路桥建设 建材发展导向２０１７年５月 ＰＬＣ在跨座式单轨交通道岔设备的应用探讨 崔桂林 （重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司重庆市渝北区４０１１２２） 摘要：跨座式单轨交通在城市轨道交通中的应用因其具有的诸多优势，得到飞速发展，单轨道岔的关键作用及其技术发展更成为 技术研究的方向，其机械系统的国产化，更亟待控制系统的发展，控制系统保证道岔按信号要求在规定时间内完成解锁、转辙和锁闭工 作，并将道岔位置信号反馈至信号显示系统，同时还检测系统中的其他信息并反馈。如ＰＬＣ在单轨道岔控制系统中转辙控制、监视的全 面应用，将简化硬件配置，便于操作及监控，同时提高系统的稳定性、安全性、可靠性。 关键词：单轨道岔：转辙控制；ＰＬＣ 中图分类号：Ｕ２３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１６７５（２０１７）０９—０１９６—０２ １概述 由于长期以来继电器电路在单轨道岔设备安全性方面的经验和对 可编程序控制器（以下简称ＰＬＣ）的不同认识，跨座式单轨交通道岔设备 电路中使用的ＰＬＣ未参与道岔的转辙控制，只用于检测报警，个人认为 如处理好安全相关问题，可用ＰＬＣ实施转辙控制，可使ＰＬＣ利用更充 分。 ２ ＰＬＣ简介 ＰＬＣ是在程序控制器和微机控制器的基础上发展起来的微机技术 和继电器常规控制概念相结合的产物。 Ｉ ＲＯＭ ｌ卜＿———１ １ ｌ 图２道岔控制电路结构框图 备的监视报警。ＰＬＣ未参与道岔转辙控制，目前转辙控制电路采用的是 继电器电路。 其监视装置有监视模式和计测模式两种模式。 监视模式是将道岔转辙动作划分为多个阶段，然后监视各阶段的动 作时间是否在预先设定的时间内，比较后判断有无异常。 网 ｌ计测模式对动作时间是否超过规定时间不作判断。记录的项目与监 系统总线 视模式相同。 （３）国产单开、三开、五开道岔使用了西门子公司生产的ＰＬＣ，同样 是只用于设备的监视报警。ＰＬＣ未参与道岔转辙控制，目前转辙控制电 图１ ＰＬＣ结构框图 路采用的是继电器电路。 国际电工委员会（ＩＥＣ）对ＰＬＣ的定义是：可编程控制器是一种数字 运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序 的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算 术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型 的机械或生产过程。 ４道岔转辙控制电路由ＰＬＣ电路替代继电器电路的方案 单开道岔转辙控制电路用继电器搭接比较复杂，关节型三开、五开 道岔的转辙控制电路较单开电路更复杂。单开道岔只有定位、反位两个 位嚣，五开道岔共有五道，分别为Ｌ２位（左二道）、Ｌ１位（左二道）、Ｎ位 （定位）、Ｒ１位（右一道）、Ｒ２位（右二道），使用继电器电路涉及继电器和 ＰＬＣ由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制 造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用ＰＬＣ构 成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点 已减少到数百甚至数干分之一，故障也就大大降低。此外，ＰＬＣ带有硬件 触点就很多。例如：道岔要求转到Ｎ位，如果目前在Ｌ】位，则道岔右转， 如在Ｒ１位，则道岔左转，因此要将更多的相关信号加入电路中进行处理 判断，致使电路复杂。 单开道岔转辙控制电路工艺流程如图３所示。 因此，继电器控制电路由于使用元器件多、设备体积大、功耗高、动 作速度缓慢、接线复杂、通用性、灵活性差、维护工作量大、故障频发率高 而导致可靠性差，没有计算和储存功能。而ＰＬＣ来源以继电器为特征的 故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。用ＰＬＣ来控制系 统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器控制大大提高。就ＰＬＣ本身而 言，平均无故障时间一般已可达３～５万ｈ。 ＰＬＣ的主要特点有：通用性强、使用方便、适应面广、高可靠性、抗干 电气逻辑控制，适合于进行以顺序控制为主的自动化工程，ＰＬＣ控制系 统克服了继电器控制的弱点，把计算机技术与继电器控制有机地结合起 来。