基于PLC 的城轨车辆八点称重辅助装置设计

吴彦泽 王 华 奚睿智 吴 涛 苏海伦 叶 浪

（1、南京铁道职业技术学院，江苏 南京 210000 2 南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京 210000）

1 概述

现代地铁列车二系悬挂装置中多采用空气弹簧（以下简称“空簧”），空簧在使用过程中通过高度阀感知载荷变化进而对空簧进行充排风，从而保证车体在不同载荷下的高度值基本不变[1]。八点称重就是对城轨车辆架修中车辆质量、轴重与轮重进行质量验证的过程，目的是恢复车辆的基本技术性能，使架修后的车辆性能接近新造车辆水平[2]。本文提出了基于PLC 的城轨车辆八点称重辅助装置的设计，为城轨车辆八点称重的精确调整提供技术借鉴。

2 设计思路

本设计主要包含信息采集、AD 转换、信息处理、显示及执行模块。设计原理是利用压力传感器将采集到的空簧气压值转化成与之对应的电压值，通过PLC 四个AD输入端口转换成相对应的寄存器数值，再换算成对应的气压值在工业屏上显示出来。设计逻辑原理图如图1 所示。

图1 设计逻辑原理图

2.1 信息采集模块

系统采集空簧气压值作为输入信号，通过压力传感器将气压值转换成电压值，输入至PLC 的AD 转换模块后进行运算处理。输入端口分配如下：D110 输入A1 转向架空簧气压值，D111 输入A2 转向架空簧气压值，D112 输入BC1 转向架空簧气压值，D113 输入BC2 转向架空簧气压值。

2.2 AD 转换模块

压力传感器采集到的电压值经过PLC 数据处理后显示在显示屏上，同时判断当前气压值与正常气压值的关系来控制充排气。

PLC 的AD 转换模块含四个A/D 输入端口，两个D/A输出端口，模拟量输入端为0-10v 的电压控制，空簧输入端口示意图如图2 所示。

图2 空簧输入端口示意图

2.3 信息处理模块

信息处理模块判断当前空簧气压值是否在合理范围内，如气压值大于或小于正常气压值则判断结果的工作状态在工业屏上显示，同时输出控制信号给器件执行模块来控制充排气。

2.4 显示模块

显示模块采用一体机触摸屏显示，分别表示A1/A2/BC1/BC2 转向架监测、控制按钮及指示灯的工作状态，包括各按钮、指示灯的分布、写入地址、监视地址的设置等。

2.4.1 初始化页面

系统初始界面如图3 所示，可以依据需要显示课题名称等相关信息。

图3 系统初始界面

2.4.2 信息显示页面

信息显示页面为各转向架的信息显示，包括：八点称重示意图，时间显示，转向架编号，位按钮和位指示灯，空簧气压表和主菜单。

A1 转向架显示画面如图4 所示，按钮和指示灯如表1 所示。（A2/BC1/BC2 按钮和指示灯分布和A1 画面相似，不再重复列出，仅列出按钮写入和监视地址、指示灯监视地址。）

表1 A1 转向架各按钮指示灯分布

A1 转向架按钮写入和监视地址如表2 所示。

表2 A1 转向架按钮写入和监视地址

A1 转向架指示灯监视地址如表3 所示。

表3 A1 转向架指示灯监视地址

2.4.3 A2 转向架

A2 转向架按钮写入和监视地址如表4 所示。

表4 A2 转向架按钮写入和监视地址

A2 转向架指示灯的监视地址见表5。

表5 A2 转向架指示灯监视地址

2.4.4 BC1 转向架

BC1 转向架按钮的写入和监视地址如表6 所示。

表6 BC1 转向架按钮写入和监视地址

BC1 转向架指示灯的监视地址如表7 所示。

表7 BC1 转向架指示灯监视地址

2.4.5 BC2 转向架

BC2 转向架按钮的写入和监视地址如表8 所示。

表8 BC2 转向架按钮写入和监视地址

BC2 转向架指示灯的监视地址如表9 所示。

表9 BC2 转向架指示灯监视地址

A1/A2/BC1/BC2 的按钮和指示灯存在内部逻辑关系，初始状态下，所有的位按钮和位指示灯都为状态0灰色，即在“OFF”状态下，在工作环境下，按钮和指示灯存在以下三种状态：

