基于PLC多组轮对空转试验系统的设计

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根据国家相关标准规定，铁路列车回库后要对轮对及对应的驱动电机进行例行试验、研究性试验。国内的轮对空转试验系统大多是对单组电机以及轮对的测试试验。笔者介绍的轮对空转试验系统通过上位机监控多台基于 PLC的轮对空转试验设备，可进行多个电机以及对应轮对的检测试验。PLC实时自动地记录电机在各频率的转速和关键部件的温度，且将数据及时传送给上位机进行数据汇总编辑。

2 控制系统构成2.1 控制系统简述本轮对空转试验系统基本控制要求：①可以实时精确地显示牵引电机在各个检测频率段的运转性能；②可以准确无误地对电机两端的轴承温度、轮对两个轴箱温度实时显示；③对电机缺相，过流过压提供报警保护。

本系统设计采用集中管理分布控制模式，根据控制系统的故障导向(作业过程中设备出现故障或者作业方式错误，则在设备故障没被修复前整个作业过程不能继续进行)安全设计思想进行系统设计，依据本文提出的基本控制要求对传统空转电机试验系统改进和设计，使得整个控制系统更加的自动化、精确化和合理化。主要操作流程如图 1所示。

2.2 系统硬件结构硬件主要有工业控制计算机、电源装置、变频器、PLC、通信中转器、温度传感器、光电编码器等部分组成，变频器采用西门子公司的MM440变频器，可控频率是0～100 Hz，PLC选用西门子s7-226 CN，它具有较强的数据处理和实时控制能力。

图1 系统作业流程图该系统通过通信中转将多个 s7-200CN与上位监控主机以自由口通信方式连接 ，每个 s7-200CN对应着-个待测牵引电机及轮对装置，从而可以达到集中管理，分散控制的要求。检测控制部分分为各个电源频率下电机的转速测量和电机两端的轴承温度、收稿 日期：2013-03-05作者简介：顾建凯(1988-)，男 ，江苏盐城人，在读硕士，研究方向：机电控制与设计。

· 140 ·· 机械研究与应用 ·2013年第2期(第26卷，总第124期) 检测与控制轮对两个轴箱温度测定。各个下位机将测得的信息及时的反馈给上位监控主机，再由上位机将信息生成对应的报表以供技术人员浏览，打樱总体原理图如图 2所示 。

图 2 控制系统原理图温度测量采用 Ptl00温度传感器和四线制的温度变送器将对应的温度信号转化为电压信号，然后传人 EM235中，再通过 PLC内部程序计算出对应的所测温度值。电机的性能测定通过变频器输送不同的频率给电机，并且通过光电编码器和 PLC测得在-段时间内的转数，进而求得对应的转速信息，最后通过与标准参数对照来判断电机的性能是否优良。

3 系统控制软件根据现场的控制要求，下位机 PLC控制程序采用拈化结构，便于以后程序的修改、升级和扩展，使得程序通用性变强。轮对空转试验台软件结构主要包括：系统的网络部分、4个测温点和 1个测速点的程度编译、过压过流缺相突发事故的报警和保护。

3.1 上位机与 PLC通信实现自由通信协议数据格式：1个起始位，8个数据位，1个停止位，即 10位数据，或者再加-个奇偶校验位组成 11位数据。

3.2 系统测温实现系统测量的温度具有4个测温点，而-个 EM235只有三个模拟量的输入，所以在现场中 PLC需要扩展 2个 EM235。具体实现原理：Ptl00在0 o时电阻为 100欧姆，随着温度的变化电阻呈线性变化，大约是每摄氏度 0.4 Q，为了产生 5 mV/℃的电压系数，需要提供 12.5 mA电流。由于模拟量输出精度为 10A/数，为了得到 12.5 mA输出电流所需的输出数必须为 1 250。因为 AQW数据向右移4位，因此输出数必须乘以16，这样，为了初始化模拟量输出 10为 12。

Ptl00随着 12.5 mA恒电流的供给产生了与随温度变化的电压，EM235把这个电压转换成数字量 ，程序周期性地读这些数字量，并将所读的这些数，利用下面的公式计算出所测温度：T l℃ I(温度数字量-0℃偏置量)/1℃数字量温度数字量存贮在 AIWx( 0，2，4)中的值0℃偏置量在0 测出的数字量1℃数字量温度每升高 1℃的数字量依据用在 EM235上的通道数，本程序用到的 AI字相应的地址如表 1所列。根据以上分析，可得测温程序流程图如图4所示。

表 1 AI字相应的地址AI字 地址AI r0AIAIW4AQW0输入通道 1输入通道 2输入通道 3输出通道 1图3 测温程序流程图3.3 系统测速实现测定电动机的优良通过 PLC与变频器给电机提供不同频率段的电压，光电编码器测出固定时间内电机所转圈数，进而通过 PLC程序算 出在该固定时间和频率段的电机转速 。提供给电机的频率为 10～100 Hz不等，并且每过 10 min变化-次。对光电编码输出脉冲数通过 PLC的高速计数器测定，这里选用 CPU226的HC1的运行模式 2，在该模式下，10.6为计数输入口，I1.0为复位输入口，I1.1为启动输入口，其中复位输入在每个频率段进入下-个频率段时起作用，对所计的脉冲数进行清零以便下个频率段的检测计数 J。而其 中每个频率段的固定时问通过PLC中的时基测定。测速的程序流程图如图5所示。

3.4 系统故障处理系统缺相通过欠电流继电器 KA1、KA2、KA3串(下转第 144页)· 141·检测与控制 2013年第2期(g 26卷，总第124期)·机械研究与应用 ·线 l 上方的偏离值取正值，测点在连线 z 下方的偏离值取负值。即： - h (2)图5 以最小条件法作为评定基准图6 以两端点连线法作为评定基准图6上量得最大偏离值 h 十2格，最小偏离值h -0.5格。根据式(1)，按两端点连线法评定的直线度误差为：HMzIxLxFO.0lx200x(20.5)5(I，zm)5 结 论通过两种不同的评定基准对测量数据进行分析，可以看出按最小条件评定的误差值小于按两端点连线评定的误差值。在实际应用中，以两端点连线法作为评定基准的主要优点是直观和数据处理比较简单，在生产中使用比较适宜 。以最悬容条件作为评定基准，能够排除因所样准而带来的附加误差，评定的误差数值是最小的，可以获得最佳的技术经济效益，是检测标准中规定采用的评定方法。