基于PLC的铁路装车自动化控制系统设计探讨

刘婧睿

柳州桂通精密铸造有限公司，广西柳州，545007

0 引言

铁路装车是铁路运输前期准备中的重要工作内容，若能运用自动化控制系统完成装车内容，则可以提升工作效率，为后续运输创造良好条件。然而就目前来看，我国在此方面依旧处于初级阶段，很多自动化内容尚有发展空间，若是不能及时完成系统更新，在未来会成为制约行业发展的因素。由此可见，围绕基于PLC的铁路装车自动化控制系统加以研究尤为关键。

1 PLC系统相关概述

1.1 PLC在铁路装车自动化控制中的运用意义

随着人们生活水平的不断提升，群众对运输行业的要求进一步提升，在此背景下企业必须通过自动化改革的形式完善自身，才能够满足可持续发展需要。现阶段，铁路装车行业已经在互联网等技术的帮助下提升了自动化水平，但是还需要加大对PLC等编程系统的运用才能够符合时代需求，提高工作质量和效率。其中，PLC编程系统是我国编程体系中非常重要的内容之一，与其他编程形式相比，其信息可直接存储，这也为自动化系统设计提供了便利。从现阶段来看，PLC技术形式在算法以及控制方面能够满足执行行为设计方面的需求，是以数字的形式完成录入与输出。此系统在我国的运用范围较小，经常被运用在电力企业中，而随着技术的不断完善，其功能进一步丰富，该技术的应用场景也随之扩大。目前，我国多行业开始关注PLC系统应用，例如在工业生产机械手控制方面，利用PLC系统可提升生产的精准度。对于铁路装车来讲，PLC能够为后续的装车操作提供引导，不仅有助于降低装车人员的工作量以及工作难度，而且还可以进一步提升装车过程中的数据存储以及处理分析效果，为行业自动化改革奠定良好的基础。图1为铁路装车系统结构。

图1 铁路装车系统结构

1.2 PLC在自动化系统中的应用分析

首先，PLC编程是指通过对条件数据的控制管控系统所有的功能模块，是一种集成式控制的新兴技术形式。在具体工作中，PLC编程系统可结合不同行业的工作管控需求对系统实施针对性的管控。与此同时，PLC编程过程中语句的应用更加简单，且其自身强大的控制库能够与系统进行配合共同实现模块管制。除此之外，PLC编程还可以对其他的仪表设备进行管理，从而提升铁路装车的精准度。

其次，在自动化作业的过程中，由于对科学管控的要求较高，因此很多企业开始运用机械设备以及机器人开展相关工作。而在PLC系统的帮助下，工作人员可通过PLC进行指令下达，并监测设备运行状态，以此实现精准控制，帮助设备进行自动化操作，强化设备以及机械装置的工作精度。

最后，PLC还可以对整个生产系统进行集中管控，并针对设备的运行情况将数据信息以及运行参数状态反馈至管理人员。工作人员则可根据数据信息以及系统预警了解设备故障情况并及时处理。在集中管控方面，PLC能够对故障进行检测，而且还能够对运行过程中的算法逻辑进行分析，从而对设备运转过程中的指令运行加以保障[1]。

