戴 柳

（青島地鐵集團有限公司，山東青島 266555）

1 固定式架車簡述

固定架車機組用于城市地鐵架修，包含4 組架車機組（每組可架起一節(jié)車），實現(xiàn)架車臺位的架車作業(yè)，可對一列車組（4輛）在不解編狀態(tài)下進行同步架落車作業(yè)，并能對任一單節(jié)車、兩節(jié)車、三節(jié)車編組進行架落車作業(yè)（圖1）。

圖1 固定式架車

（1）操作控制系統(tǒng)。固定式架車機設(shè)備設(shè)有總控制臺和現(xiàn)場控制器，既可在總控制臺進行整列車輛的升降控制和各個單節(jié)車輛的升降控制，亦可在現(xiàn)場進行單個舉升設(shè)備的升降控制?？偪刂婆_和現(xiàn)場控制器具有互鎖功能?，F(xiàn)場控制器只有在得到總控制臺的授權(quán)后才具有控制權(quán)。另外，現(xiàn)場控制器還具有現(xiàn)場安全確認(rèn)功能。

（2）電器控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)采用主控和監(jiān)控雙PLC 結(jié)構(gòu)，均采用西門子S7-300 系列產(chǎn)品，采用安全繼電器以提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。其中主控PLC 主要負(fù)責(zé)功能選擇、邏輯控制、響應(yīng)操作等功能，監(jiān)控PLC 負(fù)責(zé)動作授權(quán)、限位監(jiān)控、同步監(jiān)控等功能。它們既單獨運行自己的監(jiān)控程序，又通過通信方式相互監(jiān)控，任何一臺PLC 工作不正常時系統(tǒng)將全部停機并報警。

2 系統(tǒng)設(shè)計思路

2.1 設(shè)計理念

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能平板電腦快速發(fā)展，通過平板電腦遠(yuǎn)程對設(shè)備系統(tǒng)的控制單元PLC 的運行進行預(yù)警監(jiān)控的技術(shù)已有實例。設(shè)備運行時能夠隨時觀察設(shè)備的運行狀態(tài)，及時進行預(yù)警，提高設(shè)備運行的可靠性，避免由設(shè)備故障帶來的不必要損失。

2.2 遠(yuǎn)程控制優(yōu)勢

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以使人力、物質(zhì)資源得到充分利用。以往固定式架車機架車作業(yè)需要5 人同時配合才能完成，如果采用遠(yuǎn)程控制則只需1 人即可完成地鐵電客車架車作業(yè)，在保證架車安全的前提下，大大節(jié)約了人力成本。

（2）通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障時可以通過車輛段局域網(wǎng)遠(yuǎn)程共享，使技術(shù)人員準(zhǔn)確了解現(xiàn)場數(shù)據(jù)及故障原因，通過遠(yuǎn)程控制PLC 進行系統(tǒng)程序調(diào)試，指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)人員快速解決故障，保證安全生產(chǎn)。

（3）作業(yè)人員使用平板電腦操作控制設(shè)備，可以脫離設(shè)備固定控制手柄的數(shù)量限制及位置局限性，對危險現(xiàn)場保持安全距離的情況下進行操作、監(jiān)視，完成對參數(shù)的設(shè)置與調(diào)整。

（4）實現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時采集，調(diào)度系統(tǒng)自動記錄作業(yè)現(xiàn)場的架車監(jiān)控數(shù)據(jù)，通過每次架車的大數(shù)據(jù)對比，分析出設(shè)備運行狀態(tài)及各重點部位的保養(yǎng)計劃。

2.3 設(shè)備遠(yuǎn)程控制需求

固定式架車機聯(lián)控架車時，4 名作業(yè)人員需要在架車機兩側(cè)現(xiàn)場控制器上設(shè)置4 個監(jiān)控點（升降時按下“確認(rèn)”按鈕），只有按下現(xiàn)場控制器上的“確認(rèn)”按鈕，才能通過主控制臺的升、降按鈕操作整個架車機進行升降作業(yè)，任何一個斷開都將終止架車作業(yè)。

固定式架車機8 個基坑聯(lián)控舉升4 節(jié)電客車，整列電客車長80.956 m，在兩側(cè)現(xiàn)場設(shè)置4 個固定的監(jiān)控點造成人力資源的浪費，且無法滿足架車現(xiàn)場的多樣化、復(fù)雜性等要求。這種情況下需要采用另一種控制理念，使用更加靈活的監(jiān)控點及控制方式，根據(jù)架車現(xiàn)場的實際情況靈活監(jiān)控，不受數(shù)量的限制、不受現(xiàn)場有限區(qū)域的限制，且當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時可以進行遠(yuǎn)程監(jiān)控及修復(fù)，從而提高工作效率。

