遷車臺電氣控制自動化設計與調試

蓋曉朋，郭磊

中車石家莊車輛有限公司 河北石家莊 050400

1 序言

遷車臺在我公司貨車生產中擔負重要任務，是將貨車及其配件運送到指定工位的移動裝備。傳統遷車臺大車、牽引動作都采用凸輪控制器控制，電動機采用繞線型異步電動機，通過改變電動機轉子串聯電阻值實現調速功能。首先，在使用過程中，凸輪控制器觸頭因電流大而經常損壞，易造成電動機缺相運行；其次，各擋位電阻值恒定，電動機調速性能差[1]，直接起動轉矩大[2]，增加了機械部件的損耗；再者，傳統遷車臺需2～3人才能完成牽調工作。為了降低故障率、提高遷車臺效率且達到優員增效的效果，從電氣元件、控制程序和綜合調試等幾方面入手，制定了完備的升級改造方案，提升了遷車臺的性能，使其在公司貨車生產過程中發揮出更高的效率。

2 電氣元件選型

在電氣元件選型時，由于既要考慮功能需求，還要考慮工作環境因素，所以在設計電氣控制系統時，電氣元件必須具備抗振動、抗干擾和通信功能強大等要求，綜合以上要求，選擇臺達ES2可編程控制器（PLC）+MCGS觸摸屏的方案。ES2系列PLC指令功能齊全、抗干擾抗振動及故障自診斷優勢明顯，配備了1組RS232、2組RS485通信端口，可以與任何符合MODBUS通信格式的產品進行數據傳輸。有模擬量輸入輸出的專用擴展模塊；MCGS TCP1061Ti觸摸屏是CPU主頻達300MHz的高性能嵌入式一體化觸摸屏，抗振性能強，耐高低溫、高濕度，適合戶外設備應用；具有串口通信和以太網接口，滿足與PLC、變頻器的通信功能。

3 控制程序設計

為了提升遷車臺自動化程度，實現大車自動對道、遷車臺單人操作等功能，采用觸摸屏+PLC+變頻器+無線控制系統。將操作按鈕繪制在觸摸屏上，通過操作觸摸屏界面控制PLC程序，再根據PLC模擬量輸出控制變頻器驅動電動機運轉[3]。加裝無線裝置，可以遠程控制遷車臺運行。根據遷車臺的運行工藝，將程序分為大車控制和牽引控制兩部分。

1）大車控制設置了手動、自動程序。當手動程序控制時，大車按照選定速度在規定范圍內運行；當自動程序控制時，大車運行可實現自動對道。為了達到大車自動對道的效果，在大車輪附近安裝從動輪，使其與軌道緊密貼合；在從動輪上安裝編碼器，使其跟隨從動輪同步轉動。將大車開到起始位置，并設置為原位。測算從動輪轉動一周大車運行的距離；將所有軌道設置編號，再測量各軌道與原位之間的距離；大車運行前，選定目標軌道編號，系統根據目標軌道位置與大車編碼器數值，自動計算大車位置與目標軌道之間的距離，然后大車向目標軌道運行，編碼器計數，實時顯示大車運行距離，當到達目標軌道范圍內時變為低速運行，到達設定位置停止運行。

2）為了優化人員配置，在設計牽引動作控制時，加裝一套無線控制系統。以往牽調作業時，一人負責控制牽引電動機，還需要另一人拉拽牽繩，需雙方緊密配合。加裝無線控制系統后，牽引動作無需在控制臺操作，操作人員可在拉繩時同時操控遙控器就能使牽引電動機動作，并根據牽引速度設置不同擋位，可實現牽車、運料單人操作。

3）為了方便操作人員使用，在遷車臺4個角都加裝了控制箱，可在不同位置操作。為了加強系統安全性，設置東南方向控制箱為主站，其余3個控制箱為子站。為了提高系統的穩定性，主站采用臺達DVP系列PLC專用子設備，轉發信號采用Modbus TCPIP數據轉發設備。子站作為信號轉發站，全部采用標準Modbus TCPIP數據轉發設備與主站各子設備對應。

4 現場運行調試

（1）校準大車坐標 大車自動控制時，靠編碼器定位來確定大車位置。但在調試過程中發現：因為編碼器安裝在從動輪上，所以在大車運行過程中，編碼器會因車輪打滑、振動等問題造成定位偏差，導致對道不精準。

為了消除偏差，改進對道方式如下。在車身安裝感應開關，并在每條軌道對應地面設置定位裝置，確定每個定位裝置坐標。大車運行前期高速行駛，每到達一個定位裝置時，感應開關檢測到定位裝置后，系統會將此定位裝置坐標寫入大車定位系統，替換掉編碼器所測量數值，以固定坐標來校準大車位置，這樣每經過一個定位裝置，系統就會校準一次大車位置，確保了編碼器誤差不會累積，最大程度上確保了大車位置的準確性，消除了編碼器偏差影響。

當大車到達目標軌道設定范圍內時改為低速運行，停車不再單純依靠編碼器數值，同時檢測感應開關與定位裝置對應位置，只有當感應開關與定位裝置持續對應達到3s時，大車才算完成對道，否則大車會繼續執行對道程序，直至對道完成。大車自動對道流程如圖1所示。用坐標數值加感應開關兩種方式相結合來完成自動對道，保證了精準對道的可靠性。

圖1 大車自動對道流程

（2）手動控制保護 大車手動控制時，遷車臺起動頻率過高、加減速時間較短會造成遷車臺晃動，影響行車安全性。為了使遷車臺平穩運行，除了調整變頻器加減速時間外，還在程序中限制了大車起動時間與起動頻率。

在大車起動時，先以較低頻率運行5s，5s后方可切換頻率改變速度；為防止大車高速運行時點動操作，大車突然降低運行頻率造成遷車臺晃動，設置大車高速運行保護：每隔0.5s采集一次編碼器定位數據，根據兩次所采集數據差值計算運行速度，當速度達到0.5m/s時，判定大車高速運行，此時點動大車，大車以選定頻率運行；當速度低于0.5m/s時，判定大車低速運行，此時再點動大車，大車按起動程序低速運行。

（3）抗干擾措施 較大功率變頻器所產生的干擾，會造成控制回路電源不穩、諧波大及DC24V開關型信號混亂不受控，抗干擾能力強的串口通信都會無法正常工作。

抗干擾措施包括：變頻器兩個接地點可靠接地（接地點遠離控制系統接地點）；在控制電源側加裝電源濾波器，有效消除諧波；所有通信線采用屏蔽線，屏蔽層可靠接地等。

5 結束語

遷車臺作為我公司貨車生產環節必不可少的裝備，其應用范圍廣、使用頻率高，遷車臺工作效率直接影響了貨車生產節拍。此次系統化升級改造提升了遷車臺自動化程度，實現了多地控制、大車自動對道等功能的實際應用，完成了遷車臺單人操作功能試驗，同時降低了設備的故障率，保障了公司貨車生產進度，也為相關裝備的升級改造提供了思路。