城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆项目5-移动式架车机组课件

,*,出版社理工分社,城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆,单击此处编辑母版文本样,单击此处编辑母版标题样式,退出,页,项目,5,移动式架车机组,1,图,5.1,移动式架车机组,移动式电动架车机是地铁车辆,检修的一项重要工艺设备,主要用于,定临修库内临修台位的架车作业,可,进行,6,辆及以下多节城市轨道交通,车辆,、,或单节城市轨道交通车辆实施,架升,/,落车作业,以便对地铁车辆及,各类轨道车辆车体,、,转向架及其他部,件进行维修和更换,、,清洗作业,。,由于,它可移动的结构特点不受车辆轴距和架升点限制,也可用于架升平板,车,、,网轨作业车,、,内燃调车,机等工程车辆,。,【,项目描述,】,2,3.,了解移动式架车机控制系统组成及控制原理,。,【,技能目标,】,1.,掌握移动式架车机安全保护功能及控制系统控制原理,。,2,.,能够,操作移动式架车机完成架车作业及架车机日常保养,。,3.,能够,完成移动式架车机维修保养作业及故障处理,。,【,学习目标,】,通过本模块的学习要求掌握以下基本知识,:,1.,了解移动式架车机的分类,、,功能及用途,。,2.,了解移动,式架车机的组成及安全保护功能,。,3,任务,1,了解移动式架车机组,【,活动场景,】,在架车作业现场教学或用多媒体协助展现,。,【,任务要求,】,掌,握移动式架车机分类及作用概述,。,4,图,5.2,移动式架车机架车,【,知识准备,】,1.,移动式架车,机分类,地铁车辆使用的移动式架车机,种类比较多,。,车辆段使用的移动式,驾车机组主要有进口和国产两类移,动式架车机,。,5,移动式架车的生产厂家德国,Windhoff,和德国,Neuero,公司,国产移,动式架车的生产厂家是,:,广州铁道车,辆厂、中铁工程研究所有限公司和唐山百川智能机器有限公司。,移动式架车机作为重要的车辆检修辅助设备,其主要作用是用来架,升地铁车辆,可进行,6,辆及以下多节城市轨道交通车辆或单节城市轨道交,通车辆实施架升,/,落车作业的专用起升设备,以便对车辆车体,、,转向架及,其他部件进行维修和更换,、,清洗作业,。,由于它可移动的结构特点,不,受车辆轴距和架升点限制,也可用于架升平板车,、,网,轨作业车,、,内燃调,车机等工程车辆,。,6,图,5.3,移动式架车机分布图,图,5.4,移动式架车机现场布置图,7,2.,移动式架车机作用,移动式架车机组由,6,组移动式架车机组组成,每组移动式架车机,组由,4,台移动式架车机组成,。,架车机起升时由电控系统进行同步控,制,确保各架车机组之间均匀同步架起整列车,(6,辆编组,),、,多节车辆,、,单节地铁车辆或,1,辆工程车,。,移动式架车机设有单台架车机独立控制台和总控制台,。,总控,制台能控制,1,组,、,多组或,6,组架车机的同步升降,并能对一组或多组,车辆分别独立架升,。,单台架车机独立控制台只控制单台架车机的升,降,。,单台架车机独立控制台与总控制台具有动作互锁功能,总控制台,有选择总控制台或独立控制台操作的权利,(,急停按钮除外,),。,单台架,车机独立控制台与总控制台之间,、,架车机与控制台之间的电缆采用暗,敷阻燃电缆和航空快速插头方式连接,。,8,在实施架升作业时,移动式架车机的控制系,统通过采用可编程,序控制器,(PLC),采集所有架升螺旋机构上的旋转编码器的输出数据,实现对多个螺旋机构的同,步控制,保证了设备起升的同步性,提高设,备运行的平稳性和安全性,。,每单台移动式架车机都设有紧急停车就地控制按钮,如遇紧急,事故可按急停按钮切断控制输出,同时发出铃声信号,可及时实施移,动式架车机的停车制动,。,当工作中的任一移动式架车机的急停按钮,被按下时,所有协同工作的其他移动式架车机全部同时停机,。,每台移动式架车机都配备有相同型号的鼠笼式制动电机,当,设备在任一方向的运动过程中在任意位置上被紧急停机,系统自动,锁定,。,系统须重新供电,才能恢复任一方向的运动,。,9,架车机各架升螺杆依据,GB,/T5796.1,1986,梯形螺纹牙型,自锁式螺纹副进行设计,具有自锁功能,。,各螺杆托架承载面上设置有传感器,当托架上升接触到车体,后,传感器能够发出信号,并立即停止该架升螺杆上的托架上升,此,时该螺杆的同步系统起升零点被清零,电气同步系统在可编程序控,制器控制下检测旋转编码器输出的角度位移,并通过可编程序控制,器将此角度位移转换成架车机托架的直线位移距离,显示到文本显,示器屏幕上,供操作者使用,。,架车机底部配有走行机构,在架车机不工作时通过液压装,置降,下走行轮,可在车间内地面上由人工推动任意移动,在架车机定置后,通过液压装置升起走行轮,架车机机座落实地面,架车机在工作时的,承载全部由机座承载,。,架车机的,机架上设有吊装耳,根据工作需要架,车机还可通过起重机进行吊运,。,10,架车机上托架的升降高度,(,托架最大行程,1600mm),可根据,工作的实际需要,在规定范围内任意调节,以便于地铁列车检验作,业,、,拆装转向架或进行车下设备的维修,、,更换作业,。,本设备电气控制系统配置有过电流保护,、,架车同步精度安全保,护,、,落地安全检测保护,、,丝母磨损安全保护,、,上限位安全保护,、,下限位,安全保护等功能,出现故障时系统自动停止工作,同时发出警铃报警,并在文本显示器上显示出相应的故障报警信息,报警信息为中文提,示,即可针对故障信息进行故障排除,。