城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆项目5-移课件.ppt

1、1图5.1移动式架车机组移动式电动架车机是地铁车辆检修的一项重要工艺设备,主要用于定临修库内临修台位的架车作业,可进行6辆及以下多节城市轨道交通车辆、或单节城市轨道交通车辆实施架升/落车作业,以便对地铁车辆及各类轨道车辆车体、转向架及其他部件进行维修和更换、清洗作业。由于它可移动的结构特点不受车辆轴距和架升点限制,也可用于架升平板车、网轨作业车、内燃调车机等工程车辆。【项目描述】23.了解移动式架车机控制系统组成及控制原理。【技能目标】1.掌握移动式架车机安全保护功能及控制系统控制原理。2.能够操作移动式架车机完成架车作业及架车机日常保养。3.能够完成移动式架车机维修保养作业及故障处理。【学习

2、目标】通过本模块的学习要求掌握以下基本知识:1.了解移动式架车机的分类、功能及用途。2.了解移动式架车机的组成及安全保护功能。3任务1了解移动式架车机组【活动场景】在架车作业现场教学或用多媒体协助展现。【任务要求】掌握移动式架车机分类及作用概述。4图5.2移动式架车机架车【知识准备】1.移动式架车机分类地铁车辆使用的移动式架车机种类比较多。车辆段使用的移动式驾车机组主要有进口和国产两类移动式架车机。5移动式架车的生产厂家德国 Windhoff和德国Neuero公司,国产移动式架车的生产厂家是:广州铁道车辆厂、中铁工程研究所有限公司和唐山百川智能机器有限公司。 移动式架车机作为重要的车辆检修辅助

3、设备,其主要作用是用来架升地铁车辆,可进行6辆及以下多节城市轨道交通车辆或单节城市轨道交通车辆实施架升/落车作业的专用起升设备,以便对车辆车体、转向架及其他部件进行维修和更换、清洗作业。由于它可移动的结构特点,不受车辆轴距和架升点限制,也可用于架升平板车、网轨作业车、内燃调车机等工程车辆。6图5.3移动式架车机分布图图5.4移动式架车机现场布置图72.移动式架车机作用移动式架车机组由6组移动式架车机组组成,每组移动式架车机组由4台移动式架车机组成。架车机起升时由电控系统进行同步控制,确保各架车机组之间均匀同步架起整列车(6辆编组)、多节车辆、单节地铁车辆或1辆工程车。移动式架车机设有单台架车机

4、独立控制台和总控制台。总控制台能控制1组、多组或6组架车机的同步升降,并能对一组或多组车辆分别独立架升。单台架车机独立控制台只控制单台架车机的升降。单台架车机独立控制台与总控制台具有动作互锁功能,总控制台有选择总控制台或独立控制台操作的权利(急停按钮除外)。单台架车机独立控制台与总控制台之间、架车机与控制台之间的电缆采用暗敷阻燃电缆和航空快速插头方式连接。8在实施架升作业时,移动式架车机的控制系统通过采用可编程序控制器(PLC)采集所有架升螺旋机构上的旋转编码器的输出数据,实现对多个螺旋机构的同步控制,保证了设备起升的同步性,提高设备运行的平稳性和安全性。每单台移动式架车机都设有紧急停车就地控

5、制按钮,如遇紧急事故可按急停按钮切断控制输出,同时发出铃声信号,可及时实施移动式架车机的停车制动。当工作中的任一移动式架车机的急停按钮被按下时,所有协同工作的其他移动式架车机全部同时停机。每台移动式架车机都配备有相同型号的鼠笼式制动电机,当设备在任一方向的运动过程中在任意位置上被紧急停机,系统自动锁定。系统须重新供电,才能恢复任一方向的运动。9架车机各架升螺杆依据GB/T5796.11986梯形螺纹牙型自锁式螺纹副进行设计,具有自锁功能。各螺杆托架承载面上设置有传感器,当托架上升接触到车体后,传感器能够发出信号,并立即停止该架升螺杆上的托架上升,此时该螺杆的同步系统起升零点被清零,电气同步系统

6、在可编程序控制器控制下检测旋转编码器输出的角度位移,并通过可编程序控制器将此角度位移转换成架车机托架的直线位移距离,显示到文本显示器屏幕上,供操作者使用。架车机底部配有走行机构,在架车机不工作时通过液压装置降下走行轮,可在车间内地面上由人工推动任意移动,在架车机定置后,通过液压装置升起走行轮,架车机机座落实地面,架车机在工作时的承载全部由机座承载。架车机的机架上设有吊装耳,根据工作需要架车机还可通过起重机进行吊运。10架车机上托架的升降高度(托架最大行程1600mm)可根据工作的实际需要,在规定范围内任意调节,以便于地铁列车检验作业、拆装转向架或进行车下设备的维修、更换作业。本设备电气控制系统

