唐家凱，楊坤怡，杜海若

（西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，成都 610031）

軌道車是鐵路建設(shè)、線路施工、設(shè)備修理、搶險和檢查等工作的主要運(yùn)輸設(shè)備。為了配合高速鐵路發(fā)展以及保證鐵路運(yùn)輸安全，鐵道部對鐵路施工部門提出了新的要求，擔(dān)負(fù)著鐵路維護(hù)工程的各種類型軌道車上線運(yùn)行作業(yè)更加頻繁，對廣大的鐵路軌道車駕駛員提出了更高的要求。

現(xiàn)有軌道車運(yùn)行安全是在規(guī)章和車載行車安全設(shè)備的共同作用下完成的。車載行車安全設(shè)備的使用，解決了軌道車超速行駛、冒進(jìn)信號、溜逸等主要問題，增強(qiáng)了軌道車的運(yùn)行安全。換端操作時非操縱端處理規(guī)定有：（1）關(guān)閉自動制動閥通向列車管的截?cái)嗳T；（2）手油門操縱桿放到熄火位置；（3）換向轉(zhuǎn)換開關(guān)放在中立位置。并且要防止非操縱端的以上操作開關(guān)在運(yùn)行過程中的人為碰觸。本文研究的是通過PLC控制系統(tǒng)來簡化駕駛員的操作，杜絕因誤操作而引起的安全問題。

1 系統(tǒng)組成

軌道車換端操作安全控制系統(tǒng)由選端按鈕、PLC控制器和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

（1）選端按鈕。在兩操作端各有選端按鈕，用于選擇操作端，為了防止非主觀意愿而碰到選端按鈕的誤操作，每端各有2個選端按鈕，放在不同位置但能一人同時按下，這樣只有司機(jī)在有意的情況下才能同時按下同一端的2個選端按鈕，繼而選擇該操作端有效。另外，2個操作端還各有一個綠色的指示燈用于指示該操作端有效。

（2）PLC控制器。它是系統(tǒng)的核心，根據(jù)選端按鈕信號及軌道車速度信號，通過程序控制各端的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，從而完成自動控制功能。

（3）電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為了描述方便將兩端標(biāo)記為A、B兩端，當(dāng)軌道車速度為0，當(dāng)A 端選擇按鈕按下時，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的功能是B端的制動管關(guān)閉、換向開關(guān)失效、手油門被鎖死，A端的制動管導(dǎo)通、換向開關(guān)有效、手油門可用。

2 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 制動管路控制方案

軌道車空氣制動系統(tǒng)自動制動閥的下面都有一個截?cái)嗳T（以H-6型為例），用來關(guān)閉制動管，截?cái)嗫傦L(fēng)缸向制動管充風(fēng)的通路。該塞門在制動操縱端必須打開，非制動操縱端則要求關(guān)閉?？刂品桨笧樵谧詣又苿娱y的兩端都安裝一個電動球閥，去掉自閥手柄下的截?cái)嗳T。這樣就可以自動截?cái)喾遣倏v端的制動管路，并且能保證不管非操縱端的自閥手柄處于什么位置都不會影響操縱端的制動。改進(jìn)后的制動系統(tǒng)如圖1，球閥帶電時管道導(dǎo)通，不帶電時關(guān)閉管道，并且即使出現(xiàn)故障也可人工轉(zhuǎn)動電動球閥更正。

圖1 軌道車改進(jìn)后的制動系統(tǒng)簡圖

2.2 換向開關(guān)的控制方案

目前軌道車的換向基本采用氣動換向，即在兩端操作臺上采用開關(guān)操作，給出信號，通過電磁換向閥控制進(jìn)入換向氣缸的壓力空氣來實(shí)現(xiàn)換向。換向開關(guān)有3個位置:前進(jìn)、中立和后退。軌道車運(yùn)行前，非操作端的換向開關(guān)必須放到中立位，操作端的開關(guān)放到運(yùn)行方向位。換向必須在車未開動，即速度為0時才能進(jìn)行。目前，是以規(guī)章形式來要求司機(jī)和隨乘人員，即非操縱端嚴(yán)禁坐人、轉(zhuǎn)換開關(guān)放到中立位，換向時，先停車。如果是有隨乘人員動了非操縱端的轉(zhuǎn)換開關(guān)，或司機(jī)對操縱端的開關(guān)誤操作了，都會引起嚴(yán)重后果，比如換向箱齒輪損壞。

