變頻自控技術(shù)在車(chē)輛檢修裝備上的應(yīng)用

摘 要：變頻技術(shù)的應(yīng)用在今天已經(jīng)非常廣泛，從家用空調(diào)、洗衣機(jī)等家電到大型工業(yè)化設(shè)備上都不難發(fā)現(xiàn)它的身影。輪對(duì)清洗機(jī)是應(yīng)用于鐵道車(chē)輛檢修的一種檢修設(shè)備，本文將主要介紹變頻自動(dòng)控制技術(shù)在輪對(duì)清洗機(jī)上的應(yīng)用，文章分別從設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面進(jìn)行了具體介紹。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù);輪對(duì);自動(dòng)控制

1 概述

通過(guò)使用變頻空調(diào)我們知道，可以通過(guò)變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降噪等功能，讓我們的室內(nèi)空間溫度更加舒適宜人，這是變頻技術(shù)帶給我們的最直觀的感受。然而，在很多我們不熟知的領(lǐng)域里也廣泛用到了變頻技術(shù)，而它的優(yōu)點(diǎn)也不僅僅局限在節(jié)能降噪上。

鐵路運(yùn)輸在我國(guó)占據(jù)著重要位置，我國(guó)領(lǐng)土遼闊，鐵路承載著主要的運(yùn)輸任務(wù)。特別是當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的形式下，鐵路從運(yùn)量和運(yùn)距上都增加了很多，而在這些變化中無(wú)疑給列車(chē)帶來(lái)了更大任務(wù)和行車(chē)勞損。為了盡可能降低事故發(fā)生的可能，在鐵路車(chē)輛的保養(yǎng)與檢修中不斷增加力度，新的檢測(cè)設(shè)備在不斷的開(kāi)發(fā)和投入使用，這給檢測(cè)帶來(lái)方便也帶來(lái)了更高的經(jīng)濟(jì)效益。然而各種新型機(jī)械設(shè)備應(yīng)用量的增加帶來(lái)的負(fù)面影響之一就是能源消耗逐漸增大。為了解決新設(shè)備和能源消耗之間的矛盾，一個(gè)重要途徑就是革新技術(shù)，使得設(shè)備在達(dá)到使用要求的情況下盡可能的減少能源消耗，提高能源有效利用率。

鐵道車(chē)輛的車(chē)輪是成對(duì)出現(xiàn)的，我們通常將鐵道車(chē)輛的輪子稱(chēng)之為輪對(duì)，它和汽車(chē)的輪子是類(lèi)似的，是磨損件，也是直接關(guān)乎車(chē)輛安全性的一個(gè)重要部件，對(duì)于列車(chē)而言，輪對(duì)的檢修質(zhì)量會(huì)直接影響列車(chē)的運(yùn)行安全。輪對(duì)檢測(cè)設(shè)備通常有電磁探傷和超聲波探傷等，在探傷之前要對(duì)輪對(duì)進(jìn)行清潔，這是一個(gè)耗能、耗時(shí)、耗力的事情，通常情況下清洗車(chē)輪需要22千瓦大功率水泵不間斷運(yùn)行，而有效工作時(shí)間僅為1/2左右，而且每次開(kāi)機(jī)前必須由人工補(bǔ)水。除此之外補(bǔ)水管道一般也處于常開(kāi)狀態(tài)，時(shí)常造成儲(chǔ)水池水滿外溢，還需用水泵往外排水，這就會(huì)造成大量的水資源和電能的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)設(shè)備造成沒(méi)必要的機(jī)械磨損，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成很大影響。

2 變頻自控技術(shù)在輪對(duì)清洗機(jī)上的應(yīng)用

2.1 輪對(duì)清洗機(jī)設(shè)計(jì)思路

輪對(duì)清洗機(jī)結(jié)構(gòu)其實(shí)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行原理也比較簡(jiǎn)單，由大功率水泵將自來(lái)水加壓后通過(guò)噴槍高速水流完成對(duì)輪對(duì)上污物的清洗。大功率水泵不能頻繁的開(kāi)啟和停機(jī)，因此，傳統(tǒng)的清洗機(jī)工作時(shí)水泵處于持續(xù)不間斷工作狀態(tài)。清洗機(jī)正常工作時(shí)會(huì)有不同的工況，包括強(qiáng)洗、弱洗和中等強(qiáng)度清洗，還包括逆向沖洗和間歇沖洗工況，因此，在對(duì)水泵進(jìn)行控制時(shí)也存在著一定的技術(shù)難度，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一是要選擇可以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的長(zhǎng)期對(duì)工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;二是要實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)補(bǔ)水和程序自動(dòng)化控制;三是實(shí)現(xiàn)大功率電機(jī)的頻繁變速和啟停;四是盡可能的實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)水，方便工作人員操作。通過(guò)變頻技術(shù)的應(yīng)用，很好的解決了上述問(wèn)題。一方面，變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，也就是說(shuō)可以通過(guò)逐漸增加電機(jī)電壓使得電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)緩慢加速到額定轉(zhuǎn)速，這一過(guò)程通過(guò)變頻技術(shù)的控制不會(huì)因?yàn)槟愦蠊β孰姍C(jī)的突然啟動(dòng)而對(duì)電網(wǎng)造成較大的電流波動(dòng)沖擊，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)實(shí)際需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行速度;另一方面，補(bǔ)水系統(tǒng)也變?yōu)樽詣?dòng)補(bǔ)給，通過(guò)主水泵和副水泵的切換以及電機(jī)速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)沖洗機(jī)各工況的需要，實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)控制的同時(shí)還能節(jié)省人力，減少水資源的浪費(fèi)和電能的消耗。

