基于PLC控制的鐵路客車轉向架拋丸機

沈浩

摘 要：鐵路客車轉向架拋丸機屬于大型除銹設備，運用拋丸清理技術對鐵路各型客車轉向架進行除銹。客車段修時，轉向架分解后整體進入拋丸機，通過拋丸清除轉向架各部件表面銹垢。本文主要介紹由西門子系列PLC控制的客車轉向架拋丸機，介紹電氣組成及工作原理，利用PLC控制的直觀性解決日常不易排查的故障。淺析其電氣部分的故障，找出快速處理故障的方法，提高其維修檢查的效率。

關鍵詞：客車轉向架拋丸機;電氣原理;電氣故障

0 前言

轉向架拋丸機是根據鐵路客車轉向架清理要求而設計的大型非標除銹設備，本文介紹的是無錫希爾達公司生產的客車轉向架拋丸機，該設備采用西門子S7-200CN系列PLC，實現對設備的電氣控制。[1]作為系統的核心PLC具有其他控制器無可比擬的優點，如可靠性高、抗干擾能力強，在惡劣的生產環境里，仍能正常工作。采用PLC控制的拋丸機能滿足鐵路各型客車轉向架在段修時的除銹工作，[2]除銹時不損傷螺紋和精裝配面。由PLC控制的電氣設備，在出現故障時更容易直觀的反映出故障點方便維修。

1 轉向架拋丸機組成

1.1 工件輸送系統

工件輸送系統包含電動臺車、電動葫蘆組、滑道、滑軌。轉向架分解后吊送至電動臺車上，電動臺車行駛至電動葫蘆組正下方。由電動葫蘆組吊掛轉向架進入拋丸室，室體大門關閉，開始拋丸清理作業。轉向架在設定區域往復運動拋丸清理。拋丸結束后，拋丸器停止工作，室體大門開啟，自行電動葫蘆組吊掛轉向架駛出拋丸室，并將轉向架吊放在電動臺車上，電動臺車行駛到中轉區域，除銹工作完畢。

1.2 拋丸清理室

拋丸清理室由拋丸室、吸風口、氣動大門及12臺拋丸器組成。拋丸室由鋼板焊接而成，拋丸室主拋射區域用12mm厚高鉻耐磨護板防護，拋丸室反射區域Mn13軋制高錳耐磨鋼板防護，拋丸清理室的四周裝有12臺拋丸器，對被清理工件進行全面的拋丸清理，清理室大門采用氣動對開門，并裝有行程開關、接近開關與拋丸器聯鎖。

1.3 丸料循環系統及除塵系統

丸料循環系統由螺旋輸送器，斗式提升機、簾幕式丸砂分離器、拋丸閥、溜丸管等組成。除塵系統由重力除塵器、脈沖反吹布袋除塵器、離心風機等組成兩級除塵。主要用于丸料循環，過濾清除拋丸過程中產生的大量顆粒灰塵。

1.4 電氣控制系統

轉向架拋丸機供電方式采用三相五線制，主線路三相交流380V電源電壓供電，控制線路用變壓器隔離的220V控制。可編程控制器采用西門子6ES7 216-2BD23-0XB8型，24輸入和16點輸出，2端口繼電器輸出，電源電壓220V，擴展模塊6ES7 223-1PM22-0XA8，電氣部分設有短路和過載保護。

2 轉向架拋丸機電氣系統

2.1 電路組成

轉向架拋丸機控制電路主要由1個PLC，1個擴展模塊，1個觸摸屏，29個接觸器，28個斷路器，13個熱繼電器，12個互感線圈，11個中間繼電器，8個熔斷器，6個接近開關，若干按鈕、指示燈組成。

2.2 電路控制

QF0為主電路斷路器，控制主電路通斷;QFA、FRA、KMA1、KMA2、KMA3控制除塵電機;斷路器QFB-QFM、交流接觸器KMB-KMM、熱繼電器FRB-FRM、分別控制12個拋丸機拋頭;QFN、KMN控制7.5KW提升電機;QFO、KMO控制5.5KW分離器;QFP、KMP、QFQ、KMQ分別控制5.5KW橫向、縱向螺旋;QFR、KMR1、KMR2控制2.2KW旋轉電機;QFS、KMS1、KMS2控制8KW電動葫蘆1升降;QFU、KMU1、KMU2控制電葫蘆1進出;QFV、KMU1、KMU2控制8KW電動葫蘆2升降;QFV、KMTV、KMTV控制電葫蘆2進出。

2.3 可編程控制部分

可編程控制系統中，[3]I/O部分由輸入模塊和輸出模塊組成。西門子PLC中采用的是I/Q方式，I存儲區是輸入觸點，可以接受外部電平信號，Q存儲區是輸出觸點，用于提供電平信號[4]PLC雖具有微機的許多特點，但他的工作方式卻與微機有很大的不同，微機一般采取等待命令的工作方式，而PLC則采用循環掃描的工作方式。

2.4 PLC控制部分工作原理

PLC控制檢測信號主要有：I0.0 提升電機檢測信號、I0.1橫向絞龍檢測信號、I0.2縱向絞龍檢測信號、I0.3分離檢測信號、I0.4輸送信號、I0.5輸送信號、I0.6左門開信號、I0.7左門關信號、I1.0右門開信號、I1.1右門關信號、I5.1葫蘆1上信號、I5.2葫蘆2上信號、I5.3拋丸位置1信號、I5.4拋丸位置2信號、I5.5越位信號檢測。

