高速铁路架桥机PLC控制系统程序设计

徐 伟，戴志兵

(中交第二航务工程局有限公司工程装备分公司)

高速铁路架桥机PLC控制系统程序设计

徐 伟，戴志兵

(中交第二航务工程局有限公司工程装备分公司)

针对架桥机机构的系统组成，通过系统的分析，重点从架桥机作业的安全保障措施和最大程度的防止人为的误操作方面考虑，来完成架桥机电气控制系统的PLC程序设计。

高速铁路;架桥机;控制系统;PLC;设计

1 架桥机基本现状

1.1 卷扬起升系统

卷扬系统是整个架桥机的核心部份，其安全程度是极其重要的，目前国内生产的高速铁路900T架桥机，其卷扬系统有4电机动力和8电机动力两类，本设计只研究8电机动力的架桥机。考虑到卷扬系统安全的重要性，卷扬系统制动至少包括两级制动：工作制动(高速制动)和安全制动(盘式制动)。卷扬系统主要完成的工作是箱梁架设作业。

1.2 导梁过跨

目前国内生产的高速铁路900T架桥机，其导梁过跨以两次过跨到位为主流，本设计只研究两次过跨到位的类型。过跨第一步至16 m的位置，第二步至32 m的位置。导梁过跨机构包括导梁吊机、导梁天车和辅助支腿下行走，这部分机构主要完成导梁的过孔作业。

1.3 桥机过跨

国内生产的所有的高速铁路900T架桥机，桥机过跨均为一次到位。桥机过跨机构主要包括后支腿纵移和辅助支腿上行走两个部分，这部分机构主要完成架桥机的过孔作业。

2 架桥机各系统机构控制设计达到的控制要求

2.1 卷扬系统

卷扬系统是整个桥机的最关键部位，尤其是其工作的安全性，在整个桥机系统中是致命关键，则卷扬系统具有包括：超速检测、限位、超载和故障报警在内的安全装置，在卷扬系统电气系统控制设计中，主要包括8台卷扬电机、8个钳盘制动器、2套液压泵站、8套高速制动器、8个超速检测开关，2个高度上限位开关、8个下限位开关、8个钳盘夹紧到位检测开关、8个钳盘松开到位检测开关、8个变频器故障报警开关、两个超载报警。

2.2 导梁过跨

完成导梁过孔作业的部件包括：导梁过孔第一步由导梁吊机和辅助支腿下导梁完成，导梁过孔第二步由导梁吊机和导梁天车完成。这部分的作业设计中包括：导梁过孔第一步中的16 m预限位、16 m限位，过孔第二步中的32 m预限位、32 m限位。

2.3 桥机过跨

完成架桥机过孔作业的部件包括：后支腿纵移和辅助支腿上行走两部分。这部分的作业设计中包括：桥机过孔预限位、桥机过孔限位。

3 PLC各输入输出点的逻辑控制要求

3.1 卷扬系统

(1)每个卷扬机可以单动，1和2、3和4、5和6、7和8可以两台联动，1～4、5～8四台卷扬可以联动，8台卷扬可以联动。(2)卷扬系统启动时，各卷扬机电机工作15 ms后，其相应的电机风机和高速制动才打开。(3)卷扬关闭时，各卷扬机风机和制动关闭10 ms后，其相应卷扬电机才关闭。(4)卷扬启动时，卷扬电机输出控制信号(不受手柄控制)先于钳盘制动(受手柄控制)打开信号输出，但电机工作与钳盘工作同步(不考虑钳盘打开时间)。(5)卷扬关闭时，钳盘制动比卷扬电机延时20 ms关闭。(6)钳盘夹紧到位检测开关、松开到位检测开关，钳盘卷扬上升限位、下限位开关、超速开关、变频器故障在程序设计中不同的工况设计不同的保护功能。(7)在八台卷扬机联机工作时，其中任何有一台卷扬机出现故障，其他卷扬机应能达到自动停止的目的。(8)当选择开关选择重载工况时，各动作最高速只能是二挡，起到限制速度的作用。(9)所有工况和机构选择间设计完整的互锁功能，防止人为误操作。

3.2 导梁过跨

(1)导梁过跨每个环节的电机的风机和制动比电机提前10 ms关闭。(2)机构在运行至预减速时，自动将速度更换到一速运行并警示。(3)导梁天车、导梁吊机、辅助支腿下行走有单动调整功能。(4)导梁天车单动、导梁吊机单动、辅助支腿下导轮单动、过孔第一步、第二步各工况之间设计互锁功能。(5)导梁过跨各机构风机和制动比其电机延时10 ms打开。(6)当选择开关选择重载工况时，各机构动作最高速只能是二挡，起到重载限速的目的，且不能进行过孔作业。

3.3 桥机过跨

(1)架桥机过跨行走，O型腿纵移和辅助支腿上导轮纵移比其风机和制动提前10 ms打开;(2)架桥机过跨停止时，O型腿纵移和辅助支腿上导轮电机比其纵移风机和制动延时10 ms断开;(3)架桥机O型腿纵移和辅助支腿上导轮纵移可以单动，满足过跨时两者不同步时利于调整。(4)机构在运行至预减速时，自动将速度更换到一速运行并警示。(5)后支腿单动、辅助支腿上导轮单动、O型腿和辅助支腿上导轮联动，三种工况之间设计互锁功能。(6)当选择开关选择重载工况时，各机构动作最高速只能是二挡，起到重载限速的目的，且不能进行过孔作业。

