地鐵移車臺電氣系統技術改造

李斌鋒

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510380）

廣州地鐵一號線西朗車輛段是地鐵A型車大架修的基地，其主廠房內配套移車臺設備，用于單節列車在不同地點進行部件的拆解、組裝、檢修等的轉軌運送。該移車臺于2001年投入使用，最大設計載重量為38噸，其調速方式落后，高、低速的運行由高、低電機驅動，高、低速電機通過離合器切換。電機采用直接啟動方式，采用液壓推桿制動器進行剎車制動，啟動時，驅動電機接觸器先吸合，而控制剎車的接觸器后吸合，啟、停沖擊較大。移車臺轉軌、對軌作業頻繁，舊有系統只能通過人工對軌，對軌精度低、時間長，極大的影響了轉軌作業。

為了提高作業效率，對移車臺電氣系統進行改造，以PLC作為控制器，采用低頻大扭矩變頻器對電機進行調速，實現了移車臺平穩的啟動、移動、停止，通過優化控制程序，增加自動對軌功能，利用目前應用成熟的變頻技術完成對舊設備的改造。

1 電氣系統組成

移車臺在對角設置控制臺，操作人員可以在任一控制室進行移車作業。改造后電氣系統主要包括FX2-32MR可編程控制器1個，定位傳感器2個，限位行程2個，變頻器1臺，驅動電機2臺，移車臺如圖1。

圖1 地鐵移車臺

移車臺對軌控制原理為，進行移車臺操作時，先按下高速運行按鈕，高速接近目標軌道，將定位開關打到ON位，按下低速按鈕，移車臺低速運行，PLC會根據輸入的定位信號，進行減速剎車，根據預先計算的距離準確對軌。

2 PLC控制部分電路

可編程控制器作為控制系統核心部件，通過采集按紐、傳感器的輸入信號，通過內部邏輯運算，根據運算結果控制輸出接觸器、繼電器等。其輸入輸出點可見表1，PLC需要輸入點個數為14個，輸出點13個，且無其他特殊功能模塊的要求，選擇三菱FX2-32MR控制器，其16點輸入，16點輸出可滿足系統要求[1]。

定位傳感器可將位置信號反饋給PLC，通過與地面的位置塊配合使用。

限位行程安裝于移車臺兩端，當移車臺運動到觸發限位行程時，移車臺會緊急停車。

表1 PLC輸入輸出點設置

3 變頻器選擇及參數調整

變頻器通常有4種控制方式可選：U/f開環控制方式、U/f閉環控制方式、開環矢量控制方式和閉環矢量控制方式。移車臺功能簡單，可選擇開環控制。移車臺由兩臺電機驅動，單臺電機功率7.5 kW，額定電流為14.9 A，采用一臺變頻器拖動兩臺電機，選擇V/F開環控制模式。

本次改造選用安川CIMR-AB4A0058變頻器，其功率為22 kW，大于電機總功率，額定輸出電流45 A，滿足變頻器額定電流大于電機額定電流之和的1.1倍的要求[2]。由于移車臺電機需限時制動，選配三條75Ω/2500W制動電阻，使電機能在設定的時間內停機。其外部接線如圖2。

變頻器投入使用前需對其參數進行調整，基本參數有：控制模式調為無無PG V/f控制模式，運行指令選擇控制回路端子，對輸入S5、S6端子進行功能設定，設置運行時高速頻率為50 Hz、低速頻率為20 Hz，設置輸入缺相、電流警告等保護功能，調試時，根據使用情況設置啟動與制動時間為3 s。

圖2 變頻器外部接線

4 控制系統PLC程序設計

順序功能圖(SFC)是一種圖形化編程方法，它是用流程圖來表達一個順序控制過程，由步、轉換條件及有向連線組成。本系統控制程序順序功能圖(SFC)設計步驟如下。

（1）首先需確定順序功能圖的結構，主要分為順序結構、選擇結構、并行結構、跳轉結構。本系統需根據外部信號輸入，通過激活不同的步來實現高速前進，高速后退，低速前進（含定位），低速后退（含定位）四個功能。執行各段程序時，若出現故障，需跳轉至故障步。本系統程序使用選擇結構與跳轉結構。

（2）順序控制流程圖的繪制，其中雙線方框表示初始步，單線方框表示順序控制中的單步，各步對應的動作用矩形框中的文字或符號表示，該矩形框與相應的步的符號相連，各步間通過有向連線連接，轉換條件用有向連線上與有向連線垂直的短劃線表示。流程圖中默認的執行順序為從上到下，從左到右。高速前進的順序功能圖如圖3。

圖3 高速前進順序功能圖

（3）根據順序功能圖設計梯形圖程序，使用三菱STL指令或順序功能圖語言可方便、高效的實現程序的梯形圖編程。本系統采用STL指令實現，根據順序功能圖轉化的高速前進梯形圖見圖4。

最后將編好梯形圖程序進行仿真測試，測試結果達到預期目標，將程序下載到系統的PLC中，通過試驗，程序可正常運行，實現移車臺的各項功能。

5 改造完成后試驗總結

改造完成后，通過試驗，移車臺各項功能正常。在空載和重載的工況下，移車臺定位情況良好，完全滿足車輛上下移車臺的精度要求。廣州地鐵一號線段內設備多都已使用十年以上，面臨著技術淘汰、部件老化等問題，其中部分設備成本較高，主體構架尚好，改造成本可控，技術可行，具有升級、改造或大修的價值。

圖4 高速前進梯形圖

［1］ 廖常初.FX系列PLC編程及應用：第2版［M］.北京：機械工業出版社，2013.

［2］龔仲華.交流伺服與變頻器應用技術：安川篇［M］.北京：機械工業出版社，2012.