高速鐵路架橋機PLC控制系統程序設計

徐 偉，戴志兵

(中交第二航務工程局有限公司工程裝備分公司)

高速鐵路架橋機PLC控制系統程序設計

徐 偉，戴志兵

(中交第二航務工程局有限公司工程裝備分公司)

針對架橋機機構的系統組成，通過系統的分析，重點從架橋機作業的安全保障措施和最大程度的防止人為的誤操作方面考慮，來完成架橋機電氣控制系統的PLC程序設計。

高速鐵路;架橋機;控制系統;PLC;設計

1 架橋機基本現狀

1.1 卷揚起升系統

卷揚系統是整個架橋機的核心部份，其安全程度是極其重要的，目前國內生產的高速鐵路900T架橋機，其卷揚系統有4電機動力和8電機動力兩類，本設計只研究8電機動力的架橋機。考慮到卷揚系統安全的重要性，卷揚系統制動至少包括兩級制動：工作制動(高速制動)和安全制動(盤式制動)。卷揚系統主要完成的工作是箱梁架設作業。

1.2 導梁過跨

目前國內生產的高速鐵路900T架橋機，其導梁過跨以兩次過跨到位為主流，本設計只研究兩次過跨到位的類型。過跨第一步至16 m的位置，第二步至32 m的位置。導梁過跨機構包括導梁吊機、導梁天車和輔助支腿下行走，這部分機構主要完成導梁的過孔作業。

1.3 橋機過跨

國內生產的所有的高速鐵路900T架橋機，橋機過跨均為一次到位。橋機過跨機構主要包括后支腿縱移和輔助支腿上行走兩個部分，這部分機構主要完成架橋機的過孔作業。

2 架橋機各系統機構控制設計達到的控制要求

2.1 卷揚系統

卷揚系統是整個橋機的最關鍵部位，尤其是其工作的安全性，在整個橋機系統中是致命關鍵，則卷揚系統具有包括：超速檢測、限位、超載和故障報警在內的安全裝置，在卷揚系統電氣系統控制設計中，主要包括8臺卷揚電機、8個鉗盤制動器、2套液壓泵站、8套高速制動器、8個超速檢測開關，2個高度上限位開關、8個下限位開關、8個鉗盤夾緊到位檢測開關、8個鉗盤松開到位檢測開關、8個變頻器故障報警開關、兩個超載報警。

2.2 導梁過跨

完成導梁過孔作業的部件包括：導梁過孔第一步由導梁吊機和輔助支腿下導梁完成，導梁過孔第二步由導梁吊機和導梁天車完成。這部分的作業設計中包括：導梁過孔第一步中的16 m預限位、16 m限位，過孔第二步中的32 m預限位、32 m限位。

2.3 橋機過跨

完成架橋機過孔作業的部件包括：后支腿縱移和輔助支腿上行走兩部分。這部分的作業設計中包括：橋機過孔預限位、橋機過孔限位。

3 PLC各輸入輸出點的邏輯控制要求

3.1 卷揚系統

(1)每個卷揚機可以單動，1和2、3和4、5和6、7和8可以兩臺聯動，1～4、5～8四臺卷揚可以聯動，8臺卷揚可以聯動。(2)卷揚系統啟動時，各卷揚機電機工作15 ms后，其相應的電機風機和高速制動才打開。(3)卷揚關閉時，各卷揚機風機和制動關閉10 ms后，其相應卷揚電機才關閉。(4)卷揚啟動時，卷揚電機輸出控制信號(不受手柄控制)先于鉗盤制動(受手柄控制)打開信號輸出，但電機工作與鉗盤工作同步(不考慮鉗盤打開時間)。(5)卷揚關閉時，鉗盤制動比卷揚電機延時20 ms關閉。(6)鉗盤夾緊到位檢測開關、松開到位檢測開關，鉗盤卷揚上升限位、下限位開關、超速開關、變頻器故障在程序設計中不同的工況設計不同的保護功能。(7)在八臺卷揚機聯機工作時，其中任何有一臺卷揚機出現故障，其他卷揚機應能達到自動停止的目的。(8)當選擇開關選擇重載工況時，各動作最高速只能是二擋，起到限制速度的作用。(9)所有工況和機構選擇間設計完整的互鎖功能，防止人為誤操作。

3.2 導梁過跨

(1)導梁過跨每個環節的電機的風機和制動比電機提前10 ms關閉。(2)機構在運行至預減速時，自動將速度更換到一速運行并警示。(3)導梁天車、導梁吊機、輔助支腿下行走有單動調整功能。(4)導梁天車單動、導梁吊機單動、輔助支腿下導輪單動、過孔第一步、第二步各工況之間設計互鎖功能。(5)導梁過跨各機構風機和制動比其電機延時10 ms打開。(6)當選擇開關選擇重載工況時，各機構動作最高速只能是二擋，起到重載限速的目的，且不能進行過孔作業。

3.3 橋機過跨

(1)架橋機過跨行走，O型腿縱移和輔助支腿上導輪縱移比其風機和制動提前10 ms打開;(2)架橋機過跨停止時，O型腿縱移和輔助支腿上導輪電機比其縱移風機和制動延時10 ms斷開;(3)架橋機O型腿縱移和輔助支腿上導輪縱移可以單動，滿足過跨時兩者不同步時利于調整。(4)機構在運行至預減速時，自動將速度更換到一速運行并警示。(5)后支腿單動、輔助支腿上導輪單動、O型腿和輔助支腿上導輪聯動，三種工況之間設計互鎖功能。(6)當選擇開關選擇重載工況時，各機構動作最高速只能是二擋，起到重載限速的目的，且不能進行過孔作業。