用一個換向開關(guān)（萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)）輪流接通回路來變換軌道車的行進(jìn)方向，簡化接線圖如圖2。當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)在前進(jìn)位時，1號線和2號線接通形成回路控制電磁轉(zhuǎn)向閥，在后退位置時，1號線和3號線接通形成回路控制電磁轉(zhuǎn)向閥。在中立位時1號線不與任何線路接通。

圖2 轉(zhuǎn)向開關(guān)的簡化接線圖

控制方案把2號和3號線斷開，一端連接PLC的輸入接口X04、X05，另一端連接PLC同一個COM1口的兩輸出點(diǎn)Y04、Y06，再把1號線斷開，一端接上電源正極，另一端接入輸出端的COM1口，將軌道車的速度信號也輸入到PLC，如圖3。

圖3 變換后的換向開關(guān)接線圖

對PLC進(jìn)行編程并實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)在前進(jìn)位時，1號線和2號線接通，PLC的X04接口得電，控制軌道車前進(jìn)，在后退位置時，1號線和3號線接通，PLC的X05接口得電，控制軌道車后退；只有操縱端的轉(zhuǎn)向開關(guān)才會有效；當(dāng)速度為0時，操縱端的轉(zhuǎn)向開關(guān)才會有效，即在行駛過程中即使不小心扳動轉(zhuǎn)向開關(guān)也不會有影響；在前進(jìn)時自動打開百葉窗，后退時自動打開倒車風(fēng)斗。其梯形圖編程如圖4（其中X003為軌道車速度信號、Y015為選端信號、Y004為控制軌道車前進(jìn)信號，Y005控制百葉窗按鈕信號、Y006為軌道車后退信號、Y007為控制倒車風(fēng)斗按鈕信號）。

圖4 換向開關(guān)控制梯形圖

2.3 手油門控制方案

按規(guī)章要求，在換端操作時，非操縱端手油門應(yīng)放到熄火位置，不能動。但非操作端手油門放到熄火位后，并無保障措施，如果有人在非操作端對其進(jìn)行操作或是誤動，將會使操作端的工作人員對發(fā)動機(jī)油門失去控制，造成嚴(yán)重后果。因此，要求在換端時，要把非操縱端的手油門鎖死在熄火位或讓手油門失效。

控制方案為添加如圖5所示的機(jī)構(gòu)，在非操縱端通過PLC控制步進(jìn)電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動90°來推動連桿1向右移動，從而阻止手油門轉(zhuǎn)動，同時添加位置傳感器，如果連桿沒有到指定位置，傳感器將會給PLC一個信號產(chǎn)生報警。這樣既能將非操縱端的手油門鎖死，又能在非操縱端手油門沒有在熄火位置時報警（因?yàn)槭钟烷T沒在熄火位置時連桿1不能達(dá)到指定位置）。

圖5 手油門鎖死機(jī)構(gòu)

3 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)是以PLC為控制核心。PLC根據(jù)輸入信號按照程序控制兩操作端的輸出裝置動作。硬件系統(tǒng)配置如圖6。

圖6 硬件系統(tǒng)配置圖

3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)利用PLC編程語言的特點(diǎn)，使各種信號的輸入和改變只有在軌道車速度為0的情況下才有效，當(dāng)軌道車速度不為0時，通過PLC編程能使信號保持在速度為0時的狀態(tài)。利用PLC語言的互鎖功能，使A、B兩端的選端信號只有一端有效。整個系統(tǒng)流程如圖7。

圖7 系統(tǒng)流程圖

4 結(jié)束語

在軌道車進(jìn)行換端操作時，該系統(tǒng)將軌道車司機(jī)繁瑣的操作轉(zhuǎn)換為簡單的按鈕操作，通過按鈕向PLC輸入信號后，通過PLC自動控制相應(yīng)動作的完成。試驗(yàn)結(jié)果證明，該系統(tǒng)既簡化了司機(jī)的工作量，又能消除因司機(jī)的誤操作而引起的安全隱患，即使PLC控制出現(xiàn)異常也能人為更正，并且沒有改變司機(jī)原先的操作習(xí)慣。

[1] 胡躍進(jìn)，李志鋒. 軌道車與接觸網(wǎng)作夜車駕駛資格考試專業(yè)知識培訓(xùn)教材[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.

[2] 廖常初. FX系列PLC編程及應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.