工礦內(nèi)燃機(jī)車PLC控制的電氣線路改造

1、工礦內(nèi)燃機(jī)車PLC控制的電氣線路改造摘要:文章介紹了采用日本三菱PLC改造機(jī)車電氣控制系統(tǒng)的情況，將PLC用于機(jī)車電氣系統(tǒng)的控制中，不僅可以極大地簡(jiǎn)化電氣線路而且能顯著提高電氣系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和檢修方便性，同時(shí)減少機(jī)車故障率。關(guān)鍵詞:GK1C型機(jī)車控制功能控制原理我廠近年引進(jìn)的5臺(tái)GK1C內(nèi)燃機(jī)車，使用MIC-2000型微機(jī)電氣控制系統(tǒng)，先后出現(xiàn)了燒版、黑屏等性能不穩(wěn)定的故障，造成機(jī)車無(wú)法正常使用?，F(xiàn)決定使用日本三菱PC機(jī)進(jìn)行改造。1使用PLC可以實(shí)現(xiàn)機(jī)車的控制功能系統(tǒng)接受司機(jī)控制器、各種開關(guān)量信號(hào)和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、傳動(dòng)箱轉(zhuǎn)速信號(hào)等接近開關(guān)的測(cè)速信號(hào)以及各水溫傳感器信號(hào)等模擬量信號(hào)。根據(jù)這些信

2、號(hào)，完成以下控制功能：（1）完成邏輯控制功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的柴油機(jī)起動(dòng)、柴油機(jī)停機(jī)、機(jī)車前進(jìn)、機(jī)車后退、風(fēng)泵控制、機(jī)車加載、機(jī)車卸載等控制功能；（2）輔助發(fā)電控制功能；（3）根據(jù)機(jī)車速度以及柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)實(shí)現(xiàn)液力傳動(dòng)箱的自動(dòng)換擋功能；（4）實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速功能。2GK1C型機(jī)車控制用PLC的選型GK1C型機(jī)車的控制信號(hào)以開關(guān)量為主，水溫、油壓、風(fēng)壓等模擬量，通過利用各種繼電器轉(zhuǎn)換為開關(guān)量，將已有的開關(guān)、測(cè)量及保護(hù)電器的觸頭接在各輸入點(diǎn)與COM點(diǎn)之間即可。共需輸入接點(diǎn)不超過40個(gè)。GK1C型機(jī)車的輔助電路、勵(lì)磁電器、主電路在PLC控制設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)需改動(dòng)。在控制電路中，需納入PLC輸出控制的接觸器、

3、電控閥、繼電器等線圈共需36個(gè)接點(diǎn)。根據(jù)以上分析的數(shù)據(jù)，選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-80MR-D型PLC作為GK1C型機(jī)車控制用機(jī)型。該型PLC輸入點(diǎn)為40輸出點(diǎn)為40個(gè)，可以滿足GK1C型機(jī)車所需輸入、輸出點(diǎn)的控制要求。CK1C型內(nèi)燃機(jī)車電氣控制系統(tǒng)是通過設(shè)置在操縱臺(tái)、開關(guān)板、電氣柜以及各電氣箱中的開關(guān)、電器及控制器，對(duì)機(jī)車的起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)、照明、顯示等進(jìn)行電氣控制。CK1C型內(nèi)燃機(jī)車的電氣原理圖包括輸入電路、輸出電路、主電路、照明電路、行車安全電路等部分，用以表示機(jī)車全部電器和各電器件之間的相互作用和相互聯(lián)系。其中控制電路的核心是PLC控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。其邏輯關(guān)系見以（表1）（C

4、K1C型內(nèi)燃機(jī)車邏輯關(guān)系表）。3GK1C型機(jī)車電氣控制部分工作原理3.1柴油機(jī)起動(dòng)在機(jī)車各部分檢查完畢后，按下I端操縱臺(tái)上的柴油機(jī)起動(dòng)按扭1SB,接通PC機(jī)控制裝置的輸人點(diǎn)（X23），3秒后，此信號(hào)被微機(jī)確認(rèn)。PC機(jī)（Y26）輸出，推動(dòng)潤(rùn)滑油泵接觸器KML動(dòng)作。電氣回路中KML輔助觸頭斷開，使電壓調(diào)整器AVR與起動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的并勵(lì)磁繞組斷開；回路中的KML主觸頭閉合，電路14111FS153KML1553MR100接通，潤(rùn)滑油泵電機(jī)3M運(yùn)轉(zhuǎn)，向柴油機(jī)主油道泵油，以潤(rùn)滑柴油機(jī)各有關(guān)部分。KML動(dòng)作40秒后，PC機(jī)（Y27）輸出，推動(dòng)柴油機(jī)啟動(dòng)接觸器KMS動(dòng)作。電氣回路中KMS常閉觸頭斷開，切斷電

