铁路洒水车无线远程控制研究

郭建良 孟晓亮 李敬杰

摘要：铁路洒水车在铁路线路清筛前进行洒水，为线路清筛防尘起到关键作用。但是原来的远程控制是有线控制，造成操作繁琐，伴随设备电气控制系统老化，有必要研制一套洒水车无线远程控制系统。通过研究洒水车工作原理，选用可编程控制器（PLC）进行逻辑控制，通过工业级以太网技术进行与操作平板电脑互联，实现无线远程控制的目的。

关键词：铁路洒水车;无线控制;工业以太网;可编程控制器

引言

铁路洒水车是国家能源铁路装备神维分公司在2013年采购的铁路洒水设备，由轨道车牵引，作业时操作者在轨道车上远程控制，为线路清筛防尘起到关键作用。但是原来的远程控制是有线控制，作业前，由操作者先把远程控制线插在电气控制柜上，然后再上车操作，造成操作繁琐，再者远程控制线较长，不容易存放，并且容易损坏。另外，随着使用时间延长，设备电气控制系统老化，造成远程控制失效，操作者必须下车进行手动控制，造成操作者安全隐患和手动控制的不均匀性。再者原有生产厂家的技术研发团队已经解散，无法提供后续的维修服务，导致控制系统无法使用。因此有必要研制一套洒水车远程控制系统，便于今后的使用与维护。

1 铁路洒水车原理与研究思路

铁路洒水车是在铁路线路清筛前对线路进行洒水，清筛机进行清筛时，石砟与砟土得到湿润不再扬尘。喷洒作业系统（见图1）由控制箱、配电箱及洒水设备三大部分组成。其作业原理是在大机清筛作业前，由牵引车连挂洒水车进行洒水作业。通过便携式的控制箱，将信号传输给变频器，变频器带动电机启动，水罐中的水经过过滤器、管路、泵体，随着叶片一起旋转，在离心力的作用下，通过高压将液体送出，经过支管分别传送到各个喷嘴，将水均匀的洒在道渣上。

考虑现有设备控制配电箱老化，为确保安全生产，保证设备正常运行，对变频控制柜体进行改造，结合现场已有设备的安装状态，综合考虑实际运行需求，充分利用已有资源，从现场工况坏境入手，重新设计改造线路，并增加远程无线控制功能，实现本地和远程无线控制，更方便现场人员操作。考虑到无线远程控制存在异常的情况，同时要保证手动操作的功能。

2 铁路洒水车控制系统研制

采用可编程控制器（PLC）作为下位机，对现场的设备（变频器、电动阀门）进行逻辑控制，实现电机启停、转速控制及电动阀门的开关。采用手持工业平板电脑作为上位机，通过对上位机进行编程组态，与可编程控制器进行无线远程通讯控制，对现场设备的运行状态进行监控控制和数据采集（图2）。

2.1 可编程控制器（PLC）选型

可编程控制器（PLC）采用西门子S7-200 SMART CPU CR20，S7-200可编程控制器是西门子公司为中国客户量身定制的一款高性价比小型 PLC 产品，I/O 点数丰富的 CPU 模块，单体 I/O 点数可达 60 点，可满足大部分小型自动化设备的控制需求。另外，CPU 模块配备标准型和经济型供用户选择，对于不同的应用需求，产品配置更加灵活。在不额外占用电控柜空间的前提下，信号板扩展能更加贴合用户的实际配置，提升产品的利用率，同时降低扩展成本。经济便捷CPU标配的以太网接口，支持 PROFINET、TCP、UDP、Modbus TCP等多种工业以太网通信协议，实现以太互联。通过此接口还可与其它PLC触摸屏、变频器、伺服驱动器、上位机等连网通信。