2 铁路装车自动化控制系统的功能性研究

铁路运输的主要货物是石化产品，因此必须保证运输过程中的安全性，要严格按照各种规章要求以及数据标准操作，以此降低风险隐患。在过去相关行业通常是以人工操作的形式对装车量进行管控，但是在数据设定方面经常会与预期要求出现不一致的状况，这也会加大运输过程中的安全风险。在此过程中，为进一步降低工作人员的工作难度以及工作量，减少人与化学产品之间的接触，要求铁路装车行业必须强化自动化管控，利用自动化设备以及技术，提高装车质量和效率，降低装车量的误差。因此自动化系统设计重点便是在装卸产品的过程中进行质量控制与细节管理，并对内部存储产品的温度、压力以及相关材料浓度进行实时监测，分析数据参数是否在标准范围内，进而提高装车水平，降低运输过程中的风险隐患。在运输的过程中，火车需要先进行停靠，并与装车的鹤位一一对应，通过人工操作的方式完成自动化控制的前期设定。在具体工作中，要求工作人员应该先将鹤管插入火车站的特定位置上，之后根据前期的单据对应信息分析控制室内的相关情况，并在系统操作界面找到不同鹤位对应的控制面板，然后在控制面板中设置火车运输过程中的数量限制。需要注意的是，在设置之前需要对车辆前期运输过程中保留的累计数据进行清理，防止影响后续的运输管控。在参数设定完成之后，系统会对控制阀下达相关指令，工作人员需再次核对单据以及设置的相应数据信息，并在确认数据之后设定总管的压力以及阀门的开度，从而对流量进行控制，确保运输过程中内部的压力能够满足实际要求。当装车过程中的累积量达到前期设定的上限时，则需要停止操作并关闭相关的车泵。

3 PLC背景下铁路装车自动化控制系统设计要求

3.1 自动化系统技术流程

目前铁路装车自动化管控系统主要分为以下内容，包括给油机、轨道结构以及皮带机等。在具体运作的过程中运输车会进入仓储区域，并在轨道处于正常状态之后通过传感器传递数据信息至PLC控制中心，之后控制中心下达指令，皮带机等设备开始运行并完成装车。与此同时，在装车达到前期系统设定上限值之后会发出停止指令，设备会自动停止运行。此种自动化管控实现了全自动装车，强化了装车管控效果。图2为PLC铁路装车自动化系统详细技术流程[2]。

图2 PLC 铁路装车自动化系统详细技术流程

3.2 规划设计要求

自动化系统设计的过程中需要加大对以下内容的关注。第一，监控系统需对装车全过程的设备以及部件运行进行数据监测，并将皮带机等结构运行的情况实时传递至PLC控制中心，以此实现远程管控和调度。第二，监控中心会对全部构件进行监管，并实现装车全自动管理。第三，系统运行过程中的设备在启动停止方面完全按照前期规划设计的工序进行。与此同时，在PLC设计完成之后，系统需要满足自动完成紧急、自动、手动状态的变换，并结合运行状况生成报告信息传递至系统中。

3.3 自动化系统中PLC运用的影响因素

由于装车对象主要是煤炭以及石化材料，因此对精准度以及安全性的要求较高，必须尽可能地减少外界因素对系统运行的影响，这也是运用PLC进行集中管控的主要原因。结合现阶段来看，PLC系统运用过程中的最佳温度范围为0～50℃，且不可长期受到暴晒，这会加快系统的损耗。此外湿度环境应该控制在80%以下，否则会受到凝露等情况的影响。PLC运行的过程中不可出现严重的设备振动，振动频率需管控在10～50Hz，必要时可通过其他设备零件的运用减少振动频率。与此同时，材料也会对PLC的运行产生影响，因此在设计的过程中还需要处理好元件隔离工作，以此降低空气环境对装车量精准度控制的影响。

4 系统设计与规划

4.1 设计原则与控制系统设计

在PLC自动化控制系统设计的过程中，需要遵循相关的管理要求。一方面，要尽可能地使用多种形式确认功能模块的种类。另一方面，在设计过程中应按照可持续发展的原则进行产品选择。例如在模块数计算的过程中，要确保数据备份的完整性，强化系统运行的质量。与此同时，PLC系统设计需要一定的资金投入，在成本方面要按照经济可行性原则进行规划，必要时可通过实验的方式寻求最优方案。

在控制系统设计方面，PLC铁路装车控制系统要以质量数据精准度以及装车速度为核心对指标参数不断优化。在硬件设计方面，PLC作为自动化系统的核心装置，在配置上必须对基板以及各种模块加以分析，并应用以太网以及互联网技术完成数据的自动识别。为进一步方便工作人员管理，技术人员还应将系统与打印机关联，在数据收集之后会自动连接打印机根据系统指令完成数据打印。人机操作界面主要是以通道通信软件完成编写，而自动识别等工作则是以Windows系统作为核心开展设计[3]。

