《装备制造技术）２０１４年第３期 基于ＰＬＣ控制的便携式轮对跑合试验台检测系统 马建磊 （南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛２６６１ １ １） 摘要：研制了一种操作简单、使用方便的轮对跑合试验台检测系统，对轮对的跑合转速和轴承温度参数进行实时检测， 并打印输出检测结果。本检测系统应用ＰＬＣ作为主控单元，采用红外温度传感器测量轴箱体内部轴承的温度，用光电 开关来测量轮对的平均转速，可有效的减轻检测人员的工作强度，提高检测效率。 关键词：ＰＬＣ；便携式；跑合试验台 中图分类号：ＴＰ２７３．５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ６７２—５４５Ｘ（２０１ ４）０３－０１ ３３—０３ 随着我国铁路事业的快速发展，“高铁”被越来 就是单片机的控制系统和ＰＬＣ的控制系统。相比来 越多的人所了解。在铁路不断地提速的同时铁路机 说单片机控制系统开发成本低，但开发和维护都比 车的生产与检测技术也在逐渐革新。我国铁路已进 较麻烦。ＰＬＣ控制系统的成本高，但是开发周期短， 行了几次大提速，铁路提速的同时也意味着对机车 见效快，可靠性高【１】。 的生产及检测质量提出了更高的要求。轮对机构的 鉴于现场的复杂的工作环境，这里选用更适用 质量直接关系到列车的运行安全。对此，研制一种检 于工业环境，具有较强抗干扰能力的ＰＬＣ来开发这 测高效，操作简便的轮对跑合试验台检测系统具有 一控制系统。根据一般的信息采集与控制流程脚，系 重要意义。 统的主要组成框架如图３所示。 本文针对ＰＬＣ控制的便携式轮对跑合试验台检 ｌ堡壁 墼 Ｈ篓 ：墼塑竺 Ｈ 堡Ｈ竺墨 堂Ｊ 测系统进行研究，以期实现该检测系统的自动化检 图３系统组成部分 测和打印输出功能。图ｌ所示为轮对机构，图２为跑 在此框架基础之上，根据具体的工作环境与要求。 合试验台。跑合检测过程即为将轮对机构固定于跑 我们制定出以下详细方案，工作原理图如图４所示。 合试验台上，支撑平台支撑并固定轴箱体，摩擦轮压 紧在测试轮上并由电机驱动，带动测试轮旋转来进 行跑合。整个检测的过程为１５分钟左右，主要检测 的参数有轮对的转速和轴箱体内轴承的工作温度， 并对检测结果进行记录。研究要求在现有跑合试验 台基础之上进行简单改进，开发一种简单，便携式的 检测系统，能够自动检测轮对转速和轴承温度，并能 够输出打印检测结果。 曩■ 图４ ＰＬＣ控制系统原理简图 （１）传感器的选择 图１轮对机构 图２跑合试验台 要实现信号检测首先必须选择合适的传感器。 这里选择光电开关来获取测试轮对的转速值，用红 １ 方案设计 外测温传感器来检测轴箱体内轴承的温度值。使用 时将测试轮对外端面特定位置贴上反光条码，将光 在自动化控制中，比较成熟和常用的技术方案 电开关对准反光条码所在圆周，测试轮对每转一圈 收稿日期：２０１４＿ｏ１－０２ 作者简介：马建磊（１９８ｌ一），男，山东章丘人，工程师，工科学士，研究方向为：机械设计与制造。 １３３ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．３，２０１４ 都会给光电开关一个光脉冲信号，然后光电开关便将 主单元的基础之上设计了两套取样方案，既手动操 接收到的光脉冲转变为电脉冲输出。红外测温传感器 作取样与自动取样。如下所示表１为Ｉ／Ｏ地址布置。 可以安装在磁力吸座上直接吸附在轴箱体表面透过 由于没有Ｙ端口的输出，下面只列了ｘ端口的地址 轴箱体检测内部轴承的温度。所选红外测温传感器的 布置情况。 输出信号为４—２０ ｍＡ，温度测试范围为０—５００ ｏＣ。 （２）Ａ／Ｄ模块的选择 由于温度传感器输出的是模拟量，要想进行数 字化控制需要先将模拟量转变为数字量，这就需要 用到Ａ／Ｄ转换模块。