基于PLC的移車臺控制系統(tǒng)

李武 唐斌 蔡永波 孫高強(qiáng) 張湟

摘要：本文介紹了一種基于三菱Q系列PLC的鐵路車輛轉(zhuǎn)運(yùn)平臺控制系統(tǒng)，利用CC-LINK總線進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)通訊，使用超聲波傳感器及安全光柵進(jìn)行安全預(yù)警，形成了一套較為完善的移車臺控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：移車臺;PLC;防碰撞

0? 引言

在國家十三五、十四五規(guī)劃中，鐵路車輛制造、維護(hù)、修理的工作需求量愈加龐大，移車臺作為實(shí)現(xiàn)以上工作的關(guān)鍵保障設(shè)備日益受到各主機(jī)廠、維修站段的重視。本文涉及的移車臺屬于大型有軌下沉式重型轉(zhuǎn)運(yùn)平臺，主要用于鐵路標(biāo)準(zhǔn)軌距1435mm，和諧、復(fù)興等機(jī)車及傳統(tǒng)內(nèi)電機(jī)車在作業(yè)過程中的運(yùn)送工作，可以將機(jī)車從平行的股道之間快速轉(zhuǎn)運(yùn)的一種專用轉(zhuǎn)軌作業(yè)設(shè)備。根據(jù)移車臺實(shí)際使用工況，改變目前常規(guī)移車臺控制系統(tǒng)使用的人工控制運(yùn)動對中方式，采用相應(yīng)傳感器進(jìn)行碰撞預(yù)警，以期實(shí)現(xiàn)移車平臺控制系統(tǒng)自動化程度的提高是目前移車臺發(fā)展的方向之一。

1? 移車臺控制系統(tǒng)總體方案

目前多數(shù)移車臺仍然使用手動方式進(jìn)行控制，移動對中難度大、對軌精度低、作業(yè)時間長、人員要求高，很大程度上制約了車輛轉(zhuǎn)運(yùn)效率，并且這種控制模式?jīng)]有主動式防碰撞功能。故此，自動化控制對中、一體化操縱、防碰撞預(yù)警是本文方案的重點(diǎn)。

移車臺控制系統(tǒng)在臺位對角設(shè)置等同功能控制室，控制方式為自動模式和手動模式。自動模式下使用觸屏進(jìn)行操作，控制系統(tǒng)將根據(jù)輸入指令、參數(shù)進(jìn)行自動操作控制;當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，使用手動模式作為系統(tǒng)冗余進(jìn)行人工操作對中。移動移車臺對中精度要求±2mm，在進(jìn)行定位對中后釋放相應(yīng)端渡板，貫通鐵路線路。

根據(jù)移車臺實(shí)際運(yùn)用場景，電控方式滿足下列功能：

①驅(qū)動（向前、向后、無極調(diào)速）;②制動;③停機(jī);④緊急停機(jī);⑤自動對軌;⑥西側(cè)翻板翻起、放下;⑦顯示和保護(hù)。

移車臺的柜體有主控臺、電源柜、控制柜、變頻柜和制動電阻柜。其中電源柜控制移車臺的整車電源，同時具有過載、短路和欠電壓保護(hù)功能，能保護(hù)線路和電源設(shè)備不受損壞。PLC、變頻器、制動電阻分布在控制柜、變頻柜和制動電阻柜內(nèi)[1]。這樣將PLC和變頻系統(tǒng)在空間布置上區(qū)分開來，使得變頻器的高頻擾波不會影響到PLC的正常運(yùn)行，同時又將制動電阻也區(qū)分開布置，使得制動電阻產(chǎn)生的高溫不會影響到PLC和變頻器的正常運(yùn)行。

2? 硬件組成

移車臺控制系統(tǒng)由以下部分組成：主控單元部分、驅(qū)動系統(tǒng)部分、防碰撞預(yù)警部分、供電部分、照明部分及其他輔助控制部分組成。

2.1 主控單元部分

系統(tǒng)選用CC-LINK網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建系統(tǒng)組內(nèi)通訊基礎(chǔ)，系統(tǒng)主控單元選用三菱模塊化Q系列PLC進(jìn)行，觸屏控制器選用GOT2000系列，防撞預(yù)警部分使用CC-LINK遠(yuǎn)程站實(shí)現(xiàn)，終端電阻設(shè)置在遠(yuǎn)端（遠(yuǎn)離主控CPU端）觸屏位置[2]。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成后于遠(yuǎn)程站附近預(yù)留網(wǎng)線接線端為日后升級無線控制終端做預(yù)留接口。

觸屏附近設(shè)置有線轉(zhuǎn)無線對講機(jī)，方便移車臺控制室與地面固定防護(hù)人員進(jìn)行直接通訊。（圖3）

2.2 驅(qū)動部分

移車臺驅(qū)動系統(tǒng)主要由4個主動車輪裝置、4個從動車輪裝置及二套驅(qū)動裝置構(gòu)成。為保證主動輪的同步運(yùn)行，4個主動輪分別由二臺減速機(jī)驅(qū)動，每臺減速機(jī)通過萬向聯(lián)軸器同時驅(qū)動兩個主動輪，每臺減速機(jī)由一臺變頻器控制，通過PLC自動調(diào)整變頻器的頻率來保證各主動輪的同步運(yùn)行。

