内燃机车PLC控制系统及优化方式分析

摘  要：內燃机车的PLC控制系统影响着车辆的运行，在车辆工程作业以及电客车调车等方面发挥重要作用。本文在详细了解地铁内燃机车系统的基础上，基于PLC控制系统要求，对内燃机车的控制系统的优化方向进行详细研究，提出了一种科学有效的优化手段，希望能够进一步强化内燃机车运行能力，保证车辆正常运行。

关键词：内燃机车;PLC控制系统;系统优化

中图分类号：TP273;U262     文献标识码：A    文章编号：1671-2064（2020）03-0000-00

0引言

内燃机车是地铁运营与维护的重要设备，在很多地铁系统中都可以发现该设备的身影。目前我国对列车的行车稳定性寄出了较高要求，尤其是电传动控制系统的使用，使内燃机车动力系统越来越稳定。而在现代信息技术快速发展的大环境下，PLC控制系统已经成为内燃机车发展的主要方向，值得关注。

1内燃机车系统分析

内燃机以发动机为主要动力源，根据不同的生产技术，其系统结构存在明显的差异，以常见的美国的卡特皮勒公司生产的3412E型柴油机为例，其功率约为560KW。传统装置主要由车轴齿轮箱、液力传动箱以及辅助齿轮箱等几种关键设备构成，此时柴油机所发出的功率能够通过多个万向轴传递到机车轮上，使车辆能够运行并正常行走[1]。

内燃机车的行走部位分为两个可互换且相同的转向架，车辆在结构上主要包括构架、转向架旁承等，牵引力通过转向中心传递给车钩与车架。制动系统为JZ-7型空气制动机，汽车前后操作台均可操作，制动机的分配阀使用二压力与三压力混合式结构，不仅能够一次性缓解各种压力，也能起到阶段性缓解压力的目的。

辅助装置主要是指静液压系统，该系统同样以柴油机为动力源，在驱动油泵运行的基础上，液压油经过加压会直接流向液压马达，此时在风扇转动的情况下，就可以对柴油机降温散热，保证了内燃机系统的正常运行。

2内燃机车PLC控制系统研究

2.1 PLC控制系统的应用优势

PLC作为一种可编程的控制手段，是当前工业中一种常见的自动控制装置，以微处理器为核心，能够代替继电器逻辑控制装置，对于内燃机车而言，在使用PLC控制系统之后，不仅能够简化模拟量处理过程，也能实现自动运行，依靠自动定时功能可以完成高效的数据处理。同时，由于PLC控制系统中添加了大容量储存装置，所以控制系统体积小，运行能够更强，这些都是传统技术所无法实现的[2]。总体而言，在内燃机车中，PLC控制系统的优势主要表现为：（1）在PLC系统下，内燃机车取消了时间继电器与中间继电器环节，因此整个内燃机系统的线路得到改善，简化后的系统出现故障的概率更低，提高系统运行的稳定性。（2）PLC控制系统本身具有灵活性，系统在运行期间能够有效调整内燃机车的运行状态，不仅缩短工作周期，也能减少不必要的成本投入。（3）依靠PLC控制系统的智能化水平，内燃机在使用过程中能够自动控制水温与油温，不仅保证了系统的正常运行，也能减少不必要的能源投入，具有环保优势。

2.2 PLC内燃机车系统分析

2.2.1收集内燃机车的重要信号

依靠自身强大信息处理能力，PLC控制系统可以采集内燃机车的运行数据，这些数据包括机车运行速度、冷却水温度变化、柴油机转速等信息，在这种情况下，司机能够随时查阅机车的运行数据，并按照系统的运行作业要求，调整内燃机车的运行数据，使内燃机车可以更有效运行。除此之外，若内燃机车本身存在运行障碍，则系统会显示故障信息，保证了驾驶人员安全。

目前柴油机转速传感装置主要由多齿齿轮以及e2e（型号）开关组成，其中的多齿齿轮直接与液力传动箱连接一起，接近开关按采用径向安装方法，在多齿齿轮运动期间，每传动一周就会产生多个脉冲量，此时的PLC系统会采集脉冲量信息，以1000ms为样本采样周期，并将采集的信息上传到储存库中。

2.2.2柴油机转速控制方法

目前柴油机转速控制方法主要通过ADS控制器以及PLC可编程控制器等关键部件实现的。在运行期间，ADS司机作为控制器输入端，共设置了四个输入点，分别对应PLC系统中的X5、X6、X10、X11四个节点，搭建16个档位信号。在程序执行期间，首先由M8000与fromp指令来判断DA模块状态，并按照档位信号运算，将运算的最终数据录入到D20中，利用“to”指令，向DA模块中写入“220-580”范围内参数。同时，DA模块能够转换传输的数值，从通道向YMZH信号变换器提供一定的电流，此时的幽门信号变换器会再次转变PWM脉宽调至信号，并提供给柴油机电子控制模块ECM，实现了电子调速控制。

