鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統

蔡德利

遼寧錦州渤海大學工學院

鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統

蔡德利

遼寧錦州渤海大學工學院

隨著鐵路以及公路的飛速發展，生活中為了控制管理的需要，針對如何更好地控制交通安全提出了很高的需求。本文基于鐵路與公路交叉口的需求，設計了鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統。

鐵路 公路交叉口 自動控制

1 引言

隨著社會經濟的飛速發展，推動了交通運輸業，尤其是幾乎我國大部分的范圍中都有安裝陸地交通網，由于道路中的路線錯綜復雜，交叉道口因此也是相形交錯，隨著交叉道口誕生，對道路運輸效率造成了很大的影響，在效率方面大大地降低，從某種意義上這對交通安全造成了負面的影響。如何提高交通運輸的效率以及降低交通安全事故發生率，就需要從交叉道口的人行和車輛進行分析，如何讓交叉道口的行人與車輛能夠合理高效地移動，同時運行的時間相對比較短，這是目前相關部門需要解決的問題與難點。基于眾多學者的研究，設計了通過紅綠燈的方式對公路交叉口的交通情況進行控制，可以讓多個方向的道路能夠交換地通行，從而最終有利于提高行人與車輛之間的運行速率，也方便貨物在公路交叉口中能夠快速地運輸，在鐵路和公路的交叉道口處，通常情況下選擇的是欄桿，這樣當火車經過交叉口的過程中能夠將公路方向的流通隔斷，從而降低了交通事故的發生。

現今所采用的這類欄桿的實現是基于人工控制的，所以人力方面并沒有很好地得到利用。但是由于以往主要是通過機械裝置對公路道口中紅綠燈進行控制，從某種意義上而言，機械裝置會造成占用空間的浪費，而且在物力財力方面耗損比較多。隨著電子技術的飛速發展，在現實生活的很多領域中都運用到了自動控制系統。將數控技術應用到公路交叉口紅綠燈方面，對交叉口紅綠燈進行自動控制，相比于以往的方式，在資源損耗以及耗能方面都有著很大的優勢，而且還可以推動我國運輸業的快速發展。

2 總體設計方案

本文在鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統中用到了護欄，護欄控制的實現運用到了限位開關。系統的運行狀態一共可以是由兩部分組成的，分別是自動和手動。當系統的運行狀態是處于自動的時候，在火車經過叉口的前幾秒時候，通過分析來自火車的振動信號將PLC控制系統啟動，從而保證公路段上的紅燈顯示閃亮，警鈴發出聲音，同時將護欄放下。在火車離開之后的幾秒中，升起護欄，公路的綠燈就會亮，表明車輛和行人可以正常通過。如果系統的運行狀態是手動的時候，護欄的升起和方下的操作就需要通過開關對電機的正轉以及反轉進行手動地控制。從而確保護欄的狀態可以是水平的以及垂直的。

3 設計思想

3.1 鐵路道口設計思想

為了實現自動控制系統，需要做的就是對控制目標進行深入地分析，從而確保控制系統可以滿足所提出的需求。當火車到來之前需要切斷鐵路和公路的交叉口的公路交通，從而可以提供一些時間給公路進行調整。同時還需要保證當火車經過的時候，公路交通就會切斷，無論是什么情況下，公路必須要切斷，由于如果沒有切斷就容易引起撞車交通事故的發生，從而造成的后果會十分嚴重。因此基于這個特征，本文設計的自動控制系統具有很高的可靠性。

3.1.1 控制信號的取出

當公路交通切斷之前需要轉換火車到來的信息，將火車來臨的信息轉為電信號，將電信號轉變為控制信號，控制系統的好與壞與所取出的控制信號有著直接的影響關系。從某種意義上自動控制系統的最主要的特征是可靠性以及精確性。關于火車來臨信息的檢測有多種方式，例如無線電波、電磁電法，光電法等。由于這幾種方法分別有各自的功能特點，然而缺點是在獲取信息的過程中故障率比較高，同時具有比較差的抗干擾性等。所以這些方法目前還沒有被大部分人所接受，本文在信號獲取的過程中應用到特殊的方法，同時信號的傳輸用到了專線的方式。這樣一來能夠更好地將火車來臨的信息獲取到，從而增強信號的準確性以及抗干擾性。最終使系統的性能可以增強。

