張清濤

（廣州地鐵集團有限公司， 廣東 廣州 511430）

0 引言

廣州地鐵三北線嘉禾車輛段YJC16t 移動式架車機為中鐵工程設(shè)計院有限公司制造， 于2010 年投入使用，用于二號線、三北線電客車的架車作業(yè)，整套移動式架車機包含一個控制臺和十二架車機單體，可單機手動操作、四臺架車機單體聯(lián)機操作、 十二臺架車機單體聯(lián)機操作三種基本操作模式，滿足現(xiàn)場A、B 型車的單節(jié)車、三節(jié)車架車作業(yè)，以及設(shè)備維修作業(yè)需求。 YJC16t 移動式架車機采用西門子PLC 可編程控制器為總控制器，負責12臺架車機的上升、下降控制，同時對12 臺架車機的高度值進行時時分析判斷，確保12 臺架車機同一組內(nèi)、組與組之間的高度差在允許范圍內(nèi)， 實現(xiàn)所有架車機的同步上升、 下降， 避免出現(xiàn)架車過程中個別架車機過高或過低，導(dǎo)致架車機頂翻列車或列車失穩(wěn)傾覆的事故。 但該移動式架車機在設(shè)備操作和架車安全防護的程序設(shè)計上存在一定的缺陷，包括確認按鈕、遠控手柄和主控制臺上升下降按鈕自保持、 清零開關(guān)和編碼器或連軸節(jié)故障時無法及時報警停機等，存在一定的安全隱患，為保障架車作業(yè)時設(shè)備安全和人員安全， 需要對移動式架車機PLC 控制程序進行優(yōu)化。

1 移動架車機同步控制介紹

在架車作業(yè)中， 由于每臺架車機的升降速度略有差異，一旦長時間架車，車體將出現(xiàn)傾斜，嚴重時將損壞車體間的車鉤甚至出現(xiàn)車體墜落， 易造成人員傷亡和設(shè)備損壞， 因此在架車作業(yè)中保證架車機組的同步升降動作尤為重要。 可編程控制器PLC 通過一系列的運算指令實現(xiàn)對移動式架車機各個單體高度精確的同步控制， 使所有架車機在抬升或下放列車時始終處于同一高度， 有效避免了電客車傾斜事故的發(fā)生[1]。

移動式架車機組聯(lián)動時， 系統(tǒng)對十二臺架車機各個單位的高度值進行比較， 若同組四臺架車機的高度差在4～8mm 內(nèi)或三組架車機的平均高度差在4～10mm 內(nèi)，系統(tǒng)進行自動調(diào)節(jié)（系統(tǒng)調(diào)節(jié)），調(diào)節(jié)方式為上升時高度值大的架車機停止動作，等待高度值小的架車機；下降時高度值小的架車機停止動作，等待高度值大的架車機，待差值≤2mm 時，再同步上升或下降，若同組四臺架車機的高度差超出8mm 或三組架車機的平均高度差超出10mm，聯(lián)動功能失效系統(tǒng)發(fā)出報警，只能進行手動調(diào)節(jié)，使列車達到平穩(wěn)狀態(tài)。

2 存在隱患及優(yōu)化目標

2.1 操作按鈕功能程序優(yōu)化

移動式架車機上升、下降按鈕操作均無需常按，例如點按一下上升，架車機會一直上升，直至點按停止按鈕，上升、下降的啟停需要切換不同按鈕，存在發(fā)現(xiàn)異常后無法及時停機的隱患。

需對確認按鈕、 遠控手柄和主控制臺上升下降按鈕自保持改為常按，將確認按鈕、單組遠控手柄和控制臺的上升及下降的操作優(yōu)化為常按， 而不是只按一次就一直有效，直至按下停止按鈕。 通過程序優(yōu)化確保停機及時。

2.2 清零開關(guān)故障判斷程序優(yōu)化

移動式架車機托頭處設(shè)置有清零開關(guān)， 用于聯(lián)機過程中在托頭托住車底后停止、清除高度數(shù)據(jù)，待所有單機的托頭均托住車底后，即所有清零開關(guān)均有信號了，再聯(lián)機一起托起電客車， 確保所有架車機單體在聯(lián)機上升前托頭均能有效接觸到車底， 避免因個別托頭未有效接觸車底導(dǎo)致電客車上升不平衡。若有一個清零開關(guān)故障，因為該設(shè)備無清零信號， 聯(lián)機上升時系統(tǒng)會誤判該架車機的托頭還未托住車底，該架車機會一直上升，而其它有清零信號的架車機會停止上升， 一直上升的架車機存在將電客車頂翻的隱患。

