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)的研究與實現(xiàn)

徐世保

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司）

本文針對北京首臺電傳動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，實現(xiàn)機(jī)車的牽引走行控制。實際運(yùn)用效果證明該控制策略簡單、有效、可靠及穩(wěn)定，具有較高的性價比。

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。

北京地鐵首臺電傳動鋼軌車是戚墅堰機(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，實現(xiàn)機(jī)車的牽引控制。

1 主傳動控制系統(tǒng)

主傳動系統(tǒng)由1臺柴油發(fā)電機(jī)組、1臺變流柜（含4套變流器）、4臺牽引電動機(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4臺牽引電機(jī)。

每套變流器由1個整流模塊和1個牽引逆變器組成。1個整流模塊與1個牽引逆變器驅(qū)動1臺牽引電機(jī)，牽引變流柜可以同時驅(qū)動4臺牽引電機(jī)，也可以1臺電機(jī)獨立工作。

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，兩者實時交換運(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臺牽引電機(jī)，每臺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)控數(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，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”，“保”，“升”等5種檔位。司機(jī)控制器作為開關(guān)量信號輸入給PLC，PLC系統(tǒng)根據(jù)司機(jī)控制器的信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出兩組數(shù)字信號（工況控制信號、檔位控制信號）給變流柜。

圖1 牽引控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1）工況控制信號定義值為“0、1、2”，相對應(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：PLC系統(tǒng)給變流柜機(jī)車工況控制信號，其值為“1”，變流柜根據(jù)得到的數(shù)字量信號的值確定機(jī)車為牽引工況，牽引方向為“前進(jìn)”。

2）檔位控制信號定義值“0～8”。相對應(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，PLC系統(tǒng)同時給變流柜工況控制信號和檔位控制信號兩個數(shù)字量信號，其信號值均為“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，機(jī)車500ms（時間可設(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“保”處時，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，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)的輸出功率對應(yīng)關(guān)系見下表。

表

3 觸摸屏設(shè)計

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應(yīng)，方便司機(jī)在司機(jī)室實時觀測機(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，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和檔位控制信號分別置“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)通過實際探傷車運(yùn)用表明，該控制系統(tǒng)控制策略簡單、操作方便、可靠性高、機(jī)車運(yùn)行速度平穩(wěn)、各項性能均能滿足實際控制要求，具有較高的性價比。

[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）