固定式架車機智能化控制研究

戴 柳

（青島地鐵集團有限公司，山東青島 266555）

1 固定式架車簡述

固定架車機組用于城市地鐵架修，包含4 組架車機組（每組可架起一節車），實現架車臺位的架車作業，可對一列車組（4輛）在不解編狀態下進行同步架落車作業，并能對任一單節車、兩節車、三節車編組進行架落車作業（圖1）。

圖1 固定式架車

（1）操作控制系統。固定式架車機設備設有總控制臺和現場控制器，既可在總控制臺進行整列車輛的升降控制和各個單節車輛的升降控制，亦可在現場進行單個舉升設備的升降控制。總控制臺和現場控制器具有互鎖功能。現場控制器只有在得到總控制臺的授權后才具有控制權。另外，現場控制器還具有現場安全確認功能。

（2）電器控制系統。控制系統采用主控和監控雙PLC 結構，均采用西門子S7-300 系列產品，采用安全繼電器以提高系統的安全性和可靠性。其中主控PLC 主要負責功能選擇、邏輯控制、響應操作等功能，監控PLC 負責動作授權、限位監控、同步監控等功能。它們既單獨運行自己的監控程序，又通過通信方式相互監控，任何一臺PLC 工作不正常時系統將全部停機并報警。

2 系統設計思路

2.1 設計理念

隨著網絡技術和智能平板電腦快速發展，通過平板電腦遠程對設備系統的控制單元PLC 的運行進行預警監控的技術已有實例。設備運行時能夠隨時觀察設備的運行狀態，及時進行預警，提高設備運行的可靠性，避免由設備故障帶來的不必要損失。

2.2 遠程控制優勢

（1）遠程監控系統可以使人力、物質資源得到充分利用。以往固定式架車機架車作業需要5 人同時配合才能完成，如果采用遠程控制則只需1 人即可完成地鐵電客車架車作業，在保證架車安全的前提下，大大節約了人力成本。

（2）通過遠程控制技術的應用，當出現設備故障時可以通過車輛段局域網遠程共享，使技術人員準確了解現場數據及故障原因，通過遠程控制PLC 進行系統程序調試，指導現場作業人員快速解決故障，保證安全生產。

（3）作業人員使用平板電腦操作控制設備，可以脫離設備固定控制手柄的數量限制及位置局限性，對危險現場保持安全距離的情況下進行操作、監視，完成對參數的設置與調整。

（4）實現調度系統數據實時采集，調度系統自動記錄作業現場的架車監控數據，通過每次架車的大數據對比，分析出設備運行狀態及各重點部位的保養計劃。

2.3 設備遠程控制需求

固定式架車機聯控架車時，4 名作業人員需要在架車機兩側現場控制器上設置4 個監控點（升降時按下“確認”按鈕），只有按下現場控制器上的“確認”按鈕，才能通過主控制臺的升、降按鈕操作整個架車機進行升降作業，任何一個斷開都將終止架車作業。

固定式架車機8 個基坑聯控舉升4 節電客車，整列電客車長80.956 m，在兩側現場設置4 個固定的監控點造成人力資源的浪費，且無法滿足架車現場的多樣化、復雜性等要求。這種情況下需要采用另一種控制理念，使用更加靈活的監控點及控制方式，根據架車現場的實際情況靈活監控，不受數量的限制、不受現場有限區域的限制，且當設備出現故障時可以進行遠程監控及修復，從而提高工作效率。

3 智能化系統設計

3.1 智能化系統控制原理

遠程控制PLC 系統是網絡通信技術和控制技術結合的一門先進技術，遠程監測是指遠程獲得被監控資源對象的數據信息，遠程控制是指遠程發送命令控制現場資源對象的運行狀態。遠程監控系統由遠程監控端系統、遠距離數據傳輸、現場控制端系統構成。

3.2 固定式架車機智能化系統控制實例

使用的工具有：西門子S7-300 PLC 一臺，平板電腦一臺，通信用網線，GM20 DTU 模塊一臺，天線和電源適配器，聯網電腦一臺，攝像頭中興小興C520 四臺。

3.2.1 PLC 遠程控制系統

（1）西門子PLC S7-300 具備網口進行程序的上下載和通信，使用MODBUS-TCP 協議，通過網口將S7-300 連接到EMCP，實現電腦Web 網頁、平板電腦APP 和微信對S7-300 內的各輸入點寄存器的遠程監控和輸出點的遠程讀寫。

（2）S7-300 連接220 V 交流電，電腦通過網線連接PLC 的以太網通信口進行程序的配置，然后使用網線連接GM20 的LAN 口和PLC 的以太網口，進行MODBUS-TCP 通信。創建MODBUS-TCP 服務器。使用西門子STEP7 工控軟件，將S7-300設備組態，設置PLC 通信IP，將修改好的程序下載到PLC。

