PLC在内燃机车控制系统的运用

PLC在内燃机车控制系统的运用

摘要：近十几年来中国铁路运输事业经历了飞速发展阶段。近年来我国铁路线路以电气化线路为主，牵引机车以电力机车为主，客运车辆逐渐转变为以速度和舒适度更佳的高速列车为主。随着社会的发展，对铁路机车也提出了更高的要求，主要有高可靠性、长寿命、环保性等方面，内燃机车方正也引进吸收了一些国外先进技术，并逐渐进行了消化吸收。不难预料在今后相当长的时期内，内燃机车仍将是能占住铁路市场的半壁江山。

关键词： PLC；内燃机车控制系统；运用

引言

为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，各PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。

1.PLC概述

1.1PLC 的发展

可编程逻辑控制器(PLC)是一种基于微处理器的通用工业自动控制装置。基于其体积小、功能强、速度快、可靠性高，而且具有良好的可维护性和可扩展性等优点，如今已被广泛应用到各个领域。PLC 控制技术如今作为现代工业自动化技术的三大主要支柱之一，在工业制造生产的各个环节都有了很高的运用成果。

随着微处理器技术的快速发展，带动了 PLC 的工作能力的快速提高，增加了诸多特殊运算控制功能，此时的 PLC 不再局限于进行逻辑控制，还开发了对模拟量进行控制的功能。随着现代科技的发展，以及生产制造水平的提高，PLC 的各方面性能都在迅速提升，主要体现在运行速度提高，控制模块增加，联网能力增强等。这些都促进着 PLC 的运用场合和领域都越来越广泛。

1.2PLC 的组成

PLC 可当作是一种经过一次开发的工业控制计算机，具有计算机的内核，同时又具备许多使其适用于工业控制的器件，同时 PLC 是一种通用机，不经过二次开发，就不能在具体的控制系统中使用。但是目前来说基于 PLC 技术成熟发展的今天，对 PLC 进行二次开发已经相当容易了，这也是 PLC 能够广泛运用的重要原因之一。

PLC 控制器是整个控制系统的核心部分。PLC 控制器由各个模块组成的，各模块之间通过系统总线连接，构成完成的 PLC 控制器。（1）电源模块，它的性能直接关系到 PLC 工作的稳定性，主要作用是将外部电源转换成供 CPU 存储器等工作所需的稳定电源。大多数 PLC 采用的都是开关电源，与普通电源相比，此类电源工作稳定性强，抗干扰能力优越。（2）CPU 模块，CPU 是 PLC 的控制核心，主要由控制器和运算器两部分构成。控制器在其中起到指挥和控制的作用，而运算器则主要是执行逻辑、进行算术运算的作用。PLC 的主要性能，如运行速度、点数多少、控制能力的强弱都由它的性能来体现。（3）存储器，根据存储数据的类型不同，总体上可以分为以下三个存储区域：系统程序存储区，主要用于存放出厂程序和指令，用户无法随意访问以及更改这部分存储器的程序；数据存储区，用于PLC运行过程中随机存取的一些数据，这些数据是系统运行过程中产生的，不需要长时间保存；用户程序存储，存储用户自己开发设计的应用程序，这一部分存储区的数据是用户可以擦除重新写入的，此部分存储器的容量的大小即代表PLC的标称容量的大小。（4）I/O模块：又称输入/输出模块，由于PLC的CPU只能处理标准电平信号，为此需要通过相应的I/0模块将内外部信号进行转换。常见的输入变量有电压、电流、压力、开关状态、继电器或接触器状态、转速等。常见的输出有驱动继电器动作、定时电平信号或信号灯点亮等。（5）通讯模块：可使PLC与连接计算机，或其他PLC之间进行通讯。PLC的组网能力就是建立在通讯模块的基础上，如今网络技术越来越发达，通讯组网能力成为PLC性能指标的重要一方面。（6）功能模块：一般有高速计数模块、温度模块、PID模块等。这些模块具备独立的CPU，能对信号进行预处理或后处理，提高整个PLC系统整体效率。

2.PLC在内燃机车控制系统的运用

2.1内燃机车柴油机控制

柴油机是内燃机车的重要组成，通常情况下，内燃机车柴油机是一种往复式

活塞、压燃式内燃机，具有结构紧凑、启动迅速等特点。为有效优化内燃机车

PLC控制系统，有必要对内燃机车柴油机控制进行优化。内燃机车柴油机控制包

括柴油机启动、柴油机停机、柴油机调速。当前，PLC控制系统可以有效控制柴

油机启动与停机，且控制效果良好。因此，在内燃机车柴油机控制优化方面，主

要对柴油机调速程序进行优化。柴油机调速程序中应用的ADS司机控制器由齿轮、手柄、开关触点、凸轮组成。调速手柄受力，使齿轮触碰弹簧压片，凸轮会顶起

或凹陷，实现开关触点接通与断开。若在具体实践中，司机的操作动作较快，则

齿轮转速增幅加大，极易出现异常情况，最终导致升降转速方向、转速变化控制

出现偏差。对此，在PLC控制系统中应用柴油机调速器，对柴油机控制进行优化。首先，在PLC控制系统中输入或输出（I/O）编址。对内燃机车的步进电机输入量、输出量进行控制。其次，对步进电机进行逻辑控制。基于触点逻辑分析，获

取进步电机的实际运行逻辑信息，并对触点及对应的逻辑关系进行分析，以整理

和总结出进步电机的运行逻辑，为柴油机转速调整奠定基础。最后，通过改变步

进电机工作模式，实现PLC控制系统对内燃机车柴油机升降转速的调整和控制。

由于内燃机车柴油机型号不同，且每种型号的特点不同，对转速、升降速度要求

不同，因此技术人员可以通过改变程序定时改进步进电机工作模式，对组合元件

及相关参数初始值进行调整，以实现柴油机升降及转速调整、控制目标。

2.2内燃机车制动系统控制

制动系统控制包括空压机控制、紧急制动控制、空气干燥器控制、旁路制动

电路控制。其中，空压机控制优化是制动系统控制优化工作的重点内容。在内燃

机车行驶过程中，若出现紧急情况，操作人员应及时按下紧急按钮。为保证PLC

控制系统有效控制应急系统，有必要对内燃机车的应急功能进行优化。具体实践中，技术人员可以在PLC控制系统中加入应急程序，并在操作界面添加相应按钮，以此作为应急程序命令输入端，在有效避免应急开关出现新故障点的基础上，提

高应急实效。需要注意的是，当PLC控制系统界面显示制动系统内部紧急电阀得