基于S7-400PLC 的调车机大臂保护程序的研究

严 创，庄 鹏，潘毅飞，张 皓，王 弼

（湖北荆州煤炭港务有限公司，湖北荆州 434020）

0 引言

公司贯通式三翻两用翻车机在运行过程中载煤列车需解列后作业，铁路专用线运维货运岗人员在重车对位后进行放风、摘风管作业，该作业结束后通知翻车机操作人员开始卸车作业。中间双方人员容易因人员未完全撤离作业区或沟通不到位设备便开始运行，导致发生机械伤害事故。根据运行中发现的安全隐患，基于PLC S7-400 研究一种保护程序加入翻车机原程序中，在技术层面消除安全隐患，确保运行操作安全。

1 湖北荆州煤炭港务有限公司一期工程简介

湖北荆州煤炭港务有限公司一期工程主要为长江煤炭中转码头，项目包含贯通式三翻翻车机1 台（效率8000 t/h，现阶段主要接卸C70E 与C80B 车型）、斗轮堆取料机5 台（堆料效率4500 t/h，取料2000 t/h）、装船机2 台（额定效率1650 t/h，最大2000 t/h）、带式输送机31 条（带宽2.2 m、1.8 m、1.4 m 三类）、铁路专用线总长7.751 km、储配基地站1 座。公司生产运行采取自营加运维外包模式，共外委3 个外委单位，生产运行与设备维护外委、铁路专用线运行维护外委、机车外委，分别负责公司装卸作业运行维护、铁路专用线运行维护、机车运行维护。港口主要功能为浩吉铁路来煤经过翻车机翻卸，通过带式输送机转运至条形堆场由堆取料机堆存。装船作业由堆取料机在堆场指定垛位取料，经皮带传送至装船机装船。船舶通过长江航道运往湖北、安徽、湖南、江西等地，实现北煤南运。

2 问题的提出

翻车机重车调车机作业过程中，其根据控制程序各部分装置联锁动作，并且重车调车机轨道长度为173 m，大臂长度为2.64 m，大臂俯仰角度为0～90°，由此可知其行走范围大、俯仰角度大。在一次作业中，铁路货运人员未到达安全区域，重车调车机便降大臂俯仰开始接车作业，现场人员发现及时，立即通知翻车机操作人员停止作业并跑往安全区域，险些造成机械伤害事故。因此，如何防止此类事情发生尤为重要，最好的解决办法是在技术层面消除安全隐患起着关键性作用，所以需要一种技术方面的保护措施。

3 重调保护程序的背景及研究

3.1 翻车机重车调车机作业背景

荆州煤炭港务有限公司翻车机按照C96 车型设计并兼顾C70E 和C80B 车型接卸，由于浩吉铁路未投运C96 车型，现阶段主要运营车型为C80B。在实际卸车作业过程中，载煤重车对位翻车机入口端后开始火车放风、解列作业，该作业完成后，铁路运维货运员通知值班员，值班员通过对讲机通知翻车机操作员可以开始卸车作业。操作员开始牵车作业，重车调车机（下称重调）降大臂接重车，翻车机操作人员与铁路运维人员非同单位，可开始作业指令经值班员传递，可能发生铁路运维人员未离开轨道重调便落大臂牵车情况，此时重调牵车作业易造成机械伤害。

3.2 重调保护程序的研究

为消除安全隐患，设想一种安全保护控制程序加解除按键，作业时采取人员手动确认方式，即铁路运维人员未到安全区域按保护解除按键前翻车机操作员无法降重调落臂牵车，铁路人员确认到达安全区域，通过解除按键解锁程序后方可作业。所以根据该特点，设计在翻车机控制程序中加入一段确认程序来控制重调大臂俯仰动作，铁路运维人员到达安全区域后按“放风解除”键2 s 程序解锁，表示确认安全完毕，此时，翻车机重调大臂俯仰自锁程序解除开始卸车作业。

4 程序段的设计与应用

程序设计目的：重调大臂保护程序基于翻车机西门子PLC S7-400 原程序设计，在翻车机原控制程序中加入保护程序段，控制重调大臂俯仰动作在铁路货运人员放风、摘管作业时自锁，只有通过人工点击按键方可解除保护程序，重调方可开始作业。程序设计步骤如下：

（1）在西门子PLC S7-400 原程序中打开翻车机控制程序对象中的符号表。

（2）插入符号，添加M 点（中间继电器控制点）“摘风落臂保护”与“摘风保护解除”两个点（前者为M2006.0，后者为M2006.1），添加I 点“I124.7 放风保护”。

