1.控制系统硬件设置
1）PLC I/O硬件设备
（1）开关、按钮。
根据触点的形式，开关可以分为3类：常开开关、常闭开关和复合开关。通过对开关接通闭合的操作，可以将操作者的指令要求传给PLC设备。
（2）行程开关。
行程开关的作用是将运动至极限端的部件及时安全地停下来。当运动部件运行到行程开关所在之处，运动部件会把开关上面的顶杆压下，导致顶杆上的常闭开关开通，下面的常开开关闭合。待该部件离开，又会再次复位。使用行程开关后可以让控制系统中运转的被控电机按照规定的程序实现自动化停车、电机的正反转或循环反复功能，如此可实现列车的运行停止、屏蔽门的开关门动作或保障电动机的安全运转。本设计中将行程开关安装在屏蔽门打开到位的关键位置上。
（3）传感器。
在行业的各类控制系统中广泛应用到传感器，它可以用来检测物体的位置、颜色、材质、温度。本设计中，防夹设计使用红外线传感器来进行障碍物检测。
（4）三相异步交流电机。
三相异步交流电机可以将电能变换成机械能，该类电动机主要由转子、定子这两大部分组成，两者之间有一个很小的间隙。其工作原理是：将对称的三相绕组即定子绕组接到三相交流电源中，由此产生一个旋转对称的三相交流电流磁场，并以同步转速来不断旋转切割转子部分，得到转矩。不同的电动机转子部分也不尽相同。因此，三相异步电机可以分为绕线型异步电机和笼型异步电机，在屏蔽门系统中，采用笼型三相异步交流电机作为驱动电机。
（5）变频器。
能够通过改变频率来改变速度的设备叫作变频器，它的工作原理是通过改变三相交流异步电动机的供电频率，即调节电动机的同步转速 0n来实现速度变化的功能。计算异步电动机n的公式如下：
式中，n0表示同步转速，p表示电动机的磁极对数。为了实现屏蔽门开关门的调速功能，使用变频器的调速功能来改变异步电机的转动频率，实现调速。
2）PLC型号的选择
西门子PLC的选型原则如下：
（1）估算输入输出的点数。
在估计I/O点时，要留下适当的余量。通常系统设计时要在使用的I/O点数总和上，再保留10%～20%的可扩展后备余量，将其作为I/O点数最终的估算量。
（2）存储容量的估算。
如今还没有计算存储器的具体公式，大概方法是用10～15倍的输入/输出点数，加上100倍的模拟I/O点数作为最后的结果，最后再保留此数的25%作为余量。
（3）输出形式的选择。
输出形式有晶体管输出、继电器输出、双向晶闸管输出等。考虑到感性负载的通断频繁，最好选择晶体管输出。
（4）机型的选择。
PLC按结构可分为两种类型：模块式和整体式。整体式PLC的输入输出点数是不能改变的，适用于小型控制系统。模块式PLC能够提供多种插入式的I/O卡槽零件，这样就可以合理地筛选和分配I/O点数，实现随意机动的拓展功能，这种类型适用于大型和中型控制系统。
（5）经济性的考虑。
选择PLC的具体型号时，还要考虑性能价格比，选择最实用的PLC。
3）输入输出点数的分配
硬件系统设计的关键在于确定屏蔽门的I/O分配。I/O分配表是编制PLC程序和现场布线的重要依据。根据屏蔽门控制系统的要求，列出其I/O分配情况，如表10-3、10-4所示。
表10-3 I/O输入分配表
表10-4 I/O输出分配表
2.屏蔽门控制系统系统软件设计
在屏蔽门控制系统的具体控制要求的指导下，如图10-40所示，画出设计该系统的运行流程图。
图10-40 屏蔽门控制系统流程图
PLC编程一般有经验归纳法、逻辑解析法、图解流程法等，本设计将结合逻辑解析法和图解流程法来进行设计。
本设计的程序使用西门子公司的STEP7 MicroWIN编程软件来进行编写。根据流程图，程序可以分为电源开关状态部分、车站级控制模式部分和系统级控制模式部分，并在两种运行模式中分别实现屏蔽门的开关和防夹功能。
1）新建工程
