基于PLC的隨速變壓停車制動設計與實現

2011-04-26 02:31:08凌世波伍川輝

中國測試 2011年3期

凌世波，伍川輝

（西南交通大學機械工程學院，四川成都 610031）

0 引言

停車制動是列車運行中常用的制動方式[1]，就是指使運動的列車減速至停止而實施的制動動作。按照制動力大小可分為輕停車制動和重停車制動2種。1∶1列車制動試驗臺位于鐵道部隆昌工務器材廠，于2008年12月進行升級改造，升級后該試驗臺能實現隨速變壓制動試驗。隨速變壓即是在指制動過程中，閘片壓力隨著瞬時速度的改變而根據一定規律變化。隨速變壓制動共有3種模式，分別是B7-T、EB-T、UB-T。在每種隨速變壓制動模式下，隨著制動瞬時速度的降低，閘片夾緊力根據一定規律變化，利用上位機中的LabVIEW與下位機PLC之間的串行通信來采集和處理數據，按照鐵路標準繪制試驗報表[2]。

1 制動試驗臺控制系統原理[3]

該試驗臺主要由試驗控制臺、PID控制系統、數據采集系統和計算機組成，如圖1所示。

圖1 控制系統原理圖

圖2 1∶1試驗控制臺

1∶1試驗控制臺如圖2所示，包括各部分電源開關、參數選擇開關、緊急停止按鈕、工況指示燈、報警指示燈、數據顯示儀表、計算機顯示器等。在試驗過程中，電機轉速、制動力、制動力矩、車輪溫度等信息都能在控制臺上進行實時顯示。控制臺在手動模式下進行試驗時，各項操作指令都由人通過控制臺發出。

2 隨速變壓停車制動數據采集系統的實現

數據采集系統由傳感器、信號調理器、變送器、數據采集卡、計算機等部分組成。數據采集系統采集的信號包括制動壓力、制動力矩、車輪溫度、閘瓦溫度、車輪轉速、撒水量、風機風速等。使用的傳感器有壓力傳感器、熱電偶、光電編碼器、流量計、風速計等。

變送器對采集的信號進行一定的處理后分三路送出，分別送給PID調節單元、數據采集卡和控制臺數據顯示儀表進行實時顯示。數據采集卡采用NI PCI-6250，該數據采集卡具有高精度、高速度的特點，保證了試驗測量數據的準確性。

3 隨速變壓制動系統實現

3.1 系統組成

該控制系統主要由三菱可編程控制器（PLC）和PID控制器實現，采用PID算法進行隨速變壓控制。PLC是一種數字運算操作的電子系統[4]，專為在工業環境下應用而設計。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC程序既有生產廠家的系統程序，又有用戶自己開發的應用程序，系統程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信息與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。

PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史[5]，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。在PID控制算法中，存在著比例、積分、微分3種控制作用。根據被控對象的不同，適當地調整PID參數，可以獲得比較滿意的控制效果。PID控制算法簡單，參數調控方便，并且有一定的控制精度，是當前普遍采用的控制算法。