地鐵鋼軌探傷車行車控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

徐世保

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司）

地鐵鋼軌探傷車行車控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

徐世保

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司）

本文針對(duì)北京首臺(tái)電傳動(dòng)地鐵鋼軌探傷車提出一種新型牽引控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)基于西門子可編程控制器、變流器及觸摸屏，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的牽引走行控制。實(shí)際運(yùn)用效果證明該控制策略簡(jiǎn)單、有效、可靠及穩(wěn)定，具有較高的性價(jià)比。

可編程控制器；觸摸屏；變流器

0 引言

地鐵鋼軌探傷車主要服務(wù)于地鐵線路的探傷分析、處理，減少斷軌事件的發(fā)生，從而確保地鐵線路的正常運(yùn)行。

北京地鐵首臺(tái)電傳動(dòng)鋼軌車是戚墅堰機(jī)車有限公司承擔(dān)研發(fā)、制造的，本文將針對(duì)該地鐵鋼軌探傷車提出一種新型牽引控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)基于西門子可編程控制器、變流器及觸摸屏，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的牽引控制。

1 主傳動(dòng)控制系統(tǒng)

主傳動(dòng)系統(tǒng)由1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組、1臺(tái)變流柜（含4套變流器）、4臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)組成，發(fā)電機(jī)組發(fā)出400V交流電，經(jīng)過牽引變流柜來驅(qū)動(dòng)4臺(tái)牽引電機(jī)。

每套變流器由1個(gè)整流模塊和1個(gè)牽引逆變器組成。1個(gè)整流模塊與1個(gè)牽引逆變器驅(qū)動(dòng)1臺(tái)牽引電機(jī)，牽引變流柜可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)4臺(tái)牽引電機(jī)，也可以1臺(tái)電機(jī)獨(dú)立工作。

變流系統(tǒng)與西門子可編程控制器通訊采用RS485接口，協(xié)議采用Prof i bus-DP，兩者實(shí)時(shí)交換運(yùn)行和故障數(shù)據(jù)，變流柜支持通過串口與專用操作面板或與PC機(jī)連接，在線讀取故障和運(yùn)行信息，可實(shí)現(xiàn)如下功能：在線調(diào)試參數(shù)；人為設(shè)定工作狀態(tài)；在線動(dòng)態(tài)監(jiān)視運(yùn)行參數(shù)和控制端口狀態(tài)；讀取歷史故障記錄；參數(shù)備份功能；保護(hù)功能；輸入短路保護(hù)；輸入過欠壓保護(hù)；自身過熱保護(hù)；輸出短路保護(hù)；輸出缺相保護(hù)；輸出過流保護(hù)；過溫保護(hù)。

4臺(tái)牽引電機(jī)，每臺(tái)都配有溫度傳感器和速度傳感器，溫度、速度傳感器將感應(yīng)數(shù)據(jù)傳給變流柜，變流柜將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸給西門子可編程控制器。

2 牽引控制系統(tǒng)

2.1 牽引控制系統(tǒng)硬件組成

鋼軌探傷車牽引控制系統(tǒng)主要由西門子可編程器、變流柜、微機(jī)屏、司機(jī)控制器及其他I/O輸入輸出點(diǎn)，如：壓力繼電器、機(jī)車速度表等組成，西門子可編程控制器選用S7-300系列PLC。

2.2 牽引控制系統(tǒng)硬件拓?fù)鋱D

根據(jù)機(jī)車牽引控制系統(tǒng)的功能要求，所設(shè)計(jì)的牽引控制系統(tǒng)主要硬件及控制原理如圖1所示。

2.3 牽引系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)

司機(jī)控制器工況手柄有“前進(jìn)”、“后退”2種工況，檔位手柄有“0”，“1”，“降”，“?！?，“升”等5種檔位。司機(jī)控制器作為開關(guān)量信號(hào)輸入給PLC，PLC系統(tǒng)根據(jù)司機(jī)控制器的信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出兩組數(shù)字信號(hào)（工況控制信號(hào)、檔位控制信號(hào)）給變流柜。

