CN216508385U - 一种推拉式电动栏杆自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种推拉式电动栏杆自动控制系统，包括冗余布置的第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；霍尔传感器模组；触发模块，联锁电源模组；达林顿管模组，固态继电器，模式选择模组，本实用新型的推拉式电动栏杆自动控制系统，采用固态继电器，驱动电流小（毫安级）无触点无火花较、无机械接触部件寿命长线、在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳、电磁兼容性好,噪声低和工作频率高；采用可移植性高集成电路板，整体简洁、节点少、故障点少，模块化维修方便高效；采用无需机械碰撞自动感应，不易损坏。

Description

一种推拉式电动栏杆自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种电动栏杆控制系统，具体涉及一种推拉式电动栏杆自动控制系统，属于电动栏杆控制技术领域。

背景技术

在铁路线路与道路（公路、城乡道路）平交的道口上，为防止铁路车辆与道路车辆以及行人等发生冲撞而采取的安全措施；早期的铁路与道路平交道口只设有简单的警告牌和道口标志，或是在繁忙的道口设看守员，利用机械栏木或栅门进行防护。随着铁路、道路车辆数量的增加和速度的提高，铁路道口的防护也日益发展和完善。铁路道口防护对提高铁路、道路的通过能力和保证行车安全具有重要的意义。在道口增设防护设备后，虽然机动车辆不断增多，但交通事故反而会大幅度下降；道口关系我们的安全也关系着我们的效率；随着铁路的发展，大型道口不可避免地产生，它不能使用那种简单道闸式栏杆、而是使用推拉式的大型栏杆，因为它作用距离长，并且在大型道口的防护作用也很强；也正是因为他体型庞大，再加上电机和减速器作用，当道口故障时道口工作人员很难人力推动它，只能选择拉绳，但拉绳对大型高密的道口来说是很困难的，拉绳对于车辆密集的大型道口来说太难控制了，当发生道口故障时，由于配电箱走线复杂，只能从源头上去查，当查到故障点时，需要接线明确出来，即需要将接线从一端顺到另一端，中间还穿插着很多线，并且改动这根接线还会联动很多根线，给故障维修带来了很多麻烦，也浪费了时间。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出了一种推拉式电动栏杆自动控制系统，能够降低故障发生几率，同时，当故障发生时，内部走线简单方便，且能够切换到手动控制模式。

本实用新型的推拉式电动栏杆自动控制系统，采用固态继电器代替原来的接点式继电器，把控制电流大、容易产生火花、节点容易烧伤变形损坏，寿命短对外界电磁干扰大、危险系数大的交流接触器改为固态继电器，更改后驱动电流小（毫安级）无触点无火花较、无机械接触部件寿命长线、在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳、电磁兼容性好,噪声低和工作频率高；把零件散落多而复杂节点比较多，故障点多，灵活性差、线路在维修时耗时低效的逻辑继电器电路，改为整体简洁、节点少、故障点少模块化维修方便高效、灵活编程，可移植性高集成电路板控制 ；把接触式，需机械碰撞易损坏寿命短接触式机械位移传感器改为非接触式，无需机械碰撞自动感应，不易损坏寿命长霍尔传感器；其具体如下：

包括

冗余布置的第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；

霍尔传感器模组；包括磁钢和霍尔传感器，所述磁钢定点布置于地面开始和停止位；所述霍尔传感器正对磁钢，且布置于电动栏杆底面；所述霍尔传感器分别接入第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；采用模式多样双机冗余模式，时运行更加稳定；其采用第一单机模式、第二单机模式、手动模式和冗余控制模式；多种模式应对不同使用环境灵活机动，为维修提供时间不耽误正常运；特别针对很重要的道口如铁路道口；

触发模块，接入第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；其包括触发面板和/或触发遥控模组；通过触发面板或触发遥控模组按下触发按钮，触发信号同步送至第一单片机最小系统和第二单片机最小系统，第一单片机最小系统和第二单片机最小系统各自判断按钮端口或键值，从而控制电动栏杆电机进行响应；

联锁电源模组；所述联锁电源模组包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器常开触点和第二继电器常开触点电连接；所述第一继电器公共端接入到24V电源；所述第二继电器公共端接入到固态继电器电源端口；所述第一继电器控制端接入第一单片机最小系统；所述第二继电器控制端接入第二单片机最小系统；继电器采用冗余设计，其包括第一继电器和第二继电器，两继电器常开接点串联实现对固态继电器的控制，24V电源通过第一继电器和第二继电器连接到固态继电器电源端口；第一继电器和第二继电器根据模式选择模组确定两组同步工作、某一组旁路或两组都短接旁路；从而应对不同使用环境灵活机动，为维修提供时间不耽误正常运；特别针对很重要的道口如铁路道口；