,11,在总控制台相对的一侧每组设有确认移动按钮盒,当总控台下,达起升或下降指令后,只有经过确认移动按钮盒再次确认,架车机方,可进行架车作业,。,在总控制台上设有手动,/,自动选择开关,操作者可,根据实际工作需要选择工作模式进行操作,。,性好,。,移动式架车机具有极限位置保护功能,当移动式架车机运行到,两端极限位置时,保护装置使移动,式架车机自动停车,。,移动式架车机采用先进的机械,、,电气,、,电子元件及优质材料制,成,关键部件均采用国际知名品牌,从而降低了控制系统的故障率,驱,动系统选用的,SEW,公司出产的三合一减速机,均可达到少维修或免,维修,。,设备日常维修保养只须定期向丝杠丝母和导轨面补,充润滑脂,对电器系统灰尘进行清理即可,。,零部件均实现标准化,、,模块化,互换,12,【,任务实施,】,目前国内地铁车辆架车机种类较多,国外移动式架车机主要有,Neuero,和,Windhoff,制造的移动式架车机,这些架车机在设计和制造上,结构合理,工作安全可靠性较高,但存在价格较高,、,设备维修保养国外,厂家响应周期长等问题,。,国内生产移动式架车机厂家非常多,如武汉,博生,(,德国康伯赫合资,),、,北京铁道工程机电技术研究所,、,北方四方所,、,无锡海鹰等,国产移动式架车机价格低,备品配件采购周期短,维修保,养响应迅速,但存在设备工作可靠性,、,安全保护方面的问题,。,现场学,习移动式架车机架车机组,掌握移动式架车机结构,、,功能,特别是安全,保护功能及工作原理则重点学习,。,13,【,知识链接,】,目前国内移动式架车机均采用丝杆螺母架车机,在车辆多次维修,过程中,丝杆螺母会受到磨损,且磨损后不易被察觉,存在摔车的安全,隐患,。,另外,多柱同步控制仅依赖各自电机的转速是否一致来实现,使用一段时间后一旦各柱上的电机间出现较大转速差别,或因被举车,辆存在偏载时,各举升滑台就会出现较大的不同步误差,造成被举车,辆车身严重倾斜的后果,。,现在使用的可移动式液压架车机采用机械,、,液压双重保险机构,一旦液压泄露,机械锁钩就发生作用,将举升滑台,可靠锁止在原有高度附近,保证被举车辆车身保持基本平衡,。,每个立,柱上均设有位移传感器,控制芯片根据它们采集的数据进行判别,自,动调节各个举升滑台的升降快慢,保证被举车辆的车身平衡,一旦设,备出现故障导致不同步超差,设备会立即报警并停止运行,。,14,15,任务,2,移动式架车机组认知,【,活动场景,】,在检修现场教学或用多媒体协助展现,。,【,任务要求,】,掌,握移动式架车机结构和安全保护功能,。,16,【,知识准备,】,1.,移动式架车机结构,移动式架车机组由,6,个架车机组组成,每组由,4,台移动式架车机,组成,。,工作时,每组架车机组的,4,个架车机移动就位并固定在沿轨道,两侧合宜的位置上,起升时由电控系统进行同步控制,确保各架车机,、,架车机组之间均匀同步架起整列车,(6,辆编组,),、,多节车辆,、,单节地铁,车辆或工程车,。,每一台架车机均由机架,、,升降机构,、,托架,、,液压移动推,车,、,电气控制五个组成部分,(,见图,5.5),。,工作时架车机以机械传动的,形式传递运动和扭矩,具体是由电机带动减速机,再由减速机带动丝,杠转动,然后由与丝杠配合的丝母带动托架上升,托架上的托头托住,车体的架车位置,四台架车机作为一组,共同架起一个车体,。,17,(1),机架,机架为焊接框型梁结构,具有足够的强度和刚度,所有部件均安,装其上,起重托架安装有滚轮,由丝杠及主螺母带动并沿机架上的立,柱轨道滚动,(,托架的垂向力由丝杠传递给机架,其承载弯矩通过托架,上的滚轮传递给机架,),其上下限位由限位开关控制,。,(2),传动升降装置,传动升降装置采用带制动电动机的立式行星摆线针轮减速机,通,过联轴器带动承载丝杠旋转,通过主,、,辅螺母带动托架的升降,。,(3),托架,托架由滚轮升降装置,、,丝杠螺母副装置,、,承托装置组成,(,承托装置,设置传感器,),通过联轴器与减速机联接构成架车机的运动部分,丝杠,螺母副装置由丝杠,、,主螺母及辅助螺母组成,均为自锁型,无需其他的,锁紧装置,即可确保安全,。,18,承载螺母,),一个为辅,助螺母,(,工作时的安全防护,),可使安全性得到双,重保证,。,两螺母间留有间隙,以防止在使用初期两螺母紧死,当主螺,母在使用过程中其磨损达到一定程度时,辅助螺母可承受全部载荷,使升降动作安全可靠,。,(4),液压起升,行走小车,液压移动小车与机架连为一体,在无负载时可由人力起升,架车,机,并通过把手实现架车机的升降和移动,不需配备起重设备,一人操,作即可完成在作业场地的移动就位,。,在丝杠螺母副装置中配置有两个螺母,一个为主螺母,(,工作时的,19,2.,电气控制系统,架车机的电器控制系统主要由电器控制柜,、,单机控制箱,、,远程控制,按钮盒,、,上下限位开关,、,零位传感器,、,旋转编码器,、,电线电缆等部分组成,可完成架车机的配电,、,检测,、,保护和控制等功能,。,每台架车机组的托头,上安装有接近传感器,当托头接触车体时自动停止,以保证架车前所有,托头在同一水平面上,。,架车机的同步性由安装在电机上的旋转编码器,控制,托架到达顶部时由限位开关限停,也可以在上升,(,或下降,),过程中,的任意位置停机,以便完成相应的作业,。