3 智能化系統(tǒng)設(shè)計

3.1 智能化系統(tǒng)控制原理

遠(yuǎn)程控制PLC 系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制技術(shù)結(jié)合的一門先進技術(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)測是指遠(yuǎn)程獲得被監(jiān)控資源對象的數(shù)據(jù)信息，遠(yuǎn)程控制是指遠(yuǎn)程發(fā)送命令控制現(xiàn)場資源對象的運行狀態(tài)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)控端系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸、現(xiàn)場控制端系統(tǒng)構(gòu)成。

3.2 固定式架車機智能化系統(tǒng)控制實例

使用的工具有：西門子S7-300 PLC 一臺，平板電腦一臺，通信用網(wǎng)線，GM20 DTU 模塊一臺，天線和電源適配器，聯(lián)網(wǎng)電腦一臺，攝像頭中興小興C520 四臺。

3.2.1 PLC 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

（1）西門子PLC S7-300 具備網(wǎng)口進行程序的上下載和通信，使用MODBUS-TCP 協(xié)議，通過網(wǎng)口將S7-300 連接到EMCP，實現(xiàn)電腦Web 網(wǎng)頁、平板電腦APP 和微信對S7-300 內(nèi)的各輸入點寄存器的遠(yuǎn)程監(jiān)控和輸出點的遠(yuǎn)程讀寫。

（2）S7-300 連接220 V 交流電，電腦通過網(wǎng)線連接PLC 的以太網(wǎng)通信口進行程序的配置，然后使用網(wǎng)線連接GM20 的LAN 口和PLC 的以太網(wǎng)口，進行MODBUS-TCP 通信。創(chuàng)建MODBUS-TCP 服務(wù)器。使用西門子STEP7 工控軟件，將S7-300設(shè)備組態(tài)，設(shè)置PLC 通信IP，將修改好的程序下載到PLC。

（3）登錄EMCP 平臺，對EMCP 云平臺進行設(shè)置。打開“后臺管理→模塊管理”界面，將DTU 綁定至此管理員賬號，使用“遠(yuǎn)程配置”功能配置DTU 的各項通信參數(shù)和功能參數(shù)。需要配置的參數(shù)有兩個，分別是：①與PLC 通信口參數(shù)；②設(shè)置DTU定時采集PLC 數(shù)據(jù)的MODBUS 通道參數(shù)。進入設(shè)置界面，選擇列表展示或組態(tài)展示。填寫新建設(shè)備基本信息有4 個相應(yīng)的選項，依次為選擇設(shè)備匹配的圖片、輸入模塊SN、輸入要綁定的SN 的編碼、選擇創(chuàng)建的數(shù)據(jù)規(guī)則、選擇設(shè)備所在的地理位置。

（4）登錄EMCP 平臺，點擊“讀寫數(shù)據(jù)”對PLC 進行讀寫操作。在平板電腦安裝APP，進入實時數(shù)據(jù)列表界面或組態(tài)畫面，對讀寫數(shù)據(jù)進行讀寫操作。

3.2.2 平板電腦遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

平板電腦組態(tài)頁面按鈕定義和說明如下：

（1）轉(zhuǎn)向架單控選擇界面：界面有“轉(zhuǎn)向架1“”轉(zhuǎn)向架2“”轉(zhuǎn)向架3“”轉(zhuǎn)向架4“”轉(zhuǎn)向架5“”轉(zhuǎn)向架6“”轉(zhuǎn)向架7“”轉(zhuǎn)向架8”共計8 個控制點，選擇其中一個控制點可以單控其轉(zhuǎn)向架舉升單元動作。

（2）車體單控選擇界面：界面有“車體1-1”“車體1-2”“車體2-1”“車體2-2”“車體3-1”“車體3-2”“車體4-1”“車體4-2”“車體5-1”“車體5-2”“車體6-1”“車體6-2”“車體7-1”“車體7-2”“車體8-1”“車體8-2”共計16 個控制點，選擇其中一個控制點可以單控其車體舉升單元動作。

（3）故障界面：當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)“緊急急停、緊急上上限位、緊急下下限位、PLC 停機、同步故障、轉(zhuǎn)向架升降故障、車體升降故障、計數(shù)無脈沖”等故障時界面自動提示，并給出解決建議。

