移动式架车机西门子PLC 控制程序优化设计

张清涛

（广州地铁集团有限公司， 广东 广州 511430）

0 引言

广州地铁三北线嘉禾车辆段YJC16t 移动式架车机为中铁工程设计院有限公司制造， 于2010 年投入使用，用于二号线、三北线电客车的架车作业，整套移动式架车机包含一个控制台和十二架车机单体，可单机手动操作、四台架车机单体联机操作、 十二台架车机单体联机操作三种基本操作模式，满足现场A、B 型车的单节车、三节车架车作业，以及设备维修作业需求。 YJC16t 移动式架车机采用西门子PLC 可编程控制器为总控制器，负责12台架车机的上升、下降控制，同时对12 台架车机的高度值进行时时分析判断，确保12 台架车机同一组内、组与组之间的高度差在允许范围内， 实现所有架车机的同步上升、 下降， 避免出现架车过程中个别架车机过高或过低，导致架车机顶翻列车或列车失稳倾覆的事故。 但该移动式架车机在设备操作和架车安全防护的程序设计上存在一定的缺陷，包括确认按钮、远控手柄和主控制台上升下降按钮自保持、 清零开关和编码器或连轴节故障时无法及时报警停机等，存在一定的安全隐患，为保障架车作业时设备安全和人员安全， 需要对移动式架车机PLC 控制程序进行优化。

1 移动架车机同步控制介绍

在架车作业中， 由于每台架车机的升降速度略有差异，一旦长时间架车，车体将出现倾斜，严重时将损坏车体间的车钩甚至出现车体坠落， 易造成人员伤亡和设备损坏， 因此在架车作业中保证架车机组的同步升降动作尤为重要。 可编程控制器PLC 通过一系列的运算指令实现对移动式架车机各个单体高度精确的同步控制， 使所有架车机在抬升或下放列车时始终处于同一高度， 有效避免了电客车倾斜事故的发生[1]。

移动式架车机组联动时， 系统对十二台架车机各个单位的高度值进行比较， 若同组四台架车机的高度差在4～8mm 内或三组架车机的平均高度差在4～10mm 内，系统进行自动调节（系统调节），调节方式为上升时高度值大的架车机停止动作，等待高度值小的架车机；下降时高度值小的架车机停止动作，等待高度值大的架车机，待差值≤2mm 时，再同步上升或下降，若同组四台架车机的高度差超出8mm 或三组架车机的平均高度差超出10mm，联动功能失效系统发出报警，只能进行手动调节，使列车达到平稳状态。

2 存在隐患及优化目标

2.1 操作按钮功能程序优化

移动式架车机上升、下降按钮操作均无需常按，例如点按一下上升，架车机会一直上升，直至点按停止按钮，上升、下降的启停需要切换不同按钮，存在发现异常后无法及时停机的隐患。

需对确认按钮、 远控手柄和主控制台上升下降按钮自保持改为常按，将确认按钮、单组远控手柄和控制台的上升及下降的操作优化为常按， 而不是只按一次就一直有效，直至按下停止按钮。 通过程序优化确保停机及时。

2.2 清零开关故障判断程序优化

移动式架车机托头处设置有清零开关， 用于联机过程中在托头托住车底后停止、清除高度数据，待所有单机的托头均托住车底后，即所有清零开关均有信号了，再联机一起托起电客车， 确保所有架车机单体在联机上升前托头均能有效接触到车底， 避免因个别托头未有效接触车底导致电客车上升不平衡。若有一个清零开关故障，因为该设备无清零信号， 联机上升时系统会误判该架车机的托头还未托住车底，该架车机会一直上升，而其它有清零信号的架车机会停止上升， 一直上升的架车机存在将电客车顶翻的隐患。

需增加架车机托头处清零开关故障的保护程序。 联机上升或下降过程中， 某一组架车机只要出现一台机的清零开关接触到或脱离车底，5 秒内应当组内所有清零开关接触到或脱离车底，否则停机报警、不能继续操作。确保不因清零开关故障导致相应的架车机一直上升或下降，进而引发电客车倾覆的事故。

2.3 编码器和连轴节故障判断程序优化

移动式架车机的电机设置有编码器及连轴节， 用于将电机、丝杆的旋转量转换为脉冲，使控制器能计算出架车机的上升高度，同时架车机设置有同步控制程序，例如单组内四台架车机上升时若最大高度差达4mm， 最低的架车机保持上升其他三台停机等待， 待高度差小于4mm后四台机恢复同步上升。若有一台架车机的编码器故障，其高度值会一直为0， 高度差达4mm 后其他机停机等故障机，而故障机会因为误判为上升/下降最慢而一直上升/下降，进而引发电客车倾覆的事故[2]。

需增加编码器及连轴节故障保护程序。 联机上升或下降过程中某一组架车机中出现三台机等一台机时，5s内应当恢复全部运行或全部停机的状态，否则停机报警、不能继续操作。 确保不因编码器或连轴节故障导致相应的架车机一直上升或下降[3]。

