摘要：本文主要从运行控制与作业控制两个方面，分析GMC-96B型钢轨打磨车的控制系统。牵引控制系统控制机车的运行，有作业工况和运行工况两种工作模式。作业控制系统主要是控制打磨小车、打磨电机、集尘装置、空压机等作业装置按照控制逻辑依次启停并工作。
关键词：GMC-96B型钢轨打磨车；可编程逻辑控制器（plc）、柴油发动机；传动箱
前言
随着我国铁路行业的飞速发展，特别是越来越多的高速动车组投入运行，对钢轨状况提出了更高的要求。GMC-96B型钢轨打磨车是用来修复钢轨波磨、侧磨、擦伤、剥离、飞边等缺陷的工程机械，用来修复轨头工作部分的设计形状，提高轨面平顺度、改善轮轨关系。钢轨打磨能够延长钢轨使用寿命，提高轨道平顺性，减少列车运行躁声，降低能耗，并提高旅客列车的舒适度，确保列车安全运行，是各大干线、提速线路和客运专线安全运行不可缺少的设备。
一、牵引系统
1、牵引控制系统
GMC-96B型钢轨打磨车牵引系统采用液力传动。整车配有两台CAT柴油机，每台柴油机带动一台VoithL520型液力传动箱，其中一台传动箱配有低恒速控制系统。两套传动系统互为备份。在低速行驶或打磨作业时，单台柴油机、传动箱工作。高速行驶或者单台功率不够时两台同时工作。系统工况分为牵引工况与作业工况。牵引工况时传动箱直接带动万向轴工作，作业工况时传动箱带动液压马达工作实现低恒速运行。另外A车装有两台辅助发电机组，为生活照明供电。同时通过整流装置将380V交流电变换为24V直流，为控制电路提供电源。
1.1、网络控制系统的组成
系统硬件采用三菱可编程逻辑控制器（plc）。整套控制系统由3台PLC、2台触摸显示屏以及输入扩展模块、输出扩展模块、调速模块、A/D转换模块、CC-Link通信模块、CAN通讯模块等若干功能模块及通讯电缆组成。1台PLC安装在动力车A车，称为APLC，APLC为主机控制器；其余2台PLC分别安装在双端司机室B1、B2车称为B1PLC、B2PLC；2台触摸显示器分别安装与两司机室内。
1.2、柴油机控制
牵引时通过司控器调速，作业时司控器的档位信号不起作用，柴油机转速恒定（1500rpm），机车速度调节靠调速手轮实现。柴油机通讯正常时的牵引调速：首先判断控权在B1车还是B2车，然后把司控器信号输入至B1PLC（或B2PLC）分机，分机将档位和方向信号通过网络传给APLC，输出PWM调速信号至柴油机。
柴油机通讯故障时的牵引调速：司控器的方向信号和2-4档的档位信号通过硬线连接至APLC，在正常情况下PLC屏蔽该信号。当APLC检测到通讯故障后，首先将控制权设在B1车，然后根据硬线的档位与方向信号实现柴油机调速。两台柴油机同时工作时，使用同一路微机调速信号，保证两台柴油机的转速相同。
1.3、传动箱控制
PLC直接控制传动箱电空阀。传动箱有4个电空阀：前进电空阀、后退电空阀、静止传感器电空阀、充油电空阀。传动箱带有机械换向装置，保证在换向过程中不能充油。司控器的换向手柄有前牵，前，零位，后，后牵。传动箱充油由司控器控制，换向手柄在前（后）位时传动箱不充油，柴油机可以空载调速。换向手柄在前牵（后牵）位，调速手柄非零时，传动箱充油。在通信失败时，无空载调速功能。
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二、作业系统
1、作业控制系统
该系统采用分布式微机控制系统，各控制器间通过总线网络连接。上位机安装在司机室内，下位机安装在每节作业车的电空柜内。整套系统共由8台CPU、8台交换机、4台触摸显示屏及若干功能模块组成。其中B1司机室为主控计算机的主机，B2司机室为主控辅机，其余6台CPU安装于各作业车电器柜内。各节车的分机控制本地2台小车实现打磨。
1.1、网络控制系统
该系统采用工业以太网作为列车级总线，实现各节车之间的数据传输。为提高总线系统的可靠性，列车级以太网总线采用环形冗余结构，当一条链路故障时，系统自动切换。对于各节车的设备，根据设备预留的总线接口采用相应总线作为车辆级总线。
1.2、打磨压力控制
磨削量控制受许多复杂的因素影响。打磨电机功率、转速，打磨砂轮的特性甚至是作业现场的温湿度等都会影响磨削量。由于影响磨削量因素复杂，很难找到理论计算作为指导。而所有这些影响因素中，最直接的控制方法是通过控制打磨压力控制打磨功率实现。
每台打磨电机的打磨压力由正压与背压控制。正压与背压均可调节，打磨电机与气缸活塞相连。当正压压力增大或背压压力减小时，打磨压力增大；当正压压力减小或背压压力增大时，打磨压力减小。
为保证压力调节快速、准确压力调节系统必须采用闭环调节。由于打磨头压力信号采集不方便，可通过采样电机电流作为闭环调节的输入。当压力增大时，必然造成电机功率变大，反之亦然。由气动装置提供打磨压力。对打磨电机而言，其上下压力均可调。我们将向下的压力称为工作压力或正压，向上的压力为背压。每2台电机使用1路背压，共4路；每1台电机使用1路工作压力控制，共8路。当工作压力增加或背压减小时电机功率增大，磨削量增加；反之当工作压力减小或背压增大时电机功率减小，磨削量减少。控制系统就是通过实时的调整背压与工作压力组合出合适的打磨压力，同时还需考虑电机自重带来的压力。
1.3、打磨电机角度控制
通过调整每个打磨电机的角度，可以包络出贴近理想钢轨的形状，这时再通过加压打磨出来的轨头形状才是最理想的。当然打磨头越多，越接近设定形状。研究打磨头角度控制的目的就在与当打磨头数量固定时怎样设置才能最大程度的接近理想形状。同时还需要研究对于数量偏少的打磨车如何通过调整每次打磨时打磨头角度进行多次打磨，从而达到与多头打磨车同样的效果。磨头摆角由液压缸控制，2个打磨头通过机械结构固定为一组，由1个液压缸进行摆角控制，打磨小车每侧的2个摆角控制液压缸由1个4位4通比例换向阀控制。角度调整在打磨头加压前实现。在司机发出指令后进行，如在5s内没有偏转至设定角度（±0.5），系统报警停车，并经司机确认后取消该保护。角度控制的精确性关系到打磨对轨阔的修正。
角度偏转由PLC输出的-10-+10V的模拟电压信号控制一个比例阀，通过控制比例阀的流量从而控制角度油缸的偏转快慢。通过对反馈信号的采集，当设定值与实际值相差较大时，增加比例阀的开启角度，使电机快速偏转。随着角度误差的减小，比例阀随指数曲线减小，调整至设定值±0.5º时，将比例阀锁死，在以后打磨过程中，角度保持不变。
参考文献
[1]三菱电机.FX3U/FX3UC编程手册.上海：三菱电机自动化有限公司，1992
[2]陈铁军，谢春萍.PC机与RS485总线多机串行通信的软硬件设计.北京：现代电子技术，2007
论文作者:王东海
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2019/1/2
标签：作业论文; 柴油机论文; 压力论文; 电机论文; 控制系统论文; 工况论文; 角度论文; 《电力设备》2018年第23期论文;