蔡德利

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統(tǒng)

蔡德利

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

隨著鐵路以及公路的飛速發(fā)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(shè)計了鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統(tǒng)。

鐵路 公路交叉口 自動控制

1 引言

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，推動了交通運輸業(yè)，尤其是幾乎我國大部分的范圍中都有安裝陸地交通網(wǎng)，由于道路中的路線錯綜復(fù)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?shù)男室约敖档徒煌ò踩鹿拾l(fā)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(guān)部門需要解決的問題與難點?；诒姸鄬W(xué)者的研究，設(shè)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(dāng)火車經(jīng)過交叉口的過程中能夠?qū)⒐贩较虻牧魍ǜ魯?，從而降低了交通事故的發(fā)生。

現(xiàn)今所采用的這類欄桿的實現(xiàn)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(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)實生活的很多領(lǐng)域中都運用到了自動控制系統(tǒng)。將數(shù)控技術(shù)應(yīng)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(yōu)勢，而且還可以推動我國運輸業(yè)的快速發(fā)展。

2 總體設(shè)計方案

本文在鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統(tǒng)中用到了護欄，護欄控制的實現(xiàn)運用到了限位開關(guān)。系統(tǒng)的運行狀態(tài)一共可以是由兩部分組成的，分別是自動和手動。當(dāng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)是處于自動的時候，在火車經(jīng)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(tǒng)啟動，從而保證公路段上的紅燈顯示閃亮，警鈴發(fā)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(tǒng)的運行狀態(tài)是手動的時候，護欄的升起和方下的操作就需要通過開關(guān)對電機的正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)進行手動地控制。從而確保護欄的狀態(tài)可以是水平的以及垂直的。

3 設(shè)計思想

3.1 鐵路道口設(shè)計思想

為了實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)，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(tǒng)可以滿足所提出的需求。當(dāng)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(diào)整。同時還需要保證當(dāng)火車經(jīng)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(fā)生，從而造成的后果會十分嚴重。因此基于這個特征，本文設(shè)計的自動控制系統(tǒng)具有很高的可靠性。

3.1.1 控制信號的取出

當(dāng)公路交通切斷之前需要轉(zhuǎn)換火車到來的信息，將火車來臨的信息轉(zhuǎn)為電信號，將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?，控制系統(tǒng)的好與壞與所取出的控制信號有著直接的影響關(guān)系。從某種意義上自動控制系統(tǒng)的最主要的特征是可靠性以及精確性。關(guān)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(yīng)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(tǒng)的性能可以增強。

3.1.2 系統(tǒng)原理

自動控制系統(tǒng)中控制原理為：在交叉道口兩邊附近的鐵軌上分別設(shè)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(tài)。在火車開到K1位置的時候，閉合K1，C就會出現(xiàn)放電，接著再進行反向充電。從而電壓的突變就會導(dǎo)通SCR，指示燈就會被點亮。此時繼電器出現(xiàn)吸合現(xiàn)象，促使電動機的正向電壓轉(zhuǎn)動，進而使得欄桿能夠降下，最終成功實現(xiàn)公路交通切斷的目的。系統(tǒng)總電路圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總電路圖

當(dāng)火車的行駛方向是向右的時候，在火車經(jīng)過K2的時候K2就會出現(xiàn)關(guān)閉的現(xiàn)象。因為考慮到C是處于充電的狀態(tài)，所以閉合K2不會起到任何作用，這個時候SCR是導(dǎo)通的，當(dāng)火車經(jīng)過K3的時候，在C上增加負電源，C的兩端就會出現(xiàn)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(zhuǎn)，從而推動護欄升起，公路交通情況恢復(fù)正常。

當(dāng)火車的行駛發(fā)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(guān)設(shè)置在欄桿的頂端以及底端的部位，這個到位開關(guān)的作用是檢測欄桿升起或者降下到位的信息，當(dāng)欄桿升起到頂端，或者下降到底端的時候，電機就是出現(xiàn)停電，從而工作終止。

4 系統(tǒng)程序設(shè)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(dāng)將系統(tǒng)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(diào)整到最下面。通過手動自動的切換寄存器進行系統(tǒng)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(fā)脈沖電路圖

555觸發(fā)脈沖電路中的脈寬是從幾個微秒到數(shù)分鐘，精確度是在0.1%左右。將新觸發(fā)脈沖增加到電路中，電路的暫穩(wěn)態(tài)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(wěn)態(tài)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(dāng)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(nèi)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(tài)。555觸發(fā)脈沖電路的電路圖如圖3所示。

圖3 555觸發(fā)脈沖電路的電路圖

結(jié)語：本文設(shè)計的電路是作為實驗電路演示，由于在現(xiàn)實中用于鐵路與公路交叉口護欄自動控制系統(tǒng)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(nèi)。該555電路的作用是用來做固態(tài)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(tǒng)設(shè)計[J].唐山學(xué)院學(xué)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(tǒng)[J].宜春學(xué)院學(xué)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(xué)術(shù)論壇.2011

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