3 程序优化

3.1 确认按钮、 远控手柄和主控制台上升下降按钮自保持改为常按的优化

移动式架车机控制台按钮及对应输入点如下， 联动I0.3、上升I0.5、下降I0.6、停止I0.7、架车确认I1.4（由一人在控制台对侧使用确认手柄进行安全确认）。

3.1.1 单组架车的优化

第一组单动上升程序段中，删除上升保持程序，保留远控一组上升互锁点Q35.6，实现一旦确认按钮或主控制台上升按钮松开时，立即停机，并且当远控操作上升时控制台无法操作上升[4]，见图1 和图2。

图1 一组单动上升输出改造前

图2 一组单动上升输出改造后

第一组远控上升程序段中，删除上升保持程序，保留主控一组上升互锁点Q30.2，实现一旦确认按钮或远程线控手柄上升按钮松开时，立即停机，并且控制台操作上升时不允许远控操作上升，见图3 和图4。

图3 一组远控上升输出改造前

图4 一组远控上升输出改造后

第一组单动下降、 第一组远控下降、 第二组单动上升、第二组远控上升、第二组单动下降、第二组远控下降、第三组单动上升、第三组远控上升、第三组单动下降、第三组远控下降程序段的修改与上述的修改类似。

3.1.2 两组架车的优化

第一二组上升、下降程序段中，删除上升和下降保持程序， 实现一旦确认按钮或主控制台上升下降按钮松开时，立即停机。第二三组上升、下降程序人修改与此类似，见图5 和图6。

图5 第一二组上升下降输出改造前

图6 第一二组上升下降输出改造后

3.1.3 三组架车的优化

一二三组上升程序段中，删除上升保持程序，实现一旦确认按钮或主控制台上升按钮松开时，立即停机。下降程序段的修改与此类似，见图7 和图8。

图7 一二三组上升输出改造前

图8 一二三组上升输出改造后

3.2 增加清零开关故障保护程序

在FC16 故障报警功能块中增加程序段12-18。 联机上升或下降过程中只要出现一台架车机托头的清零开关接触到或脱离车底，5s 内所有清零开关应当接触到或脱离车底， 否则判断为某个清零开关故障， 架车机停机报警、不能继续操作。确保不因清零开关故障导致该台架车机一直上升或下降。

硬件方面，需要将12 台架车机清零开关的信号线接至备用的PLC 输入口， 一组对应I11.2-I11.5， 二组对应I13.0-I13.3，三组对应I13.4-I13.7，见图9。

图9 接线电路图

第一组运行过程中（运行状态Q26.3），有一个及以上清零开关接触到或脱离车底， 即四个清零开关状态不一致时，使能定时器T110，开始计时5s。 第二组和第三组与此类似，分别使能定时器T111、T112，均定时5s（架车机上升速度为200mm/min，5s 上升高度约16.7mm），见图10。

图10 清零开关启动定时器

当第一组架车机清零开关全接触到车底或全脱离车底，正常状态，复位倒数定时器T110，停止倒计时。 第二组和第三组与此类似，分别复位定时器T111、T112，见图11。

图11 清零开关复位定时器

联机运行过程中某一组有一个及以上清零开关接触到车底，倒计时5s 了该组还没全部接触车底或全部脱离车底，输出Q5.0，报警停机，见图12。

图12 清零开关的定时器输出报警停机

3.3 增加编码器故障保护程序

联机上升或下降过程中某一组架车机中出现三台机等一台机时，5s 内应当恢复全部运行或全部停机的状态，否则判断为某一台机的编码器或连轴节故障， 架车机停机报警、不能继续操作。确保不因编码器或连轴节故障导致相应的架车机一直上升或下降。

第一组联机运行过程中， 如果只有一台机处于运行状态，即处于最低或最高位，其他机停机等待该台机时，启动定时器T113。 第二组和第三组也设置了类似的定时器监控程序，分别对应定时器T114、T115[5]，见图13。

图13 一组电机等待状态启动定时器

第一组四台机都处于运行或停止，并且未超过5s 倒计时（通过Q5.0 是否输出判断是否超5s），则复位定时器T113。 第二组和第三组定时器T114 和T115 的复位条件与此一致[6]，见图14。

图14 一组电机等待状态复位定时器

当三组中有某一台机在最高或最低位一直处于运行状态，被其他三台停机等待超5s，即自动调整超过5s 时，判断为该台机的编码器或连轴节故障，架车机报警停机，见图15。

图15 电机等待状态的定时器输出报警停机

4 结束语

本文所论述程序优化设计， 主要是通过合理选用西门子PLC 程序指令中的定时器的类型， 并设置相应的定时器启动、复位、输出的程序逻辑，对确认按钮、单组远控手柄和主控制台的上升下降按钮改为常按操作的程序优化、增加架车机托头处的清零开关故障保护程序、增加编码器及连轴节故障保护程序。经实际应用验证，此次程序优化使嘉禾车辆段YJC16t 移动式架车机的安全保护性能更加完善， 保障了现场作业过程中作业人员的人身安全和电客车及设备的安全，消除安全隐患。