3.4 方向速度手柄输入要求

(1)正向、反向工况在程序设计中有互锁功能。(2)二速时，必须保证一速控制输入开关工作正常才能工作;(3)三速时，必须保证二速控制输入开关工作正常才能工作;(4)四速时，必须保证三速控制输入开关工作正常才能工作;(5)同样的对正、反向输出两个关键控制信号，设计互锁功能。(6)同样的对一速、二速、三速、四速输出设计关联动作功能。(7)控制电源启动需要检测手柄零位。

4 控制面板设计

4.1 控制按钮开关设计

(1)卷扬机一、二、三、四用一个五路选择开关。(2)卷扬机五、六、七、八用一个五路选择开关。(3)钩一、钩二、钩三、钩四用一个五路选择开关。(4)前小车、后小车用一个三路选择开关。(5)后支腿纵移、辅助支腿上行走、导梁吊机、辅助支腿下行走、导梁天车纵移用一个路选择开关。(6)桥机过孔、导梁过孔第一步、导梁过孔第二步用一个三路选择开关。(7)轻载/重载、手动/自动、架梁工况/过孔工况各用一个三路选择开关。(8)电源启动、电铃、急停使用三个按钮。(9)方向和速度使用一个方向速度手柄。

4.2 监控显示基本要求

序号 名称 功能 备注1 桥机过孔预减速指示灯 过孔到达预减速开关时，灯亮2 桥机过孔到位指示灯 桥机过孔到位时，灯亮3 导梁过孔16 m预减速指示灯 过孔到达16 m预减速开关时，灯亮4 导梁过孔16 m到位指示灯 过孔到达16 m限位时，灯亮5 导梁过孔32 m预减速指示灯 过孔到达32 m预减速开关时，灯亮6 导梁过孔32 m到位指示灯 过孔到达32 m限位时，灯亮7过载指示灯 三点中有任何一点过载时，灯亮8超速 8台卷扬机有任何一台超速时，灯亮9 1#小车上限位 1#小车吊具上升到上限位时，灯亮10 2#小车上限位 2#小车吊具上升到上限位时，灯亮11 变频器故障 8台变频器有任何一台故障时，灯亮12 卷扬下限位 8台卷扬任何一台到下限位时，灯亮13 钳盘松开报警 8台卷扬有一台松开不到位时，灯亮14 钳盘夹紧到位 8台卷有一台夹紧不到位时，灯亮15 急停指示 按下急停按钮时，灯亮16 电源故障指示 相序错误或控制电源不对时，灯亮17 系统故障指示 系统检测出现故障时，灯亮18 警笛 在需要警告时，警示

5 PLC控制程序设计

根据上述的设计分析和应达到的电气控制要求，应用GX DEVELOPER8.0软件，用简明清析易懂的梯形图编程方法，编制架桥机电气控制系统PLC程序设计及其说明如下：

5.1 控制面板互锁设计

利用辅助继电器来设计选择开关内部互锁和防止人为误操作的面板互锁功能：

5.1.1 选择开关内部互锁基本要求

(1)卷扬机1～4单动互锁检测;(2)卷扬机5～8单动互锁检测;(3)钩1～钩4单动互锁检测;(4)前后小车单动、联动互锁检测;(5)过跨机构(后支腿、辅助支腿上行走、辅助支腿下行走、导梁吊机、导梁天车)单动互锁检测;(6)轻载/重载互锁检测;(7)架梁工况、过孔工况互锁检测;(8)桥机过孔、导梁过孔第一步、导梁过孔第二步互锁检测;(9)手动/自动用互锁检测。

5.1.2 特殊逻辑要求

(1)架梁工况在重载、手动下面才能进行，限速在一、二速运行;(2)过孔工况可以在重载和轻载、手动下进行，但限速为不能四速运行。

5.2 限位检测基本要求

(1)变频器故障检测;(2)卷扬机钳盘松开检测;(3)卷扬机钳盘夹紧检测;(4)卷扬机下限位检测;(5)卷扬机上限位检测。

5.3 电气控制系统PLC程序设计

根据对设备功能的分析，结合电气控制系统的逻辑控制要求，应用GX DEVELOPER8.0软件，用简明清析易懂的梯形图编程方法，编制高速铁路架桥机的电气控制系统PLC程序设计。

6 结语

本课题主要对高速铁路架桥机的电气控制系统的卷扬起升系统、桥机过跨、导梁过跨的电气控制逻辑原理进行了分析，通过分析，利用GX developet8.0软件，用梯形图的程序编辑方法对架桥机的电气控制PLC程序进行设计。设计过程中重点对卷扬系统的安全保障和控制面板的防止误操作进行了全面完整的设计。这对保障架桥机的正常使用和使用过程中防止人为的误操作起着至关重要的保护作用。

［1］张凤珊.电气控制及可编程序控制器［M］.北京：中国轻工业出版社，2003.

［2］三菱微型可编程控制器手册.MITSUBISHI SOCIO-TECH，2003.

［3］DF900架桥机使用说明书.郑州大方机械有限公司.

［4］HZQ900架桥机使用说明书.华中建机股份有限公司.

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1008-3383(2012)06-0087-02

2012-01-18