基于plc的受流方式转换控制系统的设计

基于plc的受流方式转换控制系统的设计

随着我国城市发展的快速发展，城市道路交通已经成为连接经济和社会发展的重要道路。由于各城市的具体情况不同,轨道交通的设计各具特色,形成各城市轨道交通的多样性,其中牵引网也不例外。牵引网有架空接触网或第三轨两种形式。架空接触网又分柔性架空接触网和刚性接触网,第三轨分为上部接触受电、下部接触受电和侧面接触受电。1总结1.1电弓和流式比较1.1.1链形悬挂架空接触网其优点主要体现在:从受电弓接触网受流状态来看,在准高速和高速线路中(车速为160～300km/h),采用链形悬挂架空接触网与受电弓的受电方式,具有良好的“弓与网”的跟随性、稳定性和受流质量,而且对车辆段工作人员也比较安全。其缺点主要体现在:对隧道内截面高度有要求;导线所产生的电磁干扰较大;露天区段部分,对城市景观影响较大等。隧道内地铁接触网断面如图1所示。1.1.2受流方式的选择其优点主要体现在:轨道交通中,从可靠性、结构难易、磨耗的寿命、维护工作量的大小、大修间隔的长短、维护管理费用高低、工程的投资费用、第三轨受流时电磁干扰强度低、国产化的比例以及对城市景观的影响等方面综合考虑,第三轨与受流靴的受流方式明显优于受电弓与架空接触网的结构。其缺点主要体现在:高速受流时,受流质量不好;当隧道内发生事故时疏散乘客或有人跌落站台时对人身安全有危险。隧道内地铁第三轨断面如图2所示。1.2弓思想受流方式穿越英吉利海峡隧道并把伦敦、巴黎和布鲁塞尔三大城市连接起来的“欧洲之星”高速列车,在法国境内和隧道中,由25kV、50Hz交流架空接触网供电;在英国通过受流靴从750V直流第三轨上受电;在比利时由直流3.0kV电网供电。“欧洲之星”在三种电压制的情况下还采用了两种受流方式,依靠电压检测器和电流转换开关,自动识别牵引网电压的类型,并监视受电弓和主回路的转换。而广州地铁4号线采用一种电压制,因而采用两种受流方式是较容易实现的。牵引网区间采用第三轨,车辆段采用架空接触网供电方式,与此相对应,地铁列车需要有受流靴与受电弓两种受流器。运行过程中在区间段运行时采用受流靴受流,在车辆段运行采用受电弓受流。而在同一地铁车辆上集中安装这两种受流方式装置,在不同的区段采用与其相适应的受流方式,则可扬长避短,将各自的优势发挥到最好。如在隧道内、地面正线、地面高架线路等采用第三轨受流,而在车辆段采用架空接触网受流,这样既发挥了两种受流方式的优势,又克服了各自的不足。因此,应根据广州地铁4号线的现场实际情况,设计出一套能进行弓靴转换的装置。这分两种情况,正常工作时,系统由PLC作为控制中心自动完成;如果意外事故出现时,系统可由手动来停止并完成转换,这将会使地铁在过渡段的转换动作更为可靠。1.3过程转换系统的技术要点系统在受流方式转换的过程中,应注意解决以下的几个关键的技术问题。(1)网压正常接入因为车辆上的逆变器因检测到欠压而停止工作;而断电区结束时,逆变器检测到网压正常会再次接入电源。这样,势必会对它造成经常性的电流冲击,缩短其使用寿命,并且列车在断电时,车辆上的发电机组或静止逆变电源因失电而停止工作,又会严重影响列车空调机组的正常运转以及列车照明等功能的发挥。(2)在分离和接触过程中，不能拉圆弧离线瞬间产生的电弧或火花,会增加接触导线和受电弓滑板的电磨损,缩短其使用寿命,大离线产生的电弧或火花甚至使机车的运行和安全受到威胁。(3)不能通过流亡服务将第三轨道分隔开来运行时,车辆受流靴和第三轨之间的接触可靠,一般不会产生拉弧现象。(4)当电子弓通过连接网络时，接触网被移除时，不能使用秘书长臂因为有很多人员在车辆段工作,如果受流靴带电很容易造成工作人员触电事故。(5)可以确认励磁弓是正确的如果受电弓没有降下或者没有完全降下时,机车就进入隧道,有可能打坏受电弓引起一系列的事故。(6)可以确认励磁负荷开关和高速行走负荷开关的组合和分为如果不能确定就很容易引起受电弓和受流靴同时断电或者同时带电。(7)整体列车的电源和传输弓的性能是一致的因为它们在电气上是并联的,如果不能行动一致,则会引起拉弧或者工作人员触电事故。