廖麗

（攀鋼集團(tuán)攀鋼釩公司物流中心，四川 攀枝花 617023）

在實(shí)際應(yīng)用中，PLC已然成為機(jī)車電氣控制的核心，據(jù)資料顯示，某公司所購入的內(nèi)燃機(jī)車投入使用時(shí)間已長達(dá)13年，該機(jī)車的電氣系統(tǒng)相比新機(jī)車主要存在以下問題：控制系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)行穩(wěn)定性能以及可靠性能差，發(fā)生故障概率大；電氣系統(tǒng)的線路因老化嚴(yán)重，控制系統(tǒng)內(nèi)部分配件可靠性較差，且由于部分配件已出現(xiàn)停產(chǎn)使得對(duì)機(jī)車的維修成本增加；機(jī)車原來所使用的單片系統(tǒng)由于未設(shè)置隔離措施使得機(jī)車進(jìn)行調(diào)速以及換擋時(shí)故障發(fā)生率高，這些問題嚴(yán)重影響了內(nèi)燃機(jī)車的正常運(yùn)行，基于以上背景，通過對(duì)內(nèi)燃機(jī)車PLC控制系統(tǒng)及優(yōu)化方式分析，以期提升該機(jī)車運(yùn)行的可靠性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.1 PLC單元

FX2N是該控制系統(tǒng)的主控制單元，主要對(duì)機(jī)車的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與整理，完成報(bào)警、趨勢(shì)分析以及數(shù)據(jù)記錄等工作。機(jī)車操作人員可以借助操作終端來監(jiān)測(cè)機(jī)車的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。

1.2 外圍單元

FX2N具有80個(gè)I/O點(diǎn)，兩個(gè)開關(guān)量輸入模塊，一個(gè)輸出模塊和一個(gè)模擬量輸出模塊。內(nèi)燃機(jī)車的各類信號(hào)與指令經(jīng)過輸入模塊傳輸至PLC，最終滿足對(duì)機(jī)車的控制要求。圖1為機(jī)車電氣結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.3 系統(tǒng)功能

對(duì)機(jī)車柴油機(jī)的啟閉進(jìn)行控制；使用模擬量輸入模塊對(duì)機(jī)車的溫度以及壓力信息號(hào)進(jìn)行采集，并經(jīng)程序計(jì)算得出柴油機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速以及行車速度；當(dāng)機(jī)車在行駛過程中某項(xiàng)模擬量（溫度、壓力）值大于最大限定值時(shí)則能夠發(fā)出不同級(jí)的報(bào)警信號(hào)；能夠通過人機(jī)界面對(duì)機(jī)車的各類運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行反映，如柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、機(jī)車的速度以及油壓、油溫等；可以對(duì)不同操作級(jí)別進(jìn)行分級(jí)加密，并進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)的修改；滿足對(duì)柴油機(jī)無極調(diào)速的要求。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

機(jī)車電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括：柴油機(jī)啟動(dòng)、數(shù)據(jù)顯示、調(diào)速、報(bào)警、手/自動(dòng)控制等子程序模塊。其中，柴油機(jī)啟動(dòng)子程序模塊中，按下啟動(dòng)按鈕則A柴油機(jī)進(jìn)行機(jī)油預(yù)供油泵工作，當(dāng)待機(jī)油壓升高至0.1MPa時(shí)則預(yù)供油泵工作停止，此時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行并帶動(dòng)柴油機(jī)啟動(dòng)，B柴油機(jī)同樣完成啟動(dòng)，啟動(dòng)回路斷開，避免在運(yùn)行過程中發(fā)生柴油機(jī)二次啟動(dòng)，其控制流程圖如圖2所示。

圖2 柴油機(jī)超動(dòng)控制流程圖

借助控制系統(tǒng)內(nèi)部的定位模塊完成脈沖輸出，進(jìn)而電機(jī)實(shí)現(xiàn)無極變速目的，并通過利用上下限開關(guān)確保柴油機(jī)轉(zhuǎn)速在控制范圍內(nèi)；根據(jù)控制系統(tǒng)采集到的各類信號(hào)對(duì)采樣值以及既定的安全設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，基于結(jié)果發(fā)出報(bào)警信號(hào)；機(jī)車手動(dòng)控制模式下主要是通過操作人員使用操作桿進(jìn)行開關(guān)的轉(zhuǎn)換，并完成檔位的調(diào)換，在自動(dòng)控制模式下，主要是基于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速以及機(jī)車的速度比值控制達(dá)到機(jī)車自動(dòng)調(diào)速的控制；人機(jī)界面設(shè)置在操縱臺(tái)，借助通訊電纜滿足信息傳輸與交換目標(biāo)，人機(jī)界面主要包括共同畫面、集中畫面以及故障畫面等，其中共同畫面主要是顯示時(shí)間以及日期，集中畫面則主要反映柴油機(jī)的水溫、油壓以及傳動(dòng)箱油溫等信息，故障畫面是對(duì)機(jī)車的故障信息進(jìn)行顯示，并給出相應(yīng)的故障后果以及處理辦法，當(dāng)機(jī)車行駛中發(fā)生故障時(shí)操作人員能夠根據(jù)故障畫面給出的信息及時(shí)對(duì)機(jī)車故障進(jìn)行處理。