,(1),电器控制柜,电器控制柜由断路器,、,接触器,、,继电器,、,热继电器来完成系统的配,电,、,供电,、,电路保护等功能,。,热继电器设有对电机的过载保护功能,所,有电机均具有安全互锁功能,当任何一台电机发生过载时,所有电机,同时停止工作,。,20,每台架车机上都安装有控制箱,各控制箱上均有手动控制按钮,可单独控制架车机的升降,。,并设有紧急停车按钮,在架车机采用集中,控制方式时,当工作组中任意一台架车机的紧急按钮被按下时,所有,协同工作的架车机全部同时停机,。,(3),远程控制按钮盒,远程控制按钮盒可以在车辆的另外一侧集中控制单组架车机的,升降和停止,。,(4),上下限位开关,每台架车机上装有上下限位开关,控制托架移动的上,、,下限位置,在自动同步运行模式下,当架车机运行行程达到上,、,下限位时自动,停车,。,(5),零位传感器,每台架车机托架的承托部分装有接近开关,用以检测架车机架车,行程的零位点,。,(2),单机控制箱,21,图,5.6,主控柜,图,5.7,单体架车机,22,(6),旋转编码器,每台架车机的电机制动盘上装有旋转编码器,用以检测电动机旋,转运动的角度位移,并换算成架车机托架的直线位移,用以监控各架,车机的同步工作状态,。,(7),电线电缆,包括电机的电源线,、,编码器的信号线和控制线,。,各电源线,、,控制,线和信号线与控制柜均采用预埋电缆加快速接头的连接方式,拆装十分方便,。,各连接电缆及控制线设置了防护套,以防电线电缆在使用过程中挤压变坏,且满足电气安装行业标准,。,23,图,5.8,控制柜背面分布图,24,3.,移动式架车机安全保护功能,(1),声光报警功能,移动式架车机设有声光报警装置,当架车机在工作时和在车体托,架为闭锁状态时,开始声光报警以提醒工作人员和过往行人注意安全,和提醒工作人员提高工作注意力,。,(2),极限位置停机保护功能,每台移动式架车机及其托架都设有上,、,下限位开关和上,、,下极限,限位开关,(,限位采用双限位安装方式,以确保设备的安全运行,),。,当任,意一台架车机升到最高位置或降到最低位置时,电控系统在自动切断,电机电源的同时,进行声音报警以提醒现场工作人员,。,(3),架车位置提示功能,各托架提升臂设有操作人员易于识别的最高和最低位置的黄色,荧光指示标志,以便于操作人,员观察,。,25,各托架提升臂设有超高和超低位置的红色灯光指示,当系统中任,一台架车机到达超高或超低限位时,电控系统在自动切断电机电源的,同时,进行声音报警以提醒现场工作人员,。,直到故障得到排除,设备,方可重新使用,。,(5),失效,、,误操作保护功能,移动式架车机的所有电源开关和选择开关都是钥匙型的,保证,由专业人员才能操作,以防因为误动作出现人员或,设备的损伤,。,“,上升,、,下降,”,单项保护,在联动操作时,电气线路通过对,“,上升,、,下降,”,的互锁保证其只能向上升或下降一个方向运作,。,当一台单机上的同步传感器失效,PLC,根据同步传感器输出信,号的异常,立即发出信号,停止其他架车机工作,进行系统保护,防止,车辆倾覆,。,(4),超高超,低位置停机及光电提示功能,26,车机运行并报警,避免被架车辆的,倾覆,。,当选择组合联动操作后,出现不同步现象达到一车位,任意二柱,超过,4mm,相邻二车位任意二柱超过,6mm,相邻三车位任意二柱超过,8mm,全列六车位任意两柱超过,12mm,范围时,电气控制系统自动进,行调整,如果在设定的调整时间内不能满足同步精度要求时,电控系,统在自动切断电机电源的同时,进行声音报警以提醒现场工作人员,。,当主接触器失效,PLC,进行监控,、,保护,。,当辅助接触器误操作或失效,PLC,进行监控,、,保护,。,各行程开关均设有遮挡,防止在工作中的误碰,。,各,台架车机均,设有紧急停车控制按钮,当工作中的任一移动式架车机的急停按钮被,按下时,所有协同工作的其他移动式架车机全部同时停机,。,因为某种原因造成电机转动而载重螺杆卡死不转时,PLC,根据,托头处的传感器输出信号的异常,将指令传递给控制系统延时切断架,27,整套移动式架车机组具有完善的故障自诊断功能,对设备的状,态进行全面的监控和显示报警,并能对故障部位和故障类型作出正确,判断,。,动式架车机均能自动停车,。,每台架车机的电机具有各相的过流,、,欠压,、,缺相,、,温升,、,相序保,护,。,当一台架车机的电机保护系统动作时,整个系统将自动停止,工作,。,具有良好的电气连锁功能,能防止由于误操作而损坏车辆和设,备,。,当一台移动式架车机,的电机出现故障时,系统内各台移动式架车,机组的电机都自动停止运转,且当同步系统发生任何错误时,每台移,28,(6),双螺母安全保护功能,移动式架车机的螺母设计为双螺母结构,。,安全螺母和工作螺母,之间设置工作螺母磨损间检测开关,其主要保护功能为,:,工作螺母磨损监测开关作用为通过工作螺母和安全螺母之间的,电位传感器即时监控,/,检测承载螺母磨损量,一旦承载的工作螺母超,过设计磨耗,工作螺母与安全螺母之间的电位传感器被激发,安全螺,母立刻作用,电位传感器发出信号通知,PLC,进行报警,、,停机,提醒检修,人员及时检修,此时架车机不,能再继续上升,在操作者对磨损情况确,认可安全下降时,可通过一定的操作将架车机安全落下,实施更换工,作螺母,。