基于內燃機車電氣控制系統(tǒng)的應用

王宏亮 王雙林 周鴻亮

摘要：內燃機車電氣控制自動化在現(xiàn)代軌道交通中有著極其廣泛的應用。應用計算機技術對電氣控制系統(tǒng)的進行優(yōu)化設計，對于改善內燃機車的工作性質、車行動力、控制功能等有著重要的促進作用。本文主要分為四大部分。第一部分為內燃機車電氣控制系統(tǒng)相關的介紹;第二部分分析了內燃機電氣控制系統(tǒng)的結構設計;第三部分探討了基于計算機技術的PLC控制系統(tǒng);第四部分內燃機車電器控制系統(tǒng)的優(yōu)化應用。通過探討PLC控制系統(tǒng)應用的優(yōu)勢，來為內燃機車電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供一些參考。

關鍵詞：內燃機車;電氣控制系統(tǒng);應用;PLC

0? 引言

20世紀80年代，我國從德國進口內燃機。隨著國內內燃機使用需求量不斷上升，同時之前進口的內燃機因使用時間較久，維修需要的配件較多，而國內修配件內需不足，因此我國從1958年開始制造內燃機。國產內燃機最先有東風型三種。隨著國產內燃機生產技術的進步，我國內燃機車的型號越來越多，內燃機車電氣控制系統(tǒng)也在不斷的優(yōu)化。目前，國產內燃機車電氣控制系統(tǒng)應用可編程控制器進行在線編輯。可編程控制器的應用使得電氣控制系統(tǒng)的操作和管理都變得更加的便捷。基于計算機技術的PLC控制技術的應用對于內燃機電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供了更多的途徑和可能。研究內燃機車電氣控制系統(tǒng)的應用對于改善我國內燃機車機械性能、優(yōu)化系統(tǒng)功能有著重要的意義?；诖耍疚难芯吭撜n題。

1? 相關介紹

1.1 可編程控制器

可編程控制器簡稱PLC，是一種高級的系統(tǒng)編程控制器，具有編程操作靈活便捷、系統(tǒng)可靠性高、價格適中、性價比高的優(yōu)勢。目前廣泛應用于機械設備的系統(tǒng)控制及編程。內燃機車結構繁雜，內燃機車電氣控制系統(tǒng)控制的項目及內容較多，需要替代繼電器、余熱鍋爐自控器及其他接觸器完成機車的一整套工作，因此系統(tǒng)的可靠性至關重要。利用可編程控制器對內燃機車電氣控制系統(tǒng)進行遠程編程和優(yōu)化，對于改善機車內燃機的系統(tǒng)性能有著重要的作用。

1.2 PLC電氣控制系統(tǒng)

1.2.1 技術優(yōu)勢

PLC具有抗干擾性強、操作靈活、適應性和穩(wěn)定性好的技術特點，這也是PLC之所以能夠成為內燃機車電氣控制系統(tǒng)的原因。應用PLC可以實現(xiàn)對于內燃機車電氣控制系統(tǒng)的功能的延展，優(yōu)化系統(tǒng)設計，提高系統(tǒng)工作的可靠性、安全性，簡化系統(tǒng)結構及線路設計，從而方便系統(tǒng)安全、調試和檢修。

1.2.2 硬件構成

PLC由中央處理器、輸入口接口、通訊接口、可擴展接口、智能接口、存儲器、智能單元等硬件構成。

1.2.3 性能指標

PLC的性能指標包括存儲容量、輸入/出點數(shù)、掃描速度、智能單元的數(shù)量、擴展能力等。

1.2.4 編程語言

PLC常用指令表、狀態(tài)流程圖、梯形圖等語言進行系統(tǒng)編程。多種語言的應用于配合為PLC電氣控制系統(tǒng)的程序的表達提供了方便，同時也為系統(tǒng)屬性和功能的優(yōu)化設計提供了更多的可能。

2? 基于內燃機車電氣控制系統(tǒng)的結構設計

2.1 硬件系統(tǒng)設計

內燃機車電氣控制系統(tǒng)的硬件主要包括主機板、接口板、單片機鍵盤、IC卡接口板、現(xiàn)場信號接口板構成。這些硬件分別負責內燃機電氣控制系統(tǒng)的信號輸入輸出、線路連接、通訊連接等，對應程序得到CPU系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等。程序硬件系統(tǒng)的設計需要在CPU板上配置FDD驅動控制器、LCD顯示接口、IDE硬盤控制器、CRT顯示接口、PS2鍵盤接口、RS232C串行口、以太網(wǎng)接口、PC104擴展總線?？偨Y構設計為四層，使用狀態(tài)流程圖設定系統(tǒng)總框架，再利用指令表語言對系統(tǒng)屬性進行細化。系統(tǒng)結構圍繞主機與操控系統(tǒng)、控制電源、編程器、功能隔離電路、主電源線路、執(zhí)行線路之間創(chuàng)建連接PLC與主機直接相連，通過對主機編程來調控其他硬件系統(tǒng)屬性和功能，改善系統(tǒng)的綜合性能。

