摘? 要：內(nèi)燃機(jī)車(chē)的PLC控制系統(tǒng)影響著車(chē)輛的運(yùn)行，在車(chē)輛工程作業(yè)以及電客車(chē)調(diào)車(chē)等方面發(fā)揮重要作用。本文在詳細(xì)了解地鐵內(nèi)燃機(jī)車(chē)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于PLC控制系統(tǒng)要求，對(duì)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的控制系統(tǒng)的優(yōu)化方向進(jìn)行詳細(xì)研究，提出了一種科學(xué)有效的優(yōu)化手段，希望能夠進(jìn)一步強(qiáng)化內(nèi)燃機(jī)車(chē)運(yùn)行能力，保證車(chē)輛正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)車(chē);PLC控制系統(tǒng);系統(tǒng)優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273;U262? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1671-2064（2020）03-0000-00

0引言

內(nèi)燃機(jī)車(chē)是地鐵運(yùn)營(yíng)與維護(hù)的重要設(shè)備，在很多地鐵系統(tǒng)中都可以發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的身影。目前我國(guó)對(duì)列車(chē)的行車(chē)穩(wěn)定性寄出了較高要求，尤其是電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的使用，使內(nèi)燃機(jī)車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)越來(lái)越穩(wěn)定。而在現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展的大環(huán)境下，PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)車(chē)發(fā)展的主要方向，值得關(guān)注。

1內(nèi)燃機(jī)車(chē)系統(tǒng)分析

內(nèi)燃機(jī)以發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿υ?，根?jù)不同的生產(chǎn)技術(shù)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在明顯的差異，以常見(jiàn)的美國(guó)的卡特皮勒公司生產(chǎn)的3412E型柴油機(jī)為例，其功率約為560KW。傳統(tǒng)裝置主要由車(chē)軸齒輪箱、液力傳動(dòng)箱以及輔助齒輪箱等幾種關(guān)鍵設(shè)備構(gòu)成，此時(shí)柴油機(jī)所發(fā)出的功率能夠通過(guò)多個(gè)萬(wàn)向軸傳遞到機(jī)車(chē)輪上，使車(chē)輛能夠運(yùn)行并正常行走[1]。

內(nèi)燃機(jī)車(chē)的行走部位分為兩個(gè)可互換且相同的轉(zhuǎn)向架，車(chē)輛在結(jié)構(gòu)上主要包括構(gòu)架、轉(zhuǎn)向架旁承等，牽引力通過(guò)轉(zhuǎn)向中心傳遞給車(chē)鉤與車(chē)架。制動(dòng)系統(tǒng)為JZ-7型空氣制動(dòng)機(jī)，汽車(chē)前后操作臺(tái)均可操作，制動(dòng)機(jī)的分配閥使用二壓力與三壓力混合式結(jié)構(gòu)，不僅能夠一次性緩解各種壓力，也能起到階段性緩解壓力的目的。

輔助裝置主要是指靜液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)同樣以柴油機(jī)為動(dòng)力源，在驅(qū)動(dòng)油泵運(yùn)行的基礎(chǔ)上，液壓油經(jīng)過(guò)加壓會(huì)直接流向液壓馬達(dá)，此時(shí)在風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，就可以對(duì)柴油機(jī)降溫散熱，保證了內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2內(nèi)燃機(jī)車(chē)PLC控制系統(tǒng)研究

2.1 PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

PLC作為一種可編程的控制手段，是當(dāng)前工業(yè)中一種常見(jiàn)的自動(dòng)控制裝置，以微處理器為核心，能夠代替繼電器邏輯控制裝置，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)車(chē)而言，在使用PLC控制系統(tǒng)之后，不僅能夠簡(jiǎn)化模擬量處理過(guò)程，也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，依靠自動(dòng)定時(shí)功能可以完成高效的數(shù)據(jù)處理。同時(shí)，由于PLC控制系統(tǒng)中添加了大容量?jī)?chǔ)存裝置，所以控制系統(tǒng)體積小，運(yùn)行能夠更強(qiáng)，這些都是傳統(tǒng)技術(shù)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的[2]。總體而言，在內(nèi)燃機(jī)車(chē)中，PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為：（1）在PLC系統(tǒng)下，內(nèi)燃機(jī)車(chē)取消了時(shí)間繼電器與中間繼電器環(huán)節(jié)，因此整個(gè)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的線路得到改善，簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率更低，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。（2）PLC控制系統(tǒng)本身具有靈活性，系統(tǒng)在運(yùn)行期間能夠有效調(diào)整內(nèi)燃機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，不僅縮短工作周期，也能減少不必要的成本投入。（3）依靠PLC控制系統(tǒng)的智能化水平，內(nèi)燃機(jī)在使用過(guò)程中能夠自動(dòng)控制水溫與油溫，不僅保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也能減少不必要的能源投入，具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

