浅谈桥梁自动保护系统的设计与实现

雷歌琳

摘 要:近年来,因长期受超重车辆压迫导致桥身断裂的桥梁越来越多,不仅造成了人生危害,在一定程度上也对交通造成不利影响。桥梁自动保护系统是一个通过对超载车辆进行限制,从而对桥梁起到保护的系统,系统由重量感应器和自控式栏杆组成。

关键词:桥梁自动保护系统自控式

中图分类号:u44 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(b)-0103-01

1 桥梁倒塌原因分析

桥梁坍塌的缘由主要可以总结为五个方面,第一,设计考虑不全面件稳固性不够,如设计时未考虑桥梁是否靠近铁路等易带来地基震动的设施,或者桥梁的防震结构设计不合理;第二,材料及施工缺陷,如造桥材料选用不得当或施工时偷工减料造成桥梁寿命短;第三,大自然带来的威胁,如酸雨等的腐蚀;第四,车辆在桥上通过时与桥梁产生共振,使桥梁面临倒塌的危险;第五,重量型货车通过桥梁,对桥梁带来一定的压力。

造成桥梁倒塌的原因还有很多,但其中重量型货车对桥梁的压力是造成桥梁倒塌的一个非常重要的原因,所以本文以将桥梁的损害程度降到最小为目的,设计一个以桥梁限重为方式的桥梁保护系统。

2 桥梁保护系统的设计及其可行性分析

本桥梁保护系统主要针对桥梁因受过大压力造成损坏方面,对车辆的重量进行限制,减小甚至避免超重车辆上桥,保护桥体不受超过本身可承受的压力,从而增长桥梁寿命,节省国家交通事业资金投入,保护人身安全,营造和谐生活环境。系统主要由重量感应器和自控式栏杆模块两部分组成。

2.1 重量感应器介绍

该重量感应器是由一个称改装而成,用于模拟汽车通过地磅检测车重是否超标。该感应装置可设定超载警戒重量,若车辆超过该设定重量,重量感应器自动输出一个脉冲信号,信号经过处理,该信号可以对蜂鸣器、轴承装置进行自动操控。

2.2 自控式栏杆模块设计

该电路设计由一系列门电路及感应开关、限位开关、驱动电路、红绿指示灯组成,如图1所示。限位开关安装于摄像头上,由于de导通,D5的12端通过de和K3连接到5V电源,为高电平,故13端为低电平,使9端为高电平,由于感应开关GK2处于打开状态,也为高电平,故6端为低电平,11端为高电平,TR2截止。

当有车辆经过重量感应器时,则光耦合器TLP处于导通状态,0端未低电平,通过非门,将低电平变成高电平,所以此时D1的1端为高电平;当车辆经过重量感应器时,感应开关GK1(可以是红外感应、射频识别感应等开关,在本实验中,为简化电路,采用干簧开关,即磁控开关)感应到车辆到来,GK1闭合,2端从低电平变为高电平,由于1端也是高电平,与非门D1的3端变为低电平,TR1导通,通过ba驱动继电器K3工作,开关K4闭合,电源V工作,摄像头工作,摄像头工作完成后,触动限位开关K1,ab断开、ac闭合。由于TR2也是处于截止状态,K3断电,K4断开,切断电源V,同时,由于ac闭合,三极管TR3和TR4的基极为高电平,TR3截止,TR4导通,红灯L2亮,车辆通过,当车辆离开重量感应器时,感应开关GK1恢复到打开状态,这个时候,3端是高电平,而2端是低电平,TR1就截止。当车辆继续上桥后,又触动另一个感应开关GK2,使4端从高电平变为低电平,由于与非门D2和D3经过连接后组成了一个RS触发器,当4端为低电平时,6端变为高电平,7端也为高电平,由于de端已断开,D5的12端为低电平,13端为高电平,8端也为高电平,由于7、8端均为高电平,此时9端为低电平,5端也为低电平,从而保证了当车辆经过GK2后,6端仍为高电平,D4的11端为低电平,TR2的基极为低电平,TR2导通,继电器K4导通,开关K4闭合,数据处理工作,此时K1的ac断开,ab闭合,交通信号灯由绿灯变为红灯。当数据处理后时,K2的fg断开,de重新闭合,继电器K3断电,开关K4打开,电机M停止工作。由于de闭合,D5的12端通过de和K3连接到5V电源,13端变为低电平,8端也为低电平,9端变为高电平,由于GK2已经断开,4端也为高电平,时6恢复为低电平,11端为高电平,TR2处于截止状态,从而使整个电路恢复到初始状态。当再有车辆经过时,电路有重新工作。如车辆没有超载,(可以是红外感应、射频识别感应等开关,在本实验中,为简化电路,采用干簧开关,即磁控开关)驱动光耦合器TLP,此时与非门电路D1的1端通过光耦合器接地,1端从原来的高电平变为低电平,不管2端状态如何,D1的3端为高电平,TR1仍处于截止状态,绿灯亮。

在没有车辆经过时,自控栏杆处于合闸状态,交通指示灯亮红灯。当有要车辆经过桥梁时,车辆先经过重量感应器,如车辆未超载(如需要,还可增加限高功能),则自动打开自控栏杆,同时交通指示灯变为绿灯,待车辆经过后,自控栏杆自动合闸,同时亮红灯,等待下一辆车到来。当经过的车辆超载时,自控栏杆不动作,交通指示灯仍然为红灯。

2.3 桥梁限高保护设计

车辆超重过桥对桥梁损害严重,超高车辆从桥下经过,碰擦甚至撞击桥体带来的危害也是不小的。车辆碰擦桥体,虽然只是对桥梁底部表面产生细小损伤,但是量变到了一定的“量”也会变成质变的,桥梁收到损坏的同时,车辆和人身安全也受到了威胁。所以,限制经过桥梁底部车辆的高度也是保护桥梁的一项重要措施。在距离桥梁最近的路口前方约20米处设置光传感器,传感器放置高度为桥梁允许通过车辆高度上限,传感器有两个端口,一个发出信号,另一个接收信号。当车辆通过传感器时,如车辆高度低于传感器高度,传感器正常工作,车辆正常运行。当车辆高度高于或等于传感器高度,即有超高可能,车辆中断传感器一端发出的信号,此时传感器向计算机发出车辆超高信号,并在路口前方10米处的LED板上显示前方桥梁限制的高度和警示当前有车辆超高,需从路口绕道行驶的内容。

2.4 桥梁保护系统可行性分析

(1)本系统旨在减少甚至防止桥梁坍塌事件的发生,有利于国家经济发展和人民的交通安全,能够受到社会各界的支持,所以,在社会上是可行的。

(2)本系统运用的技术相对比较简单,资金投入较少,相对于一座价值少则几千万元,多则几十亿人民币的桥来说是微不足道的,所以,在经济上是可行的。

(3)本系统主要用到的技术都是目前运用广泛的,如重量感应器、自控式栏杆、继电保护器,用到的技术都是原理易懂,操作方便的,在制造及维修方面均难度较小,所以,在技术上是可行的。

综上所述,本系统在社会、经济、技术等方面都具有良好的可行性。

3 结语

本文从桥梁受损原因入手,着重研究在限重方面保护桥梁,通过称重,拦截超重车辆,让桥梁免受过大压力,从而大幅度减轻桥梁的损伤程度,此外还提出桥梁限高防撞保护系统的设计。桥梁自动保护系统旨在从各个方面对桥梁进行保护,维护国家交通财产和人民生命安全,共创和谐社会。

参考文献

[1] 韩全立.自动控制原理与应用.[M]西安:西安电子科技大学出版社,2006,P25～P30.