（3）登錄EMCP 平臺，對EMCP 云平臺進行設置。打開“后臺管理→模塊管理”界面，將DTU 綁定至此管理員賬號，使用“遠程配置”功能配置DTU 的各項通信參數和功能參數。需要配置的參數有兩個，分別是：①與PLC 通信口參數；②設置DTU定時采集PLC 數據的MODBUS 通道參數。進入設置界面，選擇列表展示或組態展示。填寫新建設備基本信息有4 個相應的選項，依次為選擇設備匹配的圖片、輸入模塊SN、輸入要綁定的SN 的編碼、選擇創建的數據規則、選擇設備所在的地理位置。

（4）登錄EMCP 平臺，點擊“讀寫數據”對PLC 進行讀寫操作。在平板電腦安裝APP，進入實時數據列表界面或組態畫面，對讀寫數據進行讀寫操作。

3.2.2 平板電腦遠程控制系統

平板電腦組態頁面按鈕定義和說明如下：

（1）轉向架單控選擇界面：界面有“轉向架1“”轉向架2“”轉向架3“”轉向架4“”轉向架5“”轉向架6“”轉向架7“”轉向架8”共計8 個控制點，選擇其中一個控制點可以單控其轉向架舉升單元動作。

（2）車體單控選擇界面：界面有“車體1-1”“車體1-2”“車體2-1”“車體2-2”“車體3-1”“車體3-2”“車體4-1”“車體4-2”“車體5-1”“車體5-2”“車體6-1”“車體6-2”“車體7-1”“車體7-2”“車體8-1”“車體8-2”共計16 個控制點，選擇其中一個控制點可以單控其車體舉升單元動作。

（3）故障界面：當設備出現“緊急急停、緊急上上限位、緊急下下限位、PLC 停機、同步故障、轉向架升降故障、車體升降故障、計數無脈沖”等故障時界面自動提示，并給出解決建議。

（4）授權：藍色指示燈。當主控臺授予遠程平板電腦操作權力，且在平板電腦單控選擇界面上確認選擇轉向架單元或車體單元時，指示燈才會亮起。

（5）150 mm：紅色指示燈。當架車單元升起（或落到）距離地面150 mm 的安全區域時，指示燈亮起，如果要繼續下降，需要按住下降按鈕和綠色的確認按鈕。

相關按鈕的作用及說明如下：

急停：緊急情況下，按下該按鈕停止所有架車動作；設備故障解除后，按下復位按鈕可以進行系統復位。

復位：設備觸發急停按鈕或故障報警，當設備故障解除后，按下復位按鈕可以進行系統復位。

確認：綠色按鈕開關。設備關鍵動作確認功能。

上升：通過該按鈕控制車體或轉向架舉升單元上升。

下降：通過該按鈕控制車體或轉向架舉升單元下降。

車體左移：通過該按鈕可以完成車體舉升單元沿軌道左側方向走行。

車體右移：通過該按鈕可以完成車體舉升單元沿軌道右側方向走行。

3.2.3 遠程監控系統

采用攝像頭中興小興C520 四臺，分別安裝在固定式架車機1-1、3-2、6-2、8-1 基坑外部鋼支架上，實時監控設備工作狀態。通過車輛段局域網絡將監控畫面傳送至平板電腦，作業人員在主控臺操作時通過平板電腦掌握設備運行狀態。

作業人員通過平板電腦APP 設置界面中的操作選項，可以讓4臺攝像頭上下或水平翻轉，進行固定式架車機作業過程實時監控。

3.2.4 安全防護系統

固定式架車機聯控舉升電客車，整列電客車長80.956 m，架車作業中設備動作范圍大，作業人員在架車過程中難以保證無關人員或車輛誤入作業區域。根據需求，在作業區域使用六套KS06E 型光電保護裝置（工作距離0～40 m）進行安全防護，在人員或車輛誤入作業區域后固定式架車機停機報警，在作業人員檢查確認現場安全后方可繼續架車作業。

4 固定式架車機智能化架車流程

固定式架車機準備工作主要有3 個步驟：

（1）開啟主控制柜電源，將主控臺上的“控制電源”插入鑰匙開關，旋轉至開啟狀態，主控臺“電源指示”燈變亮。等待系統開啟人機界面，作業人員輸入用戶名和密碼，進入操作系統主界面。

（2）將主控臺“系統運行”旋鈕旋轉至開啟狀態，系統上電，主控制臺上的“系統運行”燈變亮，觸摸屏人機界面中“系統工作狀態”指示燈變。

（3）電客車進入架車區域。

5 結論

固定式架車機原架車作業需要5 人同時配合才能進行架車，采用遠程控制系統、安全防護系統、監控系統則只需要1 人即可完成地鐵電客車架車作業，在保證架車安全的前提下大大減少人力成本。在智能化操作過程中，作業人員使用平板電腦單控操作轉向架、車體舉升柱動作，脫離了設備固定控制手柄的數量限制及位置局限性，對危險現場保持安全距離的情況下進行操作、監視并完成對參數的設置與調整。當固定式架車機出現故障時，專業技術人員通過車輛段局域網進行PLC 監控調試，準確了解設備數據及故障原因，指導現場作業人員快速解決故障，保證安全生產，實現了固定式架車機智能化控制。