,托架与工作螺母防脱开监测开关的作用是在各架车机实施同步,下降作业中,一旦某托架受到阻卡,致使与工作螺母脱开时,向上压合,防脱开监测开关,防脱开监测开关发出信号通知,PLC,进行报警,、,停机,提醒操作人员及时排除受阻托架下方的物体,。,29,(7),电气互锁保护功能,移动式架车机组的各电机采用电气互锁,。,当一台移动式架车机,的电机出现故障时,系统内各台移动式架车机组的电机都自动停止,运转,。,(8),架车机落地保护功能,架车机底座上设有两个底座落地传感器,目的主要是防止底座,在完全没有落,实的情况下,开始架车作业,造成车辆或设备的损坏,。,只有所有落地传感器全部触发并将触发信号传输给,PLC,输入模块,架车机安全保护电路才具备接通条件,否则不能操作架车机上升或,下降,。,30,(9),丝杆断裂保护功能,当丝杠突然发生断裂时,(,此种可能性的发生概率,非常小,),由于丝,杠采用上承载,、,上传动的方式,如果发生丝杠断裂,也只能是上承重部,分丝杠断裂,(,也就是丝杠螺母以上部分断裂,),丝母下部丝杠还能作为,支撑,防止所架车体倾覆,。,31,【,任务实施,】,在架车作业现场学习各部分结构和功能,。,(1),架车机机械部分结构,:,机架,、,传动升降装置,、,托架,、,液,压起升行,走小车,。,(2),架车机组电气控制系统结构和组成,:,电气控制柜,、,单机控制,箱,、,远程控制按钮,盒,、,上下限位开关,、,零位传感器,、,旋转编码器,、,电线,电缆,。,(3),架车机安全保护功能,:,声光电报警功能,、,极限位置停机,保护功,能,、,架车位置提示功能,、,超高超低位置停机及光电提示功能,、,失效,、,误,操作保护功能,、,双螺母安全保护功能,、,电气互锁保护功能,、,架车机落地,保护功能,、,丝杆断裂保护功能,。,32,【,知识链接,】,移动式架车机安全保护电路比较分析,1.,德国,Neu,ero,与中铁工程研,究所两种移动式架车机的安全保护,1),德国,Neu,ero,移动式架车机,安全保护构造,Neuero,移动式架车机主要的保护有,:,急停保护,上,、,下限位保护,螺母磨耗保护,托架阻塞限位保护,和相序保护等保护组成,。,Neuero,移,动式架车机在安全保护回路中设计了一个安全保护继电器,移动式架,车的各种保护开关的常闭触点串联作为安全保护继,电器输入,。,当有,保护信号触发时,安全保护继电器输出两组,保护信号,一组连接,PLC,的输入模块作为,PLC,的输入信号,一组连接到输出模块直接控制主接,触器断开电,机电源,。,33,2),中铁工程研究所移动式架车机安全保护构造,中铁移动式架车机主要的保护有,:,急停保护,上,、,下限位保护,螺,母磨耗保护,。,中铁移动式架车机的设计方法是将各种保护的,触点各,自与,PLC,输入模块连接作为,PLC,的输入信号,通过程序利用,PLC,的,输出信号直接控制接触器断开电机电源,。,34,1)Neuero,移动式架车机安全保护电路的设计原理分析,在,Neuero,移动,式架车机安全保护电路中,急停开关,、,上限位开关,、,下限位开关,、,螺母磨耗,保护开关,、,托架阻塞限位保护的常闭触点和主,控制柜钥匙开关全部串联后接入到安全保护继电器,构成一个紧急停,止保护监测回路,当钥匙开关闭合后,安全保护继电器输出一个直流,电信号经过串联的各保护开关常闭触电后回到输入接点,(CH1),。,在,移动式架车机工作过程中,如果有急停开关触发或其他保护开关被触,发,安全保护继电器检测到紧急停止输入信号,输出两路紧急停机信,号,。,安全保护继电器通过第,1,组触点控制输出一个,DC24V,电压给,PLC,输入模块作为紧急停止信号,通过,PLC,程序控制断开输出模块上,的触点到主接触器线圈,。,另外一路紧急停机信号通过将安全保护继,电器,23,、,24,触点串联到主接触器,230V,电源回路,直接断开主接触器,线圈,。,2.,两种移动式架车机的安全保护电路的比较和分析,35,2),中铁移动式架车机安全保护电路的设计原理分析,在中铁移动式架车机安全保护电路设计中急停开关,螺母故障保,护开关,落地保护限位开关和上,、,下限位开关分别连接,PLC,输入模块,作为紧急停止输入信号,通过程序设计利用,PLC,输出制接触器断开达,到紧急停机的目的,。,36,题导致无法紧急停止移动式架车机的危险,。,通过以上的分析和比较,Neu,ero,移动式架车机安全保护电路的设,计更为合理和安全,大大降低了移动式架车机在升降地铁车辆时发生,车辆倾覆的危险性,。,3.,两种移动式架车机的安全保护电路的比较,中铁移动式架车机安全保护电路设计比较简单,通过程序设计直,接利用,PLC,的输入输出端子实现安全保护和紧急停机的目的,。,这种,设计完全依赖于,PLC,的程序设计,若急停开关或其他保护开关对应的,PLC,内部的软触点失效时,保护开关触发时,PLC,不会输出紧急停机信,号,移动式架车机的安全保护功能失效,达不到紧急停机的目的,。,Neuero,移动式架车机安全保护电路利用安全保护继电器的设计,能够,实现同时通过,PLC,控制移动式架车机紧急停机和通过安全保护继电,器直接控制移动式架车机紧急停机,。,这种设计避免了因为,PLC,有问,37,38,任务,3,移动式架车机控制系统认知,【,活动场景,】,在检修现场教学或用多媒体协助展现,。,【,任务要求,】,1,.,熟悉移动,式架车机主要技术参数,。,2.,了解移,动式架车机控制系统主要构成,。,3.,了解移,动式架车机控制原理,。