3.4 方向速度手柄輸入要求

(1)正向、反向工況在程序設計中有互鎖功能。(2)二速時，必須保證一速控制輸入開關工作正常才能工作;(3)三速時，必須保證二速控制輸入開關工作正常才能工作;(4)四速時，必須保證三速控制輸入開關工作正常才能工作;(5)同樣的對正、反向輸出兩個關鍵控制信號，設計互鎖功能。(6)同樣的對一速、二速、三速、四速輸出設計關聯動作功能。(7)控制電源啟動需要檢測手柄零位。

4 控制面板設計

4.1 控制按鈕開關設計

(1)卷揚機一、二、三、四用一個五路選擇開關。(2)卷揚機五、六、七、八用一個五路選擇開關。(3)鉤一、鉤二、鉤三、鉤四用一個五路選擇開關。(4)前小車、后小車用一個三路選擇開關。(5)后支腿縱移、輔助支腿上行走、導梁吊機、輔助支腿下行走、導梁天車縱移用一個路選擇開關。(6)橋機過孔、導梁過孔第一步、導梁過孔第二步用一個三路選擇開關。(7)輕載/重載、手動/自動、架梁工況/過孔工況各用一個三路選擇開關。(8)電源啟動、電鈴、急停使用三個按鈕。(9)方向和速度使用一個方向速度手柄。

4.2 監控顯示基本要求

序號 名稱 功能 備注1 橋機過孔預減速指示燈 過孔到達預減速開關時，燈亮2 橋機過孔到位指示燈 橋機過孔到位時，燈亮3 導梁過孔16 m預減速指示燈 過孔到達16 m預減速開關時，燈亮4 導梁過孔16 m到位指示燈 過孔到達16 m限位時，燈亮5 導梁過孔32 m預減速指示燈 過孔到達32 m預減速開關時，燈亮6 導梁過孔32 m到位指示燈 過孔到達32 m限位時，燈亮7過載指示燈 三點中有任何一點過載時，燈亮8超速 8臺卷揚機有任何一臺超速時，燈亮9 1#小車上限位 1#小車吊具上升到上限位時，燈亮10 2#小車上限位 2#小車吊具上升到上限位時，燈亮11 變頻器故障 8臺變頻器有任何一臺故障時，燈亮12 卷揚下限位 8臺卷揚任何一臺到下限位時，燈亮13 鉗盤松開報警 8臺卷揚有一臺松開不到位時，燈亮14 鉗盤夾緊到位 8臺卷有一臺夾緊不到位時，燈亮15 急停指示 按下急停按鈕時，燈亮16 電源故障指示 相序錯誤或控制電源不對時，燈亮17 系統故障指示 系統檢測出現故障時，燈亮18 警笛 在需要警告時，警示

5 PLC控制程序設計

根據上述的設計分析和應達到的電氣控制要求，應用GX DEVELOPER8.0軟件，用簡明清析易懂的梯形圖編程方法，編制架橋機電氣控制系統PLC程序設計及其說明如下：

5.1 控制面板互鎖設計

利用輔助繼電器來設計選擇開關內部互鎖和防止人為誤操作的面板互鎖功能：

5.1.1 選擇開關內部互鎖基本要求

(1)卷揚機1～4單動互鎖檢測;(2)卷揚機5～8單動互鎖檢測;(3)鉤1～鉤4單動互鎖檢測;(4)前后小車單動、聯動互鎖檢測;(5)過跨機構(后支腿、輔助支腿上行走、輔助支腿下行走、導梁吊機、導梁天車)單動互鎖檢測;(6)輕載/重載互鎖檢測;(7)架梁工況、過孔工況互鎖檢測;(8)橋機過孔、導梁過孔第一步、導梁過孔第二步互鎖檢測;(9)手動/自動用互鎖檢測。

5.1.2 特殊邏輯要求

(1)架梁工況在重載、手動下面才能進行，限速在一、二速運行;(2)過孔工況可以在重載和輕載、手動下進行，但限速為不能四速運行。

5.2 限位檢測基本要求

(1)變頻器故障檢測;(2)卷揚機鉗盤松開檢測;(3)卷揚機鉗盤夾緊檢測;(4)卷揚機下限位檢測;(5)卷揚機上限位檢測。

5.3 電氣控制系統PLC程序設計

根據對設備功能的分析，結合電氣控制系統的邏輯控制要求，應用GX DEVELOPER8.0軟件，用簡明清析易懂的梯形圖編程方法，編制高速鐵路架橋機的電氣控制系統PLC程序設計。

6 結語

本課題主要對高速鐵路架橋機的電氣控制系統的卷揚起升系統、橋機過跨、導梁過跨的電氣控制邏輯原理進行了分析，通過分析，利用GX developet8.0軟件，用梯形圖的程序編輯方法對架橋機的電氣控制PLC程序進行設計。設計過程中重點對卷揚系統的安全保障和控制面板的防止誤操作進行了全面完整的設計。這對保障架橋機的正常使用和使用過程中防止人為的誤操作起著至關重要的保護作用。

［1］張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器［M］.北京：中國輕工業出版社，2003.

［2］三菱微型可編程控制器手冊.MITSUBISHI SOCIO-TECH，2003.

［3］DF900架橋機使用說明書.鄭州大方機械有限公司.

［4］HZQ900架橋機使用說明書.華中建機股份有限公司.

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1008-3383(2012)06-0087-02

2012-01-18