內燃機車PLC控制系統及優化方式分析

摘? 要：內燃機車的PLC控制系統影響著車輛的運行，在車輛工程作業以及電客車調車等方面發揮重要作用。本文在詳細了解地鐵內燃機車系統的基礎上，基于PLC控制系統要求，對內燃機車的控制系統的優化方向進行詳細研究，提出了一種科學有效的優化手段，希望能夠進一步強化內燃機車運行能力，保證車輛正常運行。

關鍵詞：內燃機車;PLC控制系統;系統優化

中圖分類號：TP273;U262? ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

0引言

內燃機車是地鐵運營與維護的重要設備，在很多地鐵系統中都可以發現該設備的身影。目前我國對列車的行車穩定性寄出了較高要求，尤其是電傳動控制系統的使用，使內燃機車動力系統越來越穩定。而在現代信息技術快速發展的大環境下，PLC控制系統已經成為內燃機車發展的主要方向，值得關注。

1內燃機車系統分析

內燃機以發動機為主要動力源，根據不同的生產技術，其系統結構存在明顯的差異，以常見的美國的卡特皮勒公司生產的3412E型柴油機為例，其功率約為560KW。傳統裝置主要由車軸齒輪箱、液力傳動箱以及輔助齒輪箱等幾種關鍵設備構成，此時柴油機所發出的功率能夠通過多個萬向軸傳遞到機車輪上，使車輛能夠運行并正常行走[1]。

內燃機車的行走部位分為兩個可互換且相同的轉向架，車輛在結構上主要包括構架、轉向架旁承等，牽引力通過轉向中心傳遞給車鉤與車架。制動系統為JZ-7型空氣制動機，汽車前后操作臺均可操作，制動機的分配閥使用二壓力與三壓力混合式結構，不僅能夠一次性緩解各種壓力，也能起到階段性緩解壓力的目的。

輔助裝置主要是指靜液壓系統，該系統同樣以柴油機為動力源，在驅動油泵運行的基礎上，液壓油經過加壓會直接流向液壓馬達，此時在風扇轉動的情況下，就可以對柴油機降溫散熱，保證了內燃機系統的正常運行。

2內燃機車PLC控制系統研究

2.1 PLC控制系統的應用優勢

PLC作為一種可編程的控制手段，是當前工業中一種常見的自動控制裝置，以微處理器為核心，能夠代替繼電器邏輯控制裝置，對于內燃機車而言，在使用PLC控制系統之后，不僅能夠簡化模擬量處理過程，也能實現自動運行，依靠自動定時功能可以完成高效的數據處理。同時，由于PLC控制系統中添加了大容量儲存裝置，所以控制系統體積小，運行能夠更強，這些都是傳統技術所無法實現的[2]?？傮w而言，在內燃機車中，PLC控制系統的優勢主要表現為：（1）在PLC系統下，內燃機車取消了時間繼電器與中間繼電器環節，因此整個內燃機系統的線路得到改善，簡化后的系統出現故障的概率更低，提高系統運行的穩定性。（2）PLC控制系統本身具有靈活性，系統在運行期間能夠有效調整內燃機車的運行狀態，不僅縮短工作周期，也能減少不必要的成本投入。（3）依靠PLC控制系統的智能化水平，內燃機在使用過程中能夠自動控制水溫與油溫，不僅保證了系統的正常運行，也能減少不必要的能源投入，具有環保優勢。

2.2 PLC內燃機車系統分析

2.2.1收集內燃機車的重要信號

依靠自身強大信息處理能力，PLC控制系統可以采集內燃機車的運行數據，這些數據包括機車運行速度、冷卻水溫度變化、柴油機轉速等信息，在這種情況下，司機能夠隨時查閱機車的運行數據，并按照系統的運行作業要求，調整內燃機車的運行數據，使內燃機車可以更有效運行。除此之外，若內燃機車本身存在運行障礙，則系統會顯示故障信息，保證了駕駛人員安全。

目前柴油機轉速傳感裝置主要由多齒齒輪以及e2e（型號）開關組成，其中的多齒齒輪直接與液力傳動箱連接一起，接近開關按采用徑向安裝方法，在多齒齒輪運動期間，每傳動一周就會產生多個脈沖量，此時的PLC系統會采集脈沖量信息，以1000ms為樣本采樣周期，并將采集的信息上傳到儲存庫中。

2.2.2柴油機轉速控制方法

目前柴油機轉速控制方法主要通過ADS控制器以及PLC可編程控制器等關鍵部件實現的。在運行期間，ADS司機作為控制器輸入端，共設置了四個輸入點，分別對應PLC系統中的X5、X6、X10、X11四個節點，搭建16個檔位信號。在程序執行期間，首先由M8000與fromp指令來判斷DA模塊狀態，并按照檔位信號運算，將運算的最終數據錄入到D20中，利用“to”指令，向DA模塊中寫入“220-580”范圍內參數。同時，DA模塊能夠轉換傳輸的數值，從通道向YMZH信號變換器提供一定的電流，此時的幽門信號變換器會再次轉變PWM脈寬調至信號，并提供給柴油機電子控制模塊ECM，實現了電子調速控制。

