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摘要：本文采取西门子S7-1500这种可编程控制器、固态继电器、感应式检测开关、语音提示装置等来形成专门应用于车辆道口控制的系统，进而完成铁路道口栏杆、照明装置、语音提示装置等的控制，提示道口操作便捷性及安全性。具有应用显示，这种系统组成紧凑，故障位置少，安装方便高效，装置稳定性好，消除了传统继电器控制系统里面电机缺少保护及按钮经常出现抖动的情况。
关键词：西门子S7-1500；可编程控制器；铁路道口；控制系统
一、概述
车辆道口控制装置主要安装在铁路和公路交叉的各种路段环境，关键是完成对铁路道口栏杆；信号灯、语音提示设备的控制。由于目前火车速度的逐步加快，部分相对车辆多的铁路交叉道口，因为传统的安全提示系统无法适应复杂的环境，抗干扰能力较差，还有由于火车速度快慢相差很大，往往会导致道路长时间不能通行，造成公路车辆拥堵，带来严重的安全隐患。所以，我们必须设计一个可以动态控制道口报警时间，同时可以对道口车辆和看守人员的工作状况实施动态监控的全新的智能化的道口控制系统。可编程控制器已经变成了目前工业自动控制系统当中非常普遍应用的一种装置，它具有非常好的灵活性，很好的可靠性等优势，所以在车辆道口控制系统中引入这种这种已经成为一种趋势。基于这个目的，本论文设计出一种以西门子S7-1500为核心元件的道口安全控制装置。这个系统的优点是：采取了模块化设计，功能强大，成本低，硬件系统丰富，便于操作，适应性强，具有很高的可靠性，抗干扰能力好，维护成本低，检修容易，结构紧凑，功耗小等。
二、装置构成和系统流程
2.1系统组成
就整个设计思路而言，这种车辆道口可编程控制器安全控制装置大致的设计思路为，在某个火车将要到的道口的过程中，按照我国规定的道口信号技术方面的规定，这种道口控制装置能够完成下列的功能：在有列出靠近道口的过程中，报警设备必须预先报警，部分安全防护装置动作。其中报警时间的快慢依靠装置的软件按照检测元件反馈的速度信号被处理后给出，列车穿过道口时，不允许道口双侧的车辆以及路人进入道口，在列车离开道口之后，停止报警，装置自动复位，道口回到正常通行状态。下个火车离近的时候，装置会又一次自动启动。
这个装置大致包括磁感应接近开关要么的动态图像检测单元、道口中央控制柜以及相关安全防护装置等部分。其中的磁感应接近开关设置于靠近路段的路轨内侧，实时测量列车的靠近情况，在列车经过上方的过程中，检测到电信号，同时借助电缆输送到中央控制柜，这个基于PLC的控制系统依靠提前编写的控制程序估算出列车的各种行进方向，然后借助信号处理单元加工放大之后，输出信号去启动外部的声光报警设备，同时由控制软件发出信号，控制有关的道口安防装置动作。
2.2工作过程
这种装置的工作流程需要符合下列的条件方可执行：首先估算火车行进的方向，检测到靠近信号要么是驶离信号，有效的控制有关机构的动作，定时控制系统有效，故障检测系统正常。因为西门子S7-1500PLC选择了模块化设计，让软件具备了很好的通用性，减少了软件开发时间，同时采取了标准化的I/O模块产生信号。系统软件可划分成三个模块分别是：火车距离检测模块、安防设施控制模块以及故障检测模块。参考下图所示。
三、工作原理
3.1火车靠近报警时间计算
基于保证火车以及道路中的车辆及路人的安全考虑，火车靠近道口的信号必须是提前发送到看守人员要么道口中央控制柜中，进而让看守人员有足够的时间去关闭道口，让火车安全行驶通过。火车行驶过道口附近路段花费的时间为：
火车在其他车辆穿越道口期间行驶的时长：
T1=3.6L/V（s），
这里面：L表示道口长度，就是设置栏杆的间距
V表示车辆穿越道口最小速度，通常是5千米/小时
3.6表示千米/小时变换成米/秒的常数
火车在栏杆下落之后行驶的时长T2大约是15秒，
火车在紧急刹车滑动到道口前方所用时长大概是20秒。
所以，在道口安全设施动作至火车行驶至道口的时长就是火车靠近的报警时间计算如下：
T=T1+T2+T3=3.6L/5+15+20=0.72L+35（秒）
现在国内单线以及复线路段的道口的火车靠近报警时长T均超过40秒。
3.2检测回路
准确的检测火车行进的信号成为完成道口安全控制的关键，所以，检测传感器的可靠性成为重中之重。现在，检测火车靠近信息的手段非常多，采取电磁感应的接近开关去采集火车行驶数据较为科学。由于该元件制作简单，价格便宜，安装简便，可以适应各种恶劣现场和频繁振动等条件下长时间工作，并且和铁路别的信号没有干扰，便于维护。
