廣州地鐵線網內移動式架車機同步計數方式的比較分析及優化方法

唐義，鄧文平，王進奇，李岳（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州510000）

廣州地鐵線網內移動式架車機同步計數方式的比較分析及優化方法

唐義，鄧文平，王進奇，李岳
（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州510000）

根據廣州地鐵現有移動式架車機，通過分析兩種同步計數方式的的原理特點及出現的故障，總結兩種不同計數方式的優缺點并提出優化方案，為后續移動式架車機設計提供設計參考。

移動式架車機；同步計數方式；接近開關；旋轉編碼器

移動式架車機，用于將車輛舉升，對車輛的轉向架或車底部件進行檢修作業，是城市軌道交通車輛檢修的重要設備之一。為了保證列車的架車安全，架車機在架車過程中的同步升降功能是整個設備的技術核心，同步計數方式作為同步升降功能的直接控制方式，直接關系整臺架車機的使用安全。

1　同步計數方式的兩種方式

根據廣州地鐵的使用經驗，在國內外的架車機行業中所采用的同步計數方式主要有兩種，分別是接近開關-旋轉編碼盤模式和旋轉編碼器模式。

根據表1可以看到，其同步控制結構分為兩種，一號線、廣佛線、八號線Neuero移動式架車機采用接近開關-旋轉編碼盤計數方式。其原理為在每臺架車機絲桿頂部（一號線）或底部（廣佛線）絲桿軸承座位置安裝旋轉編碼盤，旋轉編碼盤設置有凹凸槽，接近開關通過凹凸槽檢測脈沖信號進行同步控制。

表1　廣州地鐵各線路移動式架車機同步計數方式統計表

2　風險分析

接近開關-旋轉編碼盤計數模式：當絲桿旋轉時安裝在絲桿軸承座的旋轉編碼盤同軸旋轉，計算的是絲桿的實際轉速。風險在于，需要注意接近開關感應距離，當感應距離過小時，傳感器和旋轉編碼盤產生位置干涉，導致傳感器損壞；當感應距離過大時（每款傳感器都有相應的感應距離要求），傳感器無法檢測到脈沖信號，導致系統報同步故障。如圖1所示。

圖1　接近開關-旋轉編碼盤模式現場圖

旋轉編碼器計數模式：三號線、八號線移動式架車機旋轉編碼器安裝在絲桿頂端，在升降過程中通過編碼器聯軸節將絲桿的旋轉運動傳遞給編碼器，并通過編碼器觸發脈沖經過PLC高速計算模塊處理，計算出托頭實際高度值。五號線移動式架車機旋轉編碼器安裝在電機頂端，在升降過程中通過編碼器聯軸節將電機的旋轉運動傳遞給編碼器。如圖2所示。

圖2　旋轉編碼器模式現場圖

2013年9月廣州地鐵三號線移動式架車機8#架車機在三編組群組上升架車過程中，8#架車機托頭高度超過其他架車機100mm左右，系統未提示同步故障。

通過現場試驗發現，第二組（5#、6#、7#、8#）架車機在起升過程中接觸器出現多次吸合斷開動作，在30 s時間段內，8#架車機起升高度超過其他三臺架車機50mm。超過系統允許同步誤差極限值（20mm），系統未提示同步故障，未自動停機。

根據移動式架車機原理可知，架車機工作時減速機帶動絲桿旋轉，螺母隨著絲桿的旋轉帶動架車托頭上下運動，進而帶動車輛舉升、下降動作。在三號線移動式架車機絲桿頂端安裝有旋轉編碼器，在升降過程中通過聯軸節將絲桿的旋轉運動傳遞給編碼器，并通過編碼器觸發脈沖經過PLC高速計算模塊處理，計算出托頭實際高度值，三組架車機群組操作時，系統對12臺架車機的高度值進行比較，若比較差值超過8mm，系統進行自動調節（系統調節），調節方式為高度值大的架車機停止動作等待高度值小的架車機，當同步誤差消除時，群組繼續動作[1]。

該次故障在上升過程中8#架車機在顯示屏的顯示的高度值小于其余架車機高度值，接觸器出現多次吸合斷開動作，檢查發現8#架車機編碼器聯軸器已經松動。其故障原因是編碼器聯軸節松動，旋轉編碼器檢測的數據與絲桿實際旋轉的數據不一致，PLC系統判斷8#架車機高度值偏小，5#、6#、7#架車機停止動作等待8#架車機上升至系統檢測同步誤差值已消除，再同步群組上升，但根據實際測量發現8#架車機實際高度已經遠遠大于系統檢測高度，最終導致架車傾斜。如圖3所示。

圖3　三號線移動式架車機同步控制程序段

五號線移動式架車機也采用旋轉編碼器計數方式，同樣存在因旋轉編碼器聯軸節松動或斷裂導致PLC系統出現計數誤差的風險，同時，因該架車機旋轉編碼器安裝在電機頂端，其實際測量數據為電機轉速，當電機與絲桿之間的聯軸節出現斷裂或松脫時，同樣會造成PLC系統檢測編碼器數據出現偏差。如圖4、圖5所示。