因此道岔转辙控制电路个人认为ＰＬＣ电路处理好安全相关问题代替 继电器电路是可行的。 硬件上：考虑目前使用的继电器电路的基本构成器件安全型继电器 扰能力强丰富的Ｉ／０接口模块、采用模块化结构、编程简单易学、安装简 单，维修方便。 ＰＬＣ的主要功能有：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进（顺序）控 制、ＰＩＤ控制、数据控制、通信和联网、特殊功能，如定位，显示等。 ３ ＰＬＣ在单轨道岔设备的使用情况 是满足“故障一安全”准则的，如用ＰＬＣ电路替代继电器电路，使用单 （１）道岔控制电路按功能主要划分为：接口电路、表示电路、转辙控 ＰＬＣ进行控制处理是不安全的，因ＰＬＣ不是安全型器件，因此须选用“二 制电路、电源电路、一次回路电路、检测报警电路、手控电路。其中表示电 取二电路”或‘三取二电路”方案保证电路安全性、可靠性要求。路和转辙控制电路要求是必须满足‘ 故障一安全”准则的安全电路。必须 ４．１方案一：二取二电路（见图４） 图４表示带有结果比较的双机并行处理的原理框图，又称为二取二 系统。 保证在设备无故障时，能够准确无误地按预定要求工作；在发生故障时， 不能产生造成行车危险的结果，即所谓的“故障倒向安全”（见图２）。 （２）日本道岔在电路设计中使用了日立公司生产的ＰＬＣ，只用于设 在正常情况下，两台相同的ＰＬＣ的输入处理结果是相同的，能够让 ・１９６・ 建材发展导向２０１７年５月 路桥建设 ‘ 图５方案二：三取二电路框图 果必定不一致，ＰＬＣ停止输出并报警。 软件上：ＰＬＣ梯形图编程语言，逻辑语言简短优化，程序功能块合理 分配，使ＣＰＵ能够以最快的速度，最短的时间读取和执行程序。考虑在 程序上增加命令信号的多重比较判断、转辙电机互锁控制保护等……。 图３ 从硬、软件两方面进行了双重保障，可确保在～方失效的情况下，保障系 统及设备的安全。 ５综述 目前使用的道岔控制装置中并未充分发挥ＰＬＣ的优势，将道岔控制 装置由继电器电路改为ＰＬＣ电路，减少继电器、接触器等低压电器的逻 辑控制，采用支持硬件或软件冗余功能的ＰＬＣ完成对逻辑动作的控制， ＰＬＣ通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线、Ｅｔｈｅｍｅｔ等冗余技术，实现主、备控制系统的 数据同步，增强了系统的可靠性，避免在主控系统出现故障时，系统停机 瘫痪，影响列车运营。同时，将更充分地利用ＰＬＣ的资源和优势，可使设 备的性能和可维护性得到较大程度提高。 长远来看，单轨交通因其在建设环境条件、工程造价、技术成熟度、 图４方案一：二取二电路框图 运营经验上具有诸多优势，在国内轨道交通建设中具有良好的发展前 控制信号通过比较电路，于是就由输出电路给出控制命令，输出信号转 景。因此，作为单轨交通关键技术之一的单轨道岔应用前景广阔，而其中 枢神经单轨道岔控制系统的ＰＬＣ应用、改进和发展也将成为研究的重要 换电路接通控制电流，实现控制。 在发生故障时，双机的处理结果不相同，经比较电路处理，将切断控 方向。 制信号的输出，同时输出信号转换电路切断控制电流，并反馈信号回 ＰＬＣ，因与程序设定的信号不一致，在此情况下，ＰＬＣ停止输出并报警，避 免造成行车危险的结果。 二取二电路安全性分析： 设出现双重故障的概率为ｗ，取１０－。，则２次危险之间的时间为Ｔｏ＝ ＭＴＢＦｚ／（２Ｗ）＝ＮＴＢＦ￣１０７２。 参考文献 【１］杨玉群，郑辅亭．跨座式单轨道岔的电控系统．宝鸡桥梁厂 【２】吴泳钢，董芯如．浅析单轨交通系统在我国的应用前景． 收稿日期：２０１７—４—２０ 式中，ＭＴＢＦ为每一台ＰＬＣ的平均故障间隔时间。 作者简介：崔桂林（１９７３一），男，工程师，本科，主要从事设备监理、研发设 计和项目实施管理方面工作。 显然可见该电路安全性是很高的。 在主电路故障时，备用电路自动投入运行，保证了道岔设备的可用 性。 ４．２方案二：三取二电路（见图５） 图５表示由二取二系统扩展为的带有结果比较的三机并行处理的 原理框图，又称为三取二系统。该电路安全性同样满足要求。 三取二电路中每一台ＰＬＣ带２个比较电路，在正常情况下，比较电 路输入端信号一致，因此比较后正常输出，当其中一台ＰＬＣ故障停止运 行，如ＰＬＣ１停止运行，ＰＬＣ２和ＰＬＣ３继续输出，因此，比较电路２３和比 较电路３２能正常送出控制信号，此时“三取二”系统变化为“二取二”系 统继续运行，保证了系统的可用性。 在发生故障时，输入比较电路的信号不一致，将阻止控制信号的输 出，避免造成行车危险的结果，此时反馈回ＰＬＣ的信号与程序设定的结 ・１９７・