2.2 PLC內(nèi)燃機(jī)車(chē)系統(tǒng)分析

2.2.1收集內(nèi)燃機(jī)車(chē)的重要信號(hào)

依靠自身強(qiáng)大信息處理能力，PLC控制系統(tǒng)可以采集內(nèi)燃機(jī)車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括機(jī)車(chē)運(yùn)行速度、冷卻水溫度變化、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速等信息，在這種情況下，司機(jī)能夠隨時(shí)查閱機(jī)車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并按照系統(tǒng)的運(yùn)行作業(yè)要求，調(diào)整內(nèi)燃機(jī)車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，使內(nèi)燃機(jī)車(chē)可以更有效運(yùn)行。除此之外，若內(nèi)燃機(jī)車(chē)本身存在運(yùn)行障礙，則系統(tǒng)會(huì)顯示故障信息，保證了駕駛?cè)藛T安全。

目前柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感裝置主要由多齒齒輪以及e2e（型號(hào)）開(kāi)關(guān)組成，其中的多齒齒輪直接與液力傳動(dòng)箱連接一起，接近開(kāi)關(guān)按采用徑向安裝方法，在多齒齒輪運(yùn)動(dòng)期間，每傳動(dòng)一周就會(huì)產(chǎn)生多個(gè)脈沖量，此時(shí)的PLC系統(tǒng)會(huì)采集脈沖量信息，以1000ms為樣本采樣周期，并將采集的信息上傳到儲(chǔ)存庫(kù)中。

2.2.2柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法

目前柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法主要通過(guò)ADS控制器以及PLC可編程控制器等關(guān)鍵部件實(shí)現(xiàn)的。在運(yùn)行期間，ADS司機(jī)作為控制器輸入端，共設(shè)置了四個(gè)輸入點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)PLC系統(tǒng)中的X5、X6、X10、X11四個(gè)節(jié)點(diǎn)，搭建16個(gè)檔位信號(hào)。在程序執(zhí)行期間，首先由M8000與fromp指令來(lái)判斷DA模塊狀態(tài)，并按照檔位信號(hào)運(yùn)算，將運(yùn)算的最終數(shù)據(jù)錄入到D20中，利用“to”指令，向DA模塊中寫(xiě)入“220-580”范圍內(nèi)參數(shù)。同時(shí)，DA模塊能夠轉(zhuǎn)換傳輸?shù)臄?shù)值，從通道向YMZH信號(hào)變換器提供一定的電流，此時(shí)的幽門(mén)信號(hào)變換器會(huì)再次轉(zhuǎn)變PWM脈寬調(diào)至信號(hào)，并提供給柴油機(jī)電子控制模塊ECM，實(shí)現(xiàn)了電子調(diào)速控制。

2.3機(jī)車(chē)氣動(dòng)走形

由于油路主要通過(guò)閥滑控制的，而閥滑需要?dú)鈮候?qū)動(dòng)，所以在內(nèi)燃機(jī)車(chē)運(yùn)行期間，無(wú)論是前進(jìn)或者后退都可以通過(guò)控制氣路上的電控閥實(shí)現(xiàn)。在PLC系統(tǒng)中，有關(guān)機(jī)車(chē)前進(jìn)與后退的控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單（見(jiàn)圖1），但是要必須要考慮其他有效條件的限制：

（1）司機(jī)控制器需通電;（2）機(jī)組接通保護(hù)信號(hào);（3）柴油機(jī)水溫高于30℃而低于103℃;（4）機(jī)車(chē)速度較慢，未超過(guò)50km/h。

3基于PLC控制系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)優(yōu)化思路研究

為進(jìn)一步增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的性能，需要基于PLC控制系統(tǒng)探索新的系統(tǒng)功能，這樣才能進(jìn)一步增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的運(yùn)行能力。而從現(xiàn)有的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，PLC控制系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)車(chē)優(yōu)化中，能夠?qū)?nèi)燃機(jī)車(chē)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行控制，并依靠自身強(qiáng)力的智能化水平，實(shí)時(shí)采集內(nèi)燃機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，這樣通過(guò)PLC控制系統(tǒng)，可以有效識(shí)別內(nèi)燃機(jī)車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并第一時(shí)間排除故障。

3.1基于PLC控制系統(tǒng)優(yōu)化柴油機(jī)調(diào)速程序

在當(dāng)前柴油機(jī)調(diào)速程序中，ADS司機(jī)控制器主要包括連接齒輪、調(diào)速手柄以及開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)等內(nèi)容，當(dāng)調(diào)速手柄受力的情況下，使齒輪接觸彈簧壓片后，凸輪凹陷或者頂起，是開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)斷開(kāi)或者接通。但是在實(shí)際上，若司機(jī)進(jìn)檔動(dòng)作快，會(huì)導(dǎo)致齒輪的轉(zhuǎn)速增加而出現(xiàn)異常情況。