达林顿管模组，所述达林顿管模组控制端接入到第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；第一单片机最小系统和第二单片机最小系统输出控制信号，从而控制达林顿管模组开关实现固态继电器的动作；

固态继电器，采用固态继电器代替原来的接点式继电器，无接点、无火花、对外界干扰小、安全可靠寿命高；所述固态继电器控制端接入到达林顿管模组输出端；所述固态继电器输出端接入到电动栏杆驱动电机；所述固态继电器和电动栏杆驱动电机其电源端串接有三相交流接触器；即在固态继电器输入端串联密封式小型三相交流接触器，控制电机运转时先由单片机控制三相交流接触器吸合送电至固态继电器输入端口，再驱动固态继电器输出驱动电机动作；当需要停止电机运转时，先关闭固态继电器，然后再关闭交流接触器；这样既能保证交流接触器工作无火花，还能保证在固态继电器出现短路故障时防止电机误动作；所述三相交流接触器其控制端通过继电器接入第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统；三相交流接触器端口可通过第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统控制；当固态继电器出现意外时，可通过第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统控制三相交流接触器关闭；外加封闭式三相交流接触器使整个电源送电控制更加安全，三相密封式接触器和固态继电器串接，联合控制三相总电源与电动栏杆驱动电机的供电和断开；正常工作时，封闭式三相交流接触器处于送电状态；

模式选择模组，包括两个端子的第一旁路端口、第二旁路端口和第三旁路端口；所述第一旁路端口电连接第一继电器常开端和常闭端，所述第二旁路端口电连接第二继电器常开端和常闭端，所述第三旁路端口电连接第一继电器公共端和第二继电器公共端；所述第一旁路端口、第二旁路端口和第三旁路端口接入到模式开关。

进一步地，所述模式开关包括悬空的双机冗余开关，与第一旁路端口电连接的第二单机开关，与第二旁路端口电连接的第一单机开关，与第三旁路端口电连接的手动开关；所述双机冗余开关、第一单机开关、第二单机开关和手动开关为独立式按键开关或为多端口的旋钮式开关。

当模式开关选择双机冗余模式时，第一单片机系统和第二单片机系统接收触发模块信号，分别实现对第一继电器和第二继电器进行控制，只有当两组继电器均闭合时，才能够实现24v电源送到固态继电器；第一单片机系统或第二单片机系统给固态继电器信号，控制固态继电器动作；

当模式开关选择第一单机模式时，第一旁路端口被短路，此时第一继电器常开端和常闭端被短路，公共端的24v电源直接送至第二继电器，此时，第一继电器无论怎么动作，都不会影响24v电源输出，第二单片机系统接收触发模块信号，实现对第二继电器进行控制，从而控制固态继电器电源端输出；第二单片机系统同步控制第二继电器和固态继电器；

当模式开关选择第二单机模式时，其工作过程与第一单机模式基本一致，此时第二继电器被旁路，第一单片机系统同步控制第一继电器和固态继电器；

当模式开关选择手动开关时，此时，第一继电器和第二继电器均被旁路，24v电源直接送至固态继电器电源端，此时，第一单片机系统或第二单片机系统接收触发模块信号，实现对固态继电器进行控制；

进一步地，所述触发面板和/或触发遥控模组均包括至少一组开启按钮、停止按钮和关闭按钮。

进一步地，所述固态继电器处设置有触发开关电路；所述触发开关电路接入电源端或地端，其用于手动开关模式，当切换到手动开关模式时，24v电源直接送至固态继电器，通过触发开关电路直接给固态继电器一个高电平或低电平的开关信号，从而实现直接触发固态继电器动作，从而使手动模式脱离整个控制系统。

进一步地，所述霍尔传感器模组和触发模块均通过光电隔离电路接入的第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；所述达林顿管模组通过光电隔离电路与固态继电器电连接；驱动采用光电隔离，使电路更加稳定可靠运行。

进一步地，所述光电隔离电路输出端设置有检测电路；检测电路可以直接采用比较器进行端口检测；所述检测电路接入到第一单片机最小系统和第二单片机最小系统，所述第一单片机最小系统和第二单片机最小系统通过达林顿管模组电连接指示灯和蜂鸣器电路；通过检测电路，判断光电隔离电路是否有信号输出，当运行正常时，指示灯点亮，出现异常时，蜂鸣器电路报警。

