基于PLC的火車站站臺車廂號指引系統(tǒng)設計

譚一鳴

（湖南工程學院，湖南湘潭 411101）

1 引言

2 系統(tǒng)總體設計

設計的火車站站臺車廂號指引系統(tǒng)必須智能化、智慧化[4]，必須同時滿足進站列車編組長度不同、車廂號順序不同、?？课恢貌煌墓r條件，并且操作簡單，符合車站工作人員的習慣。通常情況下，進站列車有16 輛編組和8 輛編組兩種，8輛編組的列車?？课恢糜址譃榭空九_北(東)端或南(西)端停靠的兩種情況，列車從不同方向開來，列車車廂號順序又不一樣，所以進站列車車廂號在站臺上的分布情況有六種狀態(tài)，如圖1所示。為此，本系統(tǒng)采用可編程控制器PLC，利用編號輸入按鈕，結合PLC程序，由PLC輸出點輸出車廂號編碼數據，實現了一鍵編號的功能，方便車站工作人員快速準確地向各站臺發(fā)送進站列車的車廂號分布情況。

圖1 進站列車車廂號六種狀態(tài)示意圖

選用一臺PLC 控制多個站臺，控制系統(tǒng)硬件成本。一個車站有多個站臺，在同一時間段內也有多列列車進站，這樣需要設計一種站臺切換控制電路，在PLC 輸入端接入站臺切換按鈕，按下站臺切換控制按鈕，站臺切換控制電路接通對應的站臺數碼管顯示單元，顯示進站列車的車廂號?？紤]到火車站的特殊性，在實際應用中采用一備一用的設計方案，即可編程控制器PLC單元采用兩套完全相同的系統(tǒng)。

本系統(tǒng)選用七段數碼管作為顯示元件，提供直觀的數字化的指示裝置，PLC輸出的車廂號編碼通過譯碼驅動電路，驅動數碼管顯示，在車站站臺上就能看到進站列車車廂號的數字編號，引導乘客快速準確地找到自已的車廂位置。由于PLC程序產生的車廂號編碼要通過PLC的輸出端送給站臺顯示，總共有16 個車廂編號，占用14×16 個輸出點，需要增加PLC 數字量輸出擴展模塊，直接導致硬件成本的上升。為降低硬件成本，本設計中選用具有位選控制信號的數碼管，將PLC開關量輸出分為兩部分，一部分用作車廂編號數據輸出，另一部分用作位選控制信號的輸出，位選控制信號由PLC 的開關量輸出擴展模塊循環(huán)輸出，分時選中不同位的數碼管組，輸出的車廂編號數據在相應的數碼管組顯示，這樣采取動態(tài)循環(huán)掃描的方式，分時驅動16 組數碼管顯示相應車廂編號。

3 火車站站臺車廂號指引系統(tǒng)組成

一種基于PLC 的火車站站臺車廂號指引系統(tǒng)，主要包括硬件電路的設計和軟件系統(tǒng)設計，其中硬件包括可編程控制器PLC 單元、觸摸屏、站臺切換控制單元、數碼管顯示驅動與鎖存單元、數碼管顯示單元，系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成框圖

①可編程控制器PLC 單元：由西門子PLC、站臺切換控制按鈕和車廂號編碼按鈕組成，是本系統(tǒng)的核心組成部分，按下站臺切換控制按鈕實現對站臺切換控制，按下車廂號編碼按鈕完成一鍵編號的功能，輸出一組車廂號編碼；

②站臺切換控制單元：用于站臺之間的切換，由多組中間繼電器組成；

③顯示驅動與鎖存單元：由譯碼芯片組成的BCD-7段鎖存、譯碼、驅動電路，譯碼電路的輸出端依次連接數碼管a～g端子上，從而控制數碼管顯示；

④數碼管顯示單元：顯示1～16個數字，在站臺上顯示進站列車實際車廂號分布情況；

404 優(yōu)化選擇性動脈灌注策略在 Stanford A型主動脈夾層全弓置換術中的應用 于 浩，童 光，顏 濤，王曉莉，王曉武，馬 濤，董文鵬，吳路加，張衛(wèi)達

