柳钢铁路运输公司
摘要：目前柳钢厂内仍然有几处道口沿用着国家铁路道口常用的推拉式的防护栏，简称推拉栏或推栏。该制式推栏一直以来都没有到位自动停止功能，一般由道口操作工，全凭经验操作。因此，本文把如何将光电技术应用在道口推拉栏到位自动停止技术改造中作为研究方向。
关键词：道口；推拉栏；光电技术；到位自动停止
一、背景
截止2019年9月，柳钢铁路运输公司管辖范围内的铁路道口约89个，近两年通过集中化控制工程的实施，大部分道口的防护设备已经实现通过远程视频进行监视和控制。目前，道口的防护设备主要以电动栏木机为主，有一些道口由于道口铺面宽度较大的原因，仍然沿用国家铁路道口常用的推拉式防护栏，以下简称推拉栏或推栏。该种推栏制式一直以来都没有到位自动停止功能，只能由道口工根据经验判断何时该停止操作推栏。因为视频传输方面客观存在延时显示的问题，道口工不好判断推栏到位情况，往往造成因操作不当而发生猛烈撞击推栏止挡。猛烈撞击止挡带来的后果是推栏经常脱轨、电机及减速器固定螺丝易松脱、止挡被撞坏或推栏结构变形等故障。降低推栏的故障率从而减轻维修工的工作量，就成了我们亟需解决的问题。通过对现场的实际情况及推栏控制接线原理的研究，提出采用光电技术作为推栏到位自动停止技术改造的研究方向。
二、推拉栏使用现状分析
（一）、推拉栏采用三相交流异步电机作为驱动装置，在控制系统中采用两级控制：低压控制高压。即按钮控制接触器，再由接触器控制三相电源输出与断开。其中并没有任何到位自动切断接触器的功能，只有松开操作按钮才会切断控制接触器的电源。
（二）、由原来的现场操作变为视频远程监控，因视频传输技术客观存在与现场实况有延时显示的技术弊端，同理也造成了操作上的延时。也就是说现场的推栏实际已经到位，但操作并没有得到及时停止，从而出现了推栏被自身的推力及强大的惯性所冲击，造成推栏经常发生脱轨、电机及减速器固定螺丝易松脱、止挡被撞坏或推栏结构变形等故障。
三、实现到位自动停止的改造方法分析
（一）、分析研究推栏的控制原理图，寻找最佳的改造方法。根据机电控制的常规做法，通常是用低压、低流来控制高压、高流，所以，我们改造的方向是以改造低压控制部分电路为主。以下是单台推栏控制系统中的低压控制原理图，如图1：
图1
图中画红色圈的“1关J”和“1开J”表示接点，可以理解为开关，是为防止误操作或按钮粘连时出现开和关同时动作的情况，通常称为“互切”。另外两个矩形则表示接触器。最简单的做法就是在开和关的这两条继电器控制电路上分别加上一个到位自动断开的接点即可。如图2：
（二）、光电开关的性能、种类及适用性选择
1、光电开关的性能特点
光电开关最重要的一个功能就是能够根据光的强度变化而做出动作，多用于非接触式的物体检测或作为接近开关使用。本次改造选用光电开关，就是利用它的以下几个主要特点：第一，对检测对象的反射和透光进行检测，响应速度快，分辨率高；第二，动作可靠，几乎不受环境和振动的影响或者影响很小；第三，寿命长，特别是以发光二极管作为光源，采用无触点方式控制输出，寿命更长。
图2
2、光电开关的种类
光电开关的种类大致分为：镜面反射型、对射型、漫反射型等。其中，镜面反射型光电开关：由发射器和接收器构成，光束从发射器发出经过对面的反射镜反射，即返回接收器，当光束被中断时开关信号发生变化。特征是能辨别不透明的物体；不易受干扰，合适在野外或者有灰尘的环境中使用。对射型光电开关：由发射器和接收器组成，结构上两者相互独立，在光束被中断的情况下开关信号变化。特征是能辨别不透明的反光物体；有效作业距离大，不易受干扰，合适在野外或者有灰尘的环境中使用。漫反射型光电开关：是当发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器合成单个的标准部件，当有足够的光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离10到30cm。特征是有效作用距离是由目标的反射能力、表面性质和颜色决定。
3、适用性选择
通过对以上三类光电开关的性能及用途研究，认为对射型光电开关更适合作为推栏到位自动停止的控制设备。对射型光电开关的工作电源电压幅度宽：10-30VDC；工作温度：-25℃至55℃；防水防护等级IP65。应用原理如图3：
图3
四、安装及使用方法研究与分析
（一）、不同类型的设备，不同的接线方式，如图4：
图4
图中的“NPN”型与“PNP”型的主要区别就是开关控制负极与控制正极的区别。通常我们控制正极。选择“PNP”型光电开关。“NO”与“NC”则是光电开关在正常状态下，接点对应是“常开”与“常闭”的意思。
（二）、推栏工作特点及到位停止检测点设置
1、当推栏位于完全开放状态时，推栏只能有关闭动作，即按压“开按钮”不起作用。
2、当推栏位于完全关闭状态时，推栏只能有打开动作，即按压“关按钮”不起作用。
3、当推栏既不位于完全开放，又不位于完全关闭，即位于中间位置时，按压“开按钮”或按压“关按钮”均能够起作用。
另外，当推栏处于中间位置时（即两组光电开关也是处于推栏中间），推栏需要能开也能关，那么就要选择两组光电开关的接点这个时候都是接通的。我们把推栏处于中间位置定义为非正常状态，也就是光电开关此时也应是非正常状态。推理，非正常状态时接点接通，那么正常状态就应是不接通。所以采用光电开关的正常状态不接通，即平时状态为“NO”，用常开接点。根据设备的“故障导向安全”的原则，推栏使用时能够实时的检查光电开关的完好性，便于故障的及时发现。
4、检测点的布置（光电开关的安装位置），如图5：
图5
上图焊制10cm高的连续铁板是为了实现推栏处在中间位置时能够使“开”或“关”都起作用，另外也是为解决因推栏跳动而发生检测中断的问题。另外，检测开到位的光电开关距离铁板的距离就是推栏的惯性距离，这个需要经过现场实测所得，即两个开关的安装实际位置需要实测数据。
五、预计效果
通过增加光电开关检测并提前切断推栏控制电源，使得推栏及时停止，避免因视频延时给道口操作工带来的判断困难而导致推栏撞击止挡的情况。从而减少了推栏脱轨、电机及减速器固定螺丝松脱、止挡被撞坏或推栏结构变形等故障，降低故障率，减轻维修人员劳动强度。