7、配置有过电流保护、架车同步精度安全保护、落地安全检测保护、丝母磨损安全保护、上限位安全保护、下限位安全保护等功能,出现故障时系统自动停止工作,同时发出警铃报警,并在文本显示器上显示出相应的故障报警信息,报警信息为中文提示,即可针对故障信息进行故障排除。11 在总控制台相对的一侧每组设有确认移动按钮盒,当总控台下达起升或下降指令后,只有经过确认移动按钮盒再次确认,架车机方可进行架车作业。在总控制台上设有手动/自动选择开关,操作者可根据实际工作需要选择工作模式进行操作。性好。移动式架车机具有极限位置保护功能,当移动式架车机运行到两端极限位置时,保护装置使移动式架车机自动停车。移动式架车机采用先进的

8、机械、电气、电子元件及优质材料制成,关键部件均采用国际知名品牌,从而降低了控制系统的故障率,驱动系统选用的SEW公司出产的三合一减速机,均可达到少维修或免维修。设备日常维修保养只须定期向丝杠丝母和导轨面补充润滑脂,对电器系统灰尘进行清理即可。零部件均实现标准化、模块化,互换12【任务实施】目前国内地铁车辆架车机种类较多,国外移动式架车机主要有Neuero和Windhoff制造的移动式架车机,这些架车机在设计和制造上结构合理,工作安全可靠性较高,但存在价格较高、设备维修保养国外厂家响应周期长等问题。国内生产移动式架车机厂家非常多,如武汉博生(德国康伯赫合资)、北京铁道工程机电技术研究所、北方四方

9、所、无锡海鹰等,国产移动式架车机价格低,备品配件采购周期短,维修保养响应迅速,但存在设备工作可靠性、安全保护方面的问题。现场学习移动式架车机架车机组,掌握移动式架车机结构、功能,特别是安全保护功能及工作原理则重点学习。13【知识链接】目前国内移动式架车机均采用丝杆螺母架车机,在车辆多次维修过程中,丝杆螺母会受到磨损,且磨损后不易被察觉,存在摔车的安全隐患。另外,多柱同步控制仅依赖各自电机的转速是否一致来实现,使用一段时间后一旦各柱上的电机间出现较大转速差别,或因被举车辆存在偏载时,各举升滑台就会出现较大的不同步误差,造成被举车辆车身严重倾斜的后果。现在使用的可移动式液压架车机采用机械、液压双重

10、保险机构,一旦液压泄露,机械锁钩就发生作用,将举升滑台可靠锁止在原有高度附近,保证被举车辆车身保持基本平衡。每个立柱上均设有位移传感器,控制芯片根据它们采集的数据进行判别,自动调节各个举升滑台的升降快慢,保证被举车辆的车身平衡,一旦设备出现故障导致不同步超差,设备会立即报警并停止运行。1415任务2移动式架车机组认知【活动场景】在检修现场教学或用多媒体协助展现。【任务要求】掌握移动式架车机结构和安全保护功能。16【知识准备】1.移动式架车机结构移动式架车机组由6个架车机组组成,每组由4台移动式架车机组成。工作时,每组架车机组的4个架车机移动就位并固定在沿轨道两侧合宜的位置上,起升时由电控系统进

11、行同步控制,确保各架车机、架车机组之间均匀同步架起整列车(6辆编组)、多节车辆、单节地铁车辆或工程车。每一台架车机均由机架、升降机构、托架、液压移动推车、电气控制五个组成部分(见图5.5)。工作时架车机以机械传动的形式传递运动和扭矩,具体是由电机带动减速机,再由减速机带动丝杠转动,然后由与丝杠配合的丝母带动托架上升,托架上的托头托住车体的架车位置,四台架车机作为一组,共同架起一个车体。17(1)机架机架为焊接框型梁结构,具有足够的强度和刚度,所有部件均安装其上,起重托架安装有滚轮,由丝杠及主螺母带动并沿机架上的立柱轨道滚动(托架的垂向力由丝杠传递给机架,其承载弯矩通过托架上的滚轮传递给机架),

12、其上下限位由限位开关控制。(2)传动升降装置传动升降装置采用带制动电动机的立式行星摆线针轮减速机,通过联轴器带动承载丝杠旋转,通过主、辅螺母带动托架的升降。(3)托架托架由滚轮升降装置、丝杠螺母副装置、承托装置组成(承托装置设置传感器),通过联轴器与减速机联接构成架车机的运动部分,丝杠螺母副装置由丝杠、主螺母及辅助螺母组成,均为自锁型,无需其他的锁紧装置,即可确保安全。18承载螺母),一个为辅助螺母(工作时的安全防护),可使安全性得到双重保证。两螺母间留有间隙,以防止在使用初期两螺母紧死,当主螺母在使用过程中其磨损达到一定程度时,辅助螺母可承受全部载荷,使升降动作安全可靠。(4)液压起升行走小

