固定式架車(chē)機(jī)智能化控制研究

戴 柳

（青島地鐵集團(tuán)有限公司，山東青島 266555）

1 固定式架車(chē)簡(jiǎn)述

固定架車(chē)機(jī)組用于城市地鐵架修，包含4 組架車(chē)機(jī)組（每組可架起一節(jié)車(chē)），實(shí)現(xiàn)架車(chē)臺(tái)位的架車(chē)作業(yè)，可對(duì)一列車(chē)組（4輛）在不解編狀態(tài)下進(jìn)行同步架落車(chē)作業(yè)，并能對(duì)任一單節(jié)車(chē)、兩節(jié)車(chē)、三節(jié)車(chē)編組進(jìn)行架落車(chē)作業(yè)（圖1）。

圖1 固定式架車(chē)

（1）操作控制系統(tǒng)。固定式架車(chē)機(jī)設(shè)備設(shè)有總控制臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)控制器，既可在總控制臺(tái)進(jìn)行整列車(chē)輛的升降控制和各個(gè)單節(jié)車(chē)輛的升降控制，亦可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行單個(gè)舉升設(shè)備的升降控制。總控制臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)控制器具有互鎖功能。現(xiàn)場(chǎng)控制器只有在得到總控制臺(tái)的授權(quán)后才具有控制權(quán)。另外，現(xiàn)場(chǎng)控制器還具有現(xiàn)場(chǎng)安全確認(rèn)功能。

（2）電器控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)采用主控和監(jiān)控雙PLC 結(jié)構(gòu)，均采用西門(mén)子S7-300 系列產(chǎn)品，采用安全繼電器以提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。其中主控PLC 主要負(fù)責(zé)功能選擇、邏輯控制、響應(yīng)操作等功能，監(jiān)控PLC 負(fù)責(zé)動(dòng)作授權(quán)、限位監(jiān)控、同步監(jiān)控等功能。它們既單獨(dú)運(yùn)行自己的監(jiān)控程序，又通過(guò)通信方式相互監(jiān)控，任何一臺(tái)PLC 工作不正常時(shí)系統(tǒng)將全部停機(jī)并報(bào)警。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.1 設(shè)計(jì)理念

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能平板電腦快速發(fā)展，通過(guò)平板電腦遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的控制單元PLC 的運(yùn)行進(jìn)行預(yù)警監(jiān)控的技術(shù)已有實(shí)例。設(shè)備運(yùn)行時(shí)能夠隨時(shí)觀察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，避免由設(shè)備故障帶來(lái)的不必要損失。

2.2 遠(yuǎn)程控制優(yōu)勢(shì)

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以使人力、物質(zhì)資源得到充分利用。以往固定式架車(chē)機(jī)架車(chē)作業(yè)需要5 人同時(shí)配合才能完成，如果采用遠(yuǎn)程控制則只需1 人即可完成地鐵電客車(chē)架車(chē)作業(yè)，在保證架車(chē)安全的前提下，大大節(jié)約了人力成本。

（2）通過(guò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)可以通過(guò)車(chē)輛段局域網(wǎng)遠(yuǎn)程共享，使技術(shù)人員準(zhǔn)確了解現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及故障原因，通過(guò)遠(yuǎn)程控制PLC 進(jìn)行系統(tǒng)程序調(diào)試，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員快速解決故障，保證安全生產(chǎn)。

（3）作業(yè)人員使用平板電腦操作控制設(shè)備，可以脫離設(shè)備固定控制手柄的數(shù)量限制及位置局限性，對(duì)危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)保持安全距離的情況下進(jìn)行操作、監(jiān)視，完成對(duì)參數(shù)的設(shè)置與調(diào)整。

（4）實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)記錄作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的架車(chē)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)每次架車(chē)的大數(shù)據(jù)對(duì)比，分析出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及各重點(diǎn)部位的保養(yǎng)計(jì)劃。

