鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統設計

成鳳敏，王 蕾

（唐山學院信息工程系，河北唐山063000）

鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統設計

成鳳敏，王 蕾

（唐山學院信息工程系，河北唐山063000）

根據鐵路與公路交叉口處行車的需要，設計了一套護欄自動控制系統。系統主要由PLC、三相異步電動機、振動傳感器等組成，分為手動和自動控制兩種方式。采用梯形圖語言完成對現場的控制，使用MCGS監控組態軟件設計人機界面，經調試，系統運行正常，能夠實現預期的設計目標。關鍵詞：護欄；自動控制系統；監控組態界面

1 總體設計方案

鐵路與公路交叉口，火車、汽車、行人的交通都受護欄的控制及指示燈的提示［1］，如圖1所示。為了更好地體現護欄的功能，我們設計了一種新型的護欄自動控制系統，該系統采用振動傳感器檢測火車信號，護欄的升降采用三相異步電動機啟動，控制系統選用西門子公司的S7－200系列小型PLC，利用限位開關對護欄位置進行控制。系統分為手動和自動兩種運行狀態。在自動運行狀態時，當火車通過叉口若干秒以前，根據火車傳來的振動信號自動啟動PLC控制系統，來完成公路段上紅燈亮，警鈴響，并降下護欄。當火車離開若干秒時，護欄升起，公路段綠燈亮，行人及汽車通過。手動狀態則根據開關手動控制電機的正轉與反轉來完成護欄的升起與下落。欄木機上還裝有電磁摩擦制動器，保證護欄可以處在水平和垂直兩個極限狀態，同時還具備及時制動功能，可使欄桿保持在任意狀態。

圖1 鐵路與公路交叉口模擬界面圖

2 程序設計

2.1 模式選擇

控制過程分為手動和自動控制兩種模式，模式選擇流程如圖2所示。

系統通電之后，首先檢查護欄是否在最下方，若不在，則自動運行至最下方。根據手動自動切換寄存器來確定系統是進入自動狀態還是進入手動狀態。在手動狀態中可以單獨控制電機的正反轉來實現護欄的升起與降落；在自動控制狀態下，根據火車是否到來的振動信號自動實現電機的正反轉來完成護欄的運行。

圖2 模式選擇流程圖

2.2 PLC I/O口分配

PLC的輸入/輸出分配及說明如表1所示［2］。

表1 I/O口分配

2.3 梯形圖設計

當系統處于自動運行狀態時，若護欄沒有在最下方，則系統自動進入電機反轉子程序，使護欄下降至最下方。當系統處于手動運行狀態且護欄處于中間位置時，系統同樣運行啟動狀態子程序，使護欄下降至最下方，以保證交叉口處行車的安全。

按下SB0（I2.0＝1）按鈕啟動系統，根據手動開關SB11（I1.6）、自動開關SB12（I1.7）的動作，系統分別進入手動或是自動工作狀態。依據I1.6，I1.7的狀態來控制手動自動切換寄存器M1.0的值，若手動自動切換寄存器M1.0＝0則系統進入手動狀態，其主程序如圖3所示。若M1.0＝1則系統進入自動狀態，主程序如圖4所示。

圖3 手動狀態主程序

圖4 自動狀態主程序

系統在運行之中若出現誤操作或是其他故障，需要使電機停止運行，主程序如圖5所示。

圖5 電機停止主程序

電機反轉子程序如圖6所示。當護欄手動起開關未閉合，電機正轉信號為0，下限位開關未閉合（護欄未處于最下方）則電機反轉，當護欄下限位開關閉合即護欄下落至最下方時，電機停止輸出反轉信號，同時電磁摩擦制動器輸出制動信號使護欄停止運動。

圖6 電機反轉動子程序

電機正轉子程序如圖7，當護欄手動落開關未閉合，電機反轉信號為0，上限位開關未閉合（護欄未處于最上方）則電機正轉，當護欄上限位開關閉即護欄上升至最上方時，電機停止輸出正轉信號，同時電磁摩擦制動器輸出制動信號使護欄停止運動。

圖7 電機正轉動子程序

運行過程中若出現突發情況需護欄停止運動，則運行電機停止主程序，并跳轉至電機停止子程序，如圖8所示。

圖8 電機停止子程序

根據系統各狀態的不同以及實際中具體狀況的分析，公路段以及鐵路段都需要輸出燈信號，通過路口交通信號燈的變化來提醒行人或車輛是否可通過，以避免交通事故的發生，限于篇幅，不再作梯形圖介紹。

3 監控組態界面設計

系統選用MCGS（Monitor and Control Generated System）構成上位機監控系統。MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發平臺，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業監控網絡等功能［2］。組態界面由表示火車、鐵路與公路的道路指示標、護欄旋轉角度、顯示護欄位置的指示標語、火車信號的指示燈、鐵路和公路段的交通信號燈、開關按鈕等組成，各開關上方的小方框顯示的為開關的閉、合狀態，其組態界面如圖9所示。

4 系統調試

調試內容包括：

（a）手動方式下，能否正常啟動和停止三相異步電動機來實現護欄的自動下落與上升。

圖9 系統組態界面

（b）自動方式下，給PLC振動信號，系統能否實現三相異步電動機的運行，來實現護欄的自動下落與上升。

（c）在誤操作狀態下，三相異步電動機是否可以停止轉動來保證運行的安全。

（d）將組態界面與PLC現場連接調試，通過觀察PLC模塊開關量變化時，組態界面對應的開關量是否隨著開關量的變化而變化，輸出是否符合要求，從而實現遠程監控的效果。組態畫面按鈕動作是否可以對系統進行操作，系統是否可以進行相應的操作，以達到遠程控制的目的。

經過調試，系統運行正常，能夠實現預期的設計目標。

［1］ 訾學博，張大千.鐵路道口報警及控制系統［J］.沈陽航空工業學院學報，2008，6：52－54.

［2］ 吳作明.工控組態軟件與PLC應用技術［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007：8－13.

（責任編校：李秀榮）

The Design of Automatic Control System of the Railroad and Railway Crossing Guardrails

CHENG Feng－min，WANG Lei

（Department of Information Engineering，Tangshan College，Tangshan 063000，China）

According to the driving need of railway and highway intersection，this paper presents automatic control system of guardrails.This system is mainly composed of PLC，three phase asynchronous motor and vibration sensor composition，and it is divided into manual control mode and automatic control mode.The ladder diagram language complete system to realize the scene control is used.This system also uses the MCGS monitoring configuration software interface.Being testified，the system works well and can achieve the expected goal of design.

guardrail；automatic control system；supervisory control and data acquisition

book=11,ebook=11

TP273

A

1672－349X（2012）03－0100－03

2012－01－10

成鳳敏（1983－）女，河北邢臺人，講師，碩士，主要從事虛擬儀器技術、控制工程研究。