,39,【,知识准备,】,图,5.9,各架车机与主控柜接线接口图,1.,移动式架车机主要技术规格参数,:,主要技术参数,工作环境温度,:,工作环境最大湿度,:,噪声等级,:,-30,+50,100%,75dB,(A),40,外形尺寸,:,138mm,3900mm,最大举升质量,:,升,降最低高度,:,升降行程,:,升降速度,:,减速机电机功率,:,工作电压,:,伸缩托架最大行程,:,同一车位,4,台架车机托架承载,面高度差,:,相邻两车位,8,台架车机托架承载面,高度差,:,相邻三车位,12,台架车机托架承载面,高度差,:,六车位,24,台架车机托架承,载面高度差,:,1438mm,1,16,t,0.65m,1.6m,200mm/min,4kW,380V,200mm,6mm,8mm,10mm,14mm,41,图,5.10,主操作台,2.,移动式架车机操作系统组成,移动式架车机组的电气控制系,统包括一个主操作台,、,1,个安装在主,控台轨道对面地坑中的确定控制按,钮盒,6,个安装在每组架车机上的远,程控制按钮盒和,24,个安装在单台架,车机上的操作控制箱,。,24,台架车机系统单元的电,源,、,控制线路采用预,埋电缆及快速接头的形式连接,。,(1),主操作台,主操作台如图,5.10,所示,操作台上各按钮功能如图,5.11,所示,主,操作台控制功能见表,5.1,。,42,43,44,45,确定控制按钮盒按键布局如图,5.12,所示,确定控制按钮盒功能,见表,5.2,。,图,5.12,主控柜确定按钮盒,(3),远程控制按钮盒,远程控制按钮盒按键布局如图,5.13,所示,。,远程控制按钮盒各按键功能见表,5.3,。,(2),确定控制按钮盒,46,(4),操作控制箱,操作控制箱的按键布局如图,5.14,所示,。,操作控制箱各按键功能见表,5.4,。,47,48,图,5.13,远程控制按钮盒布局图,图,5.14,操作控制箱布局图,49,3.,移动式架车机控制系统组成及控制原理,控制系统的核心部件为可编程序控制器,(PLC),、,触摸屏和旋转编,码器,其通过数据采集,、,逻辑运算,、,数值运算,、,动作输出来实现同步控,制,、,故障报警,、,状态显示等功能,。,控制系统设有手动控制和自动控制,手动控制和自动控制功能可任意转换,。,在手动控制状态下,通过安装,在各单机控制箱上的手动控制按钮,可单独控制各架车机的升降,;,在,自动控制状态下,同步控制系统主要由检测电动机旋转运动角度位移,的旋转编码器和可编程序控制器,(PLC),组成,。,旋转编码器检测电动,机运动的角度位移,并通过可编程序控制器,(PLC),将此角度位移转换,成架车机托架的直线位移,当各架车机高度差超过系统允许范围时,系统将自动停机锁定并报警,直至超限故障排除为止,。,在同步升降过,程中控制系统具有超差停机报警,、,故障架车,机位置报警等功能,。,50,(1),主控制柜,移动式架车机主控制柜主要包括操作台,、,电压电流表,、,HMI,触摸,架车机信息显示屏,、,交流控制柜,、,PLC,及直流中继控制柜,、,各架车机与,控制柜连接信号电源电缆及插座接口连接面板,移动式架车机控制模,块主要包括主,CPU,模块,(,包括电源模块,、,存储卡,),、,输入模块,、,输出模,块,、,高速计数器模块,如图,5.15,、,图,5.16,所示,。,(2),架车机本地控制箱,每个架车机都安装有本地控制箱,其安装在架车机侧面中部,其,主要包括本地操作面板,、,本地输入输出接线箱,、,与控制柜连接的电源,及信号接口,、,架车机旋转编码器连接接口,、,远程控制盒连接接口,如图,5.17,所示,。,51,图,5.15,主控柜正面布局,图,5.16,主控柜背面布局,52,图,5.17,本地操控箱,(3)PLC,用户程序界面,二号线移动式架车机采用西门子,S300,系,列,PLC,其控制程序包括,PLC,硬件组态,、,用户,程序,(OB,块,、,FC,块,、,FB,块,),、,DB,数据块,。,主要,功能是通过对架车机外围输入到,PLC,输入模,块信号和高速计数器模块编码器脉冲信号进,行采集,由,CPU,模块进行,逻辑运算,、,数值运,算,、,动作输出来实现同步控制,、,故障报警,、,状态显示等功能,通过输出,模块输出信号控制中间继电器,中间继电器控制接触器和继电器,实,现各架车机同步上升和下降,西门子,SIMATIC,软件监控界面如图,5.18,所示,。,53,(4),移动式架车机监控触摸屏操作界面,移动式架车车机选用西门子,TP177A,系列触摸屏,操作界面主要由监,控界面,1,、,监控界面,2,、,报警界面,、,操作手册界面,、,帮助界面,5,部分组成,。,监控界面,1,监控界面,1,主要用于对,1,、,2,、,3,组的四台架车机高度进行监控,在,架车过程中触摸屏与,PLC,进行,MPI,数据通信,读取相应各架车机高度,数据,主监控界面如图,5.19,所示,。,操作者在架车过程中可实时观察,到各架车机高度,(,单位为,mm),其中系统共享,.DB_unit_1_11-,系统共,享,.DB_unit_1_41,为,1,组,1-4,号架车机高度,;,系统共享,.DB_unit_2_11,-,系统共享,.DB_unit_2_41,为,2,组,1-4,号架车机高度,;,系统共享,.DB_,unit_3_11-,系统共享,.DB_unit_3_41,为,3,组,1-4,号架车机高度,。