2.2 軟件系統(tǒng)設計

內燃機車電氣控制系統(tǒng)的關鍵主要包括控制程序、人機界面兩大部分。其中控制程序的設計主要有六大板塊的內容，包括發(fā)動機速度控制程序;機車牽引工況控制程序;液壓系統(tǒng)控制程序;智能控制程序;CAN通訊控制程序與功率匹配控制程序。主要應用梯形圖語言來構建系統(tǒng)結構的主框架，最后再利用指令表語言對程序內容進行填充，豐富程序的表達。

例如PLC通過主機向發(fā)動機發(fā)送指令語言，發(fā)動機程序接到指令后向硬件輸出功率信號，從而調節(jié)發(fā)動機泵的公路參數(shù)。發(fā)動機速度的調整也與上述功率參數(shù)的調整類似。人機界面的設計包括主監(jiān)控頁面、IO檢測截面、狀態(tài)檢測截面、故障管理截面四部分。人機界面程度設計主要采用狀態(tài)流程圖語言和指令表語言編程。狀態(tài)語言作為截面狀態(tài)結構的主要語言，設定不同的故障顯示狀態(tài)框架，在用指令表語言對狀態(tài)細化表達。如主機頁面顯示發(fā)動機故障，截面狀態(tài)設計故障和正常兩種狀態(tài)表達，故障狀態(tài)的表達標記為顯示截面顯示紅色，正常狀態(tài)的表達標記為顯示截面的綠色。故障狀態(tài)下利用指令表語言編程報警程序，即紅色閃爍，啟動紅色閃動程序即為故障報警的表達。

3? 基于計算機技術的PLC控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結構

基于PLC的內燃機車電氣控制系統(tǒng)結構如圖1所示。

3.2 電路設計及優(yōu)化

從圖1中可以看出，該系統(tǒng)的每一層接口之間為雙向的連接。系統(tǒng)結構的雙向連接需要設計輸入輸出回路主機與基本單元、擴展單元之間通過輸入輸出電路連接，在擴展單元內部在設計一個基本單元插座，就可以將擴展出更多的電路連接接口，從而為設計二級管理提供了接口保障。二級線路管理的設計有助于進一步提高線路運行過程中的可靠性。

3.3 硬件線路設計

硬軟件系統(tǒng)設計好后要進行程序調試。機車內探機電氣控制系統(tǒng)硬件線路相對繁雜。為了確保程序運行的可靠性，建議在PLC控制電路中設計連鎖關系，連鎖關系的設計主要借助梯形圖語言和指令表語言進行設計。主電路需要設計四個固定的繼電器。所有的繼電器固定在同一塊電路板上，為電路板設計四組輸出線路和1個1A保險。四個繼電器公用一個保險。主電路之下設計二級管。二極管線路的設計是為了方便故障的檢修。二級管線路從主線路分級出來，線路連接簡化，因此有助于清晰直觀的觀察線路故障。

4? 內燃機車電器控制系統(tǒng)的優(yōu)化應用及效果

應用可編程控制器優(yōu)化內燃機車電氣系統(tǒng)，將I/O通道分配為內、外兩個通道、外部通道設計為輸入、輸出通道，用于與其他機械設備連接和溝通，內部通道設置繼電器來取代過去有觸點控制的方式。通道號編碼為十三進制數(shù)字。改變通道地址時給十三進制數(shù)字增加兩位十進制數(shù)字即可。PLC內燃機電氣控制系統(tǒng)的控制過程應用梯形圖指令來編碼。控制系統(tǒng)的按鈕、轉換開關、板鍵開關等都與電氣控制系統(tǒng)指令設計保持統(tǒng)一，編程為雙重控制功能。

應用PLC對內燃機車電氣控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設計后，內燃機車打滑滑油功能、柴油機甩車功能、燃油供給功能、柴油機啟動功能、固定發(fā)電功能、壓縮機功能、內燃機車啟動功能等都得到了改善，內燃機車電氣控制系統(tǒng)的綜合控制能力更加協(xié)調。由于控制系統(tǒng)的協(xié)調性更好，內燃機運作狀態(tài)更加穩(wěn)定可靠，減少了機械運作過程中的零部件損壞和線路故障。同時雙重控制的設計為內燃機車運行狀態(tài)下對LUC的轉換為動態(tài)性完成牽引工作提供了方便。

5? 結語

綜上所述，基于PLC的內燃機車電氣控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)優(yōu)化的功能。通過編程對系統(tǒng)不足之處進行改進，不斷嘗試性的調整機械設備的機械性能，有助于減少系統(tǒng)的故障引起的設備磨損等情況，從而保護機械設備，延長機車的適用壽命。同時，基于PLC的內燃機電氣控制系統(tǒng)在設計上線路較為簡潔，控制系統(tǒng)維護方便，故障排查效率高，這對于降低內燃機車設備的維修成本有著重要的意義?；赑LC控制系統(tǒng)對于基礎系統(tǒng)性能和功能的優(yōu)化，我建議企業(yè)引進PLC控制系統(tǒng)，并推廣可編程控制器的應用。

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