電機開啟順序，首先開啟除塵風機，若除塵風機不開啟，其它電機都不會開啟，然后頂部分離電機啟動，提升電機啟動，最后橫向、縱向絞龍電機啟動。在開啟過程中分離、提升、橫向絞龍、縱向絞龍電機都有信號檢測，包括除塵風機都有接觸器工作狀態是否正常反饋檢測。如果出現旋轉卡死、接觸損壞、斷路器跳閘，設備會自動停止并報警，防止設備損壞或燒毀工作電機。

轉向架提升檢測，升降只有上升限位信號，吊鉤行走開關為常閉信號，轉向架上升由上限位信號控制，這一信號為易損信號，需要定期檢測，否則易出現越位危險，兩個升降吊鉤為手動單獨操作。

轉向架水平移動，進出拋丸室行走需要滿足兩個條件，PLC檢測兩個條件同時滿足時才會工作，這兩個條件是轉向架在上限位位置，拋丸室門打開，如果任意一個條件不滿足，系統均不能工作，且設備有報警提示。

電機檢測和保護，PLC對每一個電機都有單獨熱繼電器保護，斷路器為DZ108系列，接觸器為CJX1系列，所有控制電源都經過斷路器常開觸點，然后檢測接觸器工作情況，這樣可以保證能監控電氣元器件工作情況，不論是斷路器跳閘或接觸器損壞，只要接觸器不能正常工作就會報警提示。

3 轉向架拋丸機常見電氣故障及處理

轉向架拋丸機常見電氣故障可以通過PLC顯示屏進行顯示，當轉向架拋丸設備出現故障時，切忌盲目隨便動手檢查[5]，先確定是電氣的故障還是機械的故障，在處理電氣故障時，首先要斷電并做好防護。

實例一、故障現象：系統開機后除塵風機不工作，整機無動作。

故障分析：可能是PLC程序未復位，或者急停按鈕未復位，檢查PLC輸入接口I1.4和I1.5指示燈是否正常，需要檢查對應的電源開關和控制變壓器的斷路器QF01～QF03是否合上。

實例二、故障現象：提升電動吊鉤不工作。

故障分析：可能是PLC未檢測到提升信號，或者線路故障。檢查PLC輸入接口I4.5和I6.1顯示是否正常，檢查這兩路電氣元件是否有損壞，檢查上升按鈕是否正常。

實例三、故障現象：升降電葫蘆上升過程中不會停止，導致電葫蘆沖頂。

故障分析：可能是PLC檢測上升限位信號故障，或者限位開關作用不良，檢查PLCI0.5和I04指示燈是否正常，并檢查上限位開關作用是否良好。

實例四、故障現象：轉向架進入拋丸室后，拋丸機不工作。

故障分析：可能是PLC輸入信號故障，拋丸室門沒有關閉或門限位開關失效，檢查YBLX-K1/111開關狀態是否良好。或者超負荷保護裝置啟動，超負荷可導致鋼丸流量閥門的磨損，引起鋼丸過多卡死拋頭。

實例五、故障現象：設備運行后，橫向或縱向螺旋不工作。

故障分析：可能是PLC橫向、縱向條件未滿足引起，檢查其上一步動作，檢查提升電機信號是否傳輸給PLC，檢查提升電機是否工作。

實例六、故障現象：轉向架拋丸機在運行過程中報警。

故障分析：可能是PLC運行過程中出現故障，[6]（1）PLC電源是否有電。（2）PLC輸入輸出指示燈是否正常。（3）PLC外接設備是否正常。根據PLC觸摸屏上的顯示（TH765N）故障提示結合電路圖排查。根據報警提示的信息檢查相應電路上的接觸器、隔離開關、繼電器動作是否正常，限位開關是否作用良好。

4 總結

由PLC控制的轉向架更換設備較傳統的電氣設備故障更加容易判斷，[7]PLC的在線監測時監控PLC工作狀態與調試PLC用戶程序的重要方法與手段。其故障代碼及故障現象均能在顯示器上顯示，可根據提示查找故障，節約維修時間，轉向架拋丸機目前系統上的故障，多數是因為外接設備，如電動葫蘆接近開關，門信號限位傳感器作用不良，或者因為感應距離產生偏差造成，建議在平時需要多備些傳感器，及限位開關方便其故障時及時更換，因拋丸設備工作環境較差，其配電柜內電氣元件容易受到鐵屑的污染，尤其是容易引起接觸器粘連，建議日常加強保養，對起到控制作用的限位開關定期進行檢查，保證設備狀態良好。

參考文獻：

[1]齊煒.PLC控制系統常見故障查找方法與查找實例[J].玻璃纖維，

2010，第一期.

[2]鐵路客車段修規程.鐵總運〔2014〕349號[S].中國鐵道出版社，

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[3]皮特魯澤拉.PLC教程[M].人民郵電出版社，2007（05）.

[4]李國厚.電氣控制與PLC應用[M].北京：化學工業出版社，2003

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[5]段小寧.電氣故障檢修的一般方法[J].科技博覽，2009，第2期.

[6]梁婕，王煒，梁瑾.Omron PLC故障分析和維護[J].石油化工自動化，2005.

[7]龔仲華.PLC應用技術[M].人民郵電出版社，2007（06）.