检测回路需要有效的采集检测元件的信号，同时把这些信号变换为PLC能够识别的数字信号，通常状况下，没有火车驶过检测元件时仅仅是输出非常低的电压，可是在检测到有火车通过的时候，产生的正弦信号的会让可编程控制器的输入成为导通的回路。电压大小和火车速度没有关系，只是宽度会伴随速度出现改变。
3.3可编程控制器
这个西门子S7-1500型号的PLC包括了CPU、储存单元、I/O模块、电源模块等这些模块，这种PLC工作的原理为周期扫描的运行模式，即应用软件的运行并非从头到尾仅仅运行一次，而是反复高频次的执行，直到系统停机。中央处理器里面的软件包括操作系统以及应用软件二个部分。前者主要是用于系统的启动、刷新I/O模块的状态、调用应用软件、处置中断及故障、管理储存单元及系统通讯等方面。应用程序是提前编好的，主要是完成预想的任务。下图为这种PLC的周期扫描过程，OB1为周期执行的组织块，等同于应用软件的主程序，这里能够调用其他模块，要么是执行中断程序。
3.4输出回路
这个道口控制系统中，输出回路主要是控制栏杆自动操作，大功率驱动单元来控制负载，还有具有隔离及扩展功能的固态继电器输出回路。线圈的电压是24伏直流，工作电流不超过50毫安，能够支持PLC的所有负载。非常适合应用到道口控制系统当中。
3.5显示单元和故障报警
显示单元主要是显示检测数据、安防设施动作情况和故障。这个装置通常使用LED面板，以及报警灯这些元件。通过这些指示便可以了解到列车的靠近情况以及检测元件的状态，进而给看守人员带来极大的方便。
四、结论
现在我们国家的道口控制装置大都具有技术水平低、可靠性不高等情况。我们这里设计的这种全新的道口控制装置因为使用了西门子S7-1500型号的PLC当成核心控制单元，选择了模块化的组成，使得整个装置的设计、组装、调试的任务量大大减小。所以，就技术层面而言具有先进性、实用性以及高可靠性这些优点。
借助电脑进行仿真测试、对比能够看出，针对那些铁路到规模大同时布局密集度大的运输路线而言，安装这种以西门子S7-1500型号的PLC的道口控制装置，可以大幅度的降低道口交通事故出现，消除技术落后带来的各种隐患，保证所有车辆的安全行驶。
参考文献：
[1]李强；刘杏梅；铁路与近代蚌埠城市发展（1912-1949）[J]；阜阳师范学院学报（社会科学版）；2016年03期
[2]辛顺强；陈亮；基于S7-200 SMART的控制系统设计[J]；智慧工厂；2016年01期
[3]吴雪龙；后铁路时代的蚌埠市经济发展路径选择[J]；宜春学院学报；2013年11期
[4]殷佳琳；李晶；王静；基于一个定时器的PLC交通灯控制系统研究[J]；科技通报；2013年08期
[5]孙岚；基于PLC的交通控制系統设计[J]；机电信息；2010年06期
关键词：西门子S7-1500；可编程控制器；铁路道口；控制系统
一、概述
车辆道口控制装置主要安装在铁路和公路交叉的各种路段环境，关键是完成对铁路道口栏杆；信号灯、语音提示设备的控制。由于目前火车速度的逐步加快，部分相对车辆多的铁路交叉道口，因为传统的安全提示系统无法适应复杂的环境，抗干扰能力较差，还有由于火车速度快慢相差很大，往往会导致道路长时间不能通行，造成公路车辆拥堵，带来严重的安全隐患。所以，我们必须设计一个可以动态控制道口报警时间，同时可以对道口车辆和看守人员的工作状况实施动态监控的全新的智能化的道口控制系统。可编程控制器已经变成了目前工业自动控制系统当中非常普遍应用的一种装置，它具有非常好的灵活性，很好的可靠性等优势，所以在车辆道口控制系统中引入这种这种已经成为一种趋势。基于这个目的，本论文设计出一种以西门子S7-1500为核心元件的道口安全控制装置。这个系统的优点是：采取了模块化设计，功能强大，成本低，硬件系统丰富，便于操作，适应性强，具有很高的可靠性，抗干扰能力好，维护成本低，检修容易，结构紧凑，功耗小等。
二、装置构成和系统流程
2.1系统组成
就整个设计思路而言，这种车辆道口可编程控制器安全控制装置大致的设计思路为，在某个火车将要到的道口的过程中，按照我国规定的道口信号技术方面的规定，这种道口控制装置能够完成下列的功能：在有列出靠近道口的过程中，报警设备必须预先报警，部分安全防护装置动作。其中报警时间的快慢依靠装置的软件按照检测元件反馈的速度信号被处理后给出，列车穿过道口时，不允许道口双侧的车辆以及路人进入道口，在列车离开道口之后，停止报警，装置自动复位，道口回到正常通行状态。下个火车离近的时候，装置会又一次自动启动。
这个装置大致包括磁感应接近开关要么的动态图像检测单元、道口中央控制柜以及相关安全防护装置等部分。其中的磁感应接近开关设置于靠近路段的路轨内侧，实时测量列车的靠近情况，在列车经过上方的过程中，检测到电信号，同时借助电缆输送到中央控制柜，这个基于PLC的控制系统依靠提前编写的控制程序估算出列车的各种行进方向，然后借助信号处理单元加工放大之后，输出信号去启动外部的声光报警设备，同时由控制软件发出信号，控制有关的道口安防装置动作。
