淺析PLC在GK1F機(jī)車控制電路改造中的應(yīng)用

摘要：應(yīng)用PLC改造GK1F機(jī)車電氣控制系統(tǒng).主要介紹PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn),以及在工礦機(jī)車電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：PLC控制；I/O接口；控制電路；GK1F機(jī)車

在2000年以前，在我部運(yùn)用的內(nèi)燃機(jī)車中仍有3臺(tái)機(jī)車沿用繼電器聯(lián)鎖的控制方式。這種方式，布線復(fù)雜，可靠性差，故障查找困難，維修不便。部分觸點(diǎn)因長期在大電流通過的情況下動(dòng)作，造成慣性灼傷，頻繁燒損。特別是機(jī)車風(fēng)泵的控制電路中采用串電阻三級(jí)起動(dòng)，極易造成電阻箱燒損和起動(dòng)電流大的故障。由于各種機(jī)車電氣故障居高不下，直接影響到機(jī)車的利用率。同時(shí)，復(fù)雜的機(jī)車邏輯電路也給增設(shè)安全保護(hù)裝置帶來不便。

近年來，PLC應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)控制的眾多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用；特別是在機(jī)車電氣控制系統(tǒng)中大量運(yùn)用。為此我們與四方機(jī)車車輛廠合作，采用PLC對(duì)現(xiàn)有的GK1F機(jī)車進(jìn)行改造，取得了良好的效果。此舉措不僅可以大大地簡(jiǎn)化線路，而且在電氣系統(tǒng)運(yùn)行可靠性有了顯著提高。同時(shí)還改變了風(fēng)泵電機(jī)的起動(dòng)方式，降低了故障率也使維修人員維修方便，提高了工作效率。

根據(jù)我部原有電氣系統(tǒng)為PLC控制的GK1F機(jī)車（1021—1024）和GK2B機(jī)車（1001、1002），以及資陽機(jī)車車輛廠改造的PLC控制的GK1F機(jī)車（1006—1007）；根據(jù)各種情況綜合對(duì)比我們選擇與青島四方機(jī)車車輛廠聯(lián)合對(duì)我部剩余的三臺(tái)機(jī)車進(jìn)行改造。其電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與GK1F機(jī)車和GK2B機(jī)車的電氣系統(tǒng)相近；且各配件與這兩種機(jī)車的配件基本相同，便于維修和互換。在具體設(shè)計(jì)思想上維持原繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的邏輯順序和控制原理。

在控制電路中，輸入PLC的控制信號(hào)為32點(diǎn)，包括司機(jī)指令信號(hào)（如司機(jī)控制器、各琴鍵開關(guān)、按鈕開關(guān)等元件的觸點(diǎn)信號(hào)）和機(jī)車狀態(tài)信號(hào)（如溫度繼電器、壓力繼電器、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和機(jī)車速度信號(hào)等）。PLC輸出的控制信號(hào)點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)，包括動(dòng)作執(zhí)行元件（各接觸器線圈、電空閥及去電子調(diào)速箱的控制信號(hào)）。

2.3.1 PLC系統(tǒng)

這是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，采用的是日本三菱公司的FX2—80MR—D型PLC。該機(jī)型為整體式PLC機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和負(fù)載能力。而且FX2系列PLC機(jī)是三菱公司90年代初推出的產(chǎn)品，它的最大的特點(diǎn)是在小型機(jī)上實(shí)現(xiàn)大型機(jī)的功能，可與計(jì)算機(jī)自由聯(lián)接。（性能參數(shù)見表1）該機(jī)型有40個(gè)輸入點(diǎn)和40個(gè)輸出點(diǎn)。不帶擴(kuò)展模塊，完全滿足系統(tǒng)的要求。機(jī)車速度和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器采用了目前鐵路機(jī)車通用的數(shù)字式測(cè)速傳感器。
表1 FX2系列PLC機(jī)功能技術(shù)指標(biāo)表

2.3.2輸出驅(qū)動(dòng)部分

因?yàn)檩敵霾糠挚刂频呢?fù)載多為感性負(fù)載，為此選用固態(tài)繼電器進(jìn)行功率放大。但在電路中未加設(shè)二極管保護(hù)和過壓吸收電路；僅在發(fā)電機(jī)回路中加裝了過壓吸收保護(hù)電路。

2.3.3電源部分

系統(tǒng)需要用DC24V供電，而機(jī)車電源為DC110V。因此需要一個(gè)將DC110V轉(zhuǎn)換為DC24V的專用開關(guān)電源。在改造過程中選用了由四方機(jī)車車輛廠設(shè)計(jì)制造的專用開關(guān)電源。該電源有較寬的輸入范圍（DC30V—DC135V），既能滿足柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)蓄電池壓降大的需要，又不至于電壓失調(diào)時(shí)的過壓沖擊。

2.4 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)由四方機(jī)車車輛廠設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，程序大多根據(jù)原機(jī)車電氣原理圖的控制方式編寫。在程序設(shè)計(jì)時(shí)取消了原電路中所有的中間繼電器、時(shí)間繼電器和大部分中間起聯(lián)鎖作用的接觸器的輔助觸點(diǎn)；同時(shí)還取消了原有的電氣換檔裝置和機(jī)車超速保護(hù)裝置。這些裝置的功能完全由程序控制來實(shí)現(xiàn)，使電路得到了簡(jiǎn)化且功能進(jìn)一步增強(qiáng)。此外還增加了柴油機(jī)工作計(jì)時(shí)表，準(zhǔn)確的記錄了柴油機(jī)的工作時(shí)間；為檢修人員確定柴油機(jī)的修程提供了參考依據(jù)。下面僅對(duì)系統(tǒng)改造中程序設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行闡述。

2.4.1柴油機(jī)無級(jí)調(diào)速控制

柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在此前已經(jīng)進(jìn)行了改造，由原來的電空閥——操作風(fēng)缸控制改為步進(jìn)電機(jī)無級(jí)調(diào)速。所以在這次改造中對(duì)于柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仍沿襲以往的程序設(shè)計(jì)；使PLC輸出4個(gè)信號(hào)（調(diào)速1至調(diào)速4）；這4個(gè)調(diào)速信號(hào)經(jīng)放大后作為信號(hào)向電子調(diào)速控制箱提供輸入信號(hào)。

2.4.2電氣換檔改造

電氣換檔系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種換檔方法；一種為柴油機(jī)3把位以上換Ⅱ檔，無須采集柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。另一種為分別采集機(jī)車速度信號(hào)和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，對(duì)兩信號(hào)進(jìn)行比較；當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)機(jī)車換檔。其具體換檔點(diǎn)速度見表2。
表2 機(jī)車換檔點(diǎn)速度表（50km/h限速）