4.2 硬件设计与系统开发

铁路装车系统数据的硬件规划主要包括功能模块以及控制系统两个部分，其中功能规划主要是针对装车后各车厢的信息收集、存储以及环境情况检测等；控制核心则是通过PLC编程完成组态软件规划。其中PLC设计包括输出模拟量以及通信模块等内容。为进一步强化自动化控制效果，在数据采集方面也会编程完成设备管控，图3为铁路装车自动化系统硬件设计结构规划。

图3 铁路装车自动化系统硬件设计结构规划

在铁路装车过程中牵引车管控等内容都需要PLC前期对设备进行数据检测，包括车厢情况、车号数据以及装车量等。在数据收集的帮助下才能够实现自动化装车工作。与此同时，所有设备的启用和关闭都是通过PLC控制中心进行管控，其中每个车厢都会安装报警器等装置，并将参数数据传递至上位机系统中，以此帮助工作人员掌握装车情况，规避风险。在自动化控制系统设计中，主系统运用的是西门子S7系列的编程语言，并借助I/O设计的方式完成模块规划，确保系统可以收集并显示数据信息。首先，中央处理器CPU中运用了西门子320-3DP的模块，可进一步强化信息数据存储效果，其设计过程中所运用的I/O结构能够对数据完成检测分析，并提供测量服务。其次，当系统处于输入DI条件时，设计人员运用32点位的形式确认隔离数值，系统的额定电压则为25V。与此同时，在输出设计的过程中，依旧为32点位，额定电压为24V。最后，在PLC编程语言的运用下，系统模块可保障I/O通信信号的稳定，从而实现系统与现场进行指令交换以及数据传递。

4.3 内容分析与模块研究

组态软件主要是通过模拟的形式分析PLC自动化系统中中央处理器的参数调整过程。例如若是用户下达指令进行修改，它则会在网络信号通信的帮助下重新设置数据信息，或者是通过外部进行主站连接。此种形式必须开展组态分析，在控制系统运行过程中，组态主要包括主机架与拓展机架两方面，机架配置要严格按照分布情况进行配置，拓展机架则要结合变频器等进行研究，并在确认好安装位置的基础之上，根据要求添加模块。组态参数设计方面包含的内容较多，包括匹配形式、名称等。模块I/O方面应该对重要的数据参数进行标定，从而为后续的数字设定奠定良好的基础。若是在设置的过程中存在过滤时间，则需对输入参数值进行研究，此阶段的处理器在循环扫描周期前所得到的模块数量应该与参数值相一致，此时该数值为系统运行过程中的平均数值；若是没有过滤时间，则处理器并不会在循环扫描之前获得参数信息。

4.4 PLC自动化系统I/O模块设计

软件设计的过程中主要包括I/O模块规划，在具体工作中应该重点关注监控情况。一般情况下监控分为以下几种：第一，对装车进行监控；第二，使用传感器对轴承以及铁路装车结构的重要区域进行温度监控；第三，电路电压监控；第四，对设备的运行状态进行检测，例如皮带机等零件。在具体工作中，输入信息应与输出信息相对应，设计的过程中应该针对对应点以及通信通道进行研究，从而科学地完成通道分配[4]。

5 结语

综上所述，传统的铁路装车系统虽然可以取代部分人工操作，但是经常会出现装车量不精准的状况。本文对PLC在铁路装车自动化控制中的运用进行了详细分析，阐述了系统规划设计的各部分内容，在后续的工作中，工作人员应该加大对PLC的关注，科学地开展硬件设计，并对其进行测试，以此确保系统使用的安全性与稳定性，为铁路运输行业的可持续发展奠定良好的基础。