迁车台电气控制自动化设计与调试

盖晓朋，郭磊

中车石家庄车辆有限公司 河北石家庄 050400

1 序言

迁车台在我公司货车生产中担负重要任务，是将货车及其配件运送到指定工位的移动装备。传统迁车台大车、牵引动作都采用凸轮控制器控制，电动机采用绕线型异步电动机，通过改变电动机转子串联电阻值实现调速功能。首先，在使用过程中，凸轮控制器触头因电流大而经常损坏，易造成电动机缺相运行；其次，各挡位电阻值恒定，电动机调速性能差[1]，直接起动转矩大[2]，增加了机械部件的损耗；再者，传统迁车台需2～3人才能完成牵调工作。为了降低故障率、提高迁车台效率且达到优员增效的效果，从电气元件、控制程序和综合调试等几方面入手，制定了完备的升级改造方案，提升了迁车台的性能，使其在公司货车生产过程中发挥出更高的效率。

2 电气元件选型

在电气元件选型时，由于既要考虑功能需求，还要考虑工作环境因素，所以在设计电气控制系统时，电气元件必须具备抗振动、抗干扰和通信功能强大等要求，综合以上要求，选择台达ES2可编程控制器（PLC）+MCGS触摸屏的方案。ES2系列PLC指令功能齐全、抗干扰抗振动及故障自诊断优势明显，配备了1组RS232、2组RS485通信端口，可以与任何符合MODBUS通信格式的产品进行数据传输。有模拟量输入输出的专用扩展模块；MCGS TCP1061Ti触摸屏是CPU主频达300MHz的高性能嵌入式一体化触摸屏，抗振性能强，耐高低温、高湿度，适合户外设备应用；具有串口通信和以太网接口，满足与PLC、变频器的通信功能。

3 控制程序设计

为了提升迁车台自动化程度，实现大车自动对道、迁车台单人操作等功能，采用触摸屏+PLC+变频器+无线控制系统。将操作按钮绘制在触摸屏上，通过操作触摸屏界面控制PLC程序，再根据PLC模拟量输出控制变频器驱动电动机运转[3]。加装无线装置，可以远程控制迁车台运行。根据迁车台的运行工艺，将程序分为大车控制和牵引控制两部分。

1）大车控制设置了手动、自动程序。当手动程序控制时，大车按照选定速度在规定范围内运行；当自动程序控制时，大车运行可实现自动对道。为了达到大车自动对道的效果，在大车轮附近安装从动轮，使其与轨道紧密贴合；在从动轮上安装编码器，使其跟随从动轮同步转动。将大车开到起始位置，并设置为原位。测算从动轮转动一周大车运行的距离；将所有轨道设置编号，再测量各轨道与原位之间的距离；大车运行前，选定目标轨道编号，系统根据目标轨道位置与大车编码器数值，自动计算大车位置与目标轨道之间的距离，然后大车向目标轨道运行，编码器计数，实时显示大车运行距离，当到达目标轨道范围内时变为低速运行，到达设定位置停止运行。

2）为了优化人员配置，在设计牵引动作控制时，加装一套无线控制系统。以往牵调作业时，一人负责控制牵引电动机，还需要另一人拉拽牵绳，需双方紧密配合。加装无线控制系统后，牵引动作无需在控制台操作，操作人员可在拉绳时同时操控遥控器就能使牵引电动机动作，并根据牵引速度设置不同挡位，可实现牵车、运料单人操作。

3）为了方便操作人员使用，在迁车台4个角都加装了控制箱，可在不同位置操作。为了加强系统安全性，设置东南方向控制箱为主站，其余3个控制箱为子站。为了提高系统的稳定性，主站采用台达DVP系列PLC专用子设备，转发信号采用Modbus TCPIP数据转发设备。子站作为信号转发站，全部采用标准Modbus TCPIP数据转发设备与主站各子设备对应。

4 现场运行调试

（1）校准大车坐标 大车自动控制时，靠编码器定位来确定大车位置。但在调试过程中发现：因为编码器安装在从动轮上，所以在大车运行过程中，编码器会因车轮打滑、振动等问题造成定位偏差，导致对道不精准。

为了消除偏差，改进对道方式如下。在车身安装感应开关，并在每条轨道对应地面设置定位装置，确定每个定位装置坐标。大车运行前期高速行驶，每到达一个定位装置时，感应开关检测到定位装置后，系统会将此定位装置坐标写入大车定位系统，替换掉编码器所测量数值，以固定坐标来校准大车位置，这样每经过一个定位装置，系统就会校准一次大车位置，确保了编码器误差不会累积，最大程度上确保了大车位置的准确性，消除了编码器偏差影响。

当大车到达目标轨道设定范围内时改为低速运行，停车不再单纯依靠编码器数值，同时检测感应开关与定位装置对应位置，只有当感应开关与定位装置持续对应达到3s时，大车才算完成对道，否则大车会继续执行对道程序，直至对道完成。大车自动对道流程如图1所示。用坐标数值加感应开关两种方式相结合来完成自动对道，保证了精准对道的可靠性。

图1 大车自动对道流程

（2）手动控制保护 大车手动控制时，迁车台起动频率过高、加减速时间较短会造成迁车台晃动，影响行车安全性。为了使迁车台平稳运行，除了调整变频器加减速时间外，还在程序中限制了大车起动时间与起动频率。

在大车起动时，先以较低频率运行5s，5s后方可切换频率改变速度；为防止大车高速运行时点动操作，大车突然降低运行频率造成迁车台晃动，设置大车高速运行保护：每隔0.5s采集一次编码器定位数据，根据两次所采集数据差值计算运行速度，当速度达到0.5m/s时，判定大车高速运行，此时点动大车，大车以选定频率运行；当速度低于0.5m/s时，判定大车低速运行，此时再点动大车，大车按起动程序低速运行。

（3）抗干扰措施 较大功率变频器所产生的干扰，会造成控制回路电源不稳、谐波大及DC24V开关型信号混乱不受控，抗干扰能力强的串口通信都会无法正常工作。

抗干扰措施包括：变频器两个接地点可靠接地（接地点远离控制系统接地点）；在控制电源侧加装电源滤波器，有效消除谐波；所有通信线采用屏蔽线，屏蔽层可靠接地等。

5 结束语

迁车台作为我公司货车生产环节必不可少的装备，其应用范围广、使用频率高，迁车台工作效率直接影响了货车生产节拍。此次系统化升级改造提升了迁车台自动化程度，实现了多地控制、大车自动对道等功能的实际应用，完成了迁车台单人操作功能试验，同时降低了设备的故障率，保障了公司货车生产进度，也为相关装备的升级改造提供了思路。