13、车液压移动小车与机架连为一体,在无负载时可由人力起升架车机,并通过把手实现架车机的升降和移动,不需配备起重设备,一人操作即可完成在作业场地的移动就位。在丝杠螺母副装置中配置有两个螺母,一个为主螺母(工作时的192.电气控制系统架车机的电器控制系统主要由电器控制柜、单机控制箱、远程控制按钮盒、上下限位开关、零位传感器、旋转编码器、电线电缆等部分组成,可完成架车机的配电、检测、保护和控制等功能。每台架车机组的托头上安装有接近传感器,当托头接触车体时自动停止,以保证架车前所有托头在同一水平面上。架车机的同步性由安装在电机上的旋转编码器控制,托架到达顶部时由限位开关限停,也可以在上升(或下降)过程中的

14、任意位置停机,以便完成相应的作业。(1)电器控制柜电器控制柜由断路器、接触器、继电器、热继电器来完成系统的配电、供电、电路保护等功能。热继电器设有对电机的过载保护功能,所有电机均具有安全互锁功能,当任何一台电机发生过载时,所有电机同时停止工作。20每台架车机上都安装有控制箱,各控制箱上均有手动控制按钮,可单独控制架车机的升降。并设有紧急停车按钮,在架车机采用集中控制方式时,当工作组中任意一台架车机的紧急按钮被按下时,所有协同工作的架车机全部同时停机。(3)远程控制按钮盒远程控制按钮盒可以在车辆的另外一侧集中控制单组架车机的升降和停止。(4)上下限位开关每台架车机上装有上下限位开关,控制托架移动

15、的上、下限位置,在自动同步运行模式下,当架车机运行行程达到上、下限位时自动停车。(5)零位传感器每台架车机托架的承托部分装有接近开关,用以检测架车机架车行程的零位点。(2)单机控制箱21图5.6主控柜图5.7单体架车机22(6)旋转编码器每台架车机的电机制动盘上装有旋转编码器,用以检测电动机旋转运动的角度位移,并换算成架车机托架的直线位移,用以监控各架车机的同步工作状态。(7)电线电缆包括电机的电源线、编码器的信号线和控制线。各电源线、控制线和信号线与控制柜均采用预埋电缆加快速接头的连接方式,拆装十分方便。各连接电缆及控制线设置了防护套,以防电线电缆在使用过程中挤压变坏,且满足电气安装行业标准

16、。23图5.8控制柜背面分布图243.移动式架车机安全保护功能(1)声光报警功能移动式架车机设有声光报警装置,当架车机在工作时和在车体托架为闭锁状态时,开始声光报警以提醒工作人员和过往行人注意安全和提醒工作人员提高工作注意力。(2)极限位置停机保护功能每台移动式架车机及其托架都设有上、下限位开关和上、下极限限位开关(限位采用双限位安装方式,以确保设备的安全运行)。当任意一台架车机升到最高位置或降到最低位置时,电控系统在自动切断电机电源的同时,进行声音报警以提醒现场工作人员。(3)架车位置提示功能各托架提升臂设有操作人员易于识别的最高和最低位置的黄色荧光指示标志,以便于操作人员观察。25各托架提

17、升臂设有超高和超低位置的红色灯光指示,当系统中任一台架车机到达超高或超低限位时,电控系统在自动切断电机电源的同时,进行声音报警以提醒现场工作人员。直到故障得到排除,设备方可重新使用。(5)失效、误操作保护功能移动式架车机的所有电源开关和选择开关都是钥匙型的,保证由专业人员才能操作,以防因为误动作出现人员或设备的损伤。“上升、下降”单项保护,在联动操作时,电气线路通过对“上升、下降”的互锁保证其只能向上升或下降一个方向运作。当一台单机上的同步传感器失效,PLC根据同步传感器输出信号的异常,立即发出信号,停止其他架车机工作,进行系统保护,防止车辆倾覆。(4)超高超低位置停机及光电提示功能26车机运

18、行并报警,避免被架车辆的倾覆。当选择组合联动操作后,出现不同步现象达到一车位任意二柱超过4mm,相邻二车位任意二柱超过6mm,相邻三车位任意二柱超过8mm,全列六车位任意两柱超过12mm范围时,电气控制系统自动进行调整,如果在设定的调整时间内不能满足同步精度要求时,电控系统在自动切断电机电源的同时,进行声音报警以提醒现场工作人员。当主接触器失效,PLC进行监控、保护。当辅助接触器误操作或失效,PLC进行监控、保护。各行程开关均设有遮挡,防止在工作中的误碰。各台架车机均设有紧急停车控制按钮,当工作中的任一移动式架车机的急停按钮被按下时,所有协同工作的其他移动式架车机全部同时停机。因为某种原因造成

