GMC16A型地鐵打磨車(chē)電氣控制系統(tǒng)技術(shù)研究

李祥麗

（北京東風(fēng)電器有限公司，北京 100072）

GMC16A型地鐵打磨車(chē)電氣控制系統(tǒng)技術(shù)研究

李祥麗

（北京東風(fēng)電器有限公司，北京 100072）

本文簡(jiǎn)要介紹地鐵打磨車(chē)的必要性和發(fā)展前景，在消化吸收GMC96B型鋼軌打磨列車(chē)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地鐵軌道車(chē)輛的技術(shù)規(guī)范要求，獨(dú)立開(kāi)發(fā)GMC16A型地鐵打磨車(chē)電氣控制系統(tǒng)，從而增加打磨車(chē)關(guān)鍵技術(shù)的研究領(lǐng)域，擴(kuò)大產(chǎn)品的適用范圍，改善地鐵運(yùn)營(yíng)環(huán)境，促進(jìn)我國(guó)的城市化發(fā)展。

地鐵打磨車(chē)電氣控制系統(tǒng)行車(chē)打磨

引言

隨著我國(guó)城市化的不斷發(fā)展，作為城市公共交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，軌道交通得到井噴式發(fā)展。截至2015年底，我國(guó)將新建城市軌道交通線路89條，總里程2500公里。預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)城市軌道交通線路總長(zhǎng)將超過(guò)3000公里。地鐵大密度的行車(chē)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的軌道高磨損率，對(duì)軌道打磨質(zhì)量和能力提出了新的要求。地鐵軌道打磨技術(shù)發(fā)展除了保障地鐵車(chē)輛運(yùn)行質(zhì)量和安全外，還能有效增加軌道使用壽命，降低地鐵運(yùn)營(yíng)成本。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)的地鐵軌道打磨車(chē)處于起步階段，僅有數(shù)量極少的國(guó)外進(jìn)口打磨車(chē)。與先進(jìn)國(guó)家相比，我們?cè)谲壍来蚰ゼ夹g(shù)方面存在一定缺陷，關(guān)鍵核心技術(shù)主要依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，維修服務(wù)周期長(zhǎng)。GMC16A型地鐵打磨列車(chē)是二七公司在消化吸收GMC96B型鋼軌打磨列車(chē)設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地鐵軌道車(chē)輛的技術(shù)規(guī)范要求，獨(dú)立開(kāi)發(fā)的打磨列車(chē)。該車(chē)可以修正軌道波浪狀磨損、輪軌擦傷，糾正內(nèi)外軌傾斜變形和修整輪軌接觸面等各種由于車(chē)輛在鋼軌上行駛而產(chǎn)生的鋼軌缺陷，進(jìn)行線路鋼軌的預(yù)防性維修。此外，還可作軌面檢查，并依據(jù)軌道原始形狀對(duì)磨損的鋼軌進(jìn)行修復(fù)，使其恢復(fù)到輪軌接觸合理的狀態(tài)。對(duì)其核心技術(shù)——電氣控制系統(tǒng)的探究，不論是針對(duì)軌道的維修保養(yǎng)、改善地鐵運(yùn)營(yíng)環(huán)境還是促進(jìn)我國(guó)城市化發(fā)展，打破國(guó)外壟斷技術(shù)，促進(jìn)大型養(yǎng)路機(jī)械國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程都具有十分重要的意義。

1 GMC16A型地鐵打磨車(chē)電氣控制系統(tǒng)總述

GMC16A型地鐵打磨列車(chē)分為A1車(chē)和A2車(chē)兩部分。A1車(chē)、A2車(chē)基本成中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩車(chē)即可獨(dú)立運(yùn)行，又可連掛運(yùn)行。GMC16A型地鐵打磨列車(chē)電氣控制系統(tǒng)主要分布于A1車(chē)和A2車(chē)的司機(jī)室內(nèi)，包括行車(chē)控制系統(tǒng)，A1、A2端司機(jī)室及打磨作業(yè)控制系統(tǒng)。它能夠?qū)崿F(xiàn)雙向運(yùn)行、雙軌同時(shí)打磨、雙向往返打磨；順利消除鋼軌波浪型磨耗、鋼軌飛邊、馬鞍型磨耗、焊縫凹陷及魚(yú)鱗裂紋等病害；具有良好可靠性與完善的安全保障措施，且具有對(duì)設(shè)備自身狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和故障診斷、報(bào)警的功能。

