基于PLC控制的铁路客车转向架抛丸机

沈浩

摘 要：铁路客车转向架抛丸机属于大型除锈设备，运用抛丸清理技术对铁路各型客车转向架进行除锈。客车段修时，转向架分解后整体进入抛丸机，通过抛丸清除转向架各部件表面锈垢。本文主要介绍由西门子系列PLC控制的客车转向架抛丸机，介绍电气组成及工作原理，利用PLC控制的直观性解决日常不易排查的故障。浅析其电气部分的故障，找出快速处理故障的方法，提高其维修检查的效率。

关键词：客车转向架抛丸机;电气原理;电气故障

0 前言

转向架抛丸机是根据铁路客车转向架清理要求而设计的大型非标除锈设备，本文介绍的是无锡希尔达公司生产的客车转向架抛丸机，该设备采用西门子S7-200CN系列PLC，实现对设备的电气控制。[1]作为系统的核心PLC具有其他控制器无可比拟的优点，如可靠性高、抗干扰能力强，在恶劣的生产环境里，仍能正常工作。采用PLC控制的抛丸机能满足铁路各型客车转向架在段修时的除锈工作，[2]除锈时不损伤螺纹和精装配面。由PLC控制的电气设备，在出现故障时更容易直观的反映出故障点方便维修。

1 转向架抛丸机组成

1.1 工件输送系统

工件输送系统包含电动台车、电动葫芦组、滑道、滑轨。转向架分解后吊送至电动台车上，电动台车行驶至电动葫芦组正下方。由电动葫芦组吊挂转向架进入抛丸室，室体大门关闭，开始抛丸清理作业。转向架在设定区域往复运动抛丸清理。抛丸结束后，抛丸器停止工作，室体大门开启，自行电动葫芦组吊挂转向架驶出抛丸室，并将转向架吊放在电动台车上，电动台车行驶到中转区域，除锈工作完毕。

1.2 抛丸清理室

抛丸清理室由抛丸室、吸风口、气动大门及12台抛丸器组成。抛丸室由钢板焊接而成，抛丸室主抛射区域用12mm厚高铬耐磨护板防护，抛丸室反射区域Mn13轧制高锰耐磨钢板防护，抛丸清理室的四周装有12台抛丸器，对被清理工件进行全面的抛丸清理，清理室大门采用气动对开门，并装有行程开关、接近开关与抛丸器联锁。

1.3 丸料循环系统及除尘系统

丸料循环系统由螺旋输送器，斗式提升机、帘幕式丸砂分离器、抛丸阀、溜丸管等组成。除尘系统由重力除尘器、脉冲反吹布袋除尘器、离心风机等组成两级除尘。主要用于丸料循环，过滤清除抛丸过程中产生的大量颗粒灰尘。

1.4 电气控制系统

转向架抛丸机供电方式采用三相五线制，主线路三相交流380V电源电压供电，控制线路用变压器隔离的220V控制。可编程控制器采用西门子6ES7 216-2BD23-0XB8型，24输入和16点输出，2端口继电器输出，电源电压220V，扩展模块6ES7 223-1PM22-0XA8，电气部分设有短路和过载保护。

2 转向架抛丸机电气系统

2.1 电路组成

转向架抛丸机控制电路主要由1个PLC，1个扩展模块，1个触摸屏，29个接触器，28个断路器，13个热继电器，12个互感线圈，11个中间继电器，8个熔断器，6个接近开关，若干按钮、指示灯组成。

2.2 电路控制

QF0为主电路断路器，控制主电路通断;QFA、FRA、KMA1、KMA2、KMA3控制除尘电机;断路器QFB-QFM、交流接触器KMB-KMM、热继电器FRB-FRM、分别控制12个抛丸机抛头;QFN、KMN控制7.5KW提升电机;QFO、KMO控制5.5KW分离器;QFP、KMP、QFQ、KMQ分别控制5.5KW横向、纵向螺旋;QFR、KMR1、KMR2控制2.2KW旋转电机;QFS、KMS1、KMS2控制8KW电动葫芦1升降;QFU、KMU1、KMU2控制电葫芦1进出;QFV、KMU1、KMU2控制8KW电动葫芦2升降;QFV、KMTV、KMTV控制电葫芦2进出。

2.3 可编程控制部分

可编程控制系统中，[3]I/O部分由输入模块和输出模块组成。西门子PLC中采用的是I/Q方式，I存储区是输入触点，可以接受外部电平信号，Q存储区是输出触点，用于提供电平信号[4]PLC虽具有微机的许多特点，但他的工作方式却与微机有很大的不同，微机一般采取等待命令的工作方式，而PLC则采用循环扫描的工作方式。

2.4 PLC控制部分工作原理

PLC控制检测信号主要有：I0.0 提升电机检测信号、I0.1横向绞龙检测信号、I0.2纵向绞龙检测信号、I0.3分离检测信号、I0.4输送信号、I0.5输送信号、I0.6左門开信号、I0.7左门关信号、I1.0右门开信号、I1.1右门关信号、I5.1葫芦1上信号、I5.2葫芦2上信号、I5.3抛丸位置1信号、I5.4抛丸位置2信号、I5.5越位信号检测。

