鐵路焊接長鋼軌群吊集控系統(tǒng)研究與設計

戴明宏，馮 燕

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學院，河南 鄭州 450052)

目前，我國各鐵路局焊軌基地所使用的吊運設備相對簡單，主要是每隔16米設置一臺電動葫蘆，吊運500米長鋼軌采用32臺電動葫蘆，每個葫蘆配備一名操作人員，各操作人員通過與相鄰操作人員的相互協(xié)調(diào)來進行吊裝作業(yè)，不具備同步吊運的功能，工作效率較低，鋼軌易發(fā)生多方向的彎曲扭轉(zhuǎn)變形。也有一些鐵路焊軌基地對電動葫蘆進行集控改造，但因各電動葫蘆的運行不同步等原因，難以實現(xiàn)集中控制。

1 遠距離的計算機集中控制系統(tǒng)

要實現(xiàn)吊裝過程中的長鋼軌保持自然直線形態(tài)，多點群吊的水平和垂直兩方向運動就必須保持同步，這不僅要保證每一吊點的運動速度相等，而且每一吊點運動的啟動和停止時間要相同，這就提出了對多點群吊實現(xiàn)計算機集中控制的要求。

計算機集中控制盡管在目前屬于相當成熟的技術(shù)，但是運用到多點群吊這一工程項目，還是存在一些技術(shù)上的難點。對于500米焊接長鋼軌，需要進行特殊的設計，來解決計算機遠距離集中控制的難題，包括信號流向，分組數(shù)字信號控制，長距離布線、配線工藝等。長距離計算機集中控制框圖如圖1。

圖1 長距離計算機集中控制框圖

2 精確定位、同步控制系統(tǒng)

整個電氣控制要解決的另一個核心問題是:通過走行與提升的精確定位，實現(xiàn)群吊的同步運行。目前通用的解決方案有兩種:一是采用伺服控制器加伺服電機的控制方案;二是采用變頻控制器加普通(錐形)交流電機的控制方案。伺服控制器加伺服電機控制方案的優(yōu)點是:①定位精度高;②響應速度快。但它同時也存在著缺點:①伺服電機對工作環(huán)境要求比較高、要求工作溫度在0～40℃;②伺服電機比較精密，不適合室外工作。

變頻控制器加普通(錐形)交流電機控制方案的優(yōu)點是:①環(huán)境適應能力強;②可控精度較高。但它同時存在著控制精度不如伺服電機控制系統(tǒng)的缺點。

綜合比較以上兩種控制方案，我們在鐵路焊接長鋼軌群吊集控系統(tǒng)中選擇變頻控制器加交流電機控制方案(圖2)。

圖2 變頻控制器加交流電機控制方案

在設計中，我們在該系統(tǒng)方案的每臺變頻器中增加一塊運動控制卡，將各種控制信號實時輸入運動控制卡，通過其專用數(shù)學控制模型精確控制小車走行與升降速度，形成一個“變頻模擬伺服控制系統(tǒng)”，該種方案可以大大提高整個系統(tǒng)的控制精度。采用運動控制卡的起升機構(gòu)變頻模擬伺服控制系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 起升機構(gòu)變頻模擬伺服控制系統(tǒng)

3 結(jié)論

控制系統(tǒng)采用主控PLC+分控PLC+變頻執(zhí)行機構(gòu)的三層結(jié)構(gòu)，并由總控室的上位微機作為人機操作界面，完成操作控制命令的下發(fā)，現(xiàn)場實時狀態(tài)的顯示以及數(shù)據(jù)記錄存儲等功能。

變頻執(zhí)行機構(gòu)采用變頻器+小車(起升)電機+旋轉(zhuǎn)編碼器+位置校正開關(guān)，構(gòu)成位置閉環(huán)控制。由于小車(起升)機構(gòu)對位置精度的要求比較高，所以，我們采用模擬伺服控制系統(tǒng)，在小車(起升)運動過程中通過高速旋轉(zhuǎn)編碼器等反饋的位置信息，及時修正變頻器運動控制的參數(shù)，控制小車(起升)電機加減速微調(diào)，通過單臺電動葫蘆的絕對位置同步控制，實現(xiàn)最終的所有電動葫蘆的同步運動、同步起落。同時，我們還將在小車運動路徑中加裝位置校正傳感器，及時校正旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋值，以達到更高的運行精度。

［1］張華強，王陶，蘇曉良，等.基于HMI和PLC的立體車庫自動控制系統(tǒng)［J］.電氣傳動，2005，30(8):50－53.

［2］龔仲華.S7－200/300/400PLC應用技術(shù)［M］.北京:人民郵電出版社，2008.