进一步地，所述第一单片机最小系统由STC单片机及其外围电路构成；所述第二单片机最小系统由STM32单片机及其外围电路构成；所述达林顿管模组设置有两组，且均由型号为UL2803芯片经典电路构成；采用意法半导体STM 32 F103系列芯片和STC15W4K56为控制核心芯片，利用不同型号单片机，进行2*2冗余工作，使控制更安全可靠。

进一步地，所述电动栏杆驱动电机上安装有编码器，所述编码器接入第一单片机最小系统和第二单片机最小系统，编码器能够检测电动栏杆驱动电机转动圈数，当霍尔传感器出现故障时，第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统通过编码器编码器获取电动栏杆驱动电机转动圈数，从而判断电动栏杆当前状态，转动圈数可预设于第一单片机最小系统和第二单片机最小系统内，同时也可通过设置机器学习模型，并利用编码器每次监测数值训练机器学习模型，当霍尔传感器出现故障时，编码器需要转动圈数直接通过机器学习模型输出，当电动栏杆驱动电机转动圈数达到预设值时，直接进行停止动作。

与现有技术相比，本实用新型的推拉式电动栏杆自动控制系统，具有以下优点：

1、采用固态继电器，驱动电流小（毫安级）无触点无火花较、无机械接触部件寿命长线、在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳、电磁兼容性好,噪声低和工作频率高；

2、采用可移植性高集成电路板，整体简洁、节点少、故障点少，模块化维修方便高效；

3、已把接触式，需机械碰撞易损坏寿命短接触式机械位移传感器改为非接触式，无需机械碰撞自动感应，不易损坏寿命长的霍尔传感器。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1整体结构示意图。

图2为本实用新型的触发模块和模式选择模组安装于控制柜上的结构示意图。

图3为本实用新型的达林顿管模组输出驱动各模块电路原理图。

图4为本实用新型的模式开关电路选择模式后，第一继电器和第二继电器连接原理示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实用新型的推拉式电动栏杆自动控制系统，采用固态继电器代替原来的接点式继电器，把控制电流大、容易产生火花、节点容易烧伤变形损坏，寿命短对外界电磁干扰大、危险系数大的交流接触器改为固态继电器，更改后驱动电流小（毫安级）无触点无火花较、无机械接触部件寿命长线、在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳、电磁兼容性好,噪声低和工作频率高；把零件散落多而复杂节点比较多，故障点多，灵活性差、线路在维修时耗时低效的逻辑继电器电路，改为整体简洁、节点少、故障点少模块化维修方便高效、灵活编程，可移植性高集成电路板控制 ；把接触式，需机械碰撞易损坏寿命短接触式机械位移传感器改为非接触式，无需机械碰撞自动感应，不易损坏寿命长霍尔传感器；其具体如下：

如图1至图4所示的推拉式电动栏杆自动控制系统，包括

冗余布置的第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；所述第一单片机最小系统由STC单片机及其外围电路构成；所述第二单片机最小系统由STM32单片机及其外围电路构成；采用意法半导体STM 32 F103系列芯片和STC15W4K56为控制核心芯片，利用不同型号单片机，进行2*2冗余工作，使控制更安全可靠；

霍尔传感器模组；包括磁钢和霍尔传感器，所述磁钢定点布置于地面开始和停止位；所述霍尔传感器正对磁钢，且布置于电动栏杆底面；所述霍尔传感器分别接入第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；采用模式多样双机冗余模式，时运行更加稳定；其采用第一单机模式、第二单机模式、手动模式和冗余控制模式；多种模式应对不同使用环境灵活机动，为维修提供时间不耽误正常运；特别针对很重要的道口如铁路道口；

触发模块，接入第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；其包括触发面板和/或触发遥控模组；通过触发面板或触发遥控模组按下触发按钮，触发信号同步送至第一单片机最小系统和第二单片机最小系统，第一单片机最小系统和第二单片机最小系统各自判断按钮端口或键值，从而控制电动栏杆电机进行响应；如图2所示，所述触发面板和/或触发遥控模组均包括至少一组开启按钮、停止按钮和关闭按钮。

