成鳳敏，王 蕾

（唐山學(xué)院信息工程系，河北唐山063000）

鐵路與公路交叉口護(hù)欄自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

成鳳敏，王 蕾

（唐山學(xué)院信息工程系，河北唐山063000）

根據(jù)鐵路與公路交叉口處行車的需要，設(shè)計(jì)了一套護(hù)欄自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由PLC、三相異步電動(dòng)機(jī)、振動(dòng)傳感器等組成，分為手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種方式。采用梯形圖語言完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，使用MCGS監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面，經(jīng)調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行正常，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵詞：護(hù)欄；自動(dòng)控制系統(tǒng)；監(jiān)控組態(tài)界面

1 總體設(shè)計(jì)方案

鐵路與公路交叉口，火車、汽車、行人的交通都受護(hù)欄的控制及指示燈的提示［1］，如圖1所示。為了更好地體現(xiàn)護(hù)欄的功能，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的護(hù)欄自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用振動(dòng)傳感器檢測(cè)火車信號(hào)，護(hù)欄的升降采用三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，控制系統(tǒng)選用西門子公司的S7－200系列小型PLC，利用限位開關(guān)對(duì)護(hù)欄位置進(jìn)行控制。系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài)。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，當(dāng)火車通過叉口若干秒以前，根據(jù)火車傳來的振動(dòng)信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)PLC控制系統(tǒng)，來完成公路段上紅燈亮，警鈴響，并降下護(hù)欄。當(dāng)火車離開若干秒時(shí)，護(hù)欄升起，公路段綠燈亮，行人及汽車通過。手動(dòng)狀態(tài)則根據(jù)開關(guān)手動(dòng)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來完成護(hù)欄的升起與下落。欄木機(jī)上還裝有電磁摩擦制動(dòng)器，保證護(hù)欄可以處在水平和垂直兩個(gè)極限狀態(tài)，同時(shí)還具備及時(shí)制動(dòng)功能，可使欄桿保持在任意狀態(tài)。

圖1 鐵路與公路交叉口模擬界面圖

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 模式選擇

控制過程分為手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種模式，模式選擇流程如圖2所示。

系統(tǒng)通電之后，首先檢查護(hù)欄是否在最下方，若不在，則自動(dòng)運(yùn)行至最下方。根據(jù)手動(dòng)自動(dòng)切換寄存器來確定系統(tǒng)是進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)還是進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)。在手動(dòng)狀態(tài)中可以單獨(dú)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)護(hù)欄的升起與降落；在自動(dòng)控制狀態(tài)下，根據(jù)火車是否到來的振動(dòng)信號(hào)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來完成護(hù)欄的運(yùn)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(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，若護(hù)欄沒有在最下方，則系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入電機(jī)反轉(zhuǎn)子程序，使護(hù)欄下降至最下方。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)且護(hù)欄處于中間位置時(shí)，系統(tǒng)同樣運(yùn)行啟動(dòng)狀態(tài)子程序，使護(hù)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(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)手動(dòng)開關(guān)SB11（I1.6）、自動(dòng)開關(guān)SB12（I1.7）的動(dòng)作，系統(tǒng)分別進(jìn)入手動(dòng)或是自動(dòng)工作狀態(tài)。依據(jù)I1.6，I1.7的狀態(tài)來控制手動(dòng)自動(dòng)切換寄存器M1.0的值，若手動(dòng)自動(dòng)切換寄存器M1.0＝0則系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)，其主程序如圖3所示。若M1.0＝1則系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)，主程序如圖4所示。

圖3 手動(dòng)狀態(tài)主程序

圖4 自動(dòng)狀態(tài)主程序

系統(tǒng)在運(yùn)行之中若出現(xiàn)誤操作或是其他故障，需要使電機(jī)停止運(yùn)行，主程序如圖5所示。

圖5 電機(jī)停止主程序

電機(jī)反轉(zhuǎn)子程序如圖6所示。當(dāng)護(hù)欄手動(dòng)起開關(guān)未閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)信號(hào)為0，下限位開關(guān)未閉合（護(hù)欄未處于最下方）則電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)護(hù)欄下限位開關(guān)閉合即護(hù)欄下落至最下方時(shí)，電機(jī)停止輸出反轉(zhuǎn)信號(hào)，同時(shí)電磁摩擦制動(dòng)器輸出制動(dòng)信號(hào)使護(hù)欄停止運(yùn)動(dòng)。

圖6 電機(jī)反轉(zhuǎn)動(dòng)子程序

電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序如圖7，當(dāng)護(hù)欄手動(dòng)落開關(guān)未閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)為0，上限位開關(guān)未閉合（護(hù)欄未處于最上方）則電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)護(hù)欄上限位開關(guān)閉即護(hù)欄上升至最上方時(shí)，電機(jī)停止輸出正轉(zhuǎn)信號(hào)，同時(shí)電磁摩擦制動(dòng)器輸出制動(dòng)信號(hào)使護(hù)欄停止運(yùn)動(dòng)。

圖7 電機(jī)正轉(zhuǎn)動(dòng)子程序

運(yùn)行過程中若出現(xiàn)突發(fā)情況需護(hù)欄停止運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)行電機(jī)停止主程序，并跳轉(zhuǎn)至電機(jī)停止子程序，如圖8所示。

圖8 電機(jī)停止子程序

根據(jù)系統(tǒng)各狀態(tài)的不同以及實(shí)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(hào)，通過路口交通信號(hào)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(fā)生，限于篇幅，不再作梯形圖介紹。

3 監(jiān)控組態(tài)界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選用MCGS（Monitor and Control Generated System）構(gòu)成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能［2］。組態(tài)界面由表示火車、鐵路與公路的道路指示標(biāo)、護(hù)欄旋轉(zhuǎn)角度、顯示護(hù)欄位置的指示標(biāo)語、火車信號(hào)的指示燈、鐵路和公路段的交通信號(hào)燈、開關(guān)按鈕等組成，各開關(guān)上方的小方框顯示的為開關(guān)的閉、合狀態(tài)，其組態(tài)界面如圖9所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試

調(diào)試內(nèi)容包括：

（a）手動(dòng)方式下，能否正常啟動(dòng)和停止三相異步電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)護(hù)欄的自動(dòng)下落與上升。

圖9 系統(tǒng)組態(tài)界面

（b）自動(dòng)方式下，給PLC振動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，來實(shí)現(xiàn)護(hù)欄的自動(dòng)下落與上升。

（c）在誤操作狀態(tài)下，三相異步電動(dòng)機(jī)是否可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)來保證運(yùn)行的安全。

（d）將組態(tài)界面與PLC現(xiàn)場(chǎng)連接調(diào)試，通過觀察PLC模塊開關(guān)量變化時(shí)，組態(tài)界面對(duì)應(yīng)的開關(guān)量是否隨著開關(guān)量的變化而變化，輸出是否符合要求，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果。組態(tài)畫面按鈕動(dòng)作是否可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，系統(tǒng)是否可以進(jìn)行相應(yīng)的操作，以達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。

經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行正常，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

［1］ 訾學(xué)博，張大千.鐵路道口報(bào)警及控制系統(tǒng)［J］.沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，6：52－54.

［2］ 吳作明.工控組態(tài)軟件與PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007：8－13.

（責(zé)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(tái)人，講師，碩士，主要從事虛擬儀器技術(shù)、控制工程研究。