圖1 牽引控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1）工況控制信號(hào)定義值為“0、1、2”，相對(duì)應(yīng)：0為停止、1為前進(jìn)，2為后退。當(dāng)工況手柄置“前進(jìn)”位時(shí)：PLC系統(tǒng)給變流柜機(jī)車工況控制信號(hào)，其值為“1”，變流柜根據(jù)得到的數(shù)字量信號(hào)的值確定機(jī)車為牽引工況，牽引方向?yàn)椤扒斑M(jìn)”。

2）檔位控制信號(hào)定義值“0～8”。相對(duì)應(yīng)：“0～8”表示機(jī)車檔位信息，代表給定的牽引電機(jī)的檔位值。如：當(dāng)換向手柄置“前進(jìn)”位，主手柄由“0”位移到“1”位時(shí)，PLC系統(tǒng)同時(shí)給變流柜工況控制信號(hào)和檔位控制信號(hào)兩個(gè)數(shù)字量信號(hào)，其信號(hào)值均為“1”，變流柜控制牽引電機(jī)的輸出功率為1檔值，機(jī)車起步或低速運(yùn)行。

3）在PLC程序中，對(duì)檔位的加減作如下定義：若司機(jī)控制器主手柄打在“升”處，機(jī)車2s（時(shí)間可設(shè)）加1檔位，不足2s不加1檔位，最高加到檔位8；若司機(jī)控制器主手柄打在“降”處時(shí)，機(jī)車500ms（時(shí)間可設(shè)）降1檔位，不足500ms不減1檔位，最低減到檔位1；若司機(jī)控制器主手柄打在“?！碧帟r(shí)，機(jī)車保持原有的速度運(yùn)行。當(dāng)然主手柄若一直打在“升”或者“降”則檔位表現(xiàn)為連升或者連降。若打在“1”或者“0”處時(shí)，機(jī)車速度立馬降為1檔或者0檔。

檔位值與機(jī)車牽引電機(jī)的輸出功率對(duì)應(yīng)關(guān)系見下表。

表

3 觸摸屏設(shè)計(jì)

微機(jī)屏采用北京昆侖通態(tài)一體化觸摸屏。微機(jī)屏通過創(chuàng)建畫面和設(shè)定變量，并將相應(yīng)變量與PLC采集到的信息一一對(duì)應(yīng)，方便司機(jī)在司機(jī)室實(shí)時(shí)觀測(cè)機(jī)車運(yùn)行的數(shù)據(jù)和機(jī)車狀態(tài)信息：包括機(jī)車檔位信息、司控器狀態(tài)、柴油機(jī)參數(shù)、總風(fēng)缸風(fēng)壓、列車管風(fēng)壓、牽引電機(jī)狀態(tài)、報(bào)警信息。

圖2、圖3分別是鋼軌探傷車微機(jī)監(jiān)控主界面和牽引電機(jī)狀態(tài)采集。

圖2 機(jī)車主界面

圖3 牽引電機(jī)監(jiān)控界面

微機(jī)屏內(nèi)設(shè)有牽引電機(jī)故障切除等一些參數(shù)設(shè)定功能，當(dāng)某一路牽引電機(jī)故障時(shí)，需將該路牽引電機(jī)切除。切除工作由司機(jī)通過微機(jī)屏人機(jī)交互界面完成，只需登錄取得權(quán)限后，按一下相應(yīng)路牽引電機(jī)切除按鈕，切除后PLC給變流柜該路的變頻器的工況控制信號(hào)和檔位控制信號(hào)分別置“0”、“0”并保持，即該路逆變器停止輸出。如圖2、3所示，第四路電機(jī)即處于切除狀態(tài)。

4 結(jié)束語

控制系統(tǒng)性能的好壞直接影響機(jī)車的整體性能，本文提出的牽引控制系統(tǒng)通過實(shí)際探傷車運(yùn)用表明，該控制系統(tǒng)控制策略簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性高、機(jī)車運(yùn)行速度平穩(wěn)、各項(xiàng)性能均能滿足實(shí)際控制要求，具有較高的性價(jià)比。

[1] 廖常初.S7-300 /400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

2016-11-30）