我们需要测试两路温度所以只 表１ Ｉ／Ｏ地址布置 ＸＯｏ０ Ｘ０ｏ１ Ｘ０ｏ２ Ｘ００３ Ｘ００４ 自动取样按钮，按程序设定时间间隔自动取样 光电开关信号输人 急停按钮 点动取样按钮，用于随时取样 打印输出按钮 用两个通道的２Ａ／Ｄ模块便可以达到工作要求，但考 Ｘｏｏ５ 清零按钮，用于点动取样之前对寄存器清零 虑到以后升级改造或者作为备用，我们选择４Ａ／Ｄ模 块，型号采用三菱公司的ＦＸ２ｎ－４ＡＤ系列。 其有三种预设的模拟输入与输出关系，如图５ 所示。根据以上所选的红外测温传感器的信号输出， 相对应的是选择预设方式１（４～２０ ｍＡ电流输入）。 矗）一１０、！ 电 蟾＾ （ｂ ｛、２０ 电灌输 ，ｃ —２０ ２ＯｍＡ屯瀑辅入 图５ ＦＸ２ｎ－４Ａ，Ｄ三种预设方式的模拟输入与输出关系 （３）ＰＬＣ主单元的选择 由于控制的输入输出点数很少，逻辑控制比较 简单，我们选择三菱的ＦＸ２ｎ系列ＰＬＣ中点数最少的 ＦＸ２ｎ一１６ｍｒ。其主要功能便是采集来自光电开关的电 脉冲信号，运用控制程序计算出测试轮的转速；采集 来自４Ａ／Ｄ特殊模块的数字输出值，进而利用对应关 系计算出轴承温度值。然后将所得速度、温度数值传 送给打印机进行打印输出。考虑到工作现场的情况， 我们设定采样周期为ｌ ｍｉｎ。 （４）通信模块的选择 ＰＬＣ获得数据后并不能直接传输给打印机，而 必须通过通信模块。考虑到功能单一和节省成本，我 们选用了ＦＸ２ｎ一２３２ＢＤ通信模块，其上带有ＲＳ２３２ 接口，这样便可以用一根ＲＳ２３２串行通信线将 ＦＸ２ｎ一２３２ＢＤ通信模块与微型打印机相连接，然后打 印输出即可。汉字输出则要使用对应的十六进制区 位码（ＧＢＣ），数字输出时则根据ＡＳＣＩＩ码（美国信息 交换标准代码）表的原则。 ２电气控制设计 ２．１ Ｉ／０地址布置 针对现场工况与灵活简便的原则，在一台ＰＬＣ １３４ 在检测开始前，在轮对端部采用磁力的方式固 定一个反光板，并用光电开关对准反光板。检测开始 后，轮对每旋转一转，光电开关就接收一次信号。红 外测温传感器通过磁力座固定对准轴箱体。 在自动取样时，按下自动取样按钮接通Ｘ０００，系 统会每间隔１ ｍｉｎ就输出一组检测数据，检测完毕 后，自动打印输出。 在手动取样时，先按下清零按钮，再按下点动取 样按钮就会打印输出一组检测数值，每点动一次输 出一次检测结果。检测结束时，按下打印输出按钮， 系统会自动打印输出采集到的数据。 ２．２梯形图编写 由于程序内容较多，限于篇幅下面仅介绍一些 典型的程序段。 如图６所示为在开始程序段进行系统寄存器清 零，包括急停开关输入端Ｘ００２，在通电时Ｘ００２会接 通程序的主控指令，而在紧急情况下需要停止系统 运行时，按下急停按钮接通Ｘ００２，便会断开主控指 令，整个程序体断开，检测系统停止运行。此外，自动 取样按钮与清零按钮的输入端ＸＯ００与ＸＯ０５都可以 对系统所有寄存器进行清零操作。 图６系统寄存器清零 如图７所示为自动取样循环输出指令。在Ｘ０００ （自动取样按钮输入端）进行系统寄存器清零的同时也 将辅助寄存器Ｍ２０接通，进而将时间寄存器Ｔｌ触发。 另外，从图７中可以看出两条指令中都串人了 计数器Ｃｌ的常闭触点。时间寄存器Ｔ１的设定值为 ６０ ｓ，计数器Ｃ１的设定值为１５。每６０ ｓ时间寄存器 《装备制造技术）２０１４年第３期 都会接通计数器Ｃ０。光电开关接到光脉冲后转 Ｔ１就会触发一次。触发信号作为检测结果输出信号 通），进而驱动计数器Ｃ０进行计数，轮对每 驱动打印机输出这６０ Ｓ内的检测数据，作为清零信 变成电脉冲，号将相关寄存器清零，同时又作为计数器Ｃ １的触发 旋转一圈，ＣＯ进行一次字增加运算。等Ｔｌ或者Ｔ２ 信号使Ｃ１进行自增一运算。之后时间寄存器Ｔ１又 计数满６０ Ｓ后ＣＯ中的计数值将会输送到打印机。由 进入下一轮６０ Ｓ时间的工作。依次类推，５ 于轮对的转速不会超过３００ ｒ／ｍｉｎ，所以这里设置ＣＯ Ｃ．，ｒ Ｃ 一共输出１黼 －ｐ Ｐ ．ｌ扯 组检测结果，这时计数器Ｃｌ达到设定值而触发，常 ～＿一 一－ 的极限值为３００。 闭触点变为常开，将两条指令断开，停止运行。至此， 就完成了自动取样过程。＝ ～一 一一 一一 一 一 一～一 图９计数指令 一 一３ 结束语 图７自动取样循环输出指令 脚一～一 ，扎一～ 该检测系统操作简单，可靠性高，成本低。