5、壓調(diào)整器AVR與電源的聯(lián)系，同時(shí)（Y42）輸出，調(diào)速器上的電磁聯(lián)鎖線圈EML得電動(dòng)作，以保證調(diào)速器的正常工作。電氣回路中KMS觸頭閉合，電路101KMS105C1C2H1MGH2100接通，起動(dòng)發(fā)電機(jī)MG作為串勵(lì)電動(dòng)機(jī)立即驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在5秒內(nèi)柴油機(jī)應(yīng)點(diǎn)火。20秒后（Y27）輸出停止KMS斷電，電氣回路KMS常閉觸頭閉合，主觸頭斷開，起動(dòng)發(fā)電機(jī)MG斷電，停止起動(dòng)電動(dòng)機(jī)工況。此時(shí)（Y43）有輸出，通過電阻13R使電磁聯(lián)鎖線圈EML繼續(xù)有電，同時(shí)（Y26）輸出停止，潤(rùn)滑油泵接觸器KML斷電，電氣回路中KML輔助觸頭閉合，回路中KML主觸頭斷開，潤(rùn)滑油泵電機(jī)3M停止運(yùn)轉(zhuǎn)，起動(dòng)完畢。若連續(xù)經(jīng)過兩次起

6、動(dòng)，柴油機(jī)都不點(diǎn)火，則必須查明原因，消除故障后才能進(jìn)行第三次起動(dòng)。每次起動(dòng)應(yīng)間隔23min，連續(xù)起動(dòng)不得超過3次，以免造成蓄電池虧損。每一次起機(jī)或長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后，需要事先對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行起機(jī)前的預(yù)潤(rùn)滑。斷開燃油泵開關(guān)3S,閉合潤(rùn)滑油泵開關(guān)2S,則PC機(jī)（Y26）輸出，潤(rùn)滑油泵接觸器KML動(dòng)作，起動(dòng)潤(rùn)滑油泵工作，對(duì)柴油機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行潤(rùn)滑。起動(dòng)電路梯形圖如（圖1圖2）。3.2發(fā)電柴油機(jī)起動(dòng)后，閉合輔助發(fā)電開關(guān)5S,接通PC機(jī)輸入點(diǎn)（X26），PC機(jī)（Y32）輸出，推動(dòng)輔助發(fā)電接觸器KMG動(dòng)作，使電氣回路中KMG主觸頭閉合，電路14113FS109KMS1332R121KML123B1B2106KML1

7、02AVF119KMG100接通，把電壓調(diào)整器AVR與起動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的并勵(lì)繞組接入電路，起動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)入發(fā)電工況。在建壓過程中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流由蓄電池提供，發(fā)電機(jī)處于他勵(lì)發(fā)電狀態(tài)；當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓超過蓄電池電壓后，勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)由發(fā)電機(jī)自身提供，發(fā)電機(jī)由他勵(lì)狀態(tài)轉(zhuǎn)為并勵(lì)狀態(tài)。在電壓調(diào)整器AVR的調(diào)節(jié)下，電壓最終穩(wěn)定在110V翌V。發(fā)電機(jī)的供電電路如下：負(fù)線為：MH2100這樣就將發(fā)電機(jī)的110VV的電壓向蓄電池充電，并向全車供電。3.3空氣壓縮機(jī)組（風(fēng)泵機(jī)組）的控制機(jī)車設(shè)有一臺(tái)NPT5型空氣壓縮機(jī)（即風(fēng)泵），由一臺(tái)ZD316型直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)功率為22kW。為減小空氣壓縮機(jī)組起動(dòng)的沖擊電流，在空氣壓

8、縮機(jī)排氣管上裝有無(wú)負(fù)荷起動(dòng)電磁閥20YV。當(dāng)空氣壓縮機(jī)組起動(dòng)時(shí)，13YV有電，空氣壓縮機(jī)排氣管通大氣，起動(dòng)阻力減小。3秒后，20YV斷電，空氣壓縮機(jī)排氣管與大氣的通路關(guān)閉。當(dāng)起動(dòng)發(fā)電機(jī)正常發(fā)電、總風(fēng)缸風(fēng)壓低于750kPa、壓力開關(guān)2kPa閉合時(shí)，合上風(fēng)泵開關(guān)9S,PC機(jī)丫37、Y41輸出，Y37放大后推動(dòng)風(fēng)泵一級(jí)起動(dòng)接觸器1KMC動(dòng)作，Y41放大后推動(dòng)無(wú)負(fù)荷起動(dòng)電磁閥20YV動(dòng)作。電氣回路中，1KMC主觸頭閉合，電路1132FU1391KMO1431RSP145H11MRC2C1-100接通，風(fēng)泵電機(jī)1M進(jìn)入無(wú)負(fù)荷起動(dòng)工況。3秒后，Y41斷開，Y40輸出，放大后推動(dòng)風(fēng)泵全壓起動(dòng)接觸器2KMC動(dòng)