2.3機車氣動走形

由于油路主要通過閥滑控制的，而閥滑需要氣壓驅動，所以在內燃機車運行期間，無論是前進或者后退都可以通過控制氣路上的電控閥實現。在PLC系統中，有關機車前進與后退的控制方法相對簡單（見圖1），但是要必須要考慮其他有效條件的限制：

（1）司機控制器需通電;（2）機組接通保護信號;（3）柴油機水溫高于30℃而低于103℃;（4）機車速度較慢，未超過50km/h。

3基于PLC控制系統的內燃機車優化思路研究

為進一步增強內燃機車的性能，需要基于PLC控制系統探索新的系統功能，這樣才能進一步增強內燃機車的運行能力。而從現有的技術應用現狀來看，PLC控制系統在內燃機車優化中，能夠對內燃機車的運行過程進行控制，并依靠自身強力的智能化水平，實時采集內燃機車運行狀態，這樣通過PLC控制系統，可以有效識別內燃機車的運行數據，并第一時間排除故障。

3.1基于PLC控制系統優化柴油機調速程序

在當前柴油機調速程序中，ADS司機控制器主要包括連接齒輪、調速手柄以及開關觸點等內容，當調速手柄受力的情況下，使齒輪接觸彈簧壓片后，凸輪凹陷或者頂起，是開關觸點斷開或者接通。但是在實際上，若司機進檔動作快，會導致齒輪的轉速增加而出現異常情況。

而在實際上內燃機車柴油機調速通過控制升降轉速方向以及轉速變化情況實現了調速，而轉速變化效果使體現了對步進電機布距角的行進速度控制。在這種情況下，本文給出的PLC改進意見包括：（1）先輸入/輸出（I/O）編址。在PLC控制系統中，控制電機輸入開關量以及三相繞組工作的輸入端I/O編址，詳細資料如表1所示。

（2）在步進電機邏輯控制階段，根據柴油機的運行條件以及司控器觸點邏輯情況，獲得步進電機的邏輯運行條件。正常情況下內燃機司控器中存在2五個位置，包括“O”、“I”、“降”、“保”、“升”等，通過每個觸點對應的邏輯關系，能夠確定進步電機的運行邏輯指標。

同時根據研究發現，造成轉速異常的主要原因，就是ADS司機控制器機械缺陷所造成的，以8檔進9檔為例，機車在8檔的情況下，PLC上的3個處于閉合狀態，其對應的轉速為1340r/min;而到了9檔情況下，僅有1個處于閉合，其對應轉速為1435r/min[3]。在這個過程中一旦進檔工作較慢，必然會導致手輪處于滯留狀態，而為了能夠有效解決這個問題，需要升級ADS司機控制器。根據司機控制器單向變化原理，可以直接在PLC程序中增加合理的邏輯處理程序，確保檔位信號升值不會出現明顯變化，進而保證了輸出信號的穩定性。所以在PLC系統設計中，檔位信號值儲存到D198之后，并將D198數值轉移至D302，并在下個程序執行周期，通過SUB以及CMP指令，分別對比傳統檔位信號與新檔位信號。在經過現場測試之后，加入PLC程序中，避免出現異常。

3.2應急功能實現

在很大程度上柴油機的機油壓力以及冷卻水溫等都是內燃機車運行的關鍵指標，其中的數據變化能夠反映出柴油機是否處于理想運行狀態，一般在柴油機出現質量問題之后，依靠PLC系統的程序限制優勢，直接限制柴油機的運行，避免“帶故障運行”問題發生，保證了工作人員的安全。還需要注意的是，傳感器自身就是柴油機的一部分，自身也會出現故障風險，所以在運行期間，需要警惕傳感器損壞等問題，避免信號無法直接被傳送到PLC系統中。針對這種情況，在PLC中增加應激程序，直接在SWD顯示屏中添加應急程序，避免實體應急開關出現故障。所以為了實現這一目標，所采取的設計方案主要包括：（1）在PLC程序中尾端增加兩步，通過MOV指令強制性向D190與D160傳輸“250”與“50”數值，利用M545觸發。（2）通過人機交互界面，直接在應激旁路界面增加觸摸系統，通過觸摸屏能夠觸發M545[4]。

4結語

未來通過PLC系統已經成為未來內燃機車發展的主要方向，隨著未來內燃機車的應用范圍越來廣，要進一步了解PLC系統在內燃機中的應用路徑，通過PLC技術來解決種繼電器和接觸器等控制系統復雜的問題，爭取能夠進一步簡化傳統的工作流程，減少不必要的電氣故障維護流程，在提高內燃機車運行能力基礎上，保證企業經濟效益。

參考文獻

[1] 王左力，劉博，溫芝強.GK1L型內燃機車電氣控制系統的升級改造[J].機械工程與自動化，2019（1）：184-186.

[2]郭瑾.內燃機車電氣控制系統的研究及改進設計[J].機械管理開發，2018，33（12）：232-234.

[3] 魯悅海.東風系列內燃機車柴油機曲軸箱負壓改造裝置的應用與探討[J].內燃機與配件，2019（23）：82-83.

[4] 徐洪，石小佛，章福生，等.基于“四化”的內燃機車輔助系統管路設計淺談[J].內燃機與配件，2019（23）：22-23.

收稿日期：2020-01-02

作者簡介：趙大超（1973—），男，山東鄒城人，本科，工程師，研究方向：機電。