跑的公里数来换件修，如CRH1型车当行驶到120万KM时需三级修，240万KM时就得四级修。而五级修为厂修，几乎全部更换零件。2.3 动车日常检修能力分析与研究2.3.1 北京动车作业库内标准北京动车段检修库可安排级检修作业的库线12股道（6至17道），可同时安排短编24列（长编12列）进行检修，库内作业时间由库内检修时间、转场走行时间、洗车时间三部分组成。2.3.2 库内检修时间每组供电检修时间3.5小时（断电作业1小时、供电作业1小时、联检作业1小时、停断电操作时间标准为30分钟，合计3小时30分钟。）。2.4 CHR3型动车的一级检修2.4.1 检修人员的配备及分工检修作业小组1个（4名作业人员），辅助检查人员2名。其中、号负责车内设施、司机室设备、车载信息、车顶设备检查及相关性能试验。、号负责车体、裙板、底板、转向架、制动、车端连接等下部检查。2名辅助人员协助检查，具体负责动车组进库接车检查，接插外接电源和、号车顶作业时协助升降受电弓作业。2.4.2 检修流程和作业路线检修流程：图2-1 检修流程图外皮清洗入库接车下载故障信息、领取作业计划、领取上车钥匙申请接触网断电、降弓断电、设置安全信号接触网断电挂接地杆车顶设备检查、车顶设备检查、车内厨房设备检查、