而在實(shí)際上內(nèi)燃機(jī)車(chē)柴油機(jī)調(diào)速通過(guò)控制升降轉(zhuǎn)速方向以及轉(zhuǎn)速變化情況實(shí)現(xiàn)了調(diào)速，而轉(zhuǎn)速變化效果使體現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)布距角的行進(jìn)速度控制。在這種情況下，本文給出的PLC改進(jìn)意見(jiàn)包括：（1）先輸入/輸出（I/O）編址。在PLC控制系統(tǒng)中，控制電機(jī)輸入開(kāi)關(guān)量以及三相繞組工作的輸入端I/O編址，詳細(xì)資料如表1所示。

（2）在步進(jìn)電機(jī)邏輯控制階段，根據(jù)柴油機(jī)的運(yùn)行條件以及司控器觸點(diǎn)邏輯情況，獲得步進(jìn)電機(jī)的邏輯運(yùn)行條件。正常情況下內(nèi)燃機(jī)司控器中存在2五個(gè)位置，包括“O”、“I”、“降”、“保”、“升”等，通過(guò)每個(gè)觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系，能夠確定進(jìn)步電機(jī)的運(yùn)行邏輯指標(biāo)。

同時(shí)根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，造成轉(zhuǎn)速異常的主要原因，就是ADS司機(jī)控制器機(jī)械缺陷所造成的，以8檔進(jìn)9檔為例，機(jī)車(chē)在8檔的情況下，PLC上的3個(gè)處于閉合狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1340r/min;而到了9檔情況下，僅有1個(gè)處于閉合，其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為1435r/min[3]。在這個(gè)過(guò)程中一旦進(jìn)檔工作較慢，必然會(huì)導(dǎo)致手輪處于滯留狀態(tài)，而為了能夠有效解決這個(gè)問(wèn)題，需要升級(jí)ADS司機(jī)控制器。根據(jù)司機(jī)控制器單向變化原理，可以直接在PLC程序中增加合理的邏輯處理程序，確保檔位信號(hào)升值不會(huì)出現(xiàn)明顯變化，進(jìn)而保證了輸出信號(hào)的穩(wěn)定性。所以在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，檔位信號(hào)值儲(chǔ)存到D198之后，并將D198數(shù)值轉(zhuǎn)移至D302，并在下個(gè)程序執(zhí)行周期，通過(guò)SUB以及CMP指令，分別對(duì)比傳統(tǒng)檔位信號(hào)與新檔位信號(hào)。在經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之后，加入PLC程序中，避免出現(xiàn)異常。

3.2應(yīng)急功能實(shí)現(xiàn)

在很大程度上柴油機(jī)的機(jī)油壓力以及冷卻水溫等都是內(nèi)燃機(jī)車(chē)運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)，其中的數(shù)據(jù)變化能夠反映出柴油機(jī)是否處于理想運(yùn)行狀態(tài)，一般在柴油機(jī)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題之后，依靠PLC系統(tǒng)的程序限制優(yōu)勢(shì)，直接限制柴油機(jī)的運(yùn)行，避免“帶故障運(yùn)行”問(wèn)題發(fā)生，保證了工作人員的安全。還需要注意的是，傳感器自身就是柴油機(jī)的一部分，自身也會(huì)出現(xiàn)故障風(fēng)險(xiǎn)，所以在運(yùn)行期間，需要警惕傳感器損壞等問(wèn)題，避免信號(hào)無(wú)法直接被傳送到PLC系統(tǒng)中。針對(duì)這種情況，在PLC中增加應(yīng)激程序，直接在SWD顯示屏中添加應(yīng)急程序，避免實(shí)體應(yīng)急開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障。所以為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，所采取的設(shè)計(jì)方案主要包括：（1）在PLC程序中尾端增加兩步，通過(guò)MOV指令強(qiáng)制性向D190與D160傳輸“250”與“50”數(shù)值，利用M545觸發(fā)。（2）通過(guò)人機(jī)交互界面，直接在應(yīng)激旁路界面增加觸摸系統(tǒng)，通過(guò)觸摸屏能夠觸發(fā)M545[4]。

4結(jié)語(yǔ)

未來(lái)通過(guò)PLC系統(tǒng)已經(jīng)成為未來(lái)內(nèi)燃機(jī)車(chē)發(fā)展的主要方向，隨著未來(lái)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的應(yīng)用范圍越來(lái)廣，要進(jìn)一步了解PLC系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)中的應(yīng)用路徑，通過(guò)PLC技術(shù)來(lái)解決種繼電器和接觸器等控制系統(tǒng)復(fù)雜的問(wèn)題，爭(zhēng)取能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的工作流程，減少不必要的電氣故障維護(hù)流程，在提高內(nèi)燃機(jī)車(chē)運(yùn)行能力基礎(chǔ)上，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

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收稿日期：2020-01-02

作者簡(jiǎn)介：趙大超（1973—），男，山東鄒城人，本科，工程師，研究方向：機(jī)電。