2.3 設(shè)備遠(yuǎn)程控制需求

固定式架車(chē)機(jī)聯(lián)控架車(chē)時(shí)，4 名作業(yè)人員需要在架車(chē)機(jī)兩側(cè)現(xiàn)場(chǎng)控制器上設(shè)置4 個(gè)監(jiān)控點(diǎn)（升降時(shí)按下“確認(rèn)”按鈕），只有按下現(xiàn)場(chǎng)控制器上的“確認(rèn)”按鈕，才能通過(guò)主控制臺(tái)的升、降按鈕操作整個(gè)架車(chē)機(jī)進(jìn)行升降作業(yè)，任何一個(gè)斷開(kāi)都將終止架車(chē)作業(yè)。

固定式架車(chē)機(jī)8 個(gè)基坑聯(lián)控舉升4 節(jié)電客車(chē)，整列電客車(chē)長(zhǎng)80.956 m，在兩側(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置4 個(gè)固定的監(jiān)控點(diǎn)造成人力資源的浪費(fèi)，且無(wú)法滿(mǎn)足架車(chē)現(xiàn)場(chǎng)的多樣化、復(fù)雜性等要求。這種情況下需要采用另一種控制理念，使用更加靈活的監(jiān)控點(diǎn)及控制方式，根據(jù)架車(chē)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況靈活監(jiān)控，不受數(shù)量的限制、不受現(xiàn)場(chǎng)有限區(qū)域的限制，且當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及修復(fù)，從而提高工作效率。

3 智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 智能化系統(tǒng)控制原理

遠(yuǎn)程控制PLC 系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制技術(shù)結(jié)合的一門(mén)先進(jìn)技術(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)是指遠(yuǎn)程獲得被監(jiān)控資源對(duì)象的數(shù)據(jù)信息，遠(yuǎn)程控制是指遠(yuǎn)程發(fā)送命令控制現(xiàn)場(chǎng)資源對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)控端系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸、現(xiàn)場(chǎng)控制端系統(tǒng)構(gòu)成。

3.2 固定式架車(chē)機(jī)智能化系統(tǒng)控制實(shí)例

使用的工具有：西門(mén)子S7-300 PLC 一臺(tái)，平板電腦一臺(tái)，通信用網(wǎng)線(xiàn)，GM20 DTU 模塊一臺(tái)，天線(xiàn)和電源適配器，聯(lián)網(wǎng)電腦一臺(tái)，攝像頭中興小興C520 四臺(tái)。

3.2.1 PLC 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

（1）西門(mén)子PLC S7-300 具備網(wǎng)口進(jìn)行程序的上下載和通信，使用MODBUS-TCP 協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)口將S7-300 連接到EMCP，實(shí)現(xiàn)電腦Web 網(wǎng)頁(yè)、平板電腦APP 和微信對(duì)S7-300 內(nèi)的各輸入點(diǎn)寄存器的遠(yuǎn)程監(jiān)控和輸出點(diǎn)的遠(yuǎn)程讀寫(xiě)。

（2）S7-300 連接220 V 交流電，電腦通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接PLC 的以太網(wǎng)通信口進(jìn)行程序的配置，然后使用網(wǎng)線(xiàn)連接GM20 的LAN 口和PLC 的以太網(wǎng)口，進(jìn)行MODBUS-TCP 通信。創(chuàng)建MODBUS-TCP 服務(wù)器。使用西門(mén)子STEP7 工控軟件，將S7-300設(shè)備組態(tài)，設(shè)置PLC 通信IP，將修改好的程序下載到PLC。