19、电机转动而载重螺杆卡死不转时,PLC根据托头处的传感器输出信号的异常,将指令传递给控制系统延时切断架27 整套移动式架车机组具有完善的故障自诊断功能,对设备的状态进行全面的监控和显示报警,并能对故障部位和故障类型作出正确判断。动式架车机均能自动停车。每台架车机的电机具有各相的过流、欠压、缺相、温升、相序保护。当一台架车机的电机保护系统动作时,整个系统将自动停止工作。具有良好的电气连锁功能,能防止由于误操作而损坏车辆和设备。当一台移动式架车机的电机出现故障时,系统内各台移动式架车机组的电机都自动停止运转,且当同步系统发生任何错误时,每台移28(6)双螺母安全保护功能移动式架车机的螺母设计为双螺母

20、结构。安全螺母和工作螺母之间设置工作螺母磨损间检测开关,其主要保护功能为:工作螺母磨损监测开关作用为通过工作螺母和安全螺母之间的电位传感器即时监控/检测承载螺母磨损量,一旦承载的工作螺母超过设计磨耗,工作螺母与安全螺母之间的电位传感器被激发,安全螺母立刻作用,电位传感器发出信号通知PLC进行报警、停机,提醒检修人员及时检修,此时架车机不能再继续上升,在操作者对磨损情况确认可安全下降时,可通过一定的操作将架车机安全落下,实施更换工作螺母。托架与工作螺母防脱开监测开关的作用是在各架车机实施同步下降作业中,一旦某托架受到阻卡,致使与工作螺母脱开时,向上压合防脱开监测开关,防脱开监测开关发出信号通知P

21、LC进行报警、停机,提醒操作人员及时排除受阻托架下方的物体。29(7)电气互锁保护功能移动式架车机组的各电机采用电气互锁。当一台移动式架车机的电机出现故障时,系统内各台移动式架车机组的电机都自动停止运转。(8)架车机落地保护功能架车机底座上设有两个底座落地传感器,目的主要是防止底座在完全没有落实的情况下,开始架车作业,造成车辆或设备的损坏。只有所有落地传感器全部触发并将触发信号传输给PLC输入模块,架车机安全保护电路才具备接通条件,否则不能操作架车机上升或下降。30(9)丝杆断裂保护功能当丝杠突然发生断裂时(此种可能性的发生概率非常小),由于丝杠采用上承载、上传动的方式,如果发生丝杠断裂,也只

22、能是上承重部分丝杠断裂(也就是丝杠螺母以上部分断裂),丝母下部丝杠还能作为支撑,防止所架车体倾覆。31【任务实施】在架车作业现场学习各部分结构和功能。(1)架车机机械部分结构:机架、传动升降装置、托架、液压起升行走小车。(2)架车机组电气控制系统结构和组成:电气控制柜、单机控制箱、远程控制按钮盒、上下限位开关、零位传感器、旋转编码器、电线电缆。(3)架车机安全保护功能:声光电报警功能、极限位置停机保护功能、架车位置提示功能、超高超低位置停机及光电提示功能、失效、误操作保护功能、双螺母安全保护功能、电气互锁保护功能、架车机落地保护功能、丝杆断裂保护功能。32【知识链接】移动式架车机安全保护电路比

23、较分析1.德国Neuero与中铁工程研究所两种移动式架车机的安全保护1)德国Neuero移动式架车机安全保护构造Neuero移动式架车机主要的保护有:急停保护,上、下限位保护,螺母磨耗保护,托架阻塞限位保护和相序保护等保护组成。Neuero移动式架车机在安全保护回路中设计了一个安全保护继电器,移动式架车的各种保护开关的常闭触点串联作为安全保护继电器输入。当有保护信号触发时,安全保护继电器输出两组保护信号,一组连接PLC的输入模块作为PLC的输入信号,一组连接到输出模块直接控制主接触器断开电机电源。332)中铁工程研究所移动式架车机安全保护构造中铁移动式架车机主要的保护有:急停保护,上、下限位保

24、护,螺母磨耗保护。中铁移动式架车机的设计方法是将各种保护的触点各自与PLC输入模块连接作为PLC的输入信号,通过程序利用PLC的输出信号直接控制接触器断开电机电源。341)Neuero移动式架车机安全保护电路的设计原理分析在Neuero移动式架车机安全保护电路中,急停开关、上限位开关、下限位开关、螺母磨耗保护开关、托架阻塞限位保护的常闭触点和主控制柜钥匙开关全部串联后接入到安全保护继电器,构成一个紧急停止保护监测回路,当钥匙开关闭合后,安全保护继电器输出一个直流电信号经过串联的各保护开关常闭触电后回到输入接点(CH1)。在移动式架车机工作过程中,如果有急停开关触发或其他保护开关被触发,安全保护