9、作，將回路中的電路1132FU1391KM（2KM（H11MC2C1100接通，風(fēng)泵電機(jī)1M進(jìn)入二級(jí)全壓起動(dòng)工況。電機(jī)1M轉(zhuǎn)速升至額定值，向總風(fēng)缸泵風(fēng)。當(dāng)總風(fēng)缸風(fēng)壓達(dá)到900kPa時(shí)，2kPa斷開，EXP（3X-28）停止輸出，1KMC失電，風(fēng)泵停止工作。在風(fēng)泵機(jī)組工作時(shí)，EXP（4X-5）輸出，使空氣干燥器（ACC）投入工作，以凈化和干燥泵人總風(fēng)缸的壓縮空氣。當(dāng)空壓機(jī)因總風(fēng)缸達(dá)到規(guī)定壓力（900kPa）,停止泵風(fēng)時(shí)，Y37輸出，使排污電磁閥15YV得電開啟，將空氣干燥器濾清筒和干燥筒內(nèi)的壓縮空氣連同油、水和塵埃排入大氣。當(dāng)總風(fēng)缸因風(fēng)源消耗使壓力降至750kPa時(shí)，空壓機(jī)重新啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣干燥

10、器ACC投入工作，同時(shí)切斷15YV電源。當(dāng)總風(fēng)缸壓力再達(dá)到900kPa時(shí)，又重復(fù)上述作用過程。為了使總風(fēng)缸風(fēng)壓始終保持在750900kPa的范圍內(nèi)，空氣壓縮機(jī)組將時(shí)而工作，時(shí)而停止。當(dāng)壓力開關(guān)2kPa故障時(shí)，可按下風(fēng)泵手動(dòng)按鈕2SB1（X34）,控制空氣壓縮機(jī)組工作。松開按鈕2SB1，則風(fēng)泵機(jī)組停止工作。3.4機(jī)車換向機(jī)車換向時(shí)，將司機(jī)手輪控制器ADD的手輪置于前進(jìn)方向（X5）（或后退方向（X6）,PC機(jī)Y0或Y4輸出，使前向電空閥1YV（或后向電空閥5YV）得電動(dòng)作，通過傳動(dòng)裝置的控制系統(tǒng)，使傳動(dòng)箱前向（或后向）變扭器充油，也即機(jī)車前向（或后向）運(yùn)行。機(jī)車的換向采用液力換向，因此在低速時(shí)可以

11、不停車換向（即機(jī)車處于液力制動(dòng)工況）。但是，在一般情況下應(yīng)將司機(jī)控制器ADS置于“0位,使機(jī)車速度降低到一定程度時(shí)才進(jìn)行換向。在特殊情況下，可能出現(xiàn)司機(jī)控制器ADS處于高手把位（高于8位，對(duì)應(yīng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速470r/min）時(shí)進(jìn)行換向的工況，為保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)在高手把位換向時(shí)安全可靠地工作，特設(shè)置了保護(hù)裝置。換向時(shí)，即將手輪控制器ADD的手輪由前進(jìn)（或后退）轉(zhuǎn)向后退（或前進(jìn)）時(shí)，由于制動(dòng)閥至充量調(diào)節(jié)閥的油路被切，設(shè)置在該油路上的油壓繼電器1KPT釋壓至低于250kPa而斷開（X43）,這一狀態(tài)被微機(jī)檢測(cè)到，微機(jī)將控制調(diào)速器上的步進(jìn)電機(jī)，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低至470r/min（對(duì)應(yīng)手輪式司控器手輪8位）或低于470r/min（對(duì)應(yīng)手輪式司控器手輪8位以下）運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)換向完畢后，制動(dòng)閥至充量調(diào)節(jié)閥的油路又被接通，油壓升至250kPa寸，壓力繼電器1KPT閉合，微機(jī)又控制柴油機(jī)恢復(fù)到換向前的工作轉(zhuǎn)速，機(jī)車處于正常牽引工況運(yùn)行，這樣便起到了限制液力制動(dòng)力、保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)的作用。3.5其他控制其他控制電路不予詳述。4結(jié)語(yǔ)GK1c型0127、197號(hào)機(jī)車電氣系統(tǒng)PLC改造分別用時(shí)30天，經(jīng)過一年多的使用證明，整個(gè)電氣系統(tǒng)工作可靠、維修方便，檢修人員維