李斌鋒

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510380）

廣州地鐵一號(hào)線西朗車輛段是地鐵A型車大架修的基地，其主廠房內(nèi)配套移車臺(tái)設(shè)備，用于單節(jié)列車在不同地點(diǎn)進(jìn)行部件的拆解、組裝、檢修等的轉(zhuǎn)軌運(yùn)送。該移車臺(tái)于2001年投入使用，最大設(shè)計(jì)載重量為38噸，其調(diào)速方式落后，高、低速的運(yùn)行由高、低電機(jī)驅(qū)動(dòng)，高、低速電機(jī)通過離合器切換。電機(jī)采用直接啟動(dòng)方式，采用液壓推桿制動(dòng)器進(jìn)行剎車制動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)接觸器先吸合，而控制剎車的接觸器后吸合，啟、停沖擊較大。移車臺(tái)轉(zhuǎn)軌、對(duì)軌作業(yè)頻繁，舊有系統(tǒng)只能通過人工對(duì)軌，對(duì)軌精度低、時(shí)間長，極大的影響了轉(zhuǎn)軌作業(yè)。

為了提高作業(yè)效率，對(duì)移車臺(tái)電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，以PLC作為控制器，采用低頻大扭矩變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了移車臺(tái)平穩(wěn)的啟動(dòng)、移動(dòng)、停止，通過優(yōu)化控制程序，增加自動(dòng)對(duì)軌功能，利用目前應(yīng)用成熟的變頻技術(shù)完成對(duì)舊設(shè)備的改造。

1 電氣系統(tǒng)組成

移車臺(tái)在對(duì)角設(shè)置控制臺(tái)，操作人員可以在任一控制室進(jìn)行移車作業(yè)。改造后電氣系統(tǒng)主要包括FX2-32MR可編程控制器1個(gè)，定位傳感器2個(gè)，限位行程2個(gè)，變頻器1臺(tái)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2臺(tái)，移車臺(tái)如圖1。

圖1 地鐵移車臺(tái)

移車臺(tái)對(duì)軌控制原理為，進(jìn)行移車臺(tái)操作時(shí)，先按下高速運(yùn)行按鈕，高速接近目標(biāo)軌道，將定位開關(guān)打到ON位，按下低速按鈕，移車臺(tái)低速運(yùn)行，PLC會(huì)根據(jù)輸入的定位信號(hào)，進(jìn)行減速剎車，根據(jù)預(yù)先計(jì)算的距離準(zhǔn)確對(duì)軌。

2 PLC控制部分電路

可編程控制器作為控制系統(tǒng)核心部件，通過采集按紐、傳感器的輸入信號(hào)，通過內(nèi)部邏輯運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制輸出接觸器、繼電器等。其輸入輸出點(diǎn)可見表1，PLC需要輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)為14個(gè)，輸出點(diǎn)13個(gè)，且無其他特殊功能模塊的要求，選擇三菱FX2-32MR控制器，其16點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出可滿足系統(tǒng)要求[1]。

定位傳感器可將位置信號(hào)反饋給PLC，通過與地面的位置塊配合使用。

限位行程安裝于移車臺(tái)兩端，當(dāng)移車臺(tái)運(yùn)動(dòng)到觸發(fā)限位行程時(shí)，移車臺(tái)會(huì)緊急停車。

表1 PLC輸入輸出點(diǎn)設(shè)置

3 變頻器選擇及參數(shù)調(diào)整

變頻器通常有4種控制方式可選：U/f開環(huán)控制方式、U/f閉環(huán)控制方式、開環(huán)矢量控制方式和閉環(huán)矢量控制方式。移車臺(tái)功能簡單，可選擇開環(huán)控制。移車臺(tái)由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單臺(tái)電機(jī)功率7.5 kW，額定電流為14.9 A，采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，選擇V/F開環(huán)控制模式。

本次改造選用安川CIMR-AB4A0058變頻器，其功率為22 kW，大于電機(jī)總功率，額定輸出電流45 A，滿足變頻器額定電流大于電機(jī)額定電流之和的1.1倍的要求[2]。由于移車臺(tái)電機(jī)需限時(shí)制動(dòng)，選配三條75Ω/2500W制動(dòng)電阻，使電機(jī)能在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)停機(jī)。其外部接線如圖2。

變頻器投入使用前需對(duì)其參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，基本參數(shù)有：控制模式調(diào)為無無PG V/f控制模式，運(yùn)行指令選擇控制回路端子，對(duì)輸入S5、S6端子進(jìn)行功能設(shè)定，設(shè)置運(yùn)行時(shí)高速頻率為50 Hz、低速頻率為20 Hz，設(shè)置輸入缺相、電流警告等保護(hù)功能，調(diào)試時(shí)，根據(jù)使用情況設(shè)置啟動(dòng)與制動(dòng)時(shí)間為3 s。

圖2 變頻器外部接線

4 控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)

順序功能圖(SFC)是一種圖形化編程方法，它是用流程圖來表達(dá)一個(gè)順序控制過程，由步、轉(zhuǎn)換條件及有向連線組成。本系統(tǒng)控制程序順序功能圖(SFC)設(shè)計(jì)步驟如下。

（1）首先需確定順序功能圖的結(jié)構(gòu)，主要分為順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)、跳轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)需根據(jù)外部信號(hào)輸入，通過激活不同的步來實(shí)現(xiàn)高速前進(jìn)，高速后退，低速前進(jìn)（含定位），低速后退（含定位）四個(gè)功能。執(zhí)行各段程序時(shí)，若出現(xiàn)故障，需跳轉(zhuǎn)至故障步。本系統(tǒng)程序使用選擇結(jié)構(gòu)與跳轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

（2）順序控制流程圖的繪制，其中雙線方框表示初始步，單線方框表示順序控制中的單步，各步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作用矩形框中的文字或符號(hào)表示，該矩形框與相應(yīng)的步的符號(hào)相連，各步間通過有向連線連接，轉(zhuǎn)換條件用有向連線上與有向連線垂直的短劃線表示。流程圖中默認(rèn)的執(zhí)行順序?yàn)閺纳系较?，從左到右。高速前進(jìn)的順序功能圖如圖3。

圖3 高速前進(jìn)順序功能圖

（3）根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)梯形圖程序，使用三菱STL指令或順序功能圖語言可方便、高效的實(shí)現(xiàn)程序的梯形圖編程。本系統(tǒng)采用STL指令實(shí)現(xiàn)，根據(jù)順序功能圖轉(zhuǎn)化的高速前進(jìn)梯形圖見圖4。

最后將編好梯形圖程序進(jìn)行仿真測試，測試結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，將程序下載到系統(tǒng)的PLC中，通過試驗(yàn)，程序可正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)移車臺(tái)的各項(xiàng)功能。

5 改造完成后試驗(yàn)總結(jié)

改造完成后，通過試驗(yàn)，移車臺(tái)各項(xiàng)功能正常。在空載和重載的工況下，移車臺(tái)定位情況良好，完全滿足車輛上下移車臺(tái)的精度要求。廣州地鐵一號(hào)線段內(nèi)設(shè)備多都已使用十年以上，面臨著技術(shù)淘汰、部件老化等問題，其中部分設(shè)備成本較高，主體構(gòu)架尚好，改造成本可控，技術(shù)可行，具有升級(jí)、改造或大修的價(jià)值。

圖4 高速前進(jìn)梯形圖

［1］ 廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用：第2版［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

［2］龔仲華.交流伺服與變頻器應(yīng)用技術(shù)：安川篇［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.