25、继电器检测到紧急停止输入信号,输出两路紧急停机信号。安全保护继电器通过第1组触点控制输出一个DC24V电压给PLC输入模块作为紧急停止信号,通过PLC程序控制断开输出模块上的触点到主接触器线圈。另外一路紧急停机信号通过将安全保护继电器23、24触点串联到主接触器230V电源回路,直接断开主接触器线圈。2.两种移动式架车机的安全保护电路的比较和分析352)中铁移动式架车机安全保护电路的设计原理分析在中铁移动式架车机安全保护电路设计中急停开关,螺母故障保护开关,落地保护限位开关和上、下限位开关分别连接PLC输入模块,作为紧急停止输入信号,通过程序设计利用PLC输出制接触器断开达到紧急停机的目的。3

26、6题导致无法紧急停止移动式架车机的危险。通过以上的分析和比较,Neuero移动式架车机安全保护电路的设计更为合理和安全,大大降低了移动式架车机在升降地铁车辆时发生车辆倾覆的危险性。3.两种移动式架车机的安全保护电路的比较中铁移动式架车机安全保护电路设计比较简单,通过程序设计直接利用PLC的输入输出端子实现安全保护和紧急停机的目的。这种设计完全依赖于PLC的程序设计,若急停开关或其他保护开关对应的PLC内部的软触点失效时,保护开关触发时PLC不会输出紧急停机信号,移动式架车机的安全保护功能失效,达不到紧急停机的目的。Neuero移动式架车机安全保护电路利用安全保护继电器的设计,能够实现同时通过P

27、LC控制移动式架车机紧急停机和通过安全保护继电器直接控制移动式架车机紧急停机。这种设计避免了因为PLC有问3738任务3移动式架车机控制系统认知【活动场景】在检修现场教学或用多媒体协助展现。【任务要求】1.熟悉移动式架车机主要技术参数。2.了解移动式架车机控制系统主要构成。3.了解移动式架车机控制原理。39【知识准备】图5.9各架车机与主控柜接线接口图1.移动式架车机主要技术规格参数:主要技术参数工作环境温度:工作环境最大湿度:噪声等级:-30+50100%75dB(A)40外形尺寸:138mm3900mm最大举升质量:升降最低高度:升降行程:升降速度:减速机电机功率:工作电压:伸缩托架最大行

28、程:同一车位4台架车机托架承载面高度差:相邻两车位8台架车机托架承载面高度差:相邻三车位12台架车机托架承载面高度差:六车位24台架车机托架承载面高度差:1438mm116t0.65m1.6m200mm/min4kW380V200mm6mm8mm10mm14mm41图5.10主操作台2.移动式架车机操作系统组成移动式架车机组的电气控制系统包括一个主操作台、1个安装在主控台轨道对面地坑中的确定控制按钮盒,6个安装在每组架车机上的远程控制按钮盒和24个安装在单台架车机上的操作控制箱。24台架车机系统单元的电源、控制线路采用预埋电缆及快速接头的形式连接。(1)主操作台主操作台如图5.10所示,操作台

29、上各按钮功能如图5.11所示,主操作台控制功能见表5.1。42434445确定控制按钮盒按键布局如图5.12所示,确定控制按钮盒功能见表5.2。图5.12主控柜确定按钮盒(3)远程控制按钮盒远程控制按钮盒按键布局如图5.13所示。远程控制按钮盒各按键功能见表5.3。(2)确定控制按钮盒46(4)操作控制箱操作控制箱的按键布局如图5.14所示。操作控制箱各按键功能见表5.4。4748图5.13远程控制按钮盒布局图图5.14操作控制箱布局图493.移动式架车机控制系统组成及控制原理控制系统的核心部件为可编程序控制器(PLC)、触摸屏和旋转编码器,其通过数据采集、逻辑运算、数值运算、动作输出来实现同

30、步控制、故障报警、状态显示等功能。控制系统设有手动控制和自动控制,手动控制和自动控制功能可任意转换。在手动控制状态下,通过安装在各单机控制箱上的手动控制按钮,可单独控制各架车机的升降;在自动控制状态下,同步控制系统主要由检测电动机旋转运动角度位移的旋转编码器和可编程序控制器(PLC)组成。旋转编码器检测电动机运动的角度位移,并通过可编程序控制器(PLC)将此角度位移转换成架车机托架的直线位移,当各架车机高度差超过系统允许范围时,系统将自动停机锁定并报警,直至超限故障排除为止。在同步升降过程中控制系统具有超差停机报警、故障架车机位置报警等功能。50(1)主控制柜移动式架车机主控制柜主要包括操作台

31、、电压电流表、HMI触摸架车机信息显示屏、交流控制柜、PLC及直流中继控制柜、各架车机与控制柜连接信号电源电缆及插座接口连接面板,移动式架车机控制模块主要包括主CPU模块(包括电源模块、存储卡)、输入模块、输出模块、高速计数器模块,如图5.15、图5.16所示。(2)架车机本地控制箱每个架车机都安装有本地控制箱,其安装在架车机侧面中部,其主要包括本地操作面板、本地输入输出接线箱、与控制柜连接的电源及信号接口、架车机旋转编码器连接接口、远程控制盒连接接口,如图5.17所示。51图5.15主控柜正面布局图5.16主控柜背面布局52图5.17本地操控箱(3)PLC用户程序界面二号线移动式架车机采用西