（4）授權(quán)：藍(lán)色指示燈。當(dāng)主控臺授予遠(yuǎn)程平板電腦操作權(quán)力，且在平板電腦單控選擇界面上確認(rèn)選擇轉(zhuǎn)向架單元或車體單元時，指示燈才會亮起。

（5）150 mm：紅色指示燈。當(dāng)架車單元升起（或落到）距離地面150 mm 的安全區(qū)域時，指示燈亮起，如果要繼續(xù)下降，需要按住下降按鈕和綠色的確認(rèn)按鈕。

相關(guān)按鈕的作用及說明如下：

急停：緊急情況下，按下該按鈕停止所有架車動作；設(shè)備故障解除后，按下復(fù)位按鈕可以進行系統(tǒng)復(fù)位。

復(fù)位：設(shè)備觸發(fā)急停按鈕或故障報警，當(dāng)設(shè)備故障解除后，按下復(fù)位按鈕可以進行系統(tǒng)復(fù)位。

確認(rèn)：綠色按鈕開關(guān)。設(shè)備關(guān)鍵動作確認(rèn)功能。

上升：通過該按鈕控制車體或轉(zhuǎn)向架舉升單元上升。

下降：通過該按鈕控制車體或轉(zhuǎn)向架舉升單元下降。

車體左移：通過該按鈕可以完成車體舉升單元沿軌道左側(cè)方向走行。

車體右移：通過該按鈕可以完成車體舉升單元沿軌道右側(cè)方向走行。

3.2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

采用攝像頭中興小興C520 四臺，分別安裝在固定式架車機1-1、3-2、6-2、8-1 基坑外部鋼支架上，實時監(jiān)控設(shè)備工作狀態(tài)。通過車輛段局域網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控畫面?zhèn)魉椭疗桨咫娔X，作業(yè)人員在主控臺操作時通過平板電腦掌握設(shè)備運行狀態(tài)。

作業(yè)人員通過平板電腦APP 設(shè)置界面中的操作選項，可以讓4臺攝像頭上下或水平翻轉(zhuǎn)，進行固定式架車機作業(yè)過程實時監(jiān)控。

3.2.4 安全防護系統(tǒng)

固定式架車機聯(lián)控舉升電客車，整列電客車長80.956 m，架車作業(yè)中設(shè)備動作范圍大，作業(yè)人員在架車過程中難以保證無關(guān)人員或車輛誤入作業(yè)區(qū)域。根據(jù)需求，在作業(yè)區(qū)域使用六套KS06E 型光電保護裝置（工作距離0～40 m）進行安全防護，在人員或車輛誤入作業(yè)區(qū)域后固定式架車機停機報警，在作業(yè)人員檢查確認(rèn)現(xiàn)場安全后方可繼續(xù)架車作業(yè)。

4 固定式架車機智能化架車流程

固定式架車機準(zhǔn)備工作主要有3 個步驟：

（1）開啟主控制柜電源，將主控臺上的“控制電源”插入鑰匙開關(guān)，旋轉(zhuǎn)至開啟狀態(tài)，主控臺“電源指示”燈變亮。等待系統(tǒng)開啟人機界面，作業(yè)人員輸入用戶名和密碼，進入操作系統(tǒng)主界面。

（2）將主控臺“系統(tǒng)運行”旋鈕旋轉(zhuǎn)至開啟狀態(tài)，系統(tǒng)上電，主控制臺上的“系統(tǒng)運行”燈變亮，觸摸屏人機界面中“系統(tǒng)工作狀態(tài)”指示燈變。

（3）電客車進入架車區(qū)域。

5 結(jié)論

固定式架車機原架車作業(yè)需要5 人同時配合才能進行架車，采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)則只需要1 人即可完成地鐵電客車架車作業(yè)，在保證架車安全的前提下大大減少人力成本。在智能化操作過程中，作業(yè)人員使用平板電腦單控操作轉(zhuǎn)向架、車體舉升柱動作，脫離了設(shè)備固定控制手柄的數(shù)量限制及位置局限性，對危險現(xiàn)場保持安全距離的情況下進行操作、監(jiān)視并完成對參數(shù)的設(shè)置與調(diào)整。當(dāng)固定式架車機出現(xiàn)故障時，專業(yè)技術(shù)人員通過車輛段局域網(wǎng)進行PLC 監(jiān)控調(diào)試，準(zhǔn)確了解設(shè)備數(shù)據(jù)及故障原因，指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)人員快速解決故障，保證安全生產(chǎn)，實現(xiàn)了固定式架車機智能化控制。