⑤觸摸屏：用于監(jiān)視每次更新站臺列車車廂號碼的實際編號狀態(tài)，并可進行人機信息交換，在觸摸上進行編號操作。

4 硬件設計

根據系統(tǒng)的總體設計要求， 系統(tǒng)的硬件電路結構圖如圖2所示，包括可編程控制器PLC、站臺切換控制單元、顯示驅動與鎖存單元、數碼管顯示單元及觸摸屏。

4.1 可編程控制器PLC單元

由圖2可見，可編程控制器PLC單元有具四個方面的功能，即車廂號編碼輸出、位選控制、站臺切換和顯示保持，與之對應的輸出四個信號：車廂號編碼數據、位選控制信號、站臺切換控制信號、車廂號顯示保持信號。如圖3所示是PLC 單元接線圖，由PLC、輸入按鈕組成，PLC 采用西門子S7-200 作為主控制器[5-6]，CPU 224XP DC/DC/DC 型，加EM222數字量模塊，根據車站站臺的數量擴展數字量輸入/輸出模塊。

圖3 PLC單元接線圖

4.1.1 車廂號編碼輸出和位選控制的實現

選用六個自復位按鈕SB1～SB6，接入PLC開關量輸入點I0.0～I0.5，由PLC 程序產生六種車廂編號模式，再利用PLC 程序把兩位十進制數轉換成二進制數，個位數由PLC輸出端Q0.0～Q0.3 輸出，十位數由Q0.4 輸出，因本設計方案中最大數為16，十位數為0或1，所以只需要一位二進制數就可滿足要求，以便節(jié)約PLC輸出點數。每按下一次按鈕，動態(tài)輸出1～16號碼的二進制編碼，也稱為數碼管的段選數據，完成了數碼管顯示什么數字的功能。

位選控制信號是控制哪一組數碼管顯示。PLC 擴展模塊EM222提供16個開關量，提供16路位選控制信號去控制16 組數碼管，位選控制信號由PLC 的開關量輸出擴展模塊循環(huán)輸出，分時選中不同位的數碼管組，分時驅動16組數碼管顯示相應車廂編號。

4.1.2 站臺切換和顯示保持的實現

SA1～SA5為站臺切換控制按鈕，選用一常開一常閉自鎖按鈕，對應的輸出點Q0.5～Q1.1，根據站臺數量增加輸入/輸出點。按下某按鈕時，常開點閉合，對應的PLC 輸出點輸出高電平控制站臺切換控制單元，相應的站臺接通，只要選擇車廂號編碼按鈕，就可對該站臺送去車廂號編碼數據，完成對該站臺進站列車車廂號編號。當按鈕復位時，常開點斷開，站臺切換控制單元失去信號而切斷站臺顯示驅動單元與PLC的連接。同時，常閉點閉合，通過常閉點給顯示驅動鎖存電路提供鎖存保持電壓信號，該站臺的車廂編號數據鎖存而保持不變。

4.2 站臺切換控制單元

站臺切換控制單元由兩組信號繼電器組成：一組控制站臺編號，是PLC與數碼管顯示驅動鎖存單元連接的橋梁，配合PLC 對所有的站臺進行編號控制；另一組是給譯碼器提供鎖存電壓，在切斷顯示驅動與鎖存單元與PLC連接時，數碼管仍然保持顯示狀態(tài)。根據總體設計要求，由一臺PLC控制多個站臺，操作站臺切換控制按鈕，PLC輸出切換控制信號控制站臺切換控制單元，即可實現對多站臺顯示控制。SA1～SA5 為站臺切換控制按鈕，按下其中一個按鈕時，常開點閉合，PLC輸出點輸出高電平觸發(fā)一組信號繼電器工作，把PLC車廂號編碼輸出點和位選控制輸出點與數碼管顯示驅動與鎖存單元相連，就可以對該站臺進站列車車廂進行編號指引。按鈕復位時，常閉點閉合，另一組信號繼電器得電工作，給數碼管顯示驅動與鎖存單元中譯碼器的鎖存端(LE)提供高電平的鎖存電壓，使數碼管的顯示狀態(tài)保持不變。