32、门子S300系列PLC,其控制程序包括PLC硬件组态、用户程序(OB块、FC块、FB块)、DB数据块。主要功能是通过对架车机外围输入到PLC输入模块信号和高速计数器模块编码器脉冲信号进行采集,由CPU模块进行逻辑运算、数值运算、动作输出来实现同步控制、故障报警、状态显示等功能,通过输出模块输出信号控制中间继电器,中间继电器控制接触器和继电器,实现各架车机同步上升和下降,西门子SIMATIC软件监控界面如图5.18所示。53(4)移动式架车机监控触摸屏操作界面移动式架车车机选用西门子TP177A系列触摸屏,操作界面主要由监控界面1、监控界面2、报警界面、操作手册界面、帮助界面5部分组成。监控界面

33、1监控界面1主要用于对1、2、3组的四台架车机高度进行监控,在架车过程中触摸屏与PLC进行MPI数据通信,读取相应各架车机高度数据,主监控界面如图5.19所示。操作者在架车过程中可实时观察到各架车机高度(单位为mm),其中系统共享.DB_unit_1_11-系统共享.DB_unit_1_41为1组1-4号架车机高度;系统共享.DB_unit_2_11-系统共享.DB_unit_2_41为2组1-4号架车机高度;系统共享.DB_unit_3_11-系统共享.DB_unit_3_41为3组1-4号架车机高度。54图5.18西门子SIMATIC软件监控界面图5.19主监控界面55图5.20架车机高度

34、监控界面监控界面1主要用于对1、2、3组的四台架车机高度进行监控,在架车过程中触摸屏与PLC进行MPI数据通信,读取相应各架车机高度数据,架车机高度监控界面如图5.20所示。操作者在架车过程中可实监控界面2时观察到各架车机高度(单位为mm),其中系统共享.DB_unit_1_11-系统共享.DB_unit_1_41为1组1-4号架车机高度;系统共享.DB_unit_2_11-系统共享.DB_unit_2_41为2组1-4号架车机高度;系统共享.DB_unit_3_11-系统共享.DB_unit_3_41为3组1-4号架车机高度。56报警界面报警界面主要用于对移动式架车机在架车过程中出现的报警进

35、行实时弹出显示,提示操作者设备报警,方便操作者在操作错误或发生故障后了解架车机故障情况。架车机报警信息主要存储在PLC报警数据块DB5中(DB5.DBW0-DB5.DBW5),触摸屏通过MPI通信读取报警信息,报警信息主要由83个离散报警组成,报警内容包括在架车出现的联动超调报警、13号高速计数器模块读取错误、各组架车机内部超调报警、16组架车机丝母磨损报警、16组架车机落地信号报警、16组(共24台架车机)托头传感器故障报警、16组架车机调整达到5次停机报警等。57操作手册界面操作手册界面主要用于显示架车机操作步骤和方法的文本信息,由5组画面组成,如图5.21所示。帮助界面帮助界面主要显示架

36、车过程中重要的注意事项,提示操作者安全架车操作,如图5.22所示。图5.21操作手册界面图5.22帮助界面58同步控制原理简介按下控制柜的同步上升或下降按钮,架车机得到上升或下降信号,PLC确定架车机的升降方向并通过PLC的计数器采集旋转编码器的脉冲信号。由于抬升速度很慢,利用PLC的扫描时间,通过对各架车机编码器的脉冲数目与高度的换算,计算比较并按高度数据排序,得知各架车机的高差。通过程序逻辑运算、比较,输出数字信号控制中间继电器线圈接通或断开,各中间继电器常开触点接入各架车机上升、下降继电器、各架车机接通接触器控制电路,实现继电器、接触器通断,各继电器和接触器主触点实现架车机电机交流电路通

37、断达到实现架车机动作。59速度测量等功能。每个高速计数器模块可实现对8个架车机编码器数据读取。如图5.23所示为移动式架车机旋转编码器与PLC高速计数器模块接线图。每个编码器接线1、2分别连接电源DC+24V、0,线号3、4连接PLC高速计数器模块端子36(A0A3)、710(B0B3),输入编码器计数脉冲数和计数方向信号。a.高速计数器模块与旋转编码器西门子FM350-2PLC高速计数器模块为8通道高速计数模块,计数范围为-2147483648到+2147483647(-231to2311)。根据编码器脉冲信号每个通道最大可读取10kHz输入频率。可实现连续上升下降计数、单一上升、下降计数、