,54,图,5.18,西门子,SIMATIC,软件监,控界面,图,5.19,主监控界面,55,图,5.20,架车机高度监控界面,监控界面,1,主要用于对,1,、,2,、,3,组的四台架车机高度进行监控,在,架车过程中触摸屏与,PLC,进行,MPI,数据通信,读取相应各架车机高度,数据,架车机高度监控界面如图,5.20,所示,。,操作者在架车过程中可实,监控界面,2,时观察到各架车机高度,(,单位为,mm),其中系统共享,.DB_unit_1_11-,系,统共享,.DB_unit_1_41,为,1,组,1-4,号架车机高度,;,系统共享,.DB_unit_2,_11-,系统共享,.DB_unit_2_41,为,2,组,1-4,号架车机高度,;,系统共享,.,DB_unit_3_11-,系统共享,.DB_unit_3_41,为,3,组,1-4,号架车机高度,。,56,报警界面,报警界面主要用于对移动式架车机在架车过程中出现的报警进,行实时弹出显示,提示操作者设备报警,方便操作者在操作错误或发,生故障后了解架车机故障情况,。,架车机报警信息主要存储在,PLC,报,警数据块,DB5,中,(DB5.DBW0-DB5.DBW5),触摸屏通过,MPI,通信读,取报警信息,报警信息主要由,83,个离散报警组成,报警内容包括在架,车出现的联动超调报警,、,1,3,号高速计数器模块读取错误,、,各组架车,机内部超调报警,、,1,6,组架车机丝母磨损报警,、,1,6,组架车机落地信,号报警,、,1,6,组,(,共,24,台架车机,),托头传感器故障报警,、,1,6,组架车,机调整达到,5,次停机报警等,。,57,操作手册界面,操作手册界面主要用于显示架车机操作步骤和方法的文本信息,由,5,组画面组,成,如图,5.21,所示,。,帮助界面,帮助,界面主要显示架车过程中重要的注意事项,提示操作者安全架,车操作,如图,5.22,所示,。,图,5.21,操作手册界面,图,5.22,帮助界面,58,同步控制原理简介,按下控制柜的同步上升或下降按钮,架车机得到上升或下降信号,PLC,确定架车机的升降方向并通过,PLC,的计数器采集旋转编码器的脉,冲信号,。,由,于抬升速度很慢,利用,PLC,的扫描时间,通过对各架车机编,码器的脉冲数目与高度的换算,计算比较并按高度数据排序,得知各架,车机的高差,。,通过程序逻辑运算,、,比较,输出数字信号控制中间继电器,线圈接通或断开,各中间继电器常开触点接入各架车机上升,、,下降继电,器,、,各架车机接通接触器控制电路,实现继电器,、,接触器通断,各继电器,和接触器主触点实现架车机电机交流电路通断达到实现架车机动作,。,59,速度测量等功能,。,每个高速计数器模块可实现对,8,个架车机编码器,数据读取,。,如图,5.23,所示为移动式架车机旋转编码器与,PLC,高速计,数器模块接线图,。,每个编码器接线,1,、,2,分别连接电源,DC+24V,、,0,线,号,3,、,4,连接,PLC,高速计数器模块端子,3,6(A0,A3),、,7,10(B0,B3),输,入编码器计数脉冲数和计数方向信号,。,a.,高速计数器模块与旋转编码器,西门子,FM350,-,2PLC,高速计数器模块为,8,通道高速计数模块,计数,范围为,-2147483648,到,+2147483647(-231to231,1),。,根据编码,器脉冲信号每个通道最大可读取,10kHz,输入频率,。,可实现连续上升,下降计数,、,单一上升,、,下降计数,、,区间上升和下降计数,、,频率测量,、,旋转,60,61,b.PLC,高速计数器数据读取,移动式架车机程序块中组织块,OB1,专门用来读取各高度计数器,模块脉冲数,通过赋予,FC7,功能不同的形参,3,次调用,FC7,功能,读取,1,6,组共,24,个架车机编码器脉冲数,。,下面为,FC7,功能程序一部分,节选,:,62,c.,读取脉冲数与架车机高度转换,PLC,通过调用程序中,FC8,功能将编码器高度脉冲转换为架车机,实际驾车高度,通过程序可知道编码器每旋转计数,693,个脉冲时,架,车机高度上升或下降,1mm,。,63,64,【,任务实施,】,架车机联动同步控制,1.,移动式架车机同步判断原则,架车机同步控制核心是,PLC,逻辑运算比较和判断,在架车机控制,程序中有,FC81(3,个数比较取大,),、,FC82(3,个数比较取小,),FC90(,最,大值减最小值,),、,FC91(4,个数比较取大,),、,FC92(4,个数比较取小,),、,FC93(5,个数比较取大,),、,FC94(5,个数比较取小,),、,FC95(6,个数比较取,大,),、,FC96(6,个数比较取小,),、,FC101(,单组取平均值,),通过调用以上,不同程序块,实现对架车机高度逻辑判断,、,控制,判断原则如下,:,如果任意两台架车机的高度差在,4mm,之内,系统正常工作,不,进行调整,。,65,其余架车机继续上升,同理,上升等待补齐调整不断进行,直到所有升,降柱同高时,停止调整动作,架车机同时上升,。,下降等待补齐调整过,程类似,。,同组高于,6,mm,停车报警,。,相临组高于,8mm,停车报警,。,整列,车高于,14mm,停车报警,。,高度差为,4,6mm,分为上升等待补齐调整,与下降等待补齐调,整,。