2.2工作过程
这种装置的工作流程需要符合下列的条件方可执行：首先估算火车行进的方向，检测到靠近信号要么是驶离信号，有效的控制有关机构的动作，定时控制系统有效，故障检测系统正常。因为西门子S7-1500PLC选择了模块化设计，让软件具备了很好的通用性，减少了软件开发时间，同时采取了标准化的I/O模块产生信号。系统软件可划分成三个模块分别是：火车距离检测模块、安防设施控制模块以及故障检测模块。参考下图所示。
三、工作原理
3.1火车靠近报警时间计算
基于保证火车以及道路中的车辆及路人的安全考虑，火车靠近道口的信号必须是提前发送到看守人员要么道口中央控制柜中，进而让看守人员有足够的时间去关闭道口，让火车安全行驶通过。火车行驶过道口附近路段花费的时间为：
火车在其他车辆穿越道口期间行驶的时长：
T1=3.6L/V（s），
这里面：L表示道口长度，就是设置栏杆的间距
V表示车辆穿越道口最小速度，通常是5千米/小时
3.6表示千米/小时变换成米/秒的常数
火车在栏杆下落之后行驶的时长T2大约是15秒，
火车在紧急刹车滑动到道口前方所用时长大概是20秒。
所以，在道口安全设施动作至火车行驶至道口的时长就是火车靠近的报警时间计算如下：
T=T1+T2+T3=3.6L/5+15+20=0.72L+35（秒）
现在国内单线以及复线路段的道口的火车靠近报警时长T均超过40秒。
3.2检测回路
准确的检测火车行进的信号成为完成道口安全控制的关键，所以，检测传感器的可靠性成为重中之重。现在，检测火车靠近信息的手段非常多，采取电磁感应的接近开关去采集火车行驶数据较为科学。由于该元件制作简单，价格便宜，安装简便，可以适应各种恶劣现场和频繁振动等条件下长时间工作，并且和铁路别的信号没有干扰，便于维护。
检测回路需要有效的采集检测元件的信号，同时把这些信号变换为PLC能够识别的数字信号，通常状况下，没有火车驶过检测元件时仅仅是输出非常低的电压，可是在检测到有火车通过的时候，产生的正弦信号的会让可编程控制器的输入成为导通的回路。电压大小和火车速度没有关系，只是宽度会伴随速度出现改变。
3.3可编程控制器
这个西门子S7-1500型号的PLC包括了CPU、储存单元、I/O模块、电源模块等这些模块，这种PLC工作的原理为周期扫描的运行模式，即应用软件的运行并非从头到尾仅仅运行一次，而是反复高频次的执行，直到系统停机。中央处理器里面的软件包括操作系统以及应用软件二个部分。前者主要是用于系统的启动、刷新I/O模块的状态、调用应用软件、处置中断及故障、管理储存单元及系统通讯等方面。应用程序是提前编好的，主要是完成预想的任务。下图为这种PLC的周期扫描过程，OB1为周期执行的组织块，等同于应用软件的主程序，这里能够调用其他模块，要么是执行中断程序。
3.4输出回路
这个道口控制系统中，输出回路主要是控制栏杆自动操作，大功率驱动单元来控制负载，还有具有隔离及扩展功能的固态继电器输出回路。线圈的电压是24伏直流，工作电流不超过50毫安，能够支持PLC的所有负载。非常适合应用到道口控制系统当中。
3.5显示单元和故障报警
显示单元主要是显示检测数据、安防设施动作情况和故障。这个装置通常使用LED面板，以及报警灯这些元件。通过这些指示便可以了解到列车的靠近情况以及检测元件的状态，进而给看守人员带来极大的方便。
四、结论
现在我们国家的道口控制装置大都具有技术水平低、可靠性不高等情况。我们这里设计的这种全新的道口控制装置因为使用了西门子S7-1500型号的PLC当成核心控制单元，选择了模块化的组成，使得整个装置的设计、组装、调试的任务量大大减小。所以，就技术层面而言具有先进性、实用性以及高可靠性这些优点。
借助电脑进行仿真测试、对比能够看出，针对那些铁路到规模大同时布局密集度大的运输路线而言，安装这种以西门子S7-1500型号的PLC的道口控制装置，可以大幅度的降低道口交通事故出现，消除技术落后带来的各种隐患，保证所有车辆的安全行驶。
参考文献：
[1]李强；刘杏梅；铁路与近代蚌埠城市发展（1912-1949）[J]；阜阳师范学院学报（社会科学版）；2016年03期
[2]辛顺强；陈亮；基于S7-200 SMART的控制系统设计[J]；智慧工厂；2016年01期
[3]吴雪龙；后铁路时代的蚌埠市经济发展路径选择[J]；宜春学院学报；2013年11期
[4]殷佳琳；李晶；王静；基于一个定时器的PLC交通灯控制系统研究[J]；科技通报；2013年08期
[5]孙岚；基于PLC的交通控制系統设计[J]；机电信息；2010年06期