38、区间上升和下降计数、频率测量、旋转6061b.PLC高速计数器数据读取移动式架车机程序块中组织块OB1专门用来读取各高度计数器模块脉冲数,通过赋予FC7功能不同的形参,3次调用FC7功能,读取16组共24个架车机编码器脉冲数。下面为FC7功能程序一部分节选:62c.读取脉冲数与架车机高度转换PLC通过调用程序中FC8功能将编码器高度脉冲转换为架车机实际驾车高度,通过程序可知道编码器每旋转计数693个脉冲时,架车机高度上升或下降1mm。6364【任务实施】架车机联动同步控制1.移动式架车机同步判断原则架车机同步控制核心是PLC逻辑运算比较和判断,在架车机控制程序中有FC81(3个数比较取大)、F

39、C82(3个数比较取小),FC90(最大值减最小值)、FC91(4个数比较取大)、FC92(4个数比较取小)、FC93(5个数比较取大)、FC94(5个数比较取小)、FC95(6个数比较取大)、FC96(6个数比较取小)、FC101(单组取平均值),通过调用以上不同程序块,实现对架车机高度逻辑判断、控制,判断原则如下:如果任意两台架车机的高度差在4mm之内,系统正常工作,不进行调整。65其余架车机继续上升,同理,上升等待补齐调整不断进行,直到所有升降柱同高时,停止调整动作,架车机同时上升。下降等待补齐调整过程类似。同组高于6mm停车报警。相临组高于8mm停车报警。整列车高于14mm停车报警。高

40、度差为46mm,分为上升等待补齐调整与下降等待补齐调整。上升等待补齐调整时,处于最高位的架车机停止运行,其余架车机继续上升,当第2高位的架车机上升到最高位的高度时,停止运行,662.同步度控制的硬件设计YDJ16T移动式架车机可实现单组同步精度4mm精度,两组同步精度6mm,3组以上同步精度8mm以内,也就是说,架车机架升高度在这范围内通过架车机控制系统自动调节将驾车机高度控制在一定范围内。同步精度硬件实现主要是通过主电路和PLC硬件两大部分实现的。673.主电路设计每台架车机升降驱动装置是一台4kW的三相异步电动机,电机动力通过三合一减速箱、星型联轴器驱动丝杆转动,传动丝杆的回转运动则通过丝

41、母转换成上下直线运动,从而实现托架部分车的起落功能。如图5.25所示,以第一组主电路图为例,所有4台架车机上的三相电机M1M4,均与控制正反转的主继电器触点KM15和KM16串联,实现同组内4台架车机同步上升和下降,KM11KM14主触点仅控制各架车机上三相电机的启动和停止,这样设计的优点在于:68点断开,相应架车机停止,等待其他3个架车机下降高度,4台架车机高度在4mm范围内,架车机继电器再次得电,同组4台架车机再次同步下降。此外,每个架车机的电机都配置有制动器YB1YB12,可有效防止电机停止运转时的惯性冲击,确保架车机不会因为停止惯性造成定位精度偏差问题。 一是与每个电机配置独立正反转触

42、点的设计相比,可大大减少主继电器的使用;二是在架车机架升高度出现偏差时,控制相应架车机停止和启动,实现架车机架升高度调整。在上升过程中,相应架升高度最高的架车机相应继电器受控制断开,相应架车机停止等待其他3个架车机,等待架车高度在一定范围内时再重新启动,4台架车机再次同步上升;如果在下降操作过程中,下降高度最低的架车机继电器断电,主触69704.PLC的设计YDJ16T型移动式架车机PLC选用西门子S300系列可编程控制器,硬件部分包括主CPU315-2DP主模块、IM365机架扩展接收模块(用于连接扩展机架中的3个高速计数器模块)、DI3224V数字输入模块14、DO、3224V/0.5A数

43、字输出模块12,它们之间通过背板总线实现与CPU主模块通信实现数据交换。扩展机架主要包括IM365扩展机架接收模块、高速计数器模块13,其中最左侧的IM365扩展机架发送模块通过西门子相应通信协议实现与主站CPU模块右侧IM365扩展机架接收模块通信和数据交换,将各架车机旋转编码器检测到架车机高度脉冲值传送到CPU模块。每个计数器模块包含8个计数检测通道,分别是计时器模块1的A0A7,检测1、2组8个驾车机旋转编码器正转(上升)脉冲信号,计数器模块2的A0A7检测34组8个架车机旋转编码器正传(上升)脉冲信号,计数器模块3的A0A7检测56组8个架车机旋转编码器正传(上升)脉冲信号;同71样计

44、数器模块1的B0B7检测12组8个架车机旋转编码器反转(下降)脉冲信号,计数器模块2的B0B7检测34组8个架车机反转(下降)脉冲信号,计数器模块3的B0B7检测56组8个架车机反转(下降)脉冲信号,各架车机旋转编码器安装在各架车机电气最顶端,通过联轴器与电机转子联接,通过一定运算可以计算出架车机高度与旋转编码器检测脉冲值的转换关系,由于丝杠的螺距为16mm,丝杆每正向或反向旋转一周,编码器的信号发射极向计数器模块输送3057个脉冲值,对应架车机上升(下降)16mm。72737475PLC主机架上每个输出模块有32点数字信号输出,输出直流低电压信号接入中间继电器电路,通过中间继电器控制驾车机电