3.1.2 系統原理

自動控制系統中控制原理為：在交叉道口兩邊附近的鐵軌上分別設置從K0-K3，其中的K0、K1是放置在交叉道口的同一邊的，而K2和K3是放置在交叉道口的另一邊的。在火車開過來的時候，先將K0閉合，同時負電壓就會對C進行充電，此時的SCR是截止的狀態。在火車開到K1位置的時候，閉合K1，C就會出現放電，接著再進行反向充電。從而電壓的突變就會導通SCR，指示燈就會被點亮。此時繼電器出現吸合現象，促使電動機的正向電壓轉動，進而使得欄桿能夠降下，最終成功實現公路交通切斷的目的。系統總電路圖如圖1所示。

圖1 系統總電路圖

當火車的行駛方向是向右的時候，在火車經過K2的時候K2就會出現關閉的現象。因為考慮到C是處于充電的狀態，所以閉合K2不會起到任何作用，這個時候SCR是導通的，當火車經過K3的時候，在C上增加負電源，C的兩端就會出現電壓負跳變，作用在SCR中的負脈沖的目的是為了截止SCR，同時燈L也會熄滅，繼電器會被釋放，電動機在負電壓的作用下進行反轉，從而推動護欄升起，公路交通情況恢復正常。

當火車的行駛發方向是向左的時候，其工作過程和向右的行駛方向是一致的，而且有一個到位開關設置在欄桿的頂端以及底端的部位，這個到位開關的作用是檢測欄桿升起或者降下到位的信息，當欄桿升起到頂端，或者下降到底端的時候，電機就是出現停電，從而工作終止。

4 系統程序設計

4.1 模式選擇

控制過程的模式主要包括了手動以及自動兩種，具體的模式選擇流程如圖2所示。

圖2 模式選擇流程圖

當將系統通電以后，第一步需要做的就是確保護欄是不是在最下面，如果沒有在最下面的話，那么護欄就會自動調整到最下面。通過手動自動的切換寄存器進行系統控制模式的判斷。

4.2 PLC輸入/輸出口分配

PLCI/O口分配情況如表1所示。

表1 PLCI/O口分配情況表

4.3 555觸發脈沖電路圖

555觸發脈沖電路中的脈寬是從幾個微秒到數分鐘，精確度是在0.1%左右。將新觸發脈沖增加到電路中，電路的暫穩態所保持的時間段是VC從0增加到2/3VCC的時候，此時脈沖是不起任何作用，而且電路中暫穩態所保持的時間是固定的。從這里可以知道電路的工作波形的變化情況，當電路中R和C選擇合理的值的時候，就可以保持在tp0的時間段內輸出脈沖的脈寬。如果在電路中運用這個脈寬的時候。就能夠在tp0的時間段電路處于一種狀態。555觸發脈沖電路的電路圖如圖3所示。

圖3 555觸發脈沖電路的電路圖

結語：本文設計的電路是作為實驗電路演示，由于在現實中用于鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統的中的燈泡功率比較高，而本課題介紹的555輸出的電流是在幾百mA以內。該555電路的作用是用來做固態繼電器。

[1]成鳳敏，王蕾.鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統設計[J].唐山學院學報，2012，25(3):100-102

[2]于新，胡秀霞，胡國進.鐵路與公路交叉道口的自動控制系統[J].宜春學院學報，2005，27(2):31-33

[3]王堯.高速鐵路線路護欄完整性自動檢測[C]//全國博士生學術論壇.2011

[4]姚志宏.PLC在鐵路和公路交叉口交通管理中的應用[J].農機化研究,2003(1):166-168