地铁钢轨探伤车行车控制系统的研究与实现

徐世保

（中车戚墅堰机车有限公司）

地铁钢轨探伤车行车控制系统的研究与实现

徐世保

（中车戚墅堰机车有限公司）

本文针对北京首台电传动地铁钢轨探伤车提出一种新型牵引控制系统，该控制系统基于西门子可编程控制器、变流器及触摸屏，实现机车的牵引走行控制。实际运用效果证明该控制策略简单、有效、可靠及稳定，具有较高的性价比。

可编程控制器；触摸屏；变流器

0 引言

地铁钢轨探伤车主要服务于地铁线路的探伤分析、处理，减少断轨事件的发生，从而确保地铁线路的正常运行。

北京地铁首台电传动钢轨车是戚墅堰机车有限公司承担研发、制造的，本文将针对该地铁钢轨探伤车提出一种新型牵引控制系统，该控制系统基于西门子可编程控制器、变流器及触摸屏，实现机车的牵引控制。

1 主传动控制系统

主传动系统由1台柴油发电机组、1台变流柜（含4套变流器）、4台牵引电动机组成，发电机组发出400V交流电，经过牵引变流柜来驱动4台牵引电机。

每套变流器由1个整流模块和1个牵引逆变器组成。1个整流模块与1个牵引逆变器驱动1台牵引电机，牵引变流柜可以同时驱动4台牵引电机，也可以1台电机独立工作。

变流系统与西门子可编程控制器通讯采用RS485接口，协议采用Prof i bus-DP，两者实时交换运行和故障数据，变流柜支持通过串口与专用操作面板或与PC机连接，在线读取故障和运行信息，可实现如下功能：在线调试参数；人为设定工作状态；在线动态监视运行参数和控制端口状态；读取历史故障记录；参数备份功能；保护功能；输入短路保护；输入过欠压保护；自身过热保护；输出短路保护；输出缺相保护；输出过流保护；过温保护。

4台牵引电机，每台都配有温度传感器和速度传感器，温度、速度传感器将感应数据传给变流柜，变流柜将监控数据传输给西门子可编程控制器。

2 牵引控制系统

2.1 牵引控制系统硬件组成

钢轨探伤车牵引控制系统主要由西门子可编程器、变流柜、微机屏、司机控制器及其他I/O输入输出点，如：压力继电器、机车速度表等组成，西门子可编程控制器选用S7-300系列PLC。

2.2 牵引控制系统硬件拓扑图

根据机车牵引控制系统的功能要求，所设计的牵引控制系统主要硬件及控制原理如图1所示。

2.3 牵引系统控制的实现

司机控制器工况手柄有“前进”、“后退”2种工况，档位手柄有“0”，“1”，“降”，“保”，“升”等5种档位。司机控制器作为开关量信号输入给PLC，PLC系统根据司机控制器的信号进行逻辑运算，输出两组数字信号（工况控制信号、档位控制信号）给变流柜。

图1 牵引控制系统拓扑图

1）工况控制信号定义值为“0、1、2”，相对应：0为停止、1为前进，2为后退。当工况手柄置“前进”位时：PLC系统给变流柜机车工况控制信号，其值为“1”，变流柜根据得到的数字量信号的值确定机车为牵引工况，牵引方向为“前进”。

2）档位控制信号定义值“0～8”。相对应：“0～8”表示机车档位信息，代表给定的牵引电机的档位值。如：当换向手柄置“前进”位，主手柄由“0”位移到“1”位时，PLC系统同时给变流柜工况控制信号和档位控制信号两个数字量信号，其信号值均为“1”，变流柜控制牵引电机的输出功率为1档值，机车起步或低速运行。

3）在PLC程序中，对档位的加减作如下定义：若司机控制器主手柄打在“升”处，机车2s（时间可设）加1档位，不足2s不加1档位，最高加到档位8；若司机控制器主手柄打在“降”处时，机车500ms（时间可设）降1档位，不足500ms不减1档位，最低减到档位1；若司机控制器主手柄打在“保”处时，机车保持原有的速度运行。当然主手柄若一直打在“升”或者“降”则档位表现为连升或者连降。若打在“1”或者“0”处时，机车速度立马降为1档或者0档。

档位值与机车牵引电机的输出功率对应关系见下表。

表

3 触摸屏设计

微机屏采用北京昆仑通态一体化触摸屏。微机屏通过创建画面和设定变量，并将相应变量与PLC采集到的信息一一对应，方便司机在司机室实时观测机车运行的数据和机车状态信息：包括机车档位信息、司控器状态、柴油机参数、总风缸风压、列车管风压、牵引电机状态、报警信息。

图2、图3分别是钢轨探伤车微机监控主界面和牵引电机状态采集。

图2 机车主界面

图3 牵引电机监控界面

微机屏内设有牵引电机故障切除等一些参数设定功能，当某一路牵引电机故障时，需将该路牵引电机切除。切除工作由司机通过微机屏人机交互界面完成，只需登录取得权限后，按一下相应路牵引电机切除按钮，切除后PLC给变流柜该路的变频器的工况控制信号和档位控制信号分别置“0”、“0”并保持，即该路逆变器停止输出。如图2、3所示，第四路电机即处于切除状态。

4 结束语

控制系统性能的好坏直接影响机车的整体性能，本文提出的牵引控制系统通过实际探伤车运用表明，该控制系统控制策略简单、操作方便、可靠性高、机车运行速度平稳、各项性能均能满足实际控制要求，具有较高的性价比。

[1] 廖常初.S7-300 /400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

2016-11-30）