,上升等待补齐调整时,处于最高位的架车机停止运行,其余架车,机继续上升,当第,2,高位的架车机上升到最高位的高度时,停止运行,66,2.,同步度控制的硬件设计,YDJ16T,移动式架车机可实现单组同步精度,4mm,精度,两组同,步精度,6mm,3,组以上同步精度,8mm,以内,也就是说,架车机架,升高度在这范围内通过架车机控制系统自动调节将驾车机高度控制,在一定范围内,。,同步精度硬件实现主要是通过主电路和,PLC,硬件两,大部分实现的,。,67,3.,主电路设计,每台架车机升降驱动装置是一台,4kW,的三相异步电动机,电机,动力通过三合一减速箱,、,星型联轴器驱动丝杆转动,传动丝杆的回转,运动则通过丝母转换成上下直线运动,从而实现托架部分车的起落功,能,。,如图,5.25,所示,以第一组主电路图为例,所有,4,台架车机上的三,相电机,M1,M4,均与控制正反转的主继电器触点,KM15,和,KM16,串,联,实现同组内,4,台架车机同步上升和下降,KM11,KM14,主触点仅,控制各架车机上三相电机的启动和停止,这样设计的优点在于,:,68,点断开,相应架,车机停止,等待其他,3,个架车机下降高度,4,台架车机,高度在,4mm,范围内,架车机继电器再次得电,同组,4,台架车机再次,同步下降,。,此外,每个架车机的电机都配置有制动器,YB1,YB12,可有,效防止电机停止运转时的惯性冲击,确保架车机不会因为停止惯性造,成定位精度偏差问题,。,一是与每个电机配置独立正反转触点的设计相比,可大大减少主继,电器的使用,;,二是在架车机架升高度出现偏差时,控制相应架车机停止和,启动,实现架车机架升高度调整,。,在上升过程中,相应架升高度最高的,架车机相应继电器受控制断开,相应架车机停止等待其他,3,个架车,机,等待架车高度在一定范围内时再重新启动,4,台架车机再次同步上,升,;,如果在下降操作过程中,下降高度最低的架车机继电器断电,主触,69,70,4.PLC,的设计,YDJ16T,型移动式架车机,PLC,选用西门子,S300,系列可编程控制,器,硬件部分包括主,CPU315-2DP,主模块,、,IM365,机架扩展接收模块,(,用于连接扩展机架中的,3,个高速计数器模块,),、,DI32,24V,数字输入,模块,1,4,、,DO,、,32,24V/0.5A,数字输出模块,1,2,它们之间通过背,板总线实现与,CPU,主模块通信实现数据交换,。,扩展机架主要包括,IM365,扩展机架接收模块,、,高速计数器模块,1,3,其中最左侧的,IM365,扩展机架发送模块通过西门子相应通信协议实现与主站,CPU,模块右,侧,IM365,扩展机架接收模块通信和数据交换,将各架车机旋转编码器,检测到架车机高度脉冲值传送到,CPU,模块,。,每个计数器模块包含,8,个计数检测通道,分别是计时器模块,1,的,A0,A7,检测,1,、,2,组,8,个驾,车机旋转编码器正转,(,上升,),脉冲信号,计数器模块,2,的,A0,A7,检测,3,4,组,8,个架车机旋转编码器正传,(,上升,),脉冲信号,计数器模块,3,的,A0,A7,检测,5,6,组,8,个架车机旋转编码器正传,(,上升,),脉冲信号,;,同,71,样计数器模块,1,的,B0,B7,检测,1,2,组,8,个架车机旋转编码器反转,(,下降,),脉冲信号,计数器模块,2,的,B0,B7,检测,3,4,组,8,个架车机反,转,(,下降,),脉冲信号,计数器模块,3,的,B0,B7,检测,5,6,组,8,个架车机,反转,(,下降,),脉冲信号,各架车机旋转编码器安装在各架车机电气最顶,端,通过联轴器与电机转子联接,通过一定运算可以计算出架车机高,度与旋转编码器检测脉冲值的转换关系,由于丝杠的螺距为,16mm,丝杆每正向或反向旋转一周,编码器的信号发射极向计数器模块输送,3057,个脉冲值,对应架车机上升,(,下降,)16mm,。,72,73,74,75,PLC,主机架上每个输出模块有,32,点数字信号输出,输出直流低,电压信号接入中间继电器电路,通过中间继电器控制驾车机电机继电,器,以输出模块,1,为例,由于,PLC,的输出为低压低直流,无法直接控制,主继电器的吸合,。,通过中间继电器间接控制电机接触器,。,PLC,输出,信号连接中间继电器,中间继电器的触点均与主继电器线圈串联,以,低电压控制高电压的设计,实现了,PLC,对主继电器的控制,。,如图,5.28,所示,输出模块,1,的输出信号,Q20.0,Q20.5,连接中间继电器,KA1,KA6,中间继电器,KA1,KA6,常开触点串联连接入主继电器,KM11,KM16,实现对一组,4,台架车机电机控制,。,输出模块,1,的输出信号,Q20.6,Q21.3,连接中间继电器,KA7,KA12,中间继电器,KA7,KA12,常开触点连接入主继电器,KM21,KM26,实现对,1,、,2,组,8,台架车机上,升,、,下降以及各架车机的停止和启动,。,76,5.,程序设计及分析,在生产制轨道车辆时,由于装配的误差和车,梁存在挠度等原因,致使车辆的各个架车点绝对高度有所差别,因此,同步度程序的设计,应考虑架车机上升或下降,的相对高度,而非距地面的绝对高,。,YD,JD16T,型国产移动式架车机的同步度控制正是按上述理念进行设计,的,其同步度控制程序大体可分为,3,部分,分别为脉冲信号接收处理,、,数据分析判断与控制结果输出,。,由于单组控制与全组控制的程序设,计完全一致,现仅对,2,组,5,8,号驾车机和全列,6,编组移动式架车机的,同步度控制进行程序分析,。