如图3所示，联锁电源模组；所述联锁电源模组包括第一继电器K1和第二继电器K2，所述第一继电器常开触点和第二继电器常开触点电连接；所述第一继电器公共端接入到24V电源；所述第二继电器公共端接入到固态继电器电源端口；所述第一继电器控制端接入第一单片机最小系统；所述第二继电器控制端接入第二单片机最小系统；继电器采用冗余设计，其包括第一继电器和第二继电器，两继电器常开接点串联实现对固态继电器的控制，24V电源通过第一继电器和第二继电器连接到固态继电器电源端口；第一继电器和第二继电器根据模式选择模组确定两组同步工作、某一组旁路或两组都短接旁路；从而应对不同使用环境灵活机动，为维修提供时间不耽误正常运；特别针对很重要的道口如铁路道口；

达林顿管模组，所述达林顿管模组设置有两组，且均由型号为UL2803芯片经典电路构成；所述达林顿管模组控制端接入到第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；第一单片机最小系统和第二单片机最小系统输出控制信号，从而控制达林顿管模组开关实现固态继电器的动作；

固态继电器，采用固态继电器代替原来的接点式继电器，无接点、无火花、对外界干扰小、安全可靠寿命高；所述固态继电器控制端接入到达林顿管模组输出端；所述固态继电器输出端接入到电动栏杆驱动电机；所述固态继电器和电动栏杆驱动电机其电源端串接有三相交流接触器；即在固态继电器输入端串联密封式小型三相交流接触器，控制电机运转时先由单片机控制三相交流接触器吸合送电至固态继电器输入端口，再驱动固态继电器输出驱动电机动作；当需要停止电机运转时，先关闭固态继电器，然后再关闭交流接触器；这样既能保证交流接触器工作无火花，还能保证在固态继电器出现短路故障时防止电机误动作；所述三相交流接触器其控制端通过继电器接入第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统；三相交流接触器端口可通过第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统控制；当固态继电器出现意外时，可通过第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统控制三相交流接触器关闭；外加封闭式三相交流接触器使整个电源送电控制更加安全，三相密封式接触器和固态继电器串接，联合控制三相总电源与电动栏杆驱动电机的供电和断开；正常工作时，封闭式三相交流接触器处于送电状态；

模式选择模组，包括两个端子的第一旁路端口、第二旁路端口和第三旁路端口；所述第一旁路端口电连接第一继电器常开端和常闭端，所述第二旁路端口电连接第二继电器常开端和常闭端，所述第三旁路端口电连接第一继电器公共端和第二继电器公共端；所述第一旁路端口、第二旁路端口和第三旁路端口接入到模式开关；所述模式开关包括悬空的双机冗余开关，与第一旁路端口电连接的第二单机开关，与第二旁路端口电连接的第一单机开关，与第三旁路端口电连接的手动开关；所述双机冗余开关、第一单机开关、第二单机开关和手动开关为独立式按键开关或为多端口的旋钮式开关；

如图4所示，当模式开关选择双机冗余模式时，其为图4A处示意图，第一单片机系统和第二单片机系统接收触发模块信号，分别实现对第一继电器和第二继电器进行控制，只有当两组继电器均闭合时，才能够实现24v电源送到固态继电器；第一单片机系统或第二单片机系统给固态继电器信号，控制固态继电器动作；当模式开关选择第一单机模式时,其为图4B处示意图，第一旁路端口被短路，此时第一继电器常开端和常闭端被短路，公共端的24v电源直接送至第二继电器，此时，第一继电器无论怎么动作，都不会影响24v电源输出，第二单片机系统接收触发模块信号，实现对第二继电器进行控制，从而控制固态继电器电源端输出；第二单片机系统同步控制第二继电器和固态继电器；当模式开关选择第二单机模式时其为图4C处示意图，其工作过程与第一单机模式基本一致，此时第二继电器被旁路，第一单片机系统同步控制第一继电器和固态继电器；当模式开关选择手动开关时其为图4D处示意图，此时，第一继电器和第二继电器均被旁路，24v电源直接送至固态继电器电源端，此时，第一单片机系统或第二单片机系统接收触发模块信号，实现对固态继电器进行控制。

再一实施例中，所述固态继电器处设置有触发开关电路；所述触发开关电路接入电源端或地端，其用于手动开关模式，当切换到手动开关模式时，24v电源直接送至固态继电器，通过触发开关电路直接给固态继电器一个高电平或低电平的开关信号，从而实现直接触发固态继电器动作，从而使手动模式脱离整个控制系统。

其中，所述霍尔传感器模组和触发模块均通过光电隔离电路接入的第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；所述达林顿管模组通过光电隔离电路与固态继电器电连接；驱动采用光电隔离，使电路更加稳定可靠运行。