采集扩展模块采用西门子S7-200 SMART EM AM06，具有4点模拟量输入/2点模拟量输出，满足系统研制需要。

2.2 变频器选型

根据洒水系统的电机功率（11KW），变频器选用深圳西林公司SD200-4T-18.5G变频器，SD200系列变频器是一款高性能矢量型变频器，主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度。是深圳西林公司新一代变频器技术升级产品，SD200采用优化的V/F控制以及矢量控制，低频高转矩输出，过载能力强，具有良好稳定性及动态性能，多种通信总线功能，功能丰富强大，性能稳定;具有完善的防跳闸控制及适应恶劣电网的能力，可广泛应用于纺织、造纸、拉丝、机床、包装、食品、风机、泵类及各种自动化生产设备的驱动。

2.3 系统控制

上位机平板电脑可进行编程组态，与可编程控制器（PLC）进行无线远程通讯控制，对现场设备的运行状态进行监控控制和数据采集。

变频器与电动阀门的控制、接线图见图3，可编程控制器（PLC）见图4。

可编程控制器（PLC）有5路输入信号（IO2、IO3、IO4、IO5、IO6）分别代表电动阀门开到位、电动阀门关到位、手动模式、自动模式、频率故障等。通过PLC逻辑编程控制K1、K3、K4继電器的动作，分别控制电机的自动启动、电动阀门的打开开、电动阀门的关闭。比如在阀门关闭的情况下，电机无法启动;频率故障的情况下，自动停机;手动模式下，电动阀门自动打开等。

PLC采集扩展模块有4路模拟输入（26、28、30、32）分别代表水管压力、环境温度、环境湿度、流量信号，并能通过上位机平板电脑的屏幕显示出来，根据逻辑运算后输出2路（40、42），到变频器转速端子，自动改变电机转速，来实现通过外界变量控制洒水量的变化。

2.3.1 手动模式

当选用手动模式时，电机通过变频器主回路连接电源，当手动按钮闭合时，K2继电器动作，K2触点闭合，91、93连接，变频器开始启动，频率逐渐变到最大频率，电机以最大转速运转，同时PLC接收到手动模式（IO4）信号后，控制K3继电器动作，电动阀门开启，洒水作业开始。当手动关闭后，K2继电器失电，K2触点断开，91、93断开，电机停止，同时PLC控制K4继电器动作，电动阀门关闭，洒水作业停止。

2.3.2 自动模式

当选用自动模式时，PLC通过逻辑控制K1继电器动作，K1触点闭合，电机开始启动，同时K3继电器动作，K3触点闭合，电动阀门开启，洒水作业开始。同时通过控制洒水量的档位来改变变频器的频率，可以实现洒水量的变化。当停止洒水时，自动模式信号断开，PLC通过逻辑控制K1继电器失电，K1触点断开，电机停止运转，同时K3继电器失电，K3触点断开，电动阀门关闭，洒水作业停止。洒水过程中压力、温度、湿度、流量信息进行实时采集显示。上位机平板电脑自动模式画面见图5。

3 铁路洒水车无线远程控制系统试验

经过现场洒水试验，洒水车作业人员可以快速、及时打开（关闭）洒水系统，灵活性高，作业过程中可以车上控制，不用上下车，不仅提升了作业效率，同时也消除上下车与铁路邻线间不安全因素，保障了人员安全。同时，为了避免干扰，系统采用模拟信号进行PLC与变频器的互联，确保了系统的稳定性。

4 结束语

通过铁路洒水车无线远程控制系统的研制，避免老系统故障频繁的现象，并且比较之前系统有改进，方便操作，并能直观显示，为洒水车进一步的应用与开发提供有益的参考。

参考文献：

[1] 林胜福、范春峰. 神华铁路洒水车的研制[J]. 机车车辆工艺. 2015（04）

作者简介：

郭建良，男，47岁，工作单位：国家能源铁路装备神维分公司肃宁工务机械段，职务：干事，职称：高级工程师，毕业院校：长沙铁道学院，所学专业：起重运输与工程机械。