淺析PLC在GK1F機車控制電路改造中的應用

摘要：應用PLC改造GK1F機車電氣控制系統.主要介紹PLC控制系統的特點,以及在工礦機車電氣控制系統中的應用.

關鍵詞：PLC控制；I/O接口；控制電路；GK1F機車

在2000年以前，在我部運用的內燃機車中仍有3臺機車沿用繼電器聯鎖的控制方式。這種方式，布線復雜，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。特別是機車風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。由于各種機車電氣故障居高不下，直接影響到機車的利用率。同時，復雜的機車邏輯電路也給增設安全保護裝置帶來不便。

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

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

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

2.3.1 PLC系統

這是整個系統的核心部分，采用的是日本三菱公司的FX2—80MR—D型PLC。該機型為整體式PLC機，結構緊湊、體積小、重量輕，具有很強的抗干擾能力和負載能力。而且FX2系列PLC機是三菱公司90年代初推出的產品，它的最大的特點是在小型機上實現大型機的功能，可與計算機自由聯接。（性能參數見表1）該機型有40個輸入點和40個輸出點。不帶擴展模塊，完全滿足系統的要求。機車速度和柴油機轉速傳感器采用了目前鐵路機車通用的數字式測速傳感器。
表1 FX2系列PLC機功能技術指標表

2.3.2輸出驅動部分

因為輸出部分控制的負載多為感性負載，為此選用固態繼電器進行功率放大。但在電路中未加設二極管保護和過壓吸收電路；僅在發電機回路中加裝了過壓吸收保護電路。

2.3.3電源部分

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

2.4 PLC控制系統的程序設計

該控制系統的程序設計由四方機車車輛廠設計院設計，程序大多根據原機車電氣原理圖的控制方式編寫。在程序設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車超速保護裝置。這些裝置的功能完全由程序控制來實現，使電路得到了簡化且功能進一步增強。此外還增加了柴油機工作計時表，準確的記錄了柴油機的工作時間；為檢修人員確定柴油機的修程提供了參考依據。下面僅對系統改造中程序設計的幾個關鍵環節進行闡述。

2.4.1柴油機無級調速控制

柴油機調速系統在此前已經進行了改造，由原來的電空閥——操作風缸控制改為步進電機無級調速。所以在這次改造中對于柴油機調速系統仍沿襲以往的程序設計；使PLC輸出4個信號（調速1至調速4）；這4個調速信號經放大后作為信號向電子調速控制箱提供輸入信號。

2.4.2電氣換檔改造

電氣換檔系統設計了兩種換檔方法；一種為柴油機3把位以上換Ⅱ檔，無須采集柴油機轉速信號。另一種為分別采集機車速度信號和柴油機轉速信號，對兩信號進行比較；當達到設定值時機車換檔。其具體換檔點速度見表2。
表2 機車換檔點速度表（50km/h限速）