基于PLC 的城軌車輛八點稱重輔助裝置設計

吳彥澤 王 華 奚睿智 吳 濤 蘇海倫 葉 浪

（1、南京鐵道職業技術學院，江蘇 南京 210000 2 南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210000）

1 概述

現代地鐵列車二系懸掛裝置中多采用空氣彈簧（以下簡稱“空簧”），空簧在使用過程中通過高度閥感知載荷變化進而對空簧進行充排風，從而保證車體在不同載荷下的高度值基本不變[1]。八點稱重就是對城軌車輛架修中車輛質量、軸重與輪重進行質量驗證的過程，目的是恢復車輛的基本技術性能，使架修后的車輛性能接近新造車輛水平[2]。本文提出了基于PLC 的城軌車輛八點稱重輔助裝置的設計，為城軌車輛八點稱重的精確調整提供技術借鑒。

2 設計思路

本設計主要包含信息采集、AD 轉換、信息處理、顯示及執行模塊。設計原理是利用壓力傳感器將采集到的空簧氣壓值轉化成與之對應的電壓值，通過PLC 四個AD輸入端口轉換成相對應的寄存器數值，再換算成對應的氣壓值在工業屏上顯示出來。設計邏輯原理圖如圖1 所示。

圖1 設計邏輯原理圖

2.1 信息采集模塊

系統采集空簧氣壓值作為輸入信號，通過壓力傳感器將氣壓值轉換成電壓值，輸入至PLC 的AD 轉換模塊后進行運算處理。輸入端口分配如下：D110 輸入A1 轉向架空簧氣壓值，D111 輸入A2 轉向架空簧氣壓值，D112 輸入BC1 轉向架空簧氣壓值，D113 輸入BC2 轉向架空簧氣壓值。

2.2 AD 轉換模塊

壓力傳感器采集到的電壓值經過PLC 數據處理后顯示在顯示屏上，同時判斷當前氣壓值與正常氣壓值的關系來控制充排氣。

PLC 的AD 轉換模塊含四個A/D 輸入端口，兩個D/A輸出端口，模擬量輸入端為0-10v 的電壓控制，空簧輸入端口示意圖如圖2 所示。

圖2 空簧輸入端口示意圖

2.3 信息處理模塊

信息處理模塊判斷當前空簧氣壓值是否在合理范圍內，如氣壓值大于或小于正常氣壓值則判斷結果的工作狀態在工業屏上顯示，同時輸出控制信號給器件執行模塊來控制充排氣。

2.4 顯示模塊

顯示模塊采用一體機觸摸屏顯示，分別表示A1/A2/BC1/BC2 轉向架監測、控制按鈕及指示燈的工作狀態，包括各按鈕、指示燈的分布、寫入地址、監視地址的設置等。

2.4.1 初始化頁面

系統初始界面如圖3 所示，可以依據需要顯示課題名稱等相關信息。

圖3 系統初始界面

2.4.2 信息顯示頁面

信息顯示頁面為各轉向架的信息顯示，包括：八點稱重示意圖，時間顯示，轉向架編號，位按鈕和位指示燈，空簧氣壓表和主菜單。

A1 轉向架顯示畫面如圖4 所示，按鈕和指示燈如表1 所示。（A2/BC1/BC2 按鈕和指示燈分布和A1 畫面相似，不再重復列出，僅列出按鈕寫入和監視地址、指示燈監視地址。）

表1 A1 轉向架各按鈕指示燈分布

A1 轉向架按鈕寫入和監視地址如表2 所示。

表2 A1 轉向架按鈕寫入和監視地址

A1 轉向架指示燈監視地址如表3 所示。

表3 A1 轉向架指示燈監視地址

2.4.3 A2 轉向架

A2 轉向架按鈕寫入和監視地址如表4 所示。

表4 A2 轉向架按鈕寫入和監視地址

A2 轉向架指示燈的監視地址見表5。

表5 A2 轉向架指示燈監視地址

2.4.4 BC1 轉向架

BC1 轉向架按鈕的寫入和監視地址如表6 所示。

表6 BC1 轉向架按鈕寫入和監視地址

BC1 轉向架指示燈的監視地址如表7 所示。

表7 BC1 轉向架指示燈監視地址

2.4.5 BC2 轉向架

BC2 轉向架按鈕的寫入和監視地址如表8 所示。

表8 BC2 轉向架按鈕寫入和監視地址

BC2 轉向架指示燈的監視地址如表9 所示。

表9 BC2 轉向架指示燈監視地址

A1/A2/BC1/BC2 的按鈕和指示燈存在內部邏輯關系，初始狀態下，所有的位按鈕和位指示燈都為狀態0灰色，即在“OFF”狀態下，在工作環境下，按鈕和指示燈存在以下三種狀態：

