浅谈基于S7-300PLC铁路道口控制系统的应用研究

浅谈铁路道口控制系统的应用研究

摘要：针对目前所用的铁路道口安全控制系统在灵活性和可靠性方面难以协调一致的问题，提出了基于S7-300PLC的铁路道口安全控制系统，研究S7-300PLC安全控制系统的实现方案，并阐明它的科学性和可行性。

关键词：铁路道口；信号设备；安全控制系统；可编程控制器 中图分类号：U213.8+2

Abstract: According to the present the railway crossing the safety control system in flexibility and reliability to the problem of harmony, this paper puts forward based on S7-300 PLC railway crossing security control system and researches S7-300 PLC control system security schemes, and how it is scientific and feasible.

Key words: railway crossing; signal facilites; Security Control System; programmable logic controller

1 前言

随着列车速度的不断提高，一些比较繁忙的铁路平交道口，由于安全控制系统环境适应性差，抗干扰能力弱，加之因客货列车速度差异悬殊，经常出现长时间封闭的现象，进而导致公路交通堵塞，产生重大安全隐患。因此，迫切需要研制一种能动态调整道口报警时间，并且能对道口行车及道口看守员作业情况进行实时监录的新一代智能化的道口信号系统。可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）作为近几年发展极为迅速的工业控制装置，有着灵活性强，可靠性高的特点，因而将其用于道口的安全控制系统有着巨大的潜力。正是考虑到这一点，作者研制了基于S7-300PLC为控制核心的道口安全控制系统。它的主要特点是：实现模块化结构，功能强，性价比高；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；可靠性高，抗干扰能力强；维修工作量小，维修方便；体积小，能耗低[1]。 2 系统基本构成及程序流程

2.1基本构成

从整体设计思路上，道口PLC安全控制系统的基本构成如图1所示。当有列车接近道口时，根据GB10494-89铁路区间道口信号设备技术条件和铁路站内道口信号设备技术条件的需要，道口安全控制系统应实现以下控制功能：当火车接近道口时，道口报警装置应提前报警，相关安全防护设备（以下简称安防设备）动作。报警时间的长短由系统软件根据传感器传回的速度信息经换算后决定；火车通过道口时，禁止道口两旁的机动车辆或行人闯入道口；当火车驶离道口后，报警解除，系统自动复原，恢复道口交通。下次列车接近时，系统再次自动启动[2]。

图1系统硬件构成

该系统主要由磁电传感器或动态图像检测电路、铁路道口集控柜和道口安防设备组成。磁电传感器安装在接近区段外钢轨内侧，动态检测火车的运行状态，当车轮掠过其上方时，产生感应电信号，并通过电缆传至道口集控柜，而以PLC为控制核心的安全控制器通过运行事先设置的检测程序判断火车的不同行进方向，经信息处理器分析确认并放大后，推动室内外声光报警装置工作；并通过控制程序输出信号，从而使相应的道口安防设施（如自动栏木）动作。

2.2工作流程

系统的工作流程必须要满足以下要求：判断列车行驶方向，产生接近信号或离去信号；准确控制执行机构工作；定时控制功能；故障检测功能。由于S7-300PLC采用模块化设计方法，使程序设计具有一定的通用性，缩短了程序设计周期，并使系统的I/O分配更加规范化，在 I/O点数上也留有余地。整个程序分为3个模块：列车接近（离去）检测程序、安防设备控制程序和故障检测程序。如图2所示。

图2系统程序流程

（1）检测程序应实现的功能是：当列车从左至右在设定时间内连续两个车轮经过传感器1C、2C时，程序向控制模块发出列车接近信号，同时检测出列车运行的速度。反之，当列车在同样条件下从右至左经过2C、1C

时，程序应向控制模块发出列车驶离信号。并且，

程序为了避免贻误报警，规定只有当1个车轮经过1C、2C（或2C、1C）在一定的时间间隔（一般为2s左右）内，程序才输出1个有效的接近（离去）信号。

（2）控制程序应实现的功能是：通过检测到连续2次接近输入信号，判断列车是否接近，从而输出控制信号，使图1中报警器报警，安防设备的栏木启动。同样的原理，当检测到连续2次驶离信号时，输出解除报警的控制信号。

（3）故障检测程序应实现的功能是：当传感器发生断路时，通过音响提醒道口技术维护人员及时检修，确保道口安全系统正常工作[3]。

3 系统工作原理

3.1列车接近报警时间的确定

为了确保列车和公路上汽车、行人的安全，列车接近道口的信息一定要提前通知值班人员或道口集控器，以便使他们有充裕的时间关闭公路的通道，使列车能安全通过。列车通过道口接近区段所需时间应包括：

列车在汽车通过道口的过程中的运行时间：

t1 3.6LD/VQ(s)；

式中，LD为道口长度，即安装栏木间的距离；

VQ为汽车通过道口最低速度，一般为5km/h；

列车在栏木关闭后的运行时间t2约为15s左右；

列车从紧急制动至道口前方安全停下的时间t3约为20s。

因此，从道口防护设备开始动作到列车驶抵道口的时间（称为列车接近报警时间）应为： T t1 t2 t3 0.72LD 35(s)

目前我国单线和复线区段的道口的列车接近报警时间不小于40s。

3.2输入检测电路

有效检测列车运行信息是实现道口安全控制的基础，因此，检测元件的可靠性是本系统的关键技术之一。目前，检测列车接近信号的方法很多，选用磁电感应式传感器来检测列车运行信息比较合适。因为其结构简单，成本低，使用方便，能够在恶劣环境及振动冲击等不利条件下长期使用，与铁路其他信号设备互不干扰，容易维护使用。

输入检测电路应准确无误地接受传感器的信号，并将传感器信号转变为可编程控制器所需要的开关信号，正常情况下，无列车经过传感器时只有很小的电压输出，而当传感器检测到列车经过，其感应产生正弦信号的正半周期经输入电路变换为负方波，从而使PLC的输入形成导通回路。负方波的幅值与列车速度无关，宽度则随车速变化[4]。

3.3可编程控制器（PLC）

PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入/输出电路（I/O，单元）、电源等几大部分组成。而 PLC的工作原理理采用的是巡回扫描的工作方式，就是说用户程序的执行不是从头到尾只执行1次，而是执行完1次后，又返回去执行第2次、第3次，直至停机。CPU中的程序分为操作系统和用户程序。操作系统用来处理PLC的启动、刷新输入/输出过程映像区、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和通信等任务。用户程序由用户生成，用来实现用户要求的自动化任务。如图3所示的 PLC的巡回扫描处理的各个阶段的任务，OB1用于巡回处理的组织块，相当于用户程序的主程序，它可以调

用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。OB100是完成用户指定的初始化操作。PLC得电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU执行启动操作，清除没有保持功能的位存储器、定时器和计数器，清除中断堆栈和块堆栈的内容，复位保存的硬件中断等[5]。

图3PCL扫描过程

3.4输出电路

在道口控制电路中，输出电路用于驱动栏木电机动作，功率放大元件采用可以驱动交流大功率负载的、设计了起隔离和扩展负载能力作用的JTX型通用继电器输出电路。线圈工作电压为直流24V，工作电流小于 50mA，完全可以作为 PLC输出的负载使用，完全能满足现有道口安 …… 此处隐藏：2368字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……