需增加架車機托頭處清零開關(guān)故障的保護程序。 聯(lián)機上升或下降過程中， 某一組架車機只要出現(xiàn)一臺機的清零開關(guān)接觸到或脫離車底，5 秒內(nèi)應(yīng)當組內(nèi)所有清零開關(guān)接觸到或脫離車底，否則停機報警、不能繼續(xù)操作。確保不因清零開關(guān)故障導(dǎo)致相應(yīng)的架車機一直上升或下降，進而引發(fā)電客車傾覆的事故。

2.3 編碼器和連軸節(jié)故障判斷程序優(yōu)化

移動式架車機的電機設(shè)置有編碼器及連軸節(jié)， 用于將電機、絲桿的旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換為脈沖，使控制器能計算出架車機的上升高度，同時架車機設(shè)置有同步控制程序，例如單組內(nèi)四臺架車機上升時若最大高度差達4mm， 最低的架車機保持上升其他三臺停機等待， 待高度差小于4mm后四臺機恢復(fù)同步上升。若有一臺架車機的編碼器故障，其高度值會一直為0， 高度差達4mm 后其他機停機等故障機，而故障機會因為誤判為上升/下降最慢而一直上升/下降，進而引發(fā)電客車傾覆的事故[2]。

需增加編碼器及連軸節(jié)故障保護程序。 聯(lián)機上升或下降過程中某一組架車機中出現(xiàn)三臺機等一臺機時，5s內(nèi)應(yīng)當恢復(fù)全部運行或全部停機的狀態(tài)，否則停機報警、不能繼續(xù)操作。 確保不因編碼器或連軸節(jié)故障導(dǎo)致相應(yīng)的架車機一直上升或下降[3]。

3 程序優(yōu)化

3.1 確認按鈕、 遠控手柄和主控制臺上升下降按鈕自保持改為常按的優(yōu)化

移動式架車機控制臺按鈕及對應(yīng)輸入點如下， 聯(lián)動I0.3、上升I0.5、下降I0.6、停止I0.7、架車確認I1.4（由一人在控制臺對側(cè)使用確認手柄進行安全確認）。

3.1.1 單組架車的優(yōu)化

第一組單動上升程序段中，刪除上升保持程序，保留遠控一組上升互鎖點Q35.6，實現(xiàn)一旦確認按鈕或主控制臺上升按鈕松開時，立即停機，并且當遠控操作上升時控制臺無法操作上升[4]，見圖1 和圖2。

圖1 一組單動上升輸出改造前

圖2 一組單動上升輸出改造后

第一組遠控上升程序段中，刪除上升保持程序，保留主控一組上升互鎖點Q30.2，實現(xiàn)一旦確認按鈕或遠程線控手柄上升按鈕松開時，立即停機，并且控制臺操作上升時不允許遠控操作上升，見圖3 和圖4。

圖3 一組遠控上升輸出改造前

圖4 一組遠控上升輸出改造后

第一組單動下降、 第一組遠控下降、 第二組單動上升、第二組遠控上升、第二組單動下降、第二組遠控下降、第三組單動上升、第三組遠控上升、第三組單動下降、第三組遠控下降程序段的修改與上述的修改類似。

3.1.2 兩組架車的優(yōu)化

第一二組上升、下降程序段中，刪除上升和下降保持程序， 實現(xiàn)一旦確認按鈕或主控制臺上升下降按鈕松開時，立即停機。第二三組上升、下降程序人修改與此類似，見圖5 和圖6。