45、机继电器,以输出模块1为例,由于PLC的输出为低压低直流,无法直接控制主继电器的吸合。通过中间继电器间接控制电机接触器。PLC输出信号连接中间继电器,中间继电器的触点均与主继电器线圈串联,以低电压控制高电压的设计,实现了PLC对主继电器的控制。如图5.28所示,输出模块1的输出信号Q20.0Q20.5连接中间继电器KA1KA6,中间继电器KA1KA6常开触点串联连接入主继电器KM11KM16实现对一组4台架车机电机控制。输出模块1的输出信号Q20.6Q21.3连接中间继电器KA7KA12,中间继电器KA7KA12常开触点连接入主继电器KM21KM26,实现对1、2组8台架车机上升、下降以及各架

46、车机的停止和启动。765.程序设计及分析在生产制轨道车辆时,由于装配的误差和车梁存在挠度等原因,致使车辆的各个架车点绝对高度有所差别,因此,同步度程序的设计,应考虑架车机上升或下降的相对高度,而非距地面的绝对高。YDJD16T型国产移动式架车机的同步度控制正是按上述理念进行设计的,其同步度控制程序大体可分为3部分,分别为脉冲信号接收处理、数据分析判断与控制结果输出。由于单组控制与全组控制的程序设计完全一致,现仅对2组58号驾车机和全列6编组移动式架车机的同步度控制进行程序分析。777879各架车机脉冲信号是通过旋转编码器来计数和读取的,每个旋转编码器都包含一个正转脉冲信号A和一个反转脉冲信号B

47、以及一个硬件门信号I(用于对计数值计入或不计入等的控制,通过专用屏蔽电缆接入8通道高速计数器中,正转脉冲每检测到一个脉冲值加1,反转脉冲值每检测到一个脉冲值减1。计数器模块对编码器输入信号的读取和写入是通过西门子高速计数器模块专用的驱动程序FC7来控制的,13号计数器模块对架车机脉冲值分别存储在DB13数据块中,其中DB1存储12组8台架车机脉冲值,DB2存储着34组8台架车机脉冲值,DB3存储着56组8台架车机脉冲值。由于BD13数据块中脉冲值是受硬件门信号(对应架车机托头传感器信号)控制,在架车过程中如果由于架车机不同步造成架车机托头脱离车体,硬件门信号断开,相应架车机DB块中的架车机脉冲

48、值就会清零,为了对架车机脉冲值实现记忆,在程序中通过功能FC26实现将数据块DB1DB3中的24台架车机脉冲值传送到BD4共享数据块中。这样主CPU程序通过调用DB4共享数据块(1)脉冲信号接收处理80各架车机高度冒出值来实现对各驾车机高度的分析和判断。为了保证各架车机脉冲值的准确性和即时性,通过OB1程序实现在PLC每个扫描周期对各架车机脉冲值读取和更新,实现了架车机脉冲值的准确性。(2)数据分析判断数据分析判断阶段的主要任务是在该组架车机同步群升或群降过程中,检查是否存在上升或下降过快的移动式架车机,并将判断结果赋值在指定的辅助继电器中。因脉冲的信号是无方向性的,因此,数据分析判断实际是在

49、判断是否存在输送脉冲数值过大和过小,过大则表示该架车机上升或下降过快,过小则表示该架车机的上升或下降过慢。单组架车机升降分析判断首先需要确定的是架车机单组同步上升或下降必须要消除架车机本身制造误差、架车地面不平误差、车辆本身4个架车点高度不一致误差,因此就不能以绝对高度为基准来调整架车机同步性。而是以81架升车辆4个架车点高度作为各自调整基准。因此程序设计上在架车机未接触车体前是不计入旋转编码器计数脉冲值的,只有在4个架车点都接触车体后(可以不是同时接触车体,只要在最先接触车体架车机和最后接触车体架车机之间时间间隔不超过2s,如果超过2s程序超调,立即停止所有架车机,实现安全保护),所有架车机

50、复位停止,按架车机组确认按钮后,架车机再次群组升降架车机时架车机旋转编码器数值开始计入,程序开始对2组58号架车机脉冲值进行CMP比较和判断,通过调用FC10功能计算出4个架车机的最大值、最小值和最大差值,如果最大差值大于4mm,架车机开始调整,如果最大差值小于2mm,调整停止。调整分两种情况,如果是在上升过程中,脉冲值最大架车机停止等待其他架车机;如果是在下降过程中,脉冲值最小的架车机停止等待其他架车机。如果架车机脉冲最大差值大于6mm,调整失败,架车机组全部停止,同时报警,如果调整时间超过2s,程序输出超调报警,架车机停止保护;如果调整次数超过5次,架车机82也停止保护,同时输出脉冲超差架