,77,78,79,各架车机脉冲信号是通过旋转编码器来计数和读取的,每个旋转编,码器都包含一个正转脉冲信号,A,和一个反转脉冲信号,B,以及一个硬件,门信号,I(,用于对计数值计入或不计入等的控制,通过专用屏蔽电缆接入,8,通道高速计数器中,正转脉冲每检测到一个脉冲值加,1,反转脉冲值每,检测到一个脉冲值减,1,。,计数器模块对编码器输入信号的读取和写入是,通过西门子高速计数器模块专用的驱动程序,FC7,来控制的,1,3,号计,数器模块对架车机脉冲值分别存储在,DB1,3,数据块中,其中,DB1,存储,1,2,组,8,台架车机脉冲值,DB2,存储着,3,4,组,8,台架车机脉冲值,DB3,存储着,5,6,组,8,台架车机脉冲值,。,由于,BD1,3,数据块中脉冲值是受,硬件门信号,(,对应架车机托头传感器信号,),控制,在架车过程中如果由于,架车机不同步造成架车机托头脱离车体,硬件门信号断开,相应架车机,DB,块中的架车机脉冲值就会清零,为了对架车机脉冲值实现记忆,在程,序中通过功能,FC26,实现将数据块,DB1,DB3,中的,24,台架车机脉冲值传,送到,BD4,共享数据块中,。,这样主,CPU,程序通过调用,DB4,共享数据块,(1),脉冲信号接收处理,80,各架车机高度冒出值来实现对各驾车机高度的分析和判断,。,为了保证,各架车机脉冲值的准确性和即时性,通过,OB1,程序实现在,PLC,每个扫,描周期对各架车机脉冲值读取和更新,实现了架车机脉冲值的准确性,。,(2),数据分析判断,数据分析判断阶段的主要任务是在该组架车机同步群升或群降,过程中,检查是否存在上升或下降过快的移动式架车机,并将判断结,果赋值在指定的辅助继电器中,。,因脉冲的信号是无方向性的,因此,数据分析判断实际是在判断是否存在输送脉冲数值过大和过小,过大,则表示该架车机上升或下降过快,过小则表示该架车机的上升或下降,过,慢,。,单组架车机升降分析判断,首先需要确定的是架车机单组同步上升或下降必须要消除架车,机本身制造误差,、,架车地面不平误差,、,车辆本身,4,个架车点高度不一,致误差,因此就不能以绝对高度为基准来调整架车机同步性,。,而是以,81,架升车辆,4,个架车点高,度作为各自调整基准,。,因此程序设计上在架,车机未接触车体前是不计入旋转编码器计数脉冲值的,只有在,4,个架,车点都接触车体后,(,可以不是同时接触车体,只要在最先接触车体架,车机和最后接触车体架车机之间时间间隔不超过,2s,如果超过,2s,程,序超调,立即停止所有架车机,实现安全保护,),所有架车机复位停止,按架车机组确认按钮后,架车机再次群组升降架车机时架车机旋,转编,码器数值开始计入,程序开始对,2,组,5,8,号架车机脉冲值进行,CMP,比较和判断,通过调用,FC10,功能计算出,4,个架车机的最大值,、,最小值,和最大差值,如果最大差值大于,4mm,架车机开始调整,如果最大差,值小于,2mm,调整停止,。,调整分两种情况,如果是在上升过程中,脉,冲值最大架车机停止等待其他架车机,;,如果是在下降过程中,脉冲值,最小的架车机停止等待其他架车机,。,如果架车机脉冲最大差值大于,6,mm,调整失败,架车机组全部停止,同时报警,如果调整时间超过,2s,程序输出超调报警,架车机停止保护,;,如果调整次数超过,5,次,架车机,82,也停止保护,同时输出脉,冲超差架车机报警,这种情况需要使用手动,模式调整各架车机,高度,。,比较判断结果被赋予,FB12,功能块静态变,量,。,其中,#unit,up,赋予上升,M128.1,继电器,#uint,down,赋予下降继电,器,M128.2,#number1,stop,、,#number2,stop,、,#number3,stop,、,#number4,stop,常闭点分别被赋予,5,8,号架车机中间继电器,M128.3,、,M128.4,、,M128.5,、,M128.6,再输出到,Q20.6,Q21.3,实现对,2,组,4,台架车机群,组同步升降调整控制,。,整列,6,组架车机升,降分析判断,整列架车机同步调整是调整各组架车机之间的高度差,保证高度,最低和高度最高的架车机之间高度差在规,定范围内,。,程序首先在整,列架车模式下调用,FC666,组同时运行功能,FC66,再调用,FB11,、,FB12,、,FB13,、,FB14,、,FB15,、,FB16,实现,1,6,各组架车机同步运行,在同步运行,过程中,各组之间的高度分析判断是通过调用,FB6,来实现分析和判断,的,首先各架车机高度定义是以各组内,4,台架车机脉冲高度平均值作,83,图,5.30,架车机高度判断程序段,为架车机脉冲高度值,通过调用,FC101,功,能来计算平均值,同单组分析和判断原,理,一样,调用,FC95,判断,6,组架车机脉冲高,度最大值,调用,FC96,判断,6,组架车机脉,冲高度最小值,调用,FC90,计算架车机组,间高度最大差值,然后程序通过逻辑比较,判断出是否需要调整,如果架车机组间最,大差值大于,10mm,置位调整静态变量,#,out,adj,ustment,如果组间,高度最大差值小,于,8mm,复位,调整静态变量,#out,adjustment,如果组间高度最大差值大,于,14mm,输出调整失败报警静态变量,#out_warn,。,功能,FC66,程序根据,FB6,逻辑判断结果,实现对各组架车机控制,。,在,#out,adjustment,为,1,时,使用,CMP,判断出哪组架