本系統(tǒng)采用多級(jí)總線技術(shù)。列車(chē)級(jí)總線采用工業(yè)以太網(wǎng)，用以整車(chē)數(shù)據(jù)傳輸；設(shè)備級(jí)總線根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求，采用profibus及CAN總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制。整個(gè)電氣系統(tǒng)包括核心微機(jī)單元均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于安裝及檢修，具有必要的設(shè)計(jì)冗余。

2　電氣控制系統(tǒng)技術(shù)研究

GMC16A型地鐵打磨車(chē)兩端均設(shè)有功能相同的司機(jī)室。通過(guò)總結(jié)GMC96B型打磨車(chē)與邊坡清篩車(chē)司機(jī)室優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合地鐵車(chē)輛限界及環(huán)境要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。司機(jī)室?guī)в袦p震系統(tǒng)，降低司機(jī)室震動(dòng)，提高司乘人員舒適性；內(nèi)裝借用SBCHP3型邊坡車(chē)的軟包內(nèi)裝方案，用多孔鋁板做內(nèi)裝面材，在實(shí)際使用效果上完全保證噪音要求，且防火、阻燃，保證乘員安全；采用多面式設(shè)計(jì)，全角度觀察窗結(jié)構(gòu)，保證司機(jī)視角可達(dá)180°。

司機(jī)室是打磨列車(chē)行車(chē)控制、打磨控制的中心，也是司乘人員工作、休息的主要場(chǎng)所。司機(jī)室內(nèi)包括牽引操縱臺(tái)、打磨控制操縱臺(tái)、牽引控制柜、軌廓和波磨檢測(cè)裝置控制柜、行車(chē)安全設(shè)備柜等主要系統(tǒng)控制部分，以及通風(fēng)設(shè)備、照明設(shè)備、空氣制動(dòng)、火災(zāi)報(bào)警、座椅等生活、安全保障方面的設(shè)備。

2.1行車(chē)控制系統(tǒng)

GMC16A型地鐵打磨列車(chē)行車(chē)控制系統(tǒng)具有傳統(tǒng)打磨列車(chē)牽引控制功能的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)雙端司機(jī)室控制權(quán)轉(zhuǎn)換、低恒速、車(chē)齒箱機(jī)構(gòu)合齒/脫齒、列車(chē)運(yùn)行與打磨作業(yè)工況轉(zhuǎn)換等功能。系統(tǒng)采用以太網(wǎng)總線實(shí)現(xiàn)列車(chē)數(shù)據(jù)傳輸。為增加可靠性，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)使系統(tǒng)在通訊故障情況下仍能正常完成運(yùn)行與打磨作業(yè)。行車(chē)控制系統(tǒng)由微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和發(fā)電供電控制系統(tǒng)組成。

（1）微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用貝加萊工業(yè)自動(dòng)化X20系列PLC。X20系統(tǒng)CPU模塊能夠滿足廣泛需求，不僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，而且能夠滿足苛刻的應(yīng)用要求。它具有卓越的性能和強(qiáng)大的處理能力，循環(huán)周期可達(dá)200μs。整套微機(jī)系統(tǒng)由兩套硬件組成完全一樣的PLC控制系統(tǒng)，分別裝在A1車(chē)、A2車(chē)上。其中，每套PLC控制系統(tǒng)包括1套控制系統(tǒng)主機(jī)、1套遠(yuǎn)程PLC功能模塊、1臺(tái)觸摸顯示屏。兩套PLC控制系統(tǒng)通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行Ethernet通訊，其構(gòu)成如圖1所示。

該系統(tǒng)根據(jù)司機(jī)指令通過(guò)電磁閥組的控制，完成對(duì)走行相關(guān)的實(shí)時(shí)控制、牽引/作業(yè)運(yùn)行的實(shí)時(shí)控制、牽引/作業(yè)工況的時(shí)序邏輯控制、冷卻風(fēng)扇控制、供電系統(tǒng)控制、空壓機(jī)泵風(fēng)控制及牽引/作業(yè)工況下的安全聯(lián)鎖控制等，可對(duì)全車(chē)各機(jī)組設(shè)備、系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)、監(jiān)視，并能對(duì)出現(xiàn)的故障或異常進(jìn)行分級(jí)報(bào)警，同時(shí)給出故障現(xiàn)象或原因的文字提示，具有一定的故障處理指導(dǎo)功能。

圖1微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

（2）發(fā)電供電控制系統(tǒng)。發(fā)電供電系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、變壓變頻裝置、充電機(jī)、外供電源插座、電源插座、斷路器、繼電器等。發(fā)電供電控制系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏上的按鈕，控制本車(chē)和它車(chē)發(fā)電機(jī)送電、發(fā)電機(jī)與負(fù)載接通、它車(chē)給本車(chē)供電及外供電控制。