驅(qū)動系統(tǒng)包括矢量控制變頻器、變頻電機(jī)和翻板升降電機(jī)等。變頻器作為主要驅(qū)動元件，驅(qū)動電機(jī)起、停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和無極調(diào)速，實(shí)現(xiàn)移車臺平滑運(yùn)動和翻板的升降等。驅(qū)動控制器采用矢量控制方式，通過對聯(lián)接在電機(jī)末端軸上的增量式編碼器進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)反饋，從而使移車臺兩臺電機(jī)的同步性得到了提高，并且從根本上降低了移車臺縱向兩端的偏差度。翻板系統(tǒng)采用兩個電動推桿分別控制移車臺縱向兩端的翻板。翻板轉(zhuǎn)軸位置設(shè)置兩個限位開關(guān)分別采集翻板的提升到位和對接到位的信號。翻板對軌有手動對軌、自動對軌兩種方式。翻板與車輛驅(qū)動互鎖，只有翻板上升到位移車臺才能移動。

2.3 防碰撞預(yù)警部分

移車臺控制系統(tǒng)所使用的防碰撞預(yù)警包括三個方面：雙向超聲探測部分，兩端安全光柵部分，移車平臺狀態(tài)指示燈部分。

雙向超聲探測部分使用超聲波傳感器安裝于移車平臺前進(jìn)后退方向側(cè)梁上，設(shè)置聲錐寬度為寬錐，探測距離6m。當(dāng)移車臺向前或向后移動時，控制系統(tǒng)自動開啟相應(yīng)方向超聲波傳感器進(jìn)行運(yùn)動路徑的防撞預(yù)警。當(dāng)移車臺移動方向檢測到障礙存在時，自動控制移車臺進(jìn)行減速停車。（圖4、圖5）

兩端安全光柵部分選用對射式紅外光柵傳感器，設(shè)置高度距移車臺地面1.5m，分辨率100mm，移車平臺在收起兩端渡板后，系統(tǒng)自動控制開啟安全光柵對移車臺內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)控，防止車輛出現(xiàn)異?；苹蛲獠咳藛T闖入。

移車臺控制系統(tǒng)除了上述主動防碰撞預(yù)警裝置外還設(shè)置有狀態(tài)指示燈明晰移車臺狀態(tài)。在移車臺滑觸線兩端設(shè)置，設(shè)置三色狀態(tài)指示燈顯示工作狀態(tài)。在移車臺四角分別設(shè)置聲光報警裝置，當(dāng)移車臺處于動作狀態(tài)時發(fā)出聲光報警。

2.4 供電、照明部分

移車臺供電系統(tǒng)采用安全滑觸式，滑線導(dǎo)軌距地面高6m，滑線導(dǎo)軌平行度、直線度按照相關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，滑觸線為三相四線制，兩終端設(shè)置有電指示燈。

照明部分分為固定安裝于臨近滑線導(dǎo)軌的高位射燈、安裝于移車臺前后的低位照明燈以及安裝在移車臺兩端軌道對位射燈。

2.5 其他輔助控制部分

移車臺兩端對角設(shè)置的控制室內(nèi)設(shè)置視頻監(jiān)控顯示器，在移車臺兩端及前后運(yùn)動方向共計設(shè)置8個攝像頭實(shí)時顯示移車臺狀態(tài)，并在主控柜內(nèi)設(shè)置NVR主機(jī)將視頻監(jiān)控視頻進(jìn)行存儲。

移車臺定位采用接近開關(guān)感應(yīng)預(yù)埋軌道接口地面的鋼制沉樁進(jìn)行，埋樁分為定位埋樁和識別埋樁。定位埋樁采用不同四種定長使得系統(tǒng)可以在不同定位距離識別并控制移車臺進(jìn)行一至三級減速控制。識別埋樁采用二進(jìn)制序列進(jìn)行預(yù)埋，當(dāng)移車臺運(yùn)轉(zhuǎn)至相應(yīng)序號軌道附近時可以進(jìn)行識別[3]。

3? 結(jié)束語

本文論述了一種基于PLC的總線結(jié)構(gòu)移車臺控制系統(tǒng)，操作人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可上崗使用。采用超聲波及光柵傳感器提升了移車臺作業(yè)狀態(tài)的安全性，是一種低成本實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)，大大提高了生產(chǎn)運(yùn)行的安全和效率，通過現(xiàn)場驗(yàn)證這種控制系統(tǒng)在簡化操作的同時也保證了系統(tǒng)的可靠性。此種類型的控制應(yīng)用有著廣泛的前景，可以在類似機(jī)械裝備廣泛應(yīng)用，必將在工廠自動化、智能化的發(fā)展中發(fā)揮越來越大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐中燕.三菱PLC與伺服驅(qū)動器之間的通信[J].機(jī)床電器， 2012（06）：28-29，32.

[2]林桂娟，宋德朝，陳明，等.基于CC-Link現(xiàn)場總線的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].機(jī)床與液壓，2010，038（008）：84-86，3.

[3]吳四二，蘇先輝.淺坑式移車臺的設(shè)計與計算[J].鐵道車輛，2014，52（2）：35-37.