唐家凯，杨坤怡，杜海若

（西南交通大学 机械工程学院，成都 610031）

轨道车是铁路建设、线路施工、设备修理、抢险和检查等工作的主要运输设备。为了配合高速铁路发展以及保证铁路运输安全，铁道部对铁路施工部门提出了新的要求，担负着铁路维护工程的各种类型轨道车上线运行作业更加频繁，对广大的铁路轨道车驾驶员提出了更高的要求。

现有轨道车运行安全是在规章和车载行车安全设备的共同作用下完成的。车载行车安全设备的使用，解决了轨道车超速行驶、冒进信号、溜逸等主要问题，增强了轨道车的运行安全。换端操作时非操纵端处理规定有：（1）关闭自动制动阀通向列车管的截断塞门；（2）手油门操纵杆放到熄火位置；（3）换向转换开关放在中立位置。并且要防止非操纵端的以上操作开关在运行过程中的人为碰触。本文研究的是通过PLC控制系统来简化驾驶员的操作，杜绝因误操作而引起的安全问题。

1 系统组成

轨道车换端操作安全控制系统由选端按钮、PLC控制器和电动执行机构组成。

（1）选端按钮。在两操作端各有选端按钮，用于选择操作端，为了防止非主观意愿而碰到选端按钮的误操作，每端各有2个选端按钮，放在不同位置但能一人同时按下，这样只有司机在有意的情况下才能同时按下同一端的2个选端按钮，继而选择该操作端有效。另外，2个操作端还各有一个绿色的指示灯用于指示该操作端有效。

（2）PLC控制器。它是系统的核心，根据选端按钮信号及轨道车速度信号，通过程序控制各端的电动执行机构动作，从而完成自动控制功能。

（3）电动执行机构。为了描述方便将两端标记为A、B两端，当轨道车速度为0，当A 端选择按钮按下时，电动执行机构实现的功能是B端的制动管关闭、换向开关失效、手油门被锁死，A端的制动管导通、换向开关有效、手油门可用。

2 系统功能的实现

2.1 制动管路控制方案

轨道车空气制动系统自动制动阀的下面都有一个截断塞门（以H-6型为例），用来关闭制动管，截断总风缸向制动管充风的通路。该塞门在制动操纵端必须打开，非制动操纵端则要求关闭。控制方案为在自动制动阀的两端都安装一个电动球阀，去掉自阀手柄下的截断塞门。这样就可以自动截断非操纵端的制动管路，并且能保证不管非操纵端的自阀手柄处于什么位置都不会影响操纵端的制动。改进后的制动系统如图1，球阀带电时管道导通，不带电时关闭管道，并且即使出现故障也可人工转动电动球阀更正。

图1 轨道车改进后的制动系统简图

2.2 换向开关的控制方案

目前轨道车的换向基本采用气动换向，即在两端操作台上采用开关操作，给出信号，通过电磁换向阀控制进入换向气缸的压力空气来实现换向。换向开关有3个位置:前进、中立和后退。轨道车运行前，非操作端的换向开关必须放到中立位，操作端的开关放到运行方向位。换向必须在车未开动，即速度为0时才能进行。目前，是以规章形式来要求司机和随乘人员，即非操纵端严禁坐人、转换开关放到中立位，换向时，先停车。如果是有随乘人员动了非操纵端的转换开关，或司机对操纵端的开关误操作了，都会引起严重后果，比如换向箱齿轮损坏。

用一个换向开关（万能转换开关）轮流接通回路来变换轨道车的行进方向，简化接线图如图2。当转向开关在前进位时，1号线和2号线接通形成回路控制电磁转向阀，在后退位置时，1号线和3号线接通形成回路控制电磁转向阀。在中立位时1号线不与任何线路接通。

图2 转向开关的简化接线图

控制方案把2号和3号线断开，一端连接PLC的输入接口X04、X05，另一端连接PLC同一个COM1口的两输出点Y04、Y06，再把1号线断开，一端接上电源正极，另一端接入输出端的COM1口，将轨道车的速度信号也输入到PLC，如图3。

图3 变换后的换向开关接线图

对PLC进行编程并实现以下功能：当转向开关在前进位时，1号线和2号线接通，PLC的X04接口得电，控制轨道车前进，在后退位置时，1号线和3号线接通，PLC的X05接口得电，控制轨道车后退；只有操纵端的转向开关才会有效；当速度为0时，操纵端的转向开关才会有效，即在行驶过程中即使不小心扳动转向开关也不会有影响；在前进时自动打开百叶窗，后退时自动打开倒车风斗。其梯形图编程如图4（其中X003为轨道车速度信号、Y015为选端信号、Y004为控制轨道车前进信号，Y005控制百叶窗按钮信号、Y006为轨道车后退信号、Y007为控制倒车风斗按钮信号）。

图4 换向开关控制梯形图

2.3 手油门控制方案

按规章要求，在换端操作时，非操纵端手油门应放到熄火位置，不能动。但非操作端手油门放到熄火位后，并无保障措施，如果有人在非操作端对其进行操作或是误动，将会使操作端的工作人员对发动机油门失去控制，造成严重后果。因此，要求在换端时，要把非操纵端的手油门锁死在熄火位或让手油门失效。

控制方案为添加如图5所示的机构，在非操纵端通过PLC控制步进电机顺时针转动90°来推动连杆1向右移动，从而阻止手油门转动，同时添加位置传感器，如果连杆没有到指定位置，传感器将会给PLC一个信号产生报警。这样既能将非操纵端的手油门锁死，又能在非操纵端手油门没有在熄火位置时报警（因为手油门没在熄火位置时连杆1不能达到指定位置）。

图5 手油门锁死机构

3 系统的软硬件设计

3.1 系统的硬件设计

该控制系统是以PLC为控制核心。PLC根据输入信号按照程序控制两操作端的输出装置动作。硬件系统配置如图6。

图6 硬件系统配置图

3.2 系统的软件设计

该系统利用PLC编程语言的特点，使各种信号的输入和改变只有在轨道车速度为0的情况下才有效，当轨道车速度不为0时，通过PLC编程能使信号保持在速度为0时的状态。利用PLC语言的互锁功能，使A、B两端的选端信号只有一端有效。整个系统流程如图7。

图7 系统流程图

4 结束语

在轨道车进行换端操作时，该系统将轨道车司机繁琐的操作转换为简单的按钮操作，通过按钮向PLC输入信号后，通过PLC自动控制相应动作的完成。试验结果证明，该系统既简化了司机的工作量，又能消除因司机的误操作而引起的安全隐患，即使PLC控制出现异常也能人为更正，并且没有改变司机原先的操作习惯。

[1] 胡跃进，李志锋. 轨道车与接触网作夜车驾驶资格考试专业知识培训教材[M]. 成都：西南交通大学出版社，2008.

[2] 廖常初. FX系列PLC编程及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2005.