2.2 設(shè)計(jì)方案分析

軟啟動(dòng)技術(shù)是使電機(jī)的供電電壓緩慢增加的過(guò)程，電壓將按一定的電壓（電流）——時(shí)間特性曲線由比較低的一個(gè)值逐漸上升至額定電壓值，從而使電機(jī)在負(fù)載情況下能夠平緩啟動(dòng)，不會(huì)像普通電機(jī)啟動(dòng)時(shí)那樣對(duì)電網(wǎng)造成電壓和電流的波動(dòng)。這里運(yùn)用的變頻技術(shù)實(shí)際上是變頻調(diào)速技術(shù)，該技術(shù)就是將50赫茲的交流電根據(jù)需要改變成不同頻率的交流電，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)無(wú)極調(diào)速。變頻技術(shù)的應(yīng)用有兩個(gè)方面的意義，一方面是可以使泵類(lèi)負(fù)載獲得平穩(wěn)、無(wú)電流沖擊和力矩沖擊的理想啟動(dòng)效果，從而克服了傳統(tǒng)啟動(dòng)方式的弊端;另一方面式可以將大型電機(jī)設(shè)備接入電網(wǎng)的瞬間對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓和電流的沖擊降到最低，可以保證電網(wǎng)中其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。

對(duì)于變頻技術(shù)在輪對(duì)清洗機(jī)上的應(yīng)用還有一點(diǎn)就是傳感器的選用，對(duì)此我們做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)比較了光電、電磁感應(yīng)、繼電控制、壓力傳感器等傳感監(jiān)測(cè)方式，可效果都不太理想。最后選用了智能型電子自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，此系統(tǒng)由微電腦和傳感器共同組成，通過(guò)微電腦建立數(shù)學(xué)模型對(duì)傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析和處理，可以實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)補(bǔ)水的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。

2.3 變頻清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和工作原理

輪對(duì)清洗機(jī)的基本原理已經(jīng)在上文做了介紹，下面將介紹一下清洗機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。控制裝置我們稱(chēng)之為自動(dòng)控制柜，主要由自動(dòng)跟蹤單元、狀態(tài)判別處理器、軟起動(dòng)變頻器、水泵電機(jī)及全自動(dòng)補(bǔ)水和故障自檢單元構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，整個(gè)裝置可分為控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)兩個(gè)部分。

2.3.1 控制系統(tǒng)。自動(dòng)跟蹤單元。所謂跟蹤，就是要同時(shí)做好監(jiān)視和信息的傳導(dǎo)，該單元的功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)清洗機(jī)的運(yùn)行工況，對(duì)清洗機(jī)的PCL可編程序控制器的控制參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤取樣，并對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行前置處理。

數(shù)據(jù)處理器。由數(shù)據(jù)處理器中的微電腦結(jié)合已建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)采集到的清洗機(jī)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、判斷、分析和處理，最終輸出系統(tǒng)監(jiān)控信號(hào)。

2.3.2 執(zhí)行系統(tǒng)。軟啟動(dòng)變頻調(diào)速。整個(gè)控制的系統(tǒng)的核心就是軟啟動(dòng)變頻調(diào)速器系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)輪對(duì)清洗機(jī)智能監(jiān)測(cè)裝置控制系統(tǒng)輸出的實(shí)時(shí)信號(hào)，由變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng)車(chē)輛輪對(duì)沖洗機(jī)的大功率水泵電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且按照設(shè)定的曲線逐步提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速至所設(shè)額定值。其軟停車(chē)功能，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平滑下降至停止，不會(huì)產(chǎn)生突變，消除了拖動(dòng)系統(tǒng)的反慣性沖擊。

水泵自動(dòng)補(bǔ)水。在原水泵人工補(bǔ)水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，并聯(lián)加裝了電磁閥水泵自動(dòng)補(bǔ)水程序控制裝置，由控制系統(tǒng)的微電腦芯片程序控制水泵的補(bǔ)水時(shí)機(jī)、流量、時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化補(bǔ)水。

3 結(jié)束語(yǔ)

變頻技術(shù)在清洗機(jī)上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器的智能化控制，提高了工作效率的同時(shí)節(jié)省了勞動(dòng)力的投入。另外，變頻技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)的最直觀的就是經(jīng)濟(jì)意義，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。在變頻控制下的清洗機(jī)經(jīng)過(guò)一年多使用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，相比傳統(tǒng)的控制范式，空載節(jié)電超過(guò)90%，整機(jī)全年節(jié)電率達(dá)53%，節(jié)水達(dá)98%，而且設(shè)備故障少，環(huán)境噪聲大大降低，生產(chǎn)和衛(wèi)生環(huán)境也得到了改善。