2.2打磨作業(yè)控制系統(tǒng)

打磨作業(yè)控制系統(tǒng)是整列打磨車(chē)的關(guān)鍵，其核心功能是對(duì)打磨頭旋轉(zhuǎn)角度的連續(xù)精確控制，并通過(guò)打磨壓力的調(diào)整實(shí)現(xiàn)打磨電機(jī)功率的調(diào)整，從而對(duì)磨削量進(jìn)行精確控制。同時(shí)，還包括氣動(dòng)和液壓系統(tǒng)的全面控制，即為氣動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)提供電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)打磨小車(chē)的電機(jī)加壓控制、防火板升降、打磨小車(chē)鎖定、波浪磨耗打磨狀態(tài)的電機(jī)鎖定、系統(tǒng)各部件的遠(yuǎn)程起停及故障報(bào)警等功能。此外，設(shè)計(jì)專(zhuān)用的氣動(dòng)柜與電氣柜，將氣動(dòng)、液壓、電氣部件的控制集成于一套控制系統(tǒng)，具體組成如圖2所示。

圖2打磨控制系統(tǒng)

打磨作業(yè)控制系統(tǒng)具有正線、道岔打磨控制功能，可以實(shí)現(xiàn)雙端司機(jī)室控制正向和逆向打磨、打磨模式自動(dòng)編組等功能，同時(shí)具有記憶打磨、道岔打磨等功能，如圖3所示。系統(tǒng)采用以太網(wǎng)總線，實(shí)現(xiàn)列車(chē)打磨控制數(shù)據(jù)傳輸。可進(jìn)行雙車(chē)聯(lián)掛打磨作業(yè)，也可在通訊故障情況下單車(chē)進(jìn)行打磨作業(yè)。

整個(gè)電氣系統(tǒng)包括核心微機(jī)單元均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于安裝及檢修，具有必要的設(shè)計(jì)冗余。不僅提升打磨車(chē)電氣系統(tǒng)硬件的響應(yīng)時(shí)間，優(yōu)化軟件系統(tǒng)構(gòu)架，還提高了打磨車(chē)本身的可操作性和精準(zhǔn)精確性。微機(jī)單元的組成如圖4所示。

圖3打磨控制系統(tǒng)功能

圖4微機(jī)單元

3結(jié)論

GMC16A型地鐵打磨車(chē)電氣控制系統(tǒng)已成功裝車(chē)使用。深圳地鐵、大連地鐵交付用戶使用至今以來(lái)，性能穩(wěn)定，效果良好，作業(yè)精度與響應(yīng)時(shí)間達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，優(yōu)于同類(lèi)型進(jìn)口車(chē)型產(chǎn)品。后續(xù)已有三列同類(lèi)型產(chǎn)品完成出廠驗(yàn)收，兩列在造，包括出口阿根廷的一臺(tái)地鐵打磨車(chē)。

依照每個(gè)城市每條地鐵線路配備1～2臺(tái)16頭軌道打磨車(chē)估算，國(guó)內(nèi)16頭打磨車(chē)需求量在100～150臺(tái)左右。按照國(guó)產(chǎn)化可以占領(lǐng)國(guó)內(nèi)50%的市場(chǎng)，參考國(guó)外原裝產(chǎn)品價(jià)格的70%計(jì)算，每套產(chǎn)品價(jià)格約為600萬(wàn)，那么未來(lái)10內(nèi)累計(jì)銷(xiāo)售在5.2億元。GMC16A型地鐵打磨車(chē)電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)研究不僅擁有巨大的投資利益和發(fā)展前景，而且增強(qiáng)了以企業(yè)為核心的大型養(yǎng)路機(jī)械產(chǎn)品的自主創(chuàng)新能力，扭轉(zhuǎn)了關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口的局面，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

ResearchonElectricControlSystemofGMC16A Type Metro Grinding Train

LI Xiangli
（Beijing Dongfeng Electrical Co.Ltd，Beijing 100072）

This paper briefly introduces the necessity and development prospect of the Metro grinding train.On the basis of digesting and absorbing of GMC96B rail grinding rain，combined with the technical specification requirements of metro rail vehicle，independently developed GMC16A metro trail grinding machine electrical control system，increase grinding train key technology research，expanding the scope of products，improve the operating environment of the subway，promote the development of urbanization in our country.

Metro rail grinding train，electric control system，driving polishing，grinding