內燃機車PLC控制系統及優化方式分析

廖麗

（攀鋼集團攀鋼釩公司物流中心，四川 攀枝花 617023）

在實際應用中，PLC已然成為機車電氣控制的核心，據資料顯示，某公司所購入的內燃機車投入使用時間已長達13年，該機車的電氣系統相比新機車主要存在以下問題：控制系統復雜、運行穩定性能以及可靠性能差，發生故障概率大；電氣系統的線路因老化嚴重，控制系統內部分配件可靠性較差，且由于部分配件已出現停產使得對機車的維修成本增加；機車原來所使用的單片系統由于未設置隔離措施使得機車進行調速以及換擋時故障發生率高，這些問題嚴重影響了內燃機車的正常運行，基于以上背景，通過對內燃機車PLC控制系統及優化方式分析，以期提升該機車運行的可靠性。

1 系統結構組成

1.1 PLC單元

FX2N是該控制系統的主控制單元，主要對機車的各種運行數據進行收集與整理，完成報警、趨勢分析以及數據記錄等工作。機車操作人員可以借助操作終端來監測機車的實時運行情況。

1.2 外圍單元

FX2N具有80個I/O點，兩個開關量輸入模塊，一個輸出模塊和一個模擬量輸出模塊。內燃機車的各類信號與指令經過輸入模塊傳輸至PLC，最終滿足對機車的控制要求。圖1為機車電氣結構示意圖。

圖1 系統結構組成

1.3 系統功能

對機車柴油機的啟閉進行控制；使用模擬量輸入模塊對機車的溫度以及壓力信息號進行采集，并經程序計算得出柴油機的運行轉速以及行車速度；當機車在行駛過程中某項模擬量（溫度、壓力）值大于最大限定值時則能夠發出不同級的報警信號；能夠通過人機界面對機車的各類運行參數進行反映，如柴油機的轉速、機車的速度以及油壓、油溫等；可以對不同操作級別進行分級加密，并進行實時參數的修改；滿足對柴油機無極調速的要求。

2 系統軟件設計

機車電氣控制系統的軟件設計主要包括：柴油機啟動、數據顯示、調速、報警、手/自動控制等子程序模塊。其中，柴油機啟動子程序模塊中，按下啟動按鈕則A柴油機進行機油預供油泵工作，當待機油壓升高至0.1MPa時則預供油泵工作停止，此時，電機啟動運行并帶動柴油機啟動，B柴油機同樣完成啟動，啟動回路斷開，避免在運行過程中發生柴油機二次啟動，其控制流程圖如圖2所示。

圖2 柴油機超動控制流程圖

借助控制系統內部的定位模塊完成脈沖輸出，進而電機實現無極變速目的，并通過利用上下限開關確保柴油機轉速在控制范圍內；根據控制系統采集到的各類信號對采樣值以及既定的安全設定值進行對比，基于結果發出報警信號；機車手動控制模式下主要是通過操作人員使用操作桿進行開關的轉換，并完成檔位的調換，在自動控制模式下，主要是基于柴油機的轉速以及機車的速度比值控制達到機車自動調速的控制；人機界面設置在操縱臺，借助通訊電纜滿足信息傳輸與交換目標，人機界面主要包括共同畫面、集中畫面以及故障畫面等，其中共同畫面主要是顯示時間以及日期，集中畫面則主要反映柴油機的水溫、油壓以及傳動箱油溫等信息，故障畫面是對機車的故障信息進行顯示，并給出相應的故障后果以及處理辦法，當機車行駛中發生故障時操作人員能夠根據故障畫面給出的信息及時對機車故障進行處理。

3 柴油機控制

柴油機的控制主要包括包括：柴油機供電啟動與柴油機的停機，其中，柴油機的啟動參考現代汽車的啟動方式，即機車操作人員控制搖桿將手柄置于0位置處，則傳動箱處在空擋狀態，即可進行柴油機的啟動。此時將控權開關進行閉合，繼電器得電，啟動鑰匙將啟動開關置于運行位置，柴油機控制系統供電，此時診斷燈發亮。等到柴油機診斷燈滅后則將鑰匙開關置于啟動位置，啟動繼電器得電，柴油機起機，當柴油機啟動完成后則將啟動鑰匙重新置于運行位置則啟動完畢。EDC是柴油控制系統的核心，其中，EDC和PLC之間的連接是借助CAN總線通訊形式相連，能夠獲取PLC所輸送的控制信號實現柴油機的啟閉、調速。此外，通過利用CAN總線通訊能夠將柴油機的轉速、油溫等信息顯示在PLC觸摸屏上。只需將啟動鑰匙從運行位置轉動至0位置即可達到柴油停機目的。

4 制動系統控制

制動系統的控制主要包括對空壓機以及空氣干燥器、緊急制動以及旁路制動電路的控制。其中，在機車內設置有空壓機，該空壓機是由柴油機采用皮帶驅動，其中泵風是通過PLC系統內機車總風壓傳感器獲取總風壓力，并自動對空壓機進行控制，若風壓小于730kPa時，PLC顯示器空壓機燈亮，反之當風壓高于900kPa時則泵風停止，指示燈滅。此外，若需要強制泵風時則機車操作人員可以通過PLC顯示屏上的按鈕進行手控供風的調整。機車在行駛過程中若出現緊急情況需按下緊急按鈕開關時，制動控制系統內部的緊急電閥得電，此時柴油機處于卸載情況，列車管進行排風，當機車進行緊急制動后則機車處于零速聯鎖，避免出現機車在減速過程中再次啟動。在機車內的主副操縱臺旁設置有制動按鈕，當PLC發出指令后則旁路制動繼電器得電，指示燈亮，此時柴油機開始卸載。

5 冷卻系統控制

靜壓油箱內設置有1吸油和1回油過濾器、1低液位報警器和1液壓油溫傳感器，其中，過濾器內均有堵塞發訊器，當過濾器出現堵塞情況時，能夠發出高電平，PLC顯示器則會顯示過濾器堵塞。溫度傳感器主要是將采集到的油溫信息傳輸至PLC，并顯示在顯示屏內，同樣，當液位小于最小設定值時輸入高電平發出報警信號。基于控權段產生的信號，PLC對繼電器進行控制，為冷卻風扇供電，當冷卻風扇處于自動控制模式時，PLC根據系統內設定的對柴油機的進氣溫度、冷卻液溫度、傳動油溫以及靜液壓油溫控制繼電器動作，進而實現冷卻風扇高低速運行的控制。當冷卻風扇處于手動控制時，則主要是通過操作人員查看柴油機的進氣溫度、冷卻液溫度、傳動油溫以及靜液壓油溫，并基于結果進行風扇高低轉速的控制。冷卻風扇在啟動時，應嚴格遵循由低速向高速，不得使用高速進行直接啟動，在進行高低速的轉換時應至少在轉化檔位停留15s才能進行檔位轉換。在運行過程中若發現冷卻風扇發生故障，則應將風扇置于0檔位，即切斷風扇供電，避免出現風扇再次轉動而對維修人員造成傷害。

6 調試與結論

PLC技術在內燃機中的使用有效地解決了多種繼電器以及接觸屏控制系統復雜的問題，簡化了工作流程，通過PLC控制系統的使用，機車的電氣控制系統工作穩定性得到加強，機車的觸摸式液晶顯示屏極大地方便了操作人員對機車運行狀態的實時監測，此外可以對機車的故障信息進行記錄，有助于對設備進行檢查與維修。