关键词：PLC控制；轨道车辆；给排水系统；技术研究
引言：轨道车辆现有电动泵给排水系统的控制水泵连接，连续运行以达到供水和防冻效果，长期工作会使系统特别是水泵的热量损失严重，大大降低了水泵的有效使用寿命。此系统研究针对设备，尤其是泵组件的寿命故障模式控制和低温运行，提供了有效解决方案。
一、系统方案的主要内容
该系统可以通过PLC（可编程逻辑控制器）进行编程过程逻辑控制器，水泵，电磁阀，控制开关，检测电源，电加热装置，状态显示和故障控制装置等的组成[1]。作为核心控制器，PLC主要用于水泵运行转向控制，系统状态获取和故障控制等，水泵将从上部储水容器到水终端的供水。外部检测开关用于，将水泵和管道的状态反馈给PLC以处理当前的水泵功能要求。控制开关为车辆上的人员提供手动操作，为了处理故障状态和系统疏散功能。系统处于流水线中，电加热装置设计旨在低温环境下的车辆水泵上正常运行和系统免受冰冻损坏的保证。
二、系统的主要功能
（一）报警和液位指示功能
储水容器上设有5个用于液位指示和警报的装置电平开关，为0％，25％，50％，75％和100％，当液位低于25％时，PLC会输出低液位报警，当液位不足时，液位低于0％时，PLC将控制给排水系统停止运行并发出警报。
（二）供水功能
水泵出水口设有储能罐，用于非供水时段控制压力开关，用于在供水终端管道的内部压力保持，和停止制水泵工作。使用力减小到压力开关的设定值时，PLC控制水泵的运行转弯，当水终端管道中的压力上升到压力开关的设定值时，水泵停止运转[2]。应在管道和储能罐中保持一定的水压，以确保当水泵开始用水时，管道中的水具有一定的压力、功率。水泵的供水电磁阀之间的设置，用于控制供水和水泵连续运行的流量开关。当水终端连续使用水时，PLC控制水泵的运行，不受压力开关的控制；当最终水流量小于流量开关的设定值时，水泵停止运行。
（三）防冻和排空功能
该系统在水泵入口和出口的两端均装有一个常开电磁阀，当操作开关执行疏散功能时，PLC控制电磁阀断电，管道和水泵中的水通过电磁阀排出系统。当系统操作停止并切断电源时，排水电磁阀也被断电并打开，疏散系统中的水存储。
（四）故障的控制功能
系统故障主要包括无供水，水泵吸入和管道泄漏等其他故障，前三个是PLC控制的故障，检测开关将信号反馈给PLC，通过一定的逻辑和算法判断故障，停止水泵运行，并通过相应的解决方案恢复系统操作。
（五）电加热功能
电加热装置均匀地缠绕在管道和水泵的外部，并且完全包裹绝缘材料，以确保管道和泵中的水不会冷冻固化后，可根据运营季节和气候环境，有选择地执行加热功能。
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三、软件的主要构成
（一）软件的结构
通过PLC编程实现，采用梯形图编程方式，有界面友好，逻辑清晰，易于编写等功能。程序使用模块设计，通过功能集成和分解，程序设计是分层的结构形式，包括1个主程序和5个一级子程序：初始化，首次开机，水泵控制，系统重置和防冻疏散，以及4个次级功能子程序：吸气保护，泄漏保护，压力控制与流量控制[3]。
启动后，执行系统初始化子程序并进行第一次判断，是否需要在不加热的情况下或在加热执行，完成之后预先加热，进入水泵的循环控制状态，检查是否存在水，是否存在故障以及是否进行了防冻疏散（如果有）然后输入相应的处理程序并输入循环的起点，如系统停止最后，退出循环控制并结束该过程。
（二）系统的优化控制
系统的优化控制主要体现在以下几个方面：（1）延时判断。如果液位开关采用普通的通断功能，以避免因震动和晃动而飞溅和水位波动开关异常判断，液位判断设计为延迟判断，液位信号仅当信号连续达到特定时间时，该信号才有效。如果更改，计时器将被重置。（2）故障阶段模式判断。当系统中发生吸入或泄漏时，请考虑系统分三个阶段进行操作错误判断的偶然性判断。当吸气或漏气信号被触发时，进入阶段一，如果检测到开关信号，则判断水泵处于正常运行控制状态；如果消失，则故障判断完成并且没有故障，但是信号会连续计时到设定时间后，控制水泵强制停止并进入第二阶段。在此阶段，系统停止一定时间后会重启，水泵进入正位置，在正常操作控制状态下，请在短时间内检查检测开关是否有故障。（3）优先级控制。泵控制是系统最重要的程序，包括泵正常状态下压力和流量的判断以及异常状态下的吸力，判断气体和泄漏保护，以防止当终端机用水时泵因压力而打开。由于连续打开和关闭而频繁启动和停止，设计流量控制水泵优先于压力控制泵。吸气现象容易引起水泵的热损坏和轻微的系统泄漏，微小的后果会导致水资源浪费，严重的后果会导致系统损坏无法工作，吸气故障控制优先于泄漏故障控制。（4）程序互锁。由于水泵的运行，系统复位和防冻疏散功能，无法同时执行，因此在程序中设计了条件互锁以确保可以证明，在系统正常或错误状态下，不会引起程序混乱，不会导致设备故障操作和危险。（5）寿命预估。系统中的电磁阀和中间继电器由PLC实时控制，线圈控制元件具有一定的机械寿命和电气寿命。正常寿命是根据经验估算的，通过在程序内部设置保持计数器，可以连续计算断开次数，为寿命预测提供一定依据并提供更换警报。
结束语：
基于PLC的轨道车辆给排水控制系统，它是基于给排水系统的实际需求，可间歇供水，实现各种故障报警与控制。该系统可以实现主动疏散和系统断电疏散，防止积水将其冷冻，电加热以确保在低温环境下运行。通过仿真和现场调试，系统可以稳定运行可靠，准确的故障判断，敏感的供水响应，简单的手动操作以及很好地满足了设定的功能要求。
参考文献：
[1]王红强,马锡敏.基于PLC控制的轨道车辆给排水系统技术研究[J].机车车辆工艺,2019(02):46-48.
[2]张磊,毛伟华,刘江莉,宫尚军,朱志松,姚兴田,康涛.船用液位测量和阀门控制实验系统的设计[J].科技风,2020(09):12-13.
[3]焦峥辉,任雪娇,王美妍,薄文露,张小全.基于PLC控制的给排水系统的设计[J].科技创新与应用,2020(09):43-44+48.
[4]杨志祥.城市轨道交通信号系统海外项目风险管理浅析[J].中国新通信,2018,20(09):153-154.
论文作者:胡易轩
论文发表刊物:《科学与技术》2020年1期
论文发表时间:2020/4/29
标签：水泵论文; 系统论文; 故障论文; 功能论文; 给排水论文; 液位论文; 操作论文; 《科学与技术》2020年1期论文;