铁路与公路交叉口护栏自动控制系统设计

成凤敏，王 蕾

（唐山学院信息工程系，河北唐山063000）

铁路与公路交叉口护栏自动控制系统设计

成凤敏，王 蕾

（唐山学院信息工程系，河北唐山063000）

根据铁路与公路交叉口处行车的需要，设计了一套护栏自动控制系统。系统主要由PLC、三相异步电动机、振动传感器等组成，分为手动和自动控制两种方式。采用梯形图语言完成对现场的控制，使用MCGS监控组态软件设计人机界面，经调试，系统运行正常，能够实现预期的设计目标。关键词：护栏；自动控制系统；监控组态界面

1 总体设计方案

铁路与公路交叉口，火车、汽车、行人的交通都受护栏的控制及指示灯的提示［1］，如图1所示。为了更好地体现护栏的功能，我们设计了一种新型的护栏自动控制系统，该系统采用振动传感器检测火车信号，护栏的升降采用三相异步电动机启动，控制系统选用西门子公司的S7－200系列小型PLC，利用限位开关对护栏位置进行控制。系统分为手动和自动两种运行状态。在自动运行状态时，当火车通过叉口若干秒以前，根据火车传来的振动信号自动启动PLC控制系统，来完成公路段上红灯亮，警铃响，并降下护栏。当火车离开若干秒时，护栏升起，公路段绿灯亮，行人及汽车通过。手动状态则根据开关手动控制电机的正转与反转来完成护栏的升起与下落。栏木机上还装有电磁摩擦制动器，保证护栏可以处在水平和垂直两个极限状态，同时还具备及时制动功能，可使栏杆保持在任意状态。

图1 铁路与公路交叉口模拟界面图

2 程序设计

2.1 模式选择

控制过程分为手动和自动控制两种模式，模式选择流程如图2所示。

系统通电之后，首先检查护栏是否在最下方，若不在，则自动运行至最下方。根据手动自动切换寄存器来确定系统是进入自动状态还是进入手动状态。在手动状态中可以单独控制电机的正反转来实现护栏的升起与降落；在自动控制状态下，根据火车是否到来的振动信号自动实现电机的正反转来完成护栏的运行。

图2 模式选择流程图

2.2 PLC I/O口分配

PLC的输入/输出分配及说明如表1所示［2］。

表1 I/O口分配

2.3 梯形图设计

当系统处于自动运行状态时，若护栏没有在最下方，则系统自动进入电机反转子程序，使护栏下降至最下方。当系统处于手动运行状态且护栏处于中间位置时，系统同样运行启动状态子程序，使护栏下降至最下方，以保证交叉口处行车的安全。

按下SB0（I2.0＝1）按钮启动系统，根据手动开关SB11（I1.6）、自动开关SB12（I1.7）的动作，系统分别进入手动或是自动工作状态。依据I1.6，I1.7的状态来控制手动自动切换寄存器M1.0的值，若手动自动切换寄存器M1.0＝0则系统进入手动状态，其主程序如图3所示。若M1.0＝1则系统进入自动状态，主程序如图4所示。

图3 手动状态主程序

图4 自动状态主程序

系统在运行之中若出现误操作或是其他故障，需要使电机停止运行，主程序如图5所示。

图5 电机停止主程序

电机反转子程序如图6所示。当护栏手动起开关未闭合，电机正转信号为0，下限位开关未闭合（护栏未处于最下方）则电机反转，当护栏下限位开关闭合即护栏下落至最下方时，电机停止输出反转信号，同时电磁摩擦制动器输出制动信号使护栏停止运动。

图6 电机反转动子程序

电机正转子程序如图7，当护栏手动落开关未闭合，电机反转信号为0，上限位开关未闭合（护栏未处于最上方）则电机正转，当护栏上限位开关闭即护栏上升至最上方时，电机停止输出正转信号，同时电磁摩擦制动器输出制动信号使护栏停止运动。

图7 电机正转动子程序

运行过程中若出现突发情况需护栏停止运动，则运行电机停止主程序，并跳转至电机停止子程序，如图8所示。

图8 电机停止子程序

根据系统各状态的不同以及实际中具体状况的分析，公路段以及铁路段都需要输出灯信号，通过路口交通信号灯的变化来提醒行人或车辆是否可通过，以避免交通事故的发生，限于篇幅，不再作梯形图介绍。

3 监控组态界面设计

系统选用MCGS（Monitor and Control Generated System）构成上位机监控系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能［2］。组态界面由表示火车、铁路与公路的道路指示标、护栏旋转角度、显示护栏位置的指示标语、火车信号的指示灯、铁路和公路段的交通信号灯、开关按钮等组成，各开关上方的小方框显示的为开关的闭、合状态，其组态界面如图9所示。

4 系统调试

调试内容包括：

（a）手动方式下，能否正常启动和停止三相异步电动机来实现护栏的自动下落与上升。

图9 系统组态界面

（b）自动方式下，给PLC振动信号，系统能否实现三相异步电动机的运行，来实现护栏的自动下落与上升。

（c）在误操作状态下，三相异步电动机是否可以停止转动来保证运行的安全。

（d）将组态界面与PLC现场连接调试，通过观察PLC模块开关量变化时，组态界面对应的开关量是否随着开关量的变化而变化，输出是否符合要求，从而实现远程监控的效果。组态画面按钮动作是否可以对系统进行操作，系统是否可以进行相应的操作，以达到远程控制的目的。

经过调试，系统运行正常，能够实现预期的设计目标。

［1］ 訾学博，张大千.铁路道口报警及控制系统［J］.沈阳航空工业学院学报，2008，6：52－54.

［2］ 吴作明.工控组态软件与PLC应用技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2007：8－13.

（责任编校：李秀荣）

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

成凤敏（1983－）女，河北邢台人，讲师，硕士，主要从事虚拟仪器技术、控制工程研究。