（3）登錄EMCP 平臺(tái)，對(duì)EMCP 云平臺(tái)進(jìn)行設(shè)置。打開(kāi)“后臺(tái)管理→模塊管理”界面，將DTU 綁定至此管理員賬號(hào)，使用“遠(yuǎn)程配置”功能配置DTU 的各項(xiàng)通信參數(shù)和功能參數(shù)。需要配置的參數(shù)有兩個(gè)，分別是：①與PLC 通信口參數(shù)；②設(shè)置DTU定時(shí)采集PLC 數(shù)據(jù)的MODBUS 通道參數(shù)。進(jìn)入設(shè)置界面，選擇列表展示或組態(tài)展示。填寫(xiě)新建設(shè)備基本信息有4 個(gè)相應(yīng)的選項(xiàng)，依次為選擇設(shè)備匹配的圖片、輸入模塊SN、輸入要綁定的SN 的編碼、選擇創(chuàng)建的數(shù)據(jù)規(guī)則、選擇設(shè)備所在的地理位置。

（4）登錄EMCP 平臺(tái)，點(diǎn)擊“讀寫(xiě)數(shù)據(jù)”對(duì)PLC 進(jìn)行讀寫(xiě)操作。在平板電腦安裝APP，進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)列表界面或組態(tài)畫(huà)面，對(duì)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

3.2.2 平板電腦遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

平板電腦組態(tài)頁(yè)面按鈕定義和說(shuō)明如下：

（1）轉(zhuǎn)向架單控選擇界面：界面有“轉(zhuǎn)向架1“”轉(zhuǎn)向架2“”轉(zhuǎn)向架3“”轉(zhuǎn)向架4“”轉(zhuǎn)向架5“”轉(zhuǎn)向架6“”轉(zhuǎn)向架7“”轉(zhuǎn)向架8”共計(jì)8 個(gè)控制點(diǎn)，選擇其中一個(gè)控制點(diǎn)可以單控其轉(zhuǎn)向架舉升單元?jiǎng)幼鳌?/p>

（2）車(chē)體單控選擇界面：界面有“車(chē)體1-1”“車(chē)體1-2”“車(chē)體2-1”“車(chē)體2-2”“車(chē)體3-1”“車(chē)體3-2”“車(chē)體4-1”“車(chē)體4-2”“車(chē)體5-1”“車(chē)體5-2”“車(chē)體6-1”“車(chē)體6-2”“車(chē)體7-1”“車(chē)體7-2”“車(chē)體8-1”“車(chē)體8-2”共計(jì)16 個(gè)控制點(diǎn)，選擇其中一個(gè)控制點(diǎn)可以單控其車(chē)體舉升單元?jiǎng)幼鳌?/p>

（3）故障界面：當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)“緊急急停、緊急上上限位、緊急下下限位、PLC 停機(jī)、同步故障、轉(zhuǎn)向架升降故障、車(chē)體升降故障、計(jì)數(shù)無(wú)脈沖”等故障時(shí)界面自動(dòng)提示，并給出解決建議。

（4）授權(quán)：藍(lán)色指示燈。當(dāng)主控臺(tái)授予遠(yuǎn)程平板電腦操作權(quán)力，且在平板電腦單控選擇界面上確認(rèn)選擇轉(zhuǎn)向架單元或車(chē)體單元時(shí)，指示燈才會(huì)亮起。

（5）150 mm：紅色指示燈。當(dāng)架車(chē)單元升起（或落到）距離地面150 mm 的安全區(qū)域時(shí)，指示燈亮起，如果要繼續(xù)下降，需要按住下降按鈕和綠色的確認(rèn)按鈕。

相關(guān)按鈕的作用及說(shuō)明如下：

急停：緊急情況下，按下該按鈕停止所有架車(chē)動(dòng)作；設(shè)備故障解除后，按下復(fù)位按鈕可以進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。

復(fù)位：設(shè)備觸發(fā)急停按鈕或故障報(bào)警，當(dāng)設(shè)備故障解除后，按下復(fù)位按鈕可以進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。