圖4　旋轉編碼器安裝在電機頂部

由表2分析可得出結論，當旋轉編碼器安裝在電機頂端時，同步控制風險最大。

表2　移動式架車機同步計數方式風險點分析

3　控制精度分析

從控制精度角度分析，移動式架車機在設計時要求其同步升降誤差不得超過一定范圍，同步計數方式的精度直接影響整臺架車機的同步升降誤差值。以三號線和一號線兩臺架車機所采用的旋轉編碼器和接近開關-旋轉編碼盤的具體參數為例，分析兩者的同步控制精度。

（1）三號線

旋轉編碼器測量精度：1 600P/r；

絲桿導程16mm；

每個脈沖所反映的高度值=絲桿導程/旋轉編碼器測量精度=16/ 1 600=0.01mm。

（2）一號線

絲桿旋轉一圈接近開關觸發次數：16次；

絲桿導程：16mm；

每個脈沖所反映的高度值=絲桿導程/絲桿旋轉一圈接近開關觸發次數=16/16=1 mm。

圖5　旋轉編碼器安裝在絲桿頂部

由上述計算可以發現，采用旋轉編碼器的同步計數方式精度遠高于接近開關方式。旋轉編碼器精度較高的原因由其內部結構決定。以廣州地鐵五號線使用的歐姆龍E6A2-C系列旋轉編碼器為例分析，如圖6所示，該編碼器由發光元件、受光元件、光檢測器、旋轉板組成，當輸入軸旋轉的同時，帶動寫入光學圖案的旋轉板轉動，通過兩處狹縫的光就會相應地被透過、遮斷。這種光通過與各自的狹縫相對的受光元件轉換為電流，通過波形整形后，成為矩形波輸出[2]。而接近開關-旋轉編碼盤的結構原理是，在旋轉編碼盤設置若干個孔徑相同的孔槽，旋轉編碼盤安裝在絲桿軸承套上或者是絲桿上端，接近開關固定在旋轉編碼盤可觸發的距離范圍內，當電機帶動絲桿旋轉動作時，旋轉編碼盤跟隨絲桿旋轉動作，觸發接近開關產生脈沖信號。當旋轉編碼盤的孔槽越多，該脈沖反饋裝置的精度也越高。

圖6　旋轉編碼器原理示意圖

4　優化方法

對于采用旋轉編碼器方式的移動式架車機，建議在PLC程序中增加同步調整次數限制條件，防止計數出現偏差時，系統一直處于同步調整狀態導致架車傾斜。

圖7顯示的是西門子S7PLC系統同步計數次數限制的一種方法，利用S_CU計數器，在CU端設置計數器觸發條件，即調整條件；CV_BCD端設置計數器被觸發次數，記錄在MW236存儲器中，B端設置計數器復位條件[3]。再利用CMP命令將MW236存儲器中的數據與CMP命令比對條件設置的2次進行比對，當MW 236中的數據大于或等于2的時候，CMP命令觸發，PLC輸出調節次數報警，設備停止運行。當操作人員檢查設備狀態正常時，可通過觸發S-CU計數器R端設置的復位條件。計數器恢復初始值0，調節次數報警解除[4]。

通過以上方式，可有效地解決因旋轉編碼器計數出現誤差導致架車傾斜的風險。

圖7　調節次數報警功能

5　結論

根據本文上述分析可以得出結論：從風險控制角度分析，接近開關-旋轉編碼盤方式安裝結構穩定，安裝難度低，維護方便；旋轉編碼器方式對編碼器安裝的同心度要求較高，維護時需定期檢查編碼器聯軸節狀態，維護較為麻煩。從控制精度分析，旋轉編碼器和接近開關-旋轉編碼盤兩種方式均能滿足移動式架車機技術要求。綜上所述，在后續配置的移動式架車機設備建議采用接近開關-旋轉編碼盤的同步計數方式。對于已經采用旋轉編碼器方式的移動式架車機，建議在PLC程序中增加同步調整次數限制條件，防止計數出現偏差時，系統一直處于同步調整狀態導致架車傾斜。

［1］廣州地鐵公司.廣州地鐵三號線移動式架車機使用說明書［Z］.2008.

［2］溫殿忠，趙曉鋒.傳感器原理及其應用［M］.北京：科學出版社，2013.

［3］劉華波，何文雪，王雪.西門子S7-300/400 PLC編程與應用［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［4］吳作明，杜明星.深入淺出西門子STEP［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2012.

(編輯：王智圣)

The SynchronousCounting M ode Com parative Analysisand Optim izing M ethod of Guangzhou Subway In-Network M obile Car Lifting M achine

TANGYi，DENGWen-ping，WANG Jin-qi，LIYue
（Guangzhou Metro Corporation，Guangzhou510440，China）

Thisarticle combined with Guangzhoumetroexisting car lifting jack，by analyzing the two synchronizationmethodsof counting principles and faults.Summarized the advantages and disadvantages of two different counting methods and proposed optimization program，provided a reference for the car lifting jack design.

car lifting jack；synchronous countingmethod；proximity switch；encoder

U231.94

B

1009－9492(2015)04－0145－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.039

2014－11－26

唐義，女，1987年生，安徽池州人，大學本科，工程師。研究領域：城市軌道交通專用設備維修。已發表論文1篇。