电机开启顺序，首先开启除尘风机，若除尘风机不开启，其它电机都不会开启，然后顶部分离电机启动，提升电机启动，最后横向、纵向绞龙电机启动。在开启过程中分离、提升、横向绞龙、纵向绞龙电机都有信号检测，包括除尘风机都有接触器工作状态是否正常反馈检测。如果出现旋转卡死、接触损坏、断路器跳闸，设备会自动停止并报警，防止设备损坏或烧毁工作电机。

转向架提升检测，升降只有上升限位信号，吊钩行走开关为常闭信号，转向架上升由上限位信号控制，这一信号为易损信号，需要定期检测，否则易出现越位危险，两个升降吊钩为手动单独操作。

转向架水平移动，进出抛丸室行走需要满足两个条件，PLC检测两个条件同时满足时才会工作，这两个条件是转向架在上限位位置，抛丸室门打开，如果任意一个条件不满足，系统均不能工作，且设备有报警提示。

电机检测和保护，PLC对每一个电机都有单独热继电器保护，断路器为DZ108系列，接触器为CJX1系列，所有控制电源都经过断路器常开触点，然后检测接触器工作情况，这样可以保证能监控电气元器件工作情况，不论是断路器跳闸或接触器损坏，只要接触器不能正常工作就会报警提示。

3 转向架抛丸机常见电气故障及处理

转向架抛丸机常见电气故障可以通过PLC显示屏进行显示，当转向架抛丸设备出现故障时，切忌盲目随便动手检查[5]，先确定是电气的故障还是机械的故障，在处理电气故障时，首先要断电并做好防护。

实例一、故障现象：系统开机后除尘风机不工作，整机无动作。

故障分析：可能是PLC程序未复位，或者急停按钮未复位，检查PLC输入接口I1.4和I1.5指示灯是否正常，需要检查对应的电源开关和控制变压器的断路器QF01～QF03是否合上。

实例二、故障现象：提升电动吊钩不工作。

故障分析：可能是PLC未检测到提升信号，或者线路故障。检查PLC输入接口I4.5和I6.1显示是否正常，检查这两路电气元件是否有损坏，检查上升按钮是否正常。

实例三、故障现象：升降电葫芦上升过程中不会停止，导致电葫芦冲顶。

故障分析：可能是PLC检测上升限位信号故障，或者限位开关作用不良，检查PLCI0.5和I04指示灯是否正常，并检查上限位开关作用是否良好。

实例四、故障现象：转向架进入抛丸室后，抛丸机不工作。

故障分析：可能是PLC输入信号故障，抛丸室门没有关闭或门限位开关失效，检查YBLX-K1/111开关状态是否良好。或者超负荷保护装置启动，超负荷可导致钢丸流量阀门的磨损，引起钢丸过多卡死抛头。

实例五、故障现象：设备运行后，横向或纵向螺旋不工作。

故障分析：可能是PLC横向、纵向条件未满足引起，检查其上一步动作，检查提升电机信号是否传输给PLC，检查提升电机是否工作。

实例六、故障现象：转向架抛丸机在运行过程中报警。

故障分析：可能是PLC运行过程中出现故障，[6]（1）PLC电源是否有电。（2）PLC输入输出指示灯是否正常。（3）PLC外接设备是否正常。根据PLC触摸屏上的显示（TH765N）故障提示结合电路图排查。根据报警提示的信息检查相应电路上的接触器、隔离开关、继电器动作是否正常，限位开关是否作用良好。

4 总结

由PLC控制的转向架更换设备较传统的电气设备故障更加容易判断，[7]PLC的在线监测时监控PLC工作状态与调试PLC用户程序的重要方法与手段。其故障代码及故障现象均能在显示器上显示，可根据提示查找故障，节约维修时间，转向架抛丸机目前系统上的故障，多数是因为外接设备，如电动葫芦接近开关，门信号限位传感器作用不良，或者因为感应距离产生偏差造成，建议在平时需要多备些传感器，及限位开关方便其故障时及时更换，因抛丸设备工作环境较差，其配电柜内电气元件容易受到铁屑的污染，尤其是容易引起接触器粘连，建议日常加强保养，对起到控制作用的限位开关定期进行檢查，保证设备状态良好。

参考文献：

[1]齐炜.PLC控制系统常见故障查找方法与查找实例[J].玻璃纤维，

2010，第一期.

[2]铁路客车段修规程.铁总运〔2014〕349号[S].中国铁道出版社，

2015.

[3]皮特鲁泽拉.PLC教程[M].人民邮电出版社，2007（05）.

[4]李国厚.电气控制与PLC应用[M].北京：化学工业出版社，2003

（05）.

[5]段小宁.电气故障检修的一般方法[J].科技博览，2009，第2期.

[6]梁婕，王炜，梁瑾.Omron PLC故障分析和维护[J].石油化工自动化，2005.

[7]龚仲华.PLC应用技术[M].人民邮电出版社，2007（06）.