確認(rèn)：綠色按鈕開(kāi)關(guān)。設(shè)備關(guān)鍵動(dòng)作確認(rèn)功能。

上升：通過(guò)該按鈕控制車(chē)體或轉(zhuǎn)向架舉升單元上升。

下降：通過(guò)該按鈕控制車(chē)體或轉(zhuǎn)向架舉升單元下降。

車(chē)體左移：通過(guò)該按鈕可以完成車(chē)體舉升單元沿軌道左側(cè)方向走行。

車(chē)體右移：通過(guò)該按鈕可以完成車(chē)體舉升單元沿軌道右側(cè)方向走行。

3.2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

采用攝像頭中興小興C520 四臺(tái)，分別安裝在固定式架車(chē)機(jī)1-1、3-2、6-2、8-1 基坑外部鋼支架上，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備工作狀態(tài)。通過(guò)車(chē)輛段局域網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控畫(huà)面?zhèn)魉椭疗桨咫娔X，作業(yè)人員在主控臺(tái)操作時(shí)通過(guò)平板電腦掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

作業(yè)人員通過(guò)平板電腦APP 設(shè)置界面中的操作選項(xiàng)，可以讓4臺(tái)攝像頭上下或水平翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行固定式架車(chē)機(jī)作業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2.4 安全防護(hù)系統(tǒng)

固定式架車(chē)機(jī)聯(lián)控舉升電客車(chē)，整列電客車(chē)長(zhǎng)80.956 m，架車(chē)作業(yè)中設(shè)備動(dòng)作范圍大，作業(yè)人員在架車(chē)過(guò)程中難以保證無(wú)關(guān)人員或車(chē)輛誤入作業(yè)區(qū)域。根據(jù)需求，在作業(yè)區(qū)域使用六套KS06E 型光電保護(hù)裝置（工作距離0～40 m）進(jìn)行安全防護(hù)，在人員或車(chē)輛誤入作業(yè)區(qū)域后固定式架車(chē)機(jī)停機(jī)報(bào)警，在作業(yè)人員檢查確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)安全后方可繼續(xù)架車(chē)作業(yè)。

4 固定式架車(chē)機(jī)智能化架車(chē)流程

固定式架車(chē)機(jī)準(zhǔn)備工作主要有3 個(gè)步驟：

（1）開(kāi)啟主控制柜電源，將主控臺(tái)上的“控制電源”插入鑰匙開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)至開(kāi)啟狀態(tài)，主控臺(tái)“電源指示”燈變亮。等待系統(tǒng)開(kāi)啟人機(jī)界面，作業(yè)人員輸入用戶(hù)名和密碼，進(jìn)入操作系統(tǒng)主界面。

（2）將主控臺(tái)“系統(tǒng)運(yùn)行”旋鈕旋轉(zhuǎn)至開(kāi)啟狀態(tài)，系統(tǒng)上電，主控制臺(tái)上的“系統(tǒng)運(yùn)行”燈變亮，觸摸屏人機(jī)界面中“系統(tǒng)工作狀態(tài)”指示燈變。

（3）電客車(chē)進(jìn)入架車(chē)區(qū)域。

5 結(jié)論

固定式架車(chē)機(jī)原架車(chē)作業(yè)需要5 人同時(shí)配合才能進(jìn)行架車(chē)，采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)則只需要1 人即可完成地鐵電客車(chē)架車(chē)作業(yè)，在保證架車(chē)安全的前提下大大減少人力成本。在智能化操作過(guò)程中，作業(yè)人員使用平板電腦單控操作轉(zhuǎn)向架、車(chē)體舉升柱動(dòng)作，脫離了設(shè)備固定控制手柄的數(shù)量限制及位置局限性，對(duì)危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)保持安全距離的情況下進(jìn)行操作、監(jiān)視并完成對(duì)參數(shù)的設(shè)置與調(diào)整。當(dāng)固定式架車(chē)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員通過(guò)車(chē)輛段局域網(wǎng)進(jìn)行PLC 監(jiān)控調(diào)試，準(zhǔn)確了解設(shè)備數(shù)據(jù)及故障原因，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員快速解決故障，保證安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了固定式架車(chē)機(jī)智能化控制。