變頻自控技術在車輛檢修裝備上的應用

摘 要：變頻技術的應用在今天已經非常廣泛，從家用空調、洗衣機等家電到大型工業化設備上都不難發現它的身影。輪對清洗機是應用于鐵道車輛檢修的一種檢修設備，本文將主要介紹變頻自動控制技術在輪對清洗機上的應用，文章分別從設計方案和系統結構等幾個方面進行了具體介紹。

關鍵詞：變頻技術;輪對;自動控制

1 概述

通過使用變頻空調我們知道，可以通過變頻技術實現節能降噪等功能，讓我們的室內空間溫度更加舒適宜人，這是變頻技術帶給我們的最直觀的感受。然而，在很多我們不熟知的領域里也廣泛用到了變頻技術，而它的優點也不僅僅局限在節能降噪上。

鐵路運輸在我國占據著重要位置，我國領土遼闊，鐵路承載著主要的運輸任務。特別是當今社會經濟快速發展的形式下，鐵路從運量和運距上都增加了很多，而在這些變化中無疑給列車帶來了更大任務和行車勞損。為了盡可能降低事故發生的可能，在鐵路車輛的保養與檢修中不斷增加力度，新的檢測設備在不斷的開發和投入使用，這給檢測帶來方便也帶來了更高的經濟效益。然而各種新型機械設備應用量的增加帶來的負面影響之一就是能源消耗逐漸增大。為了解決新設備和能源消耗之間的矛盾，一個重要途徑就是革新技術，使得設備在達到使用要求的情況下盡可能的減少能源消耗，提高能源有效利用率。

鐵道車輛的車輪是成對出現的，我們通常將鐵道車輛的輪子稱之為輪對，它和汽車的輪子是類似的，是磨損件，也是直接關乎車輛安全性的一個重要部件，對于列車而言，輪對的檢修質量會直接影響列車的運行安全。輪對檢測設備通常有電磁探傷和超聲波探傷等，在探傷之前要對輪對進行清潔，這是一個耗能、耗時、耗力的事情，通常情況下清洗車輪需要22千瓦大功率水泵不間斷運行，而有效工作時間僅為1/2左右，而且每次開機前必須由人工補水。除此之外補水管道一般也處于常開狀態，時常造成儲水池水滿外溢，還需用水泵往外排水，這就會造成大量的水資源和電能的浪費，還會對設備造成沒必要的機械磨損，對環境也會造成很大影響。

2 變頻自控技術在輪對清洗機上的應用

2.1 輪對清洗機設計思路

輪對清洗機結構其實比較簡單，運行原理也比較簡單，由大功率水泵將自來水加壓后通過噴槍高速水流完成對輪對上污物的清洗。大功率水泵不能頻繁的開啟和停機，因此，傳統的清洗機工作時水泵處于持續不間斷工作狀態。清洗機正常工作時會有不同的工況，包括強洗、弱洗和中等強度清洗，還包括逆向沖洗和間歇沖洗工況，因此，在對水泵進行控制時也存在著一定的技術難度，主要表現在以下幾個方面。一是要選擇可以適應復雜環境的長期對工作狀況進行實時監控;二是要實現水泵的自動補水和程序自動化控制;三是實現大功率電機的頻繁變速和啟停;四是盡可能的實現節電節水，方便工作人員操作。通過變頻技術的應用，很好的解決了上述問題。一方面，變頻技術可以實現電機的軟啟動，也就是說可以通過逐漸增加電機電壓使得電機由靜止狀態緩慢加速到額定轉速，這一過程通過變頻技術的控制不會因為你大功率電機的突然啟動而對電網造成較大的電流波動沖擊，同時還能實現對工況的實時監控，并根據實際需要實時調節電機的運行速度;另一方面，補水系統也變為自動補給，通過主水泵和副水泵的切換以及電機速度的自動調節，實現沖洗機各工況的需要，實現智能化自動控制的同時還能節省人力，減少水資源的浪費和電能的消耗。

2.2 設計方案分析

軟啟動技術是使電機的供電電壓緩慢增加的過程，電壓將按一定的電壓（電流）——時間特性曲線由比較低的一個值逐漸上升至額定電壓值，從而使電機在負載情況下能夠平緩啟動，不會像普通電機啟動時那樣對電網造成電壓和電流的波動。這里運用的變頻技術實際上是變頻調速技術，該技術就是將50赫茲的交流電根據需要改變成不同頻率的交流電，從而改變電機的轉動速度，可以實現電機在額定轉速內無極調速。變頻技術的應用有兩個方面的意義，一方面是可以使泵類負載獲得平穩、無電流沖擊和力矩沖擊的理想啟動效果，從而克服了傳統啟動方式的弊端;另一方面式可以將大型電機設備接入電網的瞬間對電網產生的電壓和電流的沖擊降到最低，可以保證電網中其他用電設備的正常運行。

對于變頻技術在輪對清洗機上的應用還有一點就是傳感器的選用，對此我們做了對比實驗，試驗比較了光電、電磁感應、繼電控制、壓力傳感器等傳感監測方式，可效果都不太理想。最后選用了智能型電子自動跟蹤系統，此系統由微電腦和傳感器共同組成，通過微電腦建立數學模型對傳感器所采集的數據進行收集、分析和處理，可以實現水泵自動補水的實時監控和控制。

2.3 變頻清洗機的結構構成和工作原理

輪對清洗機的基本原理已經在上文做了介紹，下面將介紹一下清洗機的主要結構和系統。控制裝置我們稱之為自動控制柜，主要由自動跟蹤單元、狀態判別處理器、軟起動變頻器、水泵電機及全自動補水和故障自檢單元構成閉環系統，整個裝置可分為控制系統和執行系統兩個部分。

2.3.1 控制系統。自動跟蹤單元。所謂跟蹤，就是要同時做好監視和信息的傳導，該單元的功能是實時監測清洗機的運行工況，對清洗機的PCL可編程序控制器的控制參數進行自動跟蹤取樣，并對有效信號進行前置處理。

數據處理器。由數據處理器中的微電腦結合已建立的數學模型對采集到的清洗機過程數據進行比較、判斷、分析和處理，最終輸出系統監控信號。

2.3.2 執行系統。軟啟動變頻調速。整個控制的系統的核心就是軟啟動變頻調速器系統，通過該系統輪對清洗機智能監測裝置控制系統輸出的實時信號，由變頻調速器驅動車輛輪對沖洗機的大功率水泵電動機旋轉，并且按照設定的曲線逐步提高電動機的轉速至所設額定值。其軟停車功能，使電動機轉速平滑下降至停止，不會產生突變，消除了拖動系統的反慣性沖擊。

水泵自動補水。在原水泵人工補水系統的基礎上，并聯加裝了電磁閥水泵自動補水程序控制裝置，由控制系統的微電腦芯片程序控制水泵的補水時機、流量、時間，實現自動化補水。

3 結束語

變頻技術在清洗機上的應用，實現了機器的智能化控制，提高了工作效率的同時節省了勞動力的投入。另外，變頻技術的應用帶來的最直觀的就是經濟意義，真正實現了節能環保的目標。在變頻控制下的清洗機經過一年多使用實測數據顯示，相比傳統的控制范式，空載節電超過90%，整機全年節電率達53%，節水達98%，而且設備故障少，環境噪聲大大降低，生產和衛生環境也得到了改善。