基于智慧交通的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

趙欣然，展明星

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616）

城市軌道交通車輛段是地鐵系統(tǒng)的重要一環(huán)，承擔(dān)著地鐵車列入庫停放，出庫運(yùn)行、轉(zhuǎn)線等作業(yè)。城市軌道交通車輛段作業(yè)不同于鐵路站場的接發(fā)車作業(yè)和調(diào)車作業(yè)，采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖成本高，而城市軌道交通車輛段的聯(lián)鎖關(guān)系相對沒有那么復(fù)雜，從作業(yè)性質(zhì)和接發(fā)車頻率來說使用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是不匹配的。使用可編程控制器的車輛段道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)可以降低造價(jià)，提高交通運(yùn)輸設(shè)備的自動(dòng)化程度，減少投資，實(shí)現(xiàn)智慧交通。

1 原理設(shè)計(jì)研究

使用可編程控制器實(shí)現(xiàn)對道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的轉(zhuǎn)換操作，同時(shí)用觸摸屏代替聯(lián)鎖設(shè)備操作臺，可以實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制，替代計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖用排列進(jìn)路的方式轉(zhuǎn)換道岔。

本設(shè)計(jì)采用FX3U系列PLC實(shí)現(xiàn)對道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行控制，以S700K電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)為例：S700K型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)使用三相交流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力牽引系統(tǒng)，完成尖軌的移動(dòng)從而使線路開通不同方向。轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部有道岔機(jī)械鎖閉裝置完成對尖軌的鎖閉和位置表示，通過可編程控制器輸出端子控制繼電器的通電吸合，分別控制交流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，完成道岔尖軌的定位和反位牽引。

操作臺使用HMI，人機(jī)交互界面采用昆侖通態(tài)MCG S（TPC7062K）觸摸屏實(shí)現(xiàn)對車列路徑上道岔位置的選擇和給出道岔定反位表示，從而完成地鐵車列的入庫、出庫及轉(zhuǎn)線作業(yè)。S700K轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路保留1DQJ、2DQJ，BHJ，DBJ和FBJ，道岔的操作控制在觸摸屏完成，同時(shí)觸摸屏顯示道岔位置，用綠燈表示道岔定位，黃燈表示道岔反位。通過軌道繼電器吸合確保無車時(shí)對道岔的轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，防止在有車占用時(shí)錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換道岔，為了安全起見，采用PLC故障診斷系統(tǒng)對可編程控制器進(jìn)行故障檢測分析。

2 硬件設(shè)備

設(shè)備包括室外轉(zhuǎn)轍機(jī)及連接桿件、室內(nèi)繼電電路、可編程控制器、觸摸屏等，控制器選用三菱FX3U系列PLC，網(wǎng)絡(luò)以CC_Link或工業(yè)以太網(wǎng)的形式組網(wǎng)，MCGS觸摸屏采用三菱系統(tǒng)觸摸屏連接到PLC的RS232端口。

2.1 系統(tǒng)組成

包括三菱Q00UCPU、三菱HMI、道岔控制及表示繼電電路，交流電動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部傳動(dòng)、鎖閉、表示、報(bào)警裝置，連接尖軌的機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)件。

2.1.1 保護(hù)電路

每個(gè)道岔劃分為一個(gè)區(qū)段，設(shè)置軌道繼電器區(qū)分有車占用、軌道區(qū)段正常和軌道區(qū)段故障，用軌道繼電器吸合作為道岔轉(zhuǎn)換、交流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的必要聯(lián)鎖條件，用來確保車列作業(yè)安全。

2.1.2 車輛段設(shè)備控制與試車線接口控制

連接正線的試車線的道岔全部由車輛段道岔控制器控制。試車線用于進(jìn)行車載ATP/ATO設(shè)備的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功能測試，通過接口電路能夠與車輛段完成對接。試車線上的道岔均由車輛段聯(lián)鎖控制，其余試車線上設(shè)置的信號設(shè)備由試車線控制。列車由車輛段進(jìn)入試車線和從試車線進(jìn)入車輛段的進(jìn)路也完全由車輛段控制器控制。試車線開始試車前，車輛段控制器在列車進(jìn)入試車線后，通過非進(jìn)路方式將試車線道岔鎖閉在定位并開放非進(jìn)路調(diào)車信號，之后交接控制權(quán)給試車線開始試車，試車結(jié)束，試車線聯(lián)鎖將控制權(quán)交給車輛段表明試車結(jié)束，之后的列車運(yùn)行完全由車輛段控制。

圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1.3 車輛段與正線的接口

從車輛段控制系統(tǒng)至正線聯(lián)鎖安全輸入的電氣要求為：

每個(gè)來自車輛段的接口信號會(huì)在正線聯(lián)鎖通過一臺安全繼電器進(jìn)行復(fù)示。

復(fù)示繼電器電路使用車輛段狀態(tài)繼電器的兩組接點(diǎn)（采用雙斷方式）。電路需要的直流電源由正線提供。

圖2 車輛段對正線的控制

從正線聯(lián)鎖至車輛段控制系統(tǒng)安全輸入的電氣要求為：

每個(gè)來自正線聯(lián)鎖的接口信號會(huì)在車輛段通過一臺安全繼電器進(jìn)行復(fù)示。

復(fù)示繼電器電路使用正線繼電器的兩組接點(diǎn)（采用雙斷方式）。電路需要的直流電源由車輛段提供。

2.2 PLC控制單元

本系統(tǒng)涉及的I／O點(diǎn)數(shù)多，使用觸摸屏完成道岔的操作控制，如站場股道多、道岔數(shù)量多，控制器可以使用擴(kuò)展模塊?？刂破餍吞柛鶕?jù)地鐵線路長度及車輛段規(guī)模決定，本設(shè)計(jì)以中等規(guī)模站場為例，以20組道岔控制需要完成分配。從性價(jià)比、技術(shù)性能、維護(hù)方便性等方面考慮，可采用FX3U－128MR／ES－A，內(nèi)置64入、64出（繼電器及表示燈），必要時(shí)添加擴(kuò)展模塊，AC電源供電。輸入部分主要連接MCGS等單元，輸出部分連接繼電器、道岔位置表示燈、檢查表示燈等設(shè)備。

2.3 HMI上位機(jī)

采用北京昆侖通態(tài)MCGS觸摸屏（TPC7062 K），通過RS－232數(shù)據(jù)線將其與FX3UPLC控制器通信。觸摸屏實(shí)現(xiàn)20組道岔的定反位控制，定反位表示，檢查表示，對工作狀態(tài)進(jìn)行顯示，表明是“進(jìn)路排列狀態(tài)”或“維修狀態(tài)”。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

使用觸摸屏完成對入庫、出庫及轉(zhuǎn)線車列進(jìn)路的控制，控制交流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)（定位）、反轉(zhuǎn)（反位），觸摸屏顯示道岔實(shí)際位置，觸摸屏針對行車人員和信號工檢修員組態(tài)有兩種工作模式。根據(jù)作業(yè)的要求，行車人員憑權(quán)限登錄“正常模式”，在正常模式下可進(jìn)行道岔的轉(zhuǎn)換控制，PLC根據(jù)道岔原來位置，選擇定位操縱或反位操縱，并實(shí)時(shí)顯示基于PLC與HMI的道岔轉(zhuǎn)換后位置。信號工檢修員憑權(quán)限登錄“維修模式”，在該模式下可通過人機(jī)界面監(jiān)測道岔的運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)行單臺道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的測試。

3.1 MCGS組態(tài)設(shè)計(jì)

圖4 觸摸屏平時(shí)界面示意圖

3.2 PLC與HMI接線圖

圖5 PLC部分端子接線圖

3.3 維修模式程序設(shè)計(jì)

道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的轉(zhuǎn)換控制進(jìn)入維護(hù)狀態(tài)時(shí)，一是需要進(jìn)行室外道岔及轉(zhuǎn)轍機(jī)的檢修工作，此時(shí)觸摸屏顯示“維護(hù)狀態(tài)”，檢查按鈕（非自復(fù)式）按下，此時(shí)不能進(jìn)行道岔的控制及轉(zhuǎn)換；當(dāng)室外道岔及轉(zhuǎn)轍機(jī)完成檢修工作后，需要對控制器進(jìn)行檢測和診斷，結(jié)束后再次按下檢查按鈕恢復(fù)正常模式。（1）程序初始化。（2）MCGS觀察道岔表示燈并進(jìn)行逐個(gè)控制，確認(rèn)擠岔燈滅（外部電路）。（3）進(jìn)行PLC故障診斷。

4 系統(tǒng)可行性及推廣價(jià)值分析

使用可編程控制器不但可以完成對站場道岔進(jìn)行控制，還能對車站信號機(jī)及區(qū)間信號機(jī)進(jìn)行點(diǎn)燈控制。PLC對信號設(shè)備控制可以取代計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖完成控制及保護(hù)，尤其是對于聯(lián)鎖關(guān)系并不復(fù)雜的車輛段、編組站等場所。

5 結(jié)語

對于城市軌道交通高速發(fā)展的今天，交通設(shè)備的現(xiàn)代化、智能化尤為重要，采用PLC和HMI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對道岔控制進(jìn)行地鐵車列的進(jìn)路排列，大大簡化了城市軌道交通車輛段的信號設(shè)備系統(tǒng)，提高了城市軌道交通設(shè)備的自動(dòng)化程度，降低了建設(shè)成本。該系統(tǒng)安全、穩(wěn)定可靠，值得推廣應(yīng)用。