3 柴油機(jī)控制

柴油機(jī)的控制主要包括包括：柴油機(jī)供電啟動(dòng)與柴油機(jī)的停機(jī)，其中，柴油機(jī)的啟動(dòng)參考現(xiàn)代汽車的啟動(dòng)方式，即機(jī)車操作人員控制搖桿將手柄置于0位置處，則傳動(dòng)箱處在空擋狀態(tài)，即可進(jìn)行柴油機(jī)的啟動(dòng)。此時(shí)將控權(quán)開關(guān)進(jìn)行閉合，繼電器得電，啟動(dòng)鑰匙將啟動(dòng)開關(guān)置于運(yùn)行位置，柴油機(jī)控制系統(tǒng)供電，此時(shí)診斷燈發(fā)亮。等到柴油機(jī)診斷燈滅后則將鑰匙開關(guān)置于啟動(dòng)位置，啟動(dòng)繼電器得電，柴油機(jī)起機(jī)，當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)完成后則將啟動(dòng)鑰匙重新置于運(yùn)行位置則啟動(dòng)完畢。EDC是柴油控制系統(tǒng)的核心，其中，EDC和PLC之間的連接是借助CAN總線通訊形式相連，能夠獲取PLC所輸送的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的啟閉、調(diào)速。此外，通過利用CAN總線通訊能夠?qū)⒉裼蜋C(jī)的轉(zhuǎn)速、油溫等信息顯示在PLC觸摸屏上。只需將啟動(dòng)鑰匙從運(yùn)行位置轉(zhuǎn)動(dòng)至0位置即可達(dá)到柴油停機(jī)目的。

4 制動(dòng)系統(tǒng)控制

制動(dòng)系統(tǒng)的控制主要包括對(duì)空壓機(jī)以及空氣干燥器、緊急制動(dòng)以及旁路制動(dòng)電路的控制。其中，在機(jī)車內(nèi)設(shè)置有空壓機(jī)，該空壓機(jī)是由柴油機(jī)采用皮帶驅(qū)動(dòng)，其中泵風(fēng)是通過PLC系統(tǒng)內(nèi)機(jī)車總風(fēng)壓傳感器獲取總風(fēng)壓力，并自動(dòng)對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行控制，若風(fēng)壓小于730kPa時(shí)，PLC顯示器空壓機(jī)燈亮，反之當(dāng)風(fēng)壓高于900kPa時(shí)則泵風(fēng)停止，指示燈滅。此外，若需要強(qiáng)制泵風(fēng)時(shí)則機(jī)車操作人員可以通過PLC顯示屏上的按鈕進(jìn)行手控供風(fēng)的調(diào)整。機(jī)車在行駛過程中若出現(xiàn)緊急情況需按下緊急按鈕開關(guān)時(shí)，制動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部的緊急電閥得電，此時(shí)柴油機(jī)處于卸載情況，列車管進(jìn)行排風(fēng)，當(dāng)機(jī)車進(jìn)行緊急制動(dòng)后則機(jī)車處于零速聯(lián)鎖，避免出現(xiàn)機(jī)車在減速過程中再次啟動(dòng)。在機(jī)車內(nèi)的主副操縱臺(tái)旁設(shè)置有制動(dòng)按鈕，當(dāng)PLC發(fā)出指令后則旁路制動(dòng)繼電器得電，指示燈亮，此時(shí)柴油機(jī)開始卸載。

5 冷卻系統(tǒng)控制

靜壓油箱內(nèi)設(shè)置有1吸油和1回油過濾器、1低液位報(bào)警器和1液壓油溫傳感器，其中，過濾器內(nèi)均有堵塞發(fā)訊器，當(dāng)過濾器出現(xiàn)堵塞情況時(shí)，能夠發(fā)出高電平，PLC顯示器則會(huì)顯示過濾器堵塞。溫度傳感器主要是將采集到的油溫信息傳輸至PLC，并顯示在顯示屏內(nèi)，同樣，當(dāng)液位小于最小設(shè)定值時(shí)輸入高電平發(fā)出報(bào)警信號(hào)。基于控權(quán)段產(chǎn)生的信號(hào)，PLC對(duì)繼電器進(jìn)行控制，為冷卻風(fēng)扇供電，當(dāng)冷卻風(fēng)扇處于自動(dòng)控制模式時(shí)，PLC根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的對(duì)柴油機(jī)的進(jìn)氣溫度、冷卻液溫度、傳動(dòng)油溫以及靜液壓油溫控制繼電器動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇高低速運(yùn)行的控制。當(dāng)冷卻風(fēng)扇處于手動(dòng)控制時(shí)，則主要是通過操作人員查看柴油機(jī)的進(jìn)氣溫度、冷卻液溫度、傳動(dòng)油溫以及靜液壓油溫，并基于結(jié)果進(jìn)行風(fēng)扇高低轉(zhuǎn)速的控制。冷卻風(fēng)扇在啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循由低速向高速，不得使用高速進(jìn)行直接啟動(dòng)，在進(jìn)行高低速的轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)至少在轉(zhuǎn)化檔位停留15s才能進(jìn)行檔位轉(zhuǎn)換。在運(yùn)行過程中若發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇發(fā)生故障，則應(yīng)將風(fēng)扇置于0檔位，即切斷風(fēng)扇供電，避免出現(xiàn)風(fēng)扇再次轉(zhuǎn)動(dòng)而對(duì)維修人員造成傷害。

6 調(diào)試與結(jié)論

PLC技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)中的使用有效地解決了多種繼電器以及接觸屏控制系統(tǒng)復(fù)雜的問題，簡化了工作流程，通過PLC控制系統(tǒng)的使用，機(jī)車的電氣控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，機(jī)車的觸摸式液晶顯示屏極大地方便了操作人員對(duì)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，此外可以對(duì)機(jī)車的故障信息進(jìn)行記錄，有助于對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查與維修。