（1）空簧氣壓在正常范圍時：“氣壓正?！卑粹o被觸發為“ON”，“氣壓正常”指示燈同時點亮。

（2）當空簧內氣壓不足時：“欠壓”按鈕被觸發為“ON”，“欠壓”指示燈同時點亮，“充氣”按鈕也同時被觸發，“充氣”指示燈點亮，當空簧內氣壓到達正常值時觸發“氣壓正?！卑粹o和“氣壓正?！敝甘緹?。

（3）當空簧內氣壓過高時；“過壓”按鈕被觸發為“ON”，“過壓”指示燈同時點亮，“排氣”按鈕同時被觸發為，“排氣”指示燈點亮，空簧內氣壓到達正常值時觸發“氣壓正?！卑粹o和“氣壓正?！敝甘緹?。

2.4.6 空簧氣壓表

A1 轉向架空簧氣壓表如圖5 所示。A2/BC1/BC2 轉向架空簧氣壓表類似，不再列出。

圖5 A1 轉向架空簧氣壓表

A1/A2/BC1/BC2 的氣壓表按鈕分別對應空簧氣壓表，用來顯示工作過程中空氣彈簧內部壓力的實時變化。

2.5 執行模塊

PLC 程序判斷輸入空簧氣壓值與正常范圍值的關系，依據判斷結果控制電磁閥充氣或排氣，當氣壓值到達合理范圍時，電磁閥隨即停止充氣或排氣。

3 軟件設計

3.1 軟件流程圖

軟件采用PLC 梯形圖編程設計，A1 車空簧監測軟件流程圖如圖6 所示。（A2/BC1/BC2 車軟件流程圖類似。）

圖6 A1 車空簧監測軟件流程圖

根據某地鐵架修八點稱重工作現場測量的結果如表10 所示，得出電壓y 與氣壓x 的關系為：y=1.665x。

表10 某地鐵架修八點稱重現場測量電壓值與氣壓值

根據某地鐵架修八點稱重給出的標準氣壓值為：A 車一位轉向架即A1：0.35MPa±0.02MPa， 二 位 轉 向 架 即 A2：0.32MPa ±0.02MPa；BC 車一位轉向架即BC1：0.30MPa±0.02MPa，二位轉向架即BC2：0.30MPa±0.02MPa。通過y=1.665x 得，A1 電壓值為5.49v-6.16v，A2 電壓值為4.995v-5.66v，BC1 電壓值為4.66v-5.33v，BC2 電壓值為4.66v-5.33v。

PLC 的AD 輸入單元參數設定電壓量程為0v-8v，根據y=1.665x，可得氣壓表量程為0bar-4.80bar，同時在電壓表讀數為8v 時，測得PLC 寄存器讀數為2768，通過計算電壓值與寄存器數值設定寄存器數值如表11 所示。

表11 空簧標準氣壓值，電壓值及寄存器數值

3.2 PLC 程序工作流程

PLC 得電工作，輔助繼電器M40，M41，M42，M43。M40 閉合，將A1 轉向架空簧壓力值輸入D0，與設定的標準值進行比較，D0＜K1900 時，M1 閉合輸出指示燈M5和M6，充氣電磁閥Y4，K1900≤D0≤K2131 時，M2 閉合輸出M7，D0＞K2131 時，M3 閉合輸出指示燈M8 和M9，排氣電磁閥Y5；M41 閉合，將A2 轉向架空簧壓力值輸入D2，與設定的標準值進行比較，D2＜K1728 時，比較結果：M11 閉合輸出指示燈M15 和M16，充氣電磁閥Y6，K1728≤D2 ≤K1958 時，M12 閉 合 輸 出M17，D2 ＞K1958 時，M13 閉合輸出指示燈M18 和M19，排氣電磁閥Y7；M42 閉合，將BC1 轉向架空簧壓力值輸入D4，與設定的標準值進行比較，D4＜K1612 時，M21 閉合輸出指示燈M25 和M26，K1612≤D4≤K1844 時，M22 閉合輸出M27，D4＞K1844 時，M23 閉合輸出指示燈M28 和M29，排氣電磁閥Y11；M43 閉合，將BC2 轉向架空簧壓力值輸入D5，與設定的標準值進行比較，D5＜K1612 時，M31閉合輸出指示燈M35 和M36，充氣電磁閥Y12，K1612≤D5≤K1844 時，M32 閉合輸出M37，D5＞K2131 時，M33閉合輸出指示燈M38 和M39，排期電磁閥Y13。充排氣電磁閥輸出端口如表12 所示。

表12 充排氣電磁閥輸出端口

4 結論

本文介紹了應用PLC 工業屏設計的城軌車輛八點稱重輔助裝置，可以實現列車空簧氣壓狀態的顯示和監視、空簧充排氣控制。該設計在實際調試驗證過程中，能夠快速反應列車空簧氣壓狀態，可以為提高城軌車輛八點稱重空簧壓力的測試和調節的工作效率提供借鑒和參考。