運輸部機(jī)車段 王繼強(qiáng)

摘要：應(yīng)用PLC改造GK1F機(jī)車電氣控制系統(tǒng).主要介紹PLC控制系統(tǒng)的特點,以及在工礦機(jī)車電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：PLC控制；I/O接口；控制電路；GK1F機(jī)車

1.前言

在2000年以前，在我部運用的內(nèi)燃機(jī)車中仍有3臺機(jī)車沿用繼電器聯(lián)鎖的控制方式。這種方式，布線復(fù)雜，可靠性差，故障查找困難，維修不便。部分觸點因長期在大電流通過的情況下動作，造成慣性灼傷，頻繁燒損。特別是機(jī)車風(fēng)泵的控制電路中采用串電阻三級起動，極易造成電阻箱燒損和起動電流大的故障。由于各種機(jī)車電氣故障居高不下，直接影響到機(jī)車的利用率。同時，復(fù)雜的機(jī)車邏輯電路也給增設(shè)安全保護(hù)裝置帶來不便。

近年來，PLC應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)控制的眾多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用；特別是在機(jī)車電氣控制系統(tǒng)中大量運用。為此我們與四方機(jī)車車輛廠合作，采用PLC對現(xiàn)有的GK1F機(jī)車進(jìn)行改造，取得了良好的效果。此舉措不僅可以大大地簡化線路，而且在電氣系統(tǒng)運行可靠性有了顯著提高。同時還改變了風(fēng)泵電機(jī)的起動方式，降低了故障率也使維修人員維修方便，提高了工作效率。

2.GK1F型機(jī)車PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計思路

根據(jù)我部原有電氣系統(tǒng)為PLC控制的GK1F機(jī)車（1021—1024）和GK2B機(jī)車（1001、1002），以及資陽機(jī)車車輛廠改造的PLC控制的GK1F機(jī)車（1006—1007）；根據(jù)各種情況綜合對比我們選擇與青島四方機(jī)車車輛廠聯(lián)合對我部剩余的三臺機(jī)車進(jìn)行改造。其電氣系統(tǒng)的設(shè)計思想與GK1F機(jī)車和GK2B機(jī)車的電氣系統(tǒng)相近；且各配件與這兩種機(jī)車的配件基本相同，便于維修和互換。在具體設(shè)計思想上維持原繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的邏輯順序和控制原理。

2.2 PLC的I/O點數(shù)選定

在控制電路中，輸入PLC的控制信號為32點，包括司機(jī)指令信號（如司機(jī)控制器、各琴鍵開關(guān)、按鈕開關(guān)等元件的觸點信號）和機(jī)車狀態(tài)信號（如溫度繼電器、壓力繼電器、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號和機(jī)車速度信號等）。PLC輸出的控制信號點數(shù)為32點，包括動作執(zhí)行元件（各接觸器線圈、電空閥及去電子調(diào)速箱的控制信號）。

2.3硬件組成

2.3.1 PLC系統(tǒng)

這是整個系統(tǒng)的核心部分，采用的是日本三菱公司的FX2—80MR—D型PLC。該機(jī)型為整體式PLC機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和負(fù)載能力。而且FX2系列PLC機(jī)是三菱公司90年代初推出的產(chǎn)品，它的最大的特點是在小型機(jī)上實現(xiàn)大型機(jī)的功能，可與計算機(jī)自由聯(lián)接。（性能參數(shù)見表1）該機(jī)型有40個輸入點和40個輸出點。不帶擴(kuò)展模塊，完全滿足系統(tǒng)的要求。機(jī)車速度和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器采用了目前鐵路機(jī)車通用的數(shù)字式測速傳感器。

表1 FX2系列PLC機(jī)功能技術(shù)指標(biāo)表

2.3.2輸出驅(qū)動部分

因為輸出部分控制的負(fù)載多為感性負(fù)載，為此選用固態(tài)繼電器進(jìn)行功率放大。但在電路中未加設(shè)二極管保護(hù)和過壓吸收電路；僅在發(fā)電機(jī)回路中加裝了過壓吸收保護(hù)電路。

2.3.3電源部分

系統(tǒng)需要用DC24V供電，而機(jī)車電源為DC110V。因此需要一個將DC110V轉(zhuǎn)換為DC24V的專用開關(guān)電源。在改造過程中選用了由四方機(jī)車車輛廠設(shè)計制造的專用開關(guān)電源。該電源有較寬的輸入范圍（DC30V—DC135V），既能滿足柴油機(jī)起動時蓄電池壓降大的需要，又不至于電壓失調(diào)時的過壓沖擊。

