哈尔滨市地铁集团有限公司运营分公司 黑龙江省哈尔滨市 150000
摘要：地铁钢轨探伤车主要的工作在于探伤分析和处理地铁线路，对断轨事件的发生进行控制，从而确保地铁线路的正常运行。本文针对某市地铁钢轨探伤车提出一种新型牵引控制系统，该控制系统基于s7-300西门子可编程控制器、变流器及触摸屏，实现机车的牵引走行控制。实际运用效果证明该控制策略简单、有效、可靠及稳定，具有较高的性价比。
关键词：可编程控制器；触摸屏；变流器
1钢轨探伤车系统的主要工作原理
整个钢轨探伤车系统由高速轮探头，超声发生装置，探头自动对中伺服装置，以及伤损信号处理等系统组成。装有超声探头组的高速探轮在钢轨上滚动，轮内充满用于传声的耦合液，超声发生接收器组合探头向钢轨发出连续超声脉冲波束，连续波束通过耦合液及探轮橡胶轮壁到达钢轨内，如无损伤存在，波束到达钢轨底面后依原路返回探头，得到底波。如有损伤，则底波前出现一个伤损波，底波降低或消失。当探头在钢轨上滚动时，高速探伤数据采集系统接收反射回波信号并由计算机处理取得探伤信息，经高速伤损分析系统实时处理，使探伤车检测到伤损信息实时地在屏幕上显示，检测数据被记录和打印，并可随时回放，重现当时的检测结果。钢轨中对中伺服机构与多参数行车状况自动监测系统控制轮探头自动对中，保证超声发生接收装置始终对准钢轨轨腰的中心线位置，同时，在高速行车探伤时，也完成了探头的自动钢轨循迹跟踪。具体如下图所示：
2钢轨探伤车系统主传动控制系统
整个钢轨探伤车系统主传动系统由1 台柴油发电机组、1 台变流柜（含4套变流器）、4 台牵引电动机组成，发电机组发出400V交流电，经过牵引变流柜来驱动4 台牵引电机。每套变流器由1 个整流模块和1 个牵引逆变器组成。1 个整流模块与1 个牵引逆变器驱动1 台牵引电机，牵引变流柜可以同时驱动4 台牵引电机，也可以1 台电机独立工作。
变流系统与西门子可编程控制器通讯采用RS485 接口，协议采用Profibus-DP，两者实时交换运行和故障数据，变流柜支持通过串口与专用操作面板或与PC 机连接，在线读取故障和运行信息，可实现如下功能：在线调试参数；人为设定工作状态；在线动态监视运行参数和控制端口状态；读取历史故障记录；参数备份功能；保护功能；输入短路保护；输入过欠压保护；自身过热保护；输出短路保护；输出缺相保护；输出过流保护；过温保护。4 台牵引电机，每台都配有温度传感器和速度传感器，温度、速度传感器将感应数据传给变流柜，变流柜将监控数据传输给西门子可编程控制器。
3 钢轨探伤车系统牵引系统控制的实现
司机控制器工况手柄有“前进”、“后退”2 种工况，档位手柄有“0”，“1”，“降”，“保”，“升”等5 种档位。司机控制器作为开关量信号输入给PLC，PLC系统根据司机控制器的信号进行逻辑运算，输出两组数字信号（工况控制信号、档位控制信号）给变流柜。
3.1工况控制信号
工况控制信号定义值为“0、1、2”，相对应：0为停止、1 为前进，2 为后退。当工况手柄置“前进”位时：PLC 系统给变流柜机车工况控制信号，其值为“1”，变流柜根据得到的数字量信号的值确定机车为牵引工况，牵引方向为“前进”。
3.2档位控制信号
档位控制信号定义值“0 ～ 8”。相对应：“0 ～ 8”表示机车档位信息，代表给定的牵引电机的档位值。如：当换向手柄置“前进”位，主手柄由“0”位移到“1”位时，PLC 系统同时给变流柜工况控制信号和档位控制信号两个数字量信号，其信号值均为“1”，变流柜控制牵引电机的输出功率为1 档值，机车起步或低速运行。
3.3档位定义情况
在PLC 程序中，对档位的加减作如下定义：若司机控制器主手柄打在“升”处，机车2s（时间可设）加1 档位，不足2s 不加1 档位，最高加到档位8；若司机控制器主手柄打在“降”处时，机车500ms（时间可设）降1 档位，不足500ms 不减1 档位，最低减到档位1；若司机控制器主手柄打在“保”处时，机车保持原有的速度运行。当然主手柄若一直打在“升”或者“降”则档位表现为连升或者连降。若打在“1”或者“0”处时，机车速度立马降为1 档或者0 档。
表1 档位值与机车牵引电机的输出功率对应表
4触摸屏设计
微机屏采用北京昆仑通态一体化触摸屏。微机屏通过创建画面和设定变量，并将相应变量与PLC 采集到的信息一一对应，方便司机在司机室实时观测机车运行的数据和机车状态信息：包括机车档位信息、司控器状态、柴油机参数、总风缸风压、列车管风压、牵引电机状态、报警信息。
微机屏内设有牵引电机故障切除等一些参数设定功能，当某一路牵引电机故障时，需将该路牵引电机切除。切除工作由司机通过微机屏人机交互界面完成，只需登录取得权限后，按一下相应路牵引电机切除按钮，切除后PLC 给变流柜该路的变频器的工况控制信号和档位控制信号分别置“0”、“0”并保持，即该路逆变器停止输出。
结束语
整个钢轨探伤车系统控制系统的性能对机车的整体性能有直接影响，本文具体分析了牵引控制系统，并且在实际操作过程中，利用探伤车的运用表明该控制系统控制策略机车运行速度平稳、简单、操作方便、可靠性高，各项性能均能满足实际控制要求，具有较高的性价比。
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论文作者:吴金全
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：档位论文; 钢轨论文; 机车论文; 信号论文; 工况论文; 电机论文; 手柄论文; 《基层建设》2018年第5期论文;