(8)带有自动控制技术的高速通道耳改造是允许自动控制装置，并可以与自动列车控制装置一起连接如果转换失败,列车不能继续运行;当自动控制装置失效时,能够人工转换。2工作原理、电子弓和流式服装的转化2.1受电弓升弓和升弓控制地铁受电弓的升弓弹簧采用预应力弹簧,以缩减受电弓的结构尺寸,降低升弓弹簧的折叠位置的最大拉应力,增强了弹簧的疲劳强度,保证了升弓力的稳定性,延长了升弓弹簧的使用寿命。地铁受电弓升降弓时间特性是通过节流阀来调节的。升弓时,要求先快后慢,需通过调节升弓节流阀中节流口的大小来控制风缸内压缩空气排出的速度,从而达到升弓的要求;降弓时,也是要求先快后慢,因此首先通过快排阀控制,其后通过调节降弓节流阀中节流口的大小来控制其慢降动作。当客车准备从第三轨受流时,从转向架伸出的受流靴通过滑块与第三轨接触而取得电能。受流靴的接触力是由向上作用弹簧的拉力调节的,受流平稳,由于端部弯头的过渡作用,能够减少在断电区的电流冲击。当车辆通过的区段没有第三轨时,受流靴上的滑块在弹簧的作用力下收起来。2.2受电弓的受流器转换在车辆段或由车辆段进入区间前,地铁列车使用受电弓从接触网受流,此时不使用受流靴受流;进入区间后,地铁列车使用受流靴从第三轨受流。因为没有接触网,此时的受电弓应处于降弓位置。地铁列车在由一种供电方式向另一种供电方式过渡时,其两种受流器也要按一定方式进行转换。列车进入车辆段时,升起受电弓,由受电弓受流,停止使用受流靴;进入区间时,使用受流靴受流,降下受电弓。列车内的主电路也需要一系列转换。需要从接触网受流时,如果受电弓该升未升,列车不能进入车辆段;进入区间后,如果受电弓该降未降,进入无网区后受电弓将会受到损坏;如果进入车辆段后,受流靴还带有DC1500V电压,将会给车辆段工作人员的安全带来严重威胁。3plc控制转换过程(1)整个系统的控制核心是PLC,采用西门子S7—200(CPU226),电源为交流,电压允许范围为85～264V,47～63Hz;端子L+、M可作为24VDC传感器电源输出;数字输入和输出分别为24路和16路。(2)检测受电弓的升降传感器采用接近开关,利用它对金属的感应来检测受电弓头是否升起,其感应的有效距离为10mm,电源为DC10～30V,本系统要求其电源为DC24V。由于接近开关的输出信号是数字信号,因此对于接近开关的返回信号可以直接接入PLC的数字输入端,但是要保证其输入的高电平必须大于15VDC,因为PLC对于输入端的电平只有高于15VDC时才认为是逻辑1,0～5VDC认为是逻辑0,即低电平。(3)在过渡段,接触网和第三轨是相连的,并等电位。而通过列车内部的可灭弧的真空断路器的闭合,使受电弓和受流靴既可相连也可断开,转换时,真空断路器闭合,因此它们是等电位,转换时不会拉弧;当转换完成后,使真空断路器断开,受电弓和受流靴断开。通过对真空断路器的控制,来确保转换过程中受流器的动作不会引起拉弧,并且转换完成后只有一个受流器在工作。(4)当列车从区间段进入车辆段时,必须在过渡段完成受流方式转换,确保受电弓升起受流后再断开受流靴的受流回路。首先应接通受电弓与受流靴之间的真空断路器,然后再升起车顶的受电弓后,当接近开关检测不到受电弓的弓头,此时说明受电弓已经升起,接近开关给PLC返回信号。PLC接收到受电弓升起的信号后,发出指令接通受电弓的负荷开关,断开受流靴的负荷开关,断开真空断路器,向控制台发出信号,使受流方式转换完成的指示灯亮,则从区间段进入车辆段受流方式转换完成。(5)当列车从车辆段进入区间段时,也必须在过渡段完成受流方式转换,接通受流靴受流回路再断开受电弓受流回路。首先接通真空断路器,PLC发出指令接通受流靴的负荷开关,然后断开受电弓的负荷开关,降下受电弓,断开真空断路器。当检测受电弓的接近开关检测到受电弓已经降下来之后,给PLC返回信号,PLC接收到此信号后,发出信号给控制台,使受流方式转换完成的指示灯亮,则从车辆段进入区间段受流方式转换完成。转换过程中动作如图3所示。上述的PLC控制转换过程中,每一步的动作都应该根据各自的情况给予一定时间的延时,并且必须确保动作完成、到位,否则不能进行下一步的动作。当意