淺析PLC在GK1F機車控制電路改造中的應(yīng)用

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

關(guān)鍵詞：PLC控制；I/O接口；控制電路；GK1F機車

在2000年以前，在我部運用的內(nèi)燃機車中仍有3臺機車沿用繼電器聯(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。部分觸點因長期在大電流通過的情況下動作，造成慣性灼傷，頻繁燒損。特別是機車風(fēng)泵的控制電路中采用串電阻三級起動，極易造成電阻箱燒損和起動電流大的故障。由于各種機車電氣故障居高不下，直接影響到機車的利用率。同時，復(fù)雜的機車邏輯電路也給增設(shè)安全保護裝置帶來不便。

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；特別是在機車電氣控制系統(tǒng)中大量運用。為此我們與四方機車車輛廠合作，采用PLC對現(xiàn)有的GK1F機車進行改造，取得了良好的效果。此舉措不僅可以大大地簡化線路，而且在電氣系統(tǒng)運行可靠性有了顯著提高。同時還改變了風(fēng)泵電機的起動方式，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機車（1021—1024）和GK2B機車（1001、1002），以及資陽機車車輛廠改造的PLC控制的GK1F機車（1006—1007）；根據(jù)各種情況綜合對比我們選擇與青島四方機車車輛廠聯(lián)合對我部剩余的三臺機車進行改造。其電氣系統(tǒng)的設(shè)計思想與GK1F機車和GK2B機車的電氣系統(tǒng)相近；且各配件與這兩種機車的配件基本相同，便于維修和互換。在具體設(shè)計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的控制信號為32點，包括司機指令信號（如司機控制器、各琴鍵開關(guān)、按鈕開關(guān)等元件的觸點信號）和機車狀態(tài)信號（如溫度繼電器、壓力繼電器、柴油機轉(zhuǎn)速信號和機車速度信號等）。PLC輸出的控制信號點數(shù)為32點，包括動作執(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）。

2.3.1 PLC系統(tǒng)

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

2.3.2輸出驅(qū)動部分

因為輸出部分控制的負載多為感性負載，為此選用固態(tài)繼電器進行功率放大。但在電路中未加設(shè)二極管保護和過壓吸收電路；僅在發(fā)電機回路中加裝了過壓吸收保護電路。

2.3.3電源部分

系統(tǒng)需要用DC24V供電，而機車電源為DC110V。因此需要一個將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車車輛廠設(shè)計制造的專用開關(guān)電源。該電源有較寬的輸入范圍（DC30V—DC135V），既能滿足柴油機起動時蓄電池壓降大的需要，又不至于電壓失調(diào)時的過壓沖擊。

2.4 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計

該控制系統(tǒng)的程序設(shè)計由四方機車車輛廠設(shè)計院設(shè)計，程序大多根據(jù)原機車電氣原理圖的控制方式編寫。在程序設(shè)計時取消了原電路中所有的中間繼電器、時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；同時還取消了原有的電氣換檔裝置和機車超速保護裝置。這些裝置的功能完全由程序控制來實現(xiàn)，使電路得到了簡化且功能進一步增強。此外還增加了柴油機工作計時表，準(zhǔn)確的記錄了柴油機的工作時間；為檢修人員確定柴油機的修程提供了參考依據(jù)。下面僅對系統(tǒng)改造中程序設(shè)計的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行闡述。

2.4.1柴油機無級調(diào)速控制

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

2.4.2電氣換檔改造

電氣換檔系統(tǒng)設(shè)計了兩種換檔方法；一種為柴油機3把位以上換Ⅱ檔，無須采集柴油機轉(zhuǎn)速信號。另一種為分別采集機車速度信號和柴油機轉(zhuǎn)速信號，對兩信號進行比較；當(dāng)達到設(shè)定值時機車換檔。其具體換檔點速度見表2。
表2 機車換檔點速度表（50km/h限速）