其中，所述光电隔离电路输出端设置有检测电路；检测电路可以直接采用比较器进行端口检测；所述检测电路接入到第一单片机最小系统和第二单片机最小系统，所述第一单片机最小系统和第二单片机最小系统通过达林顿管模组电连接指示灯和蜂鸣器电路；通过检测电路，判断光电隔离电路是否有信号输出，当运行正常时，指示灯点亮，出现异常时，蜂鸣器电路报警。

再一实施例中，所述电动栏杆驱动电机上安装有编码器，所述编码器接入第一单片机最小系统和第二单片机最小系统，编码器能够检测电动栏杆驱动电机转动圈数，当霍尔传感器出现故障时，第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统通过编码器编码器获取电动栏杆驱动电机转动圈数，从而判断电动栏杆当前状态，转动圈数可预设于第一单片机最小系统和第二单片机最小系统内，同时也可通过设置机器学习模型，并利用编码器每次监测数值训练机器学习模型，当霍尔传感器出现故障时，编码器需要转动圈数直接通过机器学习模型输出，当电动栏杆驱动电机转动圈数达到预设值时，直接进行停止动作。

上述实施例，仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (9)

1.一种推拉式电动栏杆自动控制系统，其特征在于：包括

冗余布置的第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；

霍尔传感器模组；包括磁钢和霍尔传感器，所述磁钢定点布置于地面开始和停止位；所述霍尔传感器正对磁钢，且布置于电动栏杆底面；所述霍尔传感器分别接入第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；

触发模块，接入第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；其包括触发面板和/或触发遥控模组；

联锁电源模组；所述联锁电源模组包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器常开触点和第二继电器常开触点电连接；所述第一继电器公共端接入到24V电源；所述第二继电器公共端接入到固态继电器电源端口；所述第一继电器控制端接入第一单片机最小系统；所述第二继电器控制端接入第二单片机最小系统；

达林顿管模组，所述达林顿管模组控制端接入到第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；

固态继电器，所述固态继电器控制端接入到达林顿管模组输出端；所述固态继电器输出端接入到电动栏杆驱动电机；所述固态继电器和电动栏杆驱动电机其电源端串接有三相交流接触器；所述三相交流接触器其控制端通过继电器接入第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统；

模式选择模组，包括两个端子的第一旁路端口、第二旁路端口和第三旁路端口；所述第一旁路端口电连接第一继电器常开端和常闭端，所述第二旁路端口电连接第二继电器常开端和常闭端，所述第三旁路端口电连接第一继电器公共端和第二继电器公共端；所述第一旁路端口、第二旁路端口和第三旁路端口接入到模式开关。

2.根据权利要求1所述的推拉式电动栏杆自动控制系统，其特征在于：所述模式开关包括悬空的双机冗余开关，与第一旁路端口电连接的第二单机开关，与第二旁路端口电连接的第一单机开关，与第三旁路端口电连接的手动开关；所述双机冗余开关、第一单机开关、第二单机开关和手动开关为独立式按键开关或为多端口的旋钮式开关。

3.根据权利要求1所述的推拉式电动栏杆自动控制系统，其特征在于：所述触发面板和/或触发遥控模组均包括至少一组开启按钮、停止按钮和关闭按钮。

4.根据权利要求1所述的推拉式电动栏杆自动控制系统，其特征在于：所述霍尔传感器模组和触发模块均通过光电隔离电路接入的第一单片机最小系统和第二单片机最小系统；所述达林顿管模组通过光电隔离电路与固态继电器电连接。

5.根据权利要求4所述的推拉式电动栏杆自动控制系统，其特征在于：所述光电隔离电路输出端设置有检测电路；所述检测电路接入到第一单片机最小系统和第二单片机最小系统。

6.根据权利要求5所述的推拉式电动栏杆自动控制系统，其特征在于：所述第一单片机最小系统和第二单片机最小系统通过达林顿管模组电连接指示灯和蜂鸣器电路。

7.根据权利要求1所述的推拉式电动栏杆自动控制系统，其特征在于：所述第一单片机最小系统由STC单片机及其外围电路构成；所述第二单片机最小系统由STM32单片机及其外围电路构成；所述达林顿管模组设置有两组，且均由型号为UL2803芯片经典电路构成。

8.根据权利要求1所述的推拉式电动栏杆自动控制系统，其特征在于：所述固态继电器处设置有触发开关电路；所述触发开关电路接入电源端或地端。

9.根据权利要求1所述的推拉式电动栏杆自动控制系统，其特征在于：所述电动栏杆驱动电机上安装有编码器，所述编码器接入第一单片机最小系统和/或第二单片机最小系统。

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