基于PLC的随速变压停车制动设计与实现

2011-04-26凌世波伍川辉

中国测试 2011年3期

凌世波，伍川辉

（西南交通大学机械工程学院，四川成都 610031）

0 引言

停车制动是列车运行中常用的制动方式[1]，就是指使运动的列车减速至停止而实施的制动动作。按照制动力大小可分为轻停车制动和重停车制动2种。1∶1列车制动试验台位于铁道部隆昌工务器材厂，于2008年12月进行升级改造，升级后该试验台能实现随速变压制动试验。随速变压即是在指制动过程中，闸片压力随着瞬时速度的改变而根据一定规律变化。随速变压制动共有3种模式，分别是B7-T、EB-T、UB-T。在每种随速变压制动模式下，随着制动瞬时速度的降低，闸片夹紧力根据一定规律变化，利用上位机中的LabVIEW与下位机PLC之间的串行通信来采集和处理数据，按照铁路标准绘制试验报表[2]。

1 制动试验台控制系统原理[3]

该试验台主要由试验控制台、PID控制系统、数据采集系统和计算机组成，如图1所示。

图1 控制系统原理图

图2 1∶1试验控制台

1∶1试验控制台如图2所示，包括各部分电源开关、参数选择开关、紧急停止按钮、工况指示灯、报警指示灯、数据显示仪表、计算机显示器等。在试验过程中，电机转速、制动力、制动力矩、车轮温度等信息都能在控制台上进行实时显示。控制台在手动模式下进行试验时，各项操作指令都由人通过控制台发出。

2 随速变压停车制动数据采集系统的实现

数据采集系统由传感器、信号调理器、变送器、数据采集卡、计算机等部分组成。数据采集系统采集的信号包括制动压力、制动力矩、车轮温度、闸瓦温度、车轮转速、撒水量、风机风速等。使用的传感器有压力传感器、热电偶、光电编码器、流量计、风速计等。

变送器对采集的信号进行一定的处理后分三路送出，分别送给PID调节单元、数据采集卡和控制台数据显示仪表进行实时显示。数据采集卡采用NI PCI-6250，该数据采集卡具有高精度、高速度的特点，保证了试验测量数据的准确性。

3 随速变压制动系统实现

3.1 系统组成

该控制系统主要由三菱可编程控制器（PLC）和PID控制器实现，采用PID算法进行随速变压控制。PLC是一种数字运算操作的电子系统[4]，专为在工业环境下应用而设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。

PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史[5]，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。在PID控制算法中，存在着比例、积分、微分3种控制作用。根据被控对象的不同，适当地调整PID参数，可以获得比较满意的控制效果。PID控制算法简单，参数调控方便，并且有一定的控制精度，是当前普遍采用的控制算法。