打开STEP7 MicroWIN编程软件，创建一个新工程，在“新建工程”对话框中，选择工程类型、CPU系列、PLC类型。本设计使用S7-200系列的PLC，且使用简单工程，编程语言是梯形图。设置好以后，就可以在编辑界面上编写梯形图程序了。
2）上电初始化，判断电源开关状态
上电第一个扫描周期置位S0.0，进入该顺控程序段，在该程序段，复位所有输入和输出。若接通总电源开关I0.0，则转移到顺控程序段S1，执行S1中的程序命令，如图10-41所示。(www.xing528.com)
图10-41 总电源开关的判断
3）判断系统运行控制模式
若控制模式开关I0.1无输入且列车已在起始位置，则执行逻辑块S0.2和S3.1的命令，即进入系统级控制。若I0.1常开闭合且列车已在起始位置则执行逻辑块S0.2和S3.0的命令，即进入车站级控制，如图10-42所示。
图10-42 控制模式的判断
4）车站级控制下的屏蔽门控制功能实现
（1）若逻辑块S0.2先执行，列车电机正转按钮I1.4接通，列车启动，电机正转。程序导向逻辑块S0.3，如图10-43所示。
图10-43 列车启动程序
（2）S0.3执行，列车到达屏蔽门位置，位置开关I1.1闭合，电机不再正转运行Q0.0，列车停止运行。程序导向步进S0.4，按下屏蔽门开门按钮I0.2，继续执行S0.5，输出Q0.3，即屏蔽门先匀速打开，蜂鸣器Q1.1输出。同时闭合屏蔽门降速点的检测开关I1.2，输出Q0.4，屏蔽门开始降速。当屏蔽门开启到达上限的时候，接通打开到位检测开关I0.6，屏蔽门开门操作结束，如图10-44所示。程序接着执行步进S0.6，用定时器T37实现屏蔽门开门时间15 s的延时，如图10-45所示。定时器计时结束后，执行S0.7。
图10-44 屏蔽门开门
图10-45 定时15 s
（3）S0.7执行，输出关门提示Q1.0，这里对关门提示使用了1 s提示一次的定时程序。接着按下屏蔽门关门按钮I0.3，执行S1.0的关门操作，如图10-46。
图10-46 屏蔽门关门提示
（4）S1.0执行，输出Q0.2，则屏蔽门电机正转运行，屏蔽门匀速关闭，同时输出Q1.1，蜂鸣器鸣响，此处同样使用了1 s输出一次的定时程序。同时降速点检测开关I1.2闭合，屏蔽门开始降速关门。若没有障碍物，则关闭到位后接通I0.5，并执行S1.3，关门操作程序结束，如图10-47和图10-48所示。此时，若红外线传感器检测到输入信号，表示有其他物体在屏蔽门之间，则自动执行防夹程序S1.1，如图10-49所示。屏蔽门电机反转开门，同时蜂鸣器鸣响。在降速点降速开门，并在开启到位后停止运转。执行S1.2，接通定时器T42，实现5 s的开门延时。计时结束后，自动执行逻辑块S1.0。
图10-47 屏蔽门关门且蜂鸣
图10-48 屏蔽门障碍物检测或关门结束
图10-49 防夹控制程序
（5）S1.3执行，接通定时器T43，实现屏蔽门关门后的3 s延时等待。计时结束后，接通Q0.0，列车电机再次正转运行，列车启动出发。列车到达最终位置以后，程序返回执行S0.0，系统再次初始化，如图10-50所示。
图10-50 列车离开程序
5）系统级控制下的屏蔽门控制功能实现
系统级的开门操作、关门操作和防夹功能与车站级控制的程序基本相同，唯一不同的是，没有需要车站值班人员手动按下的屏蔽门开门、关门按钮，而是由系统检测到屏蔽门位置以后自动实现屏蔽门开门、关门操作。系统级的控制由逻辑块S2.0～S2.6实现。
6）故障报警
当车站级控制出现信号系统故障时，执行逻辑块S3.0，系统及控制出现信号系统故障时执行逻辑块S3.1。程序中，出现故障时，I1.3被接通，输出故障报警Q0.5，及时给车站工作人员发出报警提示，如图10-51所示。
图10-51 故障报警
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