（1）空簧气压在正常范围时：“气压正常”按钮被触发为“ON”，“气压正常”指示灯同时点亮。

（2）当空簧内气压不足时：“欠压”按钮被触发为“ON”，“欠压”指示灯同时点亮，“充气”按钮也同时被触发，“充气”指示灯点亮，当空簧内气压到达正常值时触发“气压正常”按钮和“气压正常”指示灯。

（3）当空簧内气压过高时；“过压”按钮被触发为“ON”，“过压”指示灯同时点亮，“排气”按钮同时被触发为，“排气”指示灯点亮，空簧内气压到达正常值时触发“气压正常”按钮和“气压正常”指示灯。

2.4.6 空簧气压表

A1 转向架空簧气压表如图5 所示。A2/BC1/BC2 转向架空簧气压表类似，不再列出。

图5 A1 转向架空簧气压表

A1/A2/BC1/BC2 的气压表按钮分别对应空簧气压表，用来显示工作过程中空气弹簧内部压力的实时变化。

2.5 执行模块

PLC 程序判断输入空簧气压值与正常范围值的关系，依据判断结果控制电磁阀充气或排气，当气压值到达合理范围时，电磁阀随即停止充气或排气。

3 软件设计

3.1 软件流程图

软件采用PLC 梯形图编程设计，A1 车空簧监测软件流程图如图6 所示。（A2/BC1/BC2 车软件流程图类似。）

图6 A1 车空簧监测软件流程图

根据某地铁架修八点称重工作现场测量的结果如表10 所示，得出电压y 与气压x 的关系为：y=1.665x。

表10 某地铁架修八点称重现场测量电压值与气压值

根据某地铁架修八点称重给出的标准气压值为：A 车一位转向架即A1：0.35MPa±0.02MPa， 二 位 转 向 架 即 A2：0.32MPa ±0.02MPa；BC 车一位转向架即BC1：0.30MPa±0.02MPa，二位转向架即BC2：0.30MPa±0.02MPa。通过y=1.665x 得，A1 电压值为5.49v-6.16v，A2 电压值为4.995v-5.66v，BC1 电压值为4.66v-5.33v，BC2 电压值为4.66v-5.33v。

PLC 的AD 输入单元参数设定电压量程为0v-8v，根据y=1.665x，可得气压表量程为0bar-4.80bar，同时在电压表读数为8v 时，测得PLC 寄存器读数为2768，通过计算电压值与寄存器数值设定寄存器数值如表11 所示。

表11 空簧标准气压值，电压值及寄存器数值

3.2 PLC 程序工作流程

PLC 得电工作，辅助继电器M40，M41，M42，M43。M40 闭合，将A1 转向架空簧压力值输入D0，与设定的标准值进行比较，D0＜K1900 时，M1 闭合输出指示灯M5和M6，充气电磁阀Y4，K1900≤D0≤K2131 时，M2 闭合输出M7，D0＞K2131 时，M3 闭合输出指示灯M8 和M9，排气电磁阀Y5；M41 闭合，将A2 转向架空簧压力值输入D2，与设定的标准值进行比较，D2＜K1728 时，比较结果：M11 闭合输出指示灯M15 和M16，充气电磁阀Y6，K1728≤D2 ≤K1958 时，M12 闭 合 输 出M17，D2 ＞K1958 时，M13 闭合输出指示灯M18 和M19，排气电磁阀Y7；M42 闭合，将BC1 转向架空簧压力值输入D4，与设定的标准值进行比较，D4＜K1612 时，M21 闭合输出指示灯M25 和M26，K1612≤D4≤K1844 时，M22 闭合输出M27，D4＞K1844 时，M23 闭合输出指示灯M28 和M29，排气电磁阀Y11；M43 闭合，将BC2 转向架空簧压力值输入D5，与设定的标准值进行比较，D5＜K1612 时，M31闭合输出指示灯M35 和M36，充气电磁阀Y12，K1612≤D5≤K1844 时，M32 闭合输出M37，D5＞K2131 时，M33闭合输出指示灯M38 和M39，排期电磁阀Y13。充排气电磁阀输出端口如表12 所示。

表12 充排气电磁阀输出端口

4 结论

本文介绍了应用PLC 工业屏设计的城轨车辆八点称重辅助装置，可以实现列车空簧气压状态的显示和监视、空簧充排气控制。该设计在实际调试验证过程中，能够快速反应列车空簧气压状态，可以为提高城轨车辆八点称重空簧压力的测试和调节的工作效率提供借鉴和参考。