系统 如图８所示为手动取样输出指令。与自动取样 二 二 集成后体积小，对环境依赖度小，便于携带，极大的 循环输出指令类似，当ｘ０ｏ３（点动取样按钮输入端） 提高了跑合试验的检测效率，降低了操作人员的劳 接通时，一方面对相关寄存器进行清零，另一方面也 动强度。此外，本系统还具有二次开发的优势，针对 接通了辅助寄存器Ｍ２２，使其自锁，在时间达到设定 日后的需求可作进一步优化。 值６０ Ｓ后， 触发，断开Ｍ２２结束其自锁，同时将这 期间的检测结果输出。 参考文献： 【１】易磊．ＰＬＣ与单片机应用技术【Ｍ】．上海：复旦大学出版 社。２０１２． 鞋 【２］史国生．电气控制与可编程控制器技术【Ｍ】．北京：化学工业 ～ 出版社，２００３． ～ 图８手动取样输出指令 ［３】三菱株式会社．三菱微型可编程控制器编程手册（产品手 如图９所示为检测系统的轮对转速计数指令。 册）［Ｚ】．北京：三菱株式会社，２００１． ［４］肖金立．计算机硬件技术基础【Ｍ】．北京：电子工业出版社， 不论是自动取样（Ｍ２０接通）还是手动取样（Ｍ２２接 ～ ２００９． ＰＬＣ－ｂａｓｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ一 ｏｆ ａ Ｐｏｒｔａｂｌｅ ｔｅｓｔ ｂｅｄ Ｒｕｎｎｉｎｇ—ｗｈｅｅＩ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ＭＡ Ｊｉａｎ—ｌｅｉ （ＣＳＲ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｓｉｆａｎｇ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６１ １ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ 一 ａ ｓｉｍｐｌｅ，ｅａｓｙ ｔｏ Ｕｓｅ ｗｈｅｅｌ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｅｅｌ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔ∽ ｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ ｐｒｉｎｔ ｏｕｔｐｕｔ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｓ ＰＬＣ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ，ｕｓｉｎｇ ｉｎ— ｆｒａｒｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 啪 ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｘｌｅ ｂｏｘ ｂｏｄｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｈｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ，ｕｓｉｎｇ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｗｉｔｃｈ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｈｔｅ Ｗｈｅｅｌｓｅｔｓ．Ｔｈｉｓ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｎａｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；Ｐｏｒｔａｂｌｅ；ｒｕｎｎｉｎｇ ｉｎ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ １３５