（3）选择原程序对象块文件对象中的重调程序块（FC18、Heavy Positioner）。

（4）先插入保护程序“I126.7 放风保护”、T667“摘风保护延时”和“M2006.0 重调放风保护”再插入解除程序“M2006.1 摘风保护解除”、T668“摘风解除延时”和“M2006.0 重调放风保护”程序段（图1）。延时器T667 和T668 分别设为S5T#2S 即设置保护和解除2 s 延时。

图1 重调放风保护与重调放风保护解除

（5）打开重调俯仰臂落臂程序段，M800.3“重调大臂降阀控制”程序中加入放风保护（图2）。将“M2006.0重调放风保护”设置在M802.3“重调非行走状态”之后，并在I30.3“重调大臂0°（检测信号之前）”，程序放在这两点中间的原因为M802.3 是重调静止状态，I30.3 为重调大臂初始位置，如果M802.3 动作即触发保护程序，后续点I30.3 因保护程序信号通导致无动作信号即大臂无法俯仰，实现大臂俯仰动作保护控制。

图2 重调放风保护

（6）保护程序设置完毕后，设置按键，在变量管理里面增加变量，选择二进制，地址与STEP 7 中相同。

（7）打开WinCC 项目管理器，选择图形编辑器，设置形状为圆形，点击鼠标右键属性—颜色。

（8）在背景颜色中添加动态动画框。

（9）动态对话框中添加变量，添加布尔型，将“真”信号设为绿色，“假”信号设为红色（图3）并新建按钮，右键属性“文本”选择“事件—鼠标”直接双击按钮选择，添加组态按钮，常数设为“0”，变量设为“重调保护解除”。

图3 真假信号颜色设置

（10）翻车机夹轮器操作箱区域为安全区域，在夹轮器就地操作箱中设置操作按钮“防风解除”（图4），保护程序中设置2 s延时，解除时需人工按2 s 按钮后解除保护。

图4 放风解除按钮

（11）下载程序至S7-400PLC，应用于翻车机作业，作业过程中到解除保护环节时人工按2 s 按钮，在程序上监视运行状态，观察保护程序的动作信号状态。

到此，完成保护功能的PLC 程序设计、组态按键设计、解除按钮的设计，将程序下载至PLC 即投入应用。作业时，放风、摘管作业完毕后，通过程序的功能实现翻车机重调大臂俯仰动作自锁保护功能，以及保护程序人工确认后解除功能。

5 保护程序的应用效果

翻车机重车调车机控制程序插入“摘风落臂保护”、“摘风保护解除”、“放风保护”、“2 s 延时”程序段后，实现重调大臂俯仰动作保护控制。原有卸车作业流程为重车到翻车机入口对重区后，货运员开始放风、摘风管作业，作业完后用对讲机通知铁路运行班值班员，值班员告知生产运维翻车机操作员开始作业，翻控员开始卸车作业。加入保护程序后在货运员放风、摘风管过程中翻车机重调大臂自锁，无法动作。货运员作业完毕后到翻车机夹轮器就地操作箱位置按“摘风解除”按键2 s 后翻车机程序解锁，重调可动作。原卸车作业流程增加一项翻车机操作人员和铁路运维人员双向确认安全环节。当且仅当双方人员确认后，翻车机才能开始作业。在保护程序添加之后，作业前将新功能向翻车机操作员和铁路专用线运维货运人员集中宣贯以及操作培训，按照新操作流程作业，应用效果显著，有效的避免安全事件的发生。

6 保护程序研究的意义

保护程序的研发，运行效果良好，主要意义如下：①在技术根源上消除安全隐患，有效地防止翻车机重车调车机运行中发生机械伤害事故；②程序逻辑简单，便于编辑，实用性强；③强化安全生产作业流程，保障安全生产。

7 结束语

通过对翻车机重车调车机大臂俯仰动作自锁保护程序的研究，提出简单可行的程序自锁保护控制方法，通过对保护程序的加载与应用，最终达到翻车机作业环节安全保护目的，能够较大程度提高翻车机作业时的安全性，为翻车机安全运行程序提供的有力的技术支持。通过在荆州煤炭港务有限公司的实践，印证了方法的有效性，并可为类似翻车机重车调车机系统运行作业时的人员保护和安全隐患消除提供一定的参考。