圖5 第一二組上升下降輸出改造前

圖6 第一二組上升下降輸出改造后

3.1.3 三組架車的優(yōu)化

一二三組上升程序段中，刪除上升保持程序，實現(xiàn)一旦確認按鈕或主控制臺上升按鈕松開時，立即停機。下降程序段的修改與此類似，見圖7 和圖8。

圖7 一二三組上升輸出改造前

圖8 一二三組上升輸出改造后

3.2 增加清零開關(guān)故障保護程序

在FC16 故障報警功能塊中增加程序段12-18。 聯(lián)機上升或下降過程中只要出現(xiàn)一臺架車機托頭的清零開關(guān)接觸到或脫離車底，5s 內(nèi)所有清零開關(guān)應(yīng)當接觸到或脫離車底， 否則判斷為某個清零開關(guān)故障， 架車機停機報警、不能繼續(xù)操作。確保不因清零開關(guān)故障導(dǎo)致該臺架車機一直上升或下降。

硬件方面，需要將12 臺架車機清零開關(guān)的信號線接至備用的PLC 輸入口， 一組對應(yīng)I11.2-I11.5， 二組對應(yīng)I13.0-I13.3，三組對應(yīng)I13.4-I13.7，見圖9。

圖9 接線電路圖

第一組運行過程中（運行狀態(tài)Q26.3），有一個及以上清零開關(guān)接觸到或脫離車底， 即四個清零開關(guān)狀態(tài)不一致時，使能定時器T110，開始計時5s。 第二組和第三組與此類似，分別使能定時器T111、T112，均定時5s（架車機上升速度為200mm/min，5s 上升高度約16.7mm），見圖10。

圖10 清零開關(guān)啟動定時器

當?shù)谝唤M架車機清零開關(guān)全接觸到車底或全脫離車底，正常狀態(tài)，復(fù)位倒數(shù)定時器T110，停止倒計時。 第二組和第三組與此類似，分別復(fù)位定時器T111、T112，見圖11。

圖11 清零開關(guān)復(fù)位定時器

聯(lián)機運行過程中某一組有一個及以上清零開關(guān)接觸到車底，倒計時5s 了該組還沒全部接觸車底或全部脫離車底，輸出Q5.0，報警停機，見圖12。

圖12 清零開關(guān)的定時器輸出報警停機

3.3 增加編碼器故障保護程序

聯(lián)機上升或下降過程中某一組架車機中出現(xiàn)三臺機等一臺機時，5s 內(nèi)應(yīng)當恢復(fù)全部運行或全部停機的狀態(tài)，否則判斷為某一臺機的編碼器或連軸節(jié)故障， 架車機停機報警、不能繼續(xù)操作。確保不因編碼器或連軸節(jié)故障導(dǎo)致相應(yīng)的架車機一直上升或下降。

第一組聯(lián)機運行過程中， 如果只有一臺機處于運行狀態(tài)，即處于最低或最高位，其他機停機等待該臺機時，啟動定時器T113。 第二組和第三組也設(shè)置了類似的定時器監(jiān)控程序，分別對應(yīng)定時器T114、T115[5]，見圖13。

圖13 一組電機等待狀態(tài)啟動定時器

第一組四臺機都處于運行或停止，并且未超過5s 倒計時（通過Q5.0 是否輸出判斷是否超5s），則復(fù)位定時器T113。 第二組和第三組定時器T114 和T115 的復(fù)位條件與此一致[6]，見圖14。

圖14 一組電機等待狀態(tài)復(fù)位定時器

當三組中有某一臺機在最高或最低位一直處于運行狀態(tài)，被其他三臺停機等待超5s，即自動調(diào)整超過5s 時，判斷為該臺機的編碼器或連軸節(jié)故障，架車機報警停機，見圖15。

圖15 電機等待狀態(tài)的定時器輸出報警停機

4 結(jié)束語

本文所論述程序優(yōu)化設(shè)計， 主要是通過合理選用西門子PLC 程序指令中的定時器的類型， 并設(shè)置相應(yīng)的定時器啟動、復(fù)位、輸出的程序邏輯，對確認按鈕、單組遠控手柄和主控制臺的上升下降按鈕改為常按操作的程序優(yōu)化、增加架車機托頭處的清零開關(guān)故障保護程序、增加編碼器及連軸節(jié)故障保護程序。經(jīng)實際應(yīng)用驗證，此次程序優(yōu)化使嘉禾車輛段YJC16t 移動式架車機的安全保護性能更加完善， 保障了現(xiàn)場作業(yè)過程中作業(yè)人員的人身安全和電客車及設(shè)備的安全，消除安全隱患。