地铁售票机系统设计

1. 项目背景

1.1 城市交通压力

1.1.1 城市化进程加速

• 随着中国城市化进程的加速，城市交通压力日益增大。
• 地铁作为高效、便捷的公共交通方式，越来越成为缓解城市交通压力的关键。
• 地铁系统不仅包括庞大的地下网络，还涉及到各种自动化技术的应用，其中就包括地铁售票系统。

1.1.2 地铁售票系统的需求

• 地铁售票系统的自动化程度直接影响到乘客的购票体验以及系统的运营效率。
• 高效识别纸币与硬币、准确退币等功能，这些都离不开PLC的精确控制。

1.2 PLC技术在地铁售票系统中的应用

1.2.1 PLC技术概述

• 可编程逻辑控制器（PLC）以其强大的功能和灵活的编程成为自动化控制领域的核心技术。
• PLC在地铁售票机系统中的应用尤为重要，满足高效识别纸币与硬币、准确退币等功能。

1.2.2 PLC控制系统的优势

• PLC控制系统相较于传统继电器和单片机控制方案，具有更高的稳定性和可靠性。
• PLC系统可大可小，很好的解决工业控制问题，适用于很多场合。
• PLC的开发周期较短，工程师无须花太多的精力在硬件的处理上，缩短了开发时间。

2. 地铁售票机系统设计方案

2.1 系统设计要求

2.1.1 控制系统的功能需求

• 自助售票机根据乘客选择的起点站和终点站的不同，只售4种不同价格的车票。
• 自助售票机设有两种投币口，纸币投币口可识别“1元”、“5元”“10元”的纸币；硬币投币口只能识别“1元”的硬币。
• 退币设有一个出币口，当金额多于所需金额时可以退出“1元”、“5元”“10元”三种币。

2.1.2 控制系统的操作流程

• 首先由乘客从面板上点击“购票”，线路被激活，此时乘客可以从线路上选择起点站和终点站，车票张数默认为“一张”。
• 当面板上显示“请投币”时，乘客根据“应付金额”的提示进行投币。
• 投入钱币后，面板上显示出“确认”和“放弃”两个选项，当点击“确认”时，则输出车票；若此时点击“放弃”，则停止购票，直接退币。

2.2 系统控制方案的确定

2.2.1 继电器控制方案的局限性

• 继电器控制会导致控制柜的接线变得复杂，增加了施工难度。
• 使用继电器的控制柜体积通常较大，这在地铁站这样空间有限的环境中是不利的。
• 继电器系统的接线复杂性也会增加修改和维护的工作量。

2.2.2 单片机控制方案的不足

• 单片机抗干扰能力较低，需要进行大规模的扩展，降低了系统的可靠性。
• 单片机的售价并不贵，但开发周期长，投入的人力物力较多。
• 单片机的开发周期较长，从电路设计、开模制版、编程、仿真、调试等经历非常长的周期。
• 利用单片机开发的设备往往是专用的特殊设备，通用性较差，不便于维护。

2.2.3 PLC控制方案的优势

• PLC的可靠性得到了工控业界的认可，目前采用PLC控制的设备份额达90％。
• 采用PLC进行设备控制，工程师无须花太多的精力在硬件的处理上，采用积木式结构很快可以形成系统电路。
• PLC的处理能力也越来越强，其通讯能力、运算处理能力、容量（I/O容量和程序容量）等都有长足的发展。
• PLC控制系统的成本低于采用单片机或IPC的费用，其系统可大可小，很好解决工业控制问题，适用于很多场合。

2.3 系统方案设计

2.3.1 PLC的选型

• 本次设计采用三菱FX-2N-32MR PLC作为控制器，型号为FX-2N-32MR,继电器输出型，共有16个输入点以及16个输出点，在保证余量的同时，完全满足本次设计的需求。

2.3.2 电器元件的选型

• 交流接触器用于频繁地启动和控制电动机，而熔断器提供必要的短路保护，保障系统在故障情况下能迅速断电，防止更大的安全事故。
• 按钮开关在复位弹簧的作用下复位断开，确保系统的稳定运行。

3. 地铁售票机系统硬件设计

3.1 PLC的选型

• PLC控制系统的成本低于采用单片机或IPC的费用，其系统可大可小，很好解决工业控制问题，适用于很多场合。
• PLC处理能力也越来越强，其通讯能力、运算处理能力、容量（I/O容量和程序容量）等都有长足的发展。

3.2 电器元件的选型

• 交流接触器用于频繁地启动和控制电动机，而熔断器提供必要的短路保护，保障系统在故障情况下能迅速断电，防止更大的安全事故。
• 按钮开关在复位弹簧的作用下复位断开，确保系统的稳定运行。

3.3 电气元器件的选择

• 主要电气元件选型如表3.2所示。

4. 控制系统软件设计

4.1 控制流程图设计

• 控制流程图设计包括输入信号处理、输出信号控制、系统监控和故障处理等环节。

4.2 中间元件表

• 中间元件表包括输入元件、输出元件、控制元件等，用于实现系统的各项功能。

4.3 控制程序设计

• 控制程序设计包括输入信号处理、输出信号控制、系统监控和故障处理等环节。

4.4 程序的仿真调试

• 程序的仿真调试是通过对控制程序进行模拟运行，检查程序的正确性和稳定性。

4.5 组态软件介绍

• 易控组态软件是一种通用的工业监控软件，它集过程控制、现场操作以及工厂资源管理于一体，实现最优化管理。

4.6 上位机监控界面

• 上位机监控界面包括输入信号监控、输出信号控制、系统状态显示和故障报警等模块。

4.7 变量设置

• 变量设置包括输入信号变量、输出信号变量、系统状态变量等，用于实现系统的各项功能。

4.8 I/0通信设置

• I/0通信设置包括输入信号与PLC的通信、输出信号与PLC的通信等，用于实现系统的各项功能。

4.9 易控与PLC的连接

• 易控与PLC的连接是通过通信接口实现的，包括串口通信、以太网通信等。

4.10 综合调试的步骤

• 综合调试的步骤包括硬件安装、软件编程、系统联调、故障排查等环节。

5. 结论

• 本文通过对地铁售票机系统的需求分析，探讨了采用PLC相较于传统继电器和单片机控制方案的优势，阐述了基于PLC的地铁售票机控制系统设计方案，包括系统的硬件选择、功能分析、工艺流程，以及利用易控组态软件实现系统监控的方法。
• 通过细致的PLC控制逻辑设计和上位机监控界面的开发，实现了一个既高效又稳定的地铁售票系统，为乘客提供更加便捷的服务，同时为城市轨道交通的发展贡献力量。