2.4 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計

該控制系統(tǒng)的程序設(shè)計由四方機(jī)車車輛廠設(shè)計院設(shè)計，程序大多根據(jù)原機(jī)車電氣原理圖的控制方式編寫。在程序設(shè)計時取消了原電路中所有的中間繼電器、時間繼電器和大部分中間起聯(lián)鎖作用的接觸器的輔助觸點；同時還取消了原有的電氣換檔裝置和機(jī)車超速保護(hù)裝置。這些裝置的功能完全由程序控制來實現(xiàn)，使電路得到了簡化且功能進(jìn)一步增強(qiáng)。此外還增加了柴油機(jī)工作計時表，準(zhǔn)確的記錄了柴油機(jī)的工作時間；為檢修人員確定柴油機(jī)的修程提供了參考依據(jù)。下面僅對系統(tǒng)改造中程序設(shè)計的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行闡述。

2.4.1柴油機(jī)無級調(diào)速控制

柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在此前已經(jīng)進(jìn)行了改造，由原來的電空閥——操作風(fēng)缸控制改為步進(jìn)電機(jī)無級調(diào)速。所以在這次改造中對于柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仍沿襲以往的程序設(shè)計；使PLC輸出4個信號（調(diào)速1至調(diào)速4）；這4個調(diào)速信號經(jīng)放大后作為信號向電子調(diào)速控制箱提供輸入信號。

2.4.2電氣換檔改造

電氣換檔系統(tǒng)設(shè)計了兩種換檔方法；一種為柴油機(jī)3把位以上換Ⅱ檔，無須采集柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號。另一種為分別采集機(jī)車速度信號和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號，對兩信號進(jìn)行比較；當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時機(jī)車換檔。其具體換檔點速度見表2。

表2 機(jī)車換檔點速度表（50km/h限速）

2.4.3風(fēng)泵起動電路

風(fēng)泵起動電路取消了原有的串電阻起動方式，改為降壓起動方式。當(dāng)輸入信號滿足風(fēng)泵打風(fēng)時，在發(fā)電機(jī)降壓3秒鐘后輸出風(fēng)泵起動信號風(fēng)泵起動。并設(shè)計程序防止兩風(fēng)泵同時起動；以減少對主電路和發(fā)電機(jī)的沖擊。

3.其它外部電路設(shè)計

在外部電路改造中大量的利用了原有的電路，盡量節(jié)約及減少工作強(qiáng)度。下面對以下幾個主要電路的改造進(jìn)行分析。

3.1發(fā)電機(jī)——電壓調(diào)整器電路的改造

本次改造對發(fā)電機(jī)——電壓調(diào)整器電路進(jìn)行了較大的改造，其中電壓調(diào)整器采用四方機(jī)車車輛廠設(shè)計制造的電壓調(diào)整器，具有降壓功能，可以與TPZ9型電壓調(diào)整器互換使用。電壓調(diào)整器的降壓信號由PLC提供；在外部電路加設(shè)了三個大功率二極管用于過壓吸收從而消除發(fā)電機(jī)發(fā)電初始和發(fā)電結(jié)束時產(chǎn)生的過電壓對其它電路的影響。

3.2電氣換檔電路改造

電氣換檔系統(tǒng)經(jīng)過改造后取消了原有的電氣換檔裝置并對機(jī)車速度信號傳感器和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行了改造；這兩種傳感器均采用目前鐵路上通用的數(shù)字傳感器。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器采用電磁式轉(zhuǎn)速傳感器，其安裝位置位于液傳箱彈性聯(lián)軸節(jié)后部；機(jī)車速度傳感器采用上海德意達(dá)生產(chǎn)的速度傳感器；其安裝位置在機(jī)車第二動輪右側(cè)的軸箱端蓋上。

4.結(jié)束語

采用了PLC改造GK1F機(jī)車電氣控制系統(tǒng)，改變了機(jī)車傳統(tǒng)的電氣控制方式。PLC的輸入、輸出部分和固態(tài)繼電器均有發(fā)光二極管顯示，方便了檢修人員查找電氣故障，提高了檢修效率，進(jìn)而提高了機(jī)車?yán)寐省Ｗ愿脑熘两耠姎夤收洗蟠鬁p小，設(shè)備利用率提高經(jīng)濟(jì)效益顯著。

但在我們也應(yīng)當(dāng)看到，我們對PLC的應(yīng)用還是比較初級的。在狀態(tài)檢測和狀態(tài)記錄、無級調(diào)速的步進(jìn)控制（直接采用PLC控制，取消原來的電子調(diào)速控制箱），以及人機(jī)界面的適時顯示均是空白。隨著技術(shù)的提高，我們不應(yīng)當(dāng)滿足現(xiàn)有的改造，應(yīng)當(dāng)在上述方面進(jìn)行進(jìn)一步的提高，從而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價值。

參考文獻(xiàn)

1. GK1F機(jī)車和GK2B機(jī)車電路說明書 四方機(jī)車車輛廠

2．張鳳珊 《電氣控制及可編程序控制器》 中國輕工業(yè)出版社

3. 顧戰(zhàn)松 陳鐵年 《可編程控制器原理與應(yīng)用》國防工業(yè)