2.3机车气动走形

由于油路主要通过阀滑控制的，而阀滑需要气压驱动，所以在内燃机车运行期间，无论是前进或者后退都可以通过控制气路上的电控阀实现。在PLC系统中，有关机车前进与后退的控制方法相对简单（见图1），但是要必须要考虑其他有效条件的限制：

（1）司机控制器需通电;（2）机组接通保护信号;（3）柴油机水温高于30℃而低于103℃;（4）机车速度较慢，未超过50km/h。

3基于PLC控制系统的内燃机车优化思路研究

为进一步增强内燃机车的性能，需要基于PLC控制系统探索新的系统功能，这样才能进一步增强内燃机车的运行能力。而从现有的技术应用现状来看，PLC控制系统在内燃机车优化中，能够对内燃机车的运行过程进行控制，并依靠自身强力的智能化水平，实时采集内燃机车运行状态，这样通过PLC控制系统，可以有效识别内燃机车的运行数据，并第一时间排除故障。

3.1基于PLC控制系统优化柴油机调速程序

在当前柴油机调速程序中，ADS司机控制器主要包括连接齿轮、调速手柄以及开关触点等内容，当调速手柄受力的情况下，使齿轮接触弹簧压片后，凸轮凹陷或者顶起，是开关触点断开或者接通。但是在实际上，若司机进档动作快，会导致齿轮的转速增加而出现异常情况。

而在实际上内燃机车柴油机调速通过控制升降转速方向以及转速变化情况实现了调速，而转速变化效果使体现了对步进电机布距角的行进速度控制。在这种情况下，本文给出的PLC改进意见包括：（1）先输入/输出（I/O）编址。在PLC控制系统中，控制电机输入开关量以及三相绕组工作的输入端I/O编址，详细资料如表1所示。

（2）在步進电机逻辑控制阶段，根据柴油机的运行条件以及司控器触点逻辑情况，获得步进电机的逻辑运行条件。正常情况下内燃机司控器中存在2五个位置，包括“O”、“I”、“降”、“保”、“升”等，通过每个触点对应的逻辑关系，能够确定进步电机的运行逻辑指标。

同时根据研究发现，造成转速异常的主要原因，就是ADS司机控制器机械缺陷所造成的，以8档进9档为例，机车在8档的情况下，PLC上的3个处于闭合状态，其对应的转速为1340r/min;而到了9档情况下，仅有1个处于闭合，其对应转速为1435r/min[3]。在这个过程中一旦进档工作较慢，必然会导致手轮处于滞留状态，而为了能够有效解决这个问题，需要升级ADS司机控制器。根据司机控制器单向变化原理，可以直接在PLC程序中增加合理的逻辑处理程序，确保档位信号升值不会出现明显变化，进而保证了输出信号的稳定性。所以在PLC系统设计中，档位信号值储存到D198之后，并将D198数值转移至D302，并在下个程序执行周期，通过SUB以及CMP指令，分别对比传统档位信号与新档位信号。在经过现场测试之后，加入PLC程序中，避免出现异常。

3.2应急功能实现

在很大程度上柴油机的机油压力以及冷却水温等都是内燃机车运行的关键指标，其中的数据变化能够反映出柴油机是否处于理想运行状态，一般在柴油机出现质量问题之后，依靠PLC系统的程序限制优势，直接限制柴油机的运行，避免“带故障运行”问题发生，保证了工作人员的安全。还需要注意的是，传感器自身就是柴油机的一部分，自身也会出现故障风险，所以在运行期间，需要警惕传感器损坏等问题，避免信号无法直接被传送到PLC系统中。针对这种情况，在PLC中增加应激程序，直接在SWD显示屏中添加应急程序，避免实体应急开关出现故障。所以为了实现这一目标，所采取的设计方案主要包括：（1）在PLC程序中尾端增加两步，通过MOV指令强制性向D190与D160传输“250”与“50”数值，利用M545触发。（2）通过人机交互界面，直接在应激旁路界面增加触摸系统，通过触摸屏能够触发M545[4]。

4结语

未来通过PLC系统已经成为未来内燃机车发展的主要方向，随着未来内燃机车的应用范围越来广，要进一步了解PLC系统在内燃机中的应用路径，通过PLC技术来解决种继电器和接触器等控制系统复杂的问题，争取能够进一步简化传统的工作流程，减少不必要的电气故障维护流程，在提高内燃机车运行能力基础上，保证企业经济效益。

参考文献

[1] 王左力，刘博，温芝强.GK1L型内燃机车电气控制系统的升级改造[J].机械工程与自动化，2019（1）：184-186.

[2]郭瑾.内燃机车电气控制系统的研究及改进设计[J].机械管理开发，2018，33（12）：232-234.

[3] 鲁悦海.东风系列内燃机车柴油机曲轴箱负压改造装置的应用与探讨[J].内燃机与配件，2019（23）：82-83.

[4] 徐洪，石小佛，章福生，等.基于“四化”的内燃机车辅助系统管路设计浅谈[J].内燃机与配件，2019（23）：22-23.

收稿日期：2020-01-02

作者简介：赵大超（1973—），男，山东邹城人，本科，工程师，研究方向：机电。