4.3 顯示驅動與鎖存單元

顯示驅動與鎖存單元的功能是將由PLC輸出的車廂號二進制編碼數據，轉換為十進數，并且直接驅動七段數碼管顯示，由若干個譯碼器組成。為了降低硬件成本，設計了一種譯碼輸出電路，在PLC 輸出端與數碼管顯示器之間增加少量的硬件電子電路，譯碼器輸出電路主要由一片CMOS BCD-鎖存/7段譯碼/驅動器集成電路CD4511組成，CD4511譯碼鎖存電路如圖4所示，LE 為鎖存端(位選控制)，再配合軟件編程，將PLC開關量輸出分為兩部分，一部分用作車廂號數據輸出，另一部分用作位選控制信號的輸出，位選控制信號由PLC 的開關量輸出擴展模塊循環(huán)輸出控制CD4511的鎖存端(LE)，這樣采取動態(tài)循環(huán)掃描的方式，分時驅動16組數碼管顯示相應車廂編號。每兩個譯碼器為一組，其鎖存端(LE)連接一起，由一路位選控制信號控制，控制一個編號數據的顯示。

圖4 譯碼鎖存電路示意圖

4.4 數碼管顯示單元

由數碼管及中間繼電器組成數碼管顯示單元，采用共陰極LED(數碼管)，每兩個數碼管構成一組，用以顯示個位和十位，每個站臺共16組32只數碼管，數碼管可以嵌入式安裝在站臺地面上，替代目前的顏色地標，也可以懸掛站臺上方，根據各車站要求安裝施工。中間繼電器的作用是根據數碼管的驅動電壓匹配合適的工作電源，以保證數碼管正常工作。

4.5 觸摸屏

觸摸屏采用國內主流的觸摸屏，如昆侖通態(tài)觸摸屏，主要用于監(jiān)視每次更新站臺列車車廂號碼的實際編號狀態(tài)，并可人機信息交換，還可以在觸摸屏上進行編號操作。

5 軟件設計

軟件設計包括PLC程序設計和觸摸屏軟件設計兩部分。

PLC 程序包括主程序和車廂編號、顯示控制、數碼管顯示等子程序。圖5為PLC 程序流程圖。車廂編號子程序根據掃描編號模式輸入開關，產生一組車廂號編碼數據，應用FOR(NEXT)循環(huán)指令完成對車廂的一鍵編號[7]。顯示控制子程序配合硬件電路，調用SHRB移位指令產生位選控制信號，完成對數碼管的動態(tài)掃描，分時驅動16組數碼管顯示相應車廂編號。

圖5 PLC程序流程圖

觸摸屏畫面選用昆侖通態(tài)公司提供的支持軟件MCGS進行組態(tài)設計[8]，人機界面主要包括：站臺號顯示、編號狀態(tài)顯示、進站列車信息顯示、進站列車車廂在站臺上的分布狀態(tài)顯示和通過觸摸按鈕修改編號等功能。

6 結束語

根據系統(tǒng)設計要求， 筆者設計研制了樣機，并進行了模擬測試，完全達到設計要求，具有一定的實際應用價值?；赑LC的火車站站臺車廂號指引系統(tǒng)，提供了一種直觀的、數字化的車廂號顯示引導裝置，提出一種全新的進站列車車廂號指示引導技術，優(yōu)化了火車站站臺的標識設施，方便乘客快速準確地找到自已乘坐車廂的位置，極大地方便了乘客出行，為老年人、色盲乘客、第一次乘坐火車的旅客等特殊人群提供了更大的幫助，體現中國鐵路以人為本的服務理念。同時，“智慧化”的指引系統(tǒng)，保證車站工作人員工作的高效性、準確性，提高了車站信息化應用能力，提升了車站的服務水平。