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2.3.2 输出驱动部分

因为输出部分控制的负载多为感性负载，为此选用固态继电器进行功率放大。但在电路中未加设二极管保护和过压吸收电路；仅在发电机回路中加装了过压吸收保护电路。

2.3.3 电源部分

系统需要用 DC24V 供电，而机车电源为 DC110V 。因此需要一个将 DC110V 转换为 DC24V 的专用开关电源。在改造过程中选用了由四方机车车辆厂设计制造的专用开关电源。该电源有较宽的输入范围（ DC30V — DC135V ），既能满足柴油机起动时蓄电池压降大的需要，又不至于电压失调时的过压冲击。

2.4 PLC 控制系统的程序设计

该控制系统的程序设计由四方机车车辆厂设计院设计，程序大多根据原机车电气原理图的控制方式编写。在程序设计时取消了原电路中所有的中间继电器、时间继电器和大部分中间起联锁作用的接触器的辅助触点；同时还取消了原有的电气换档装置和机车超速保护装置。这些装置的功能完全由程序控制来实现，使电路得到了简化且功能进一步增强。此外还增加了柴油机工作计时表，准确的记录了柴油机的工作时间；为检修人员确定柴油机的修程提供了参考依据。下面仅对系统改造中程序设计的几个关键环节进行阐述。

2.4.1 柴油机无级调速控制

柴油机调速系统在此前已经进行了改造，由原来的电空阀——操作风缸控制改为步进电机无级调速。所以在这次改造中对于柴油机调速系统仍沿袭以往的程序设计；使 PLC输出 4个信号（调速 1至调速 4）；这 4个调速信号经放大后作为信号向电子调速控制箱提供输入信号。

2.4.2 电气换档改造

电气换档系统设计了两种换档方法；一种为柴油机 3把位以上换Ⅱ档，无须采集柴油机转速信号。另一种为分别采集机车速度信号和柴油机转速信号，对两信号进行比较；当达到设定值时机车换档。其具体换档点速度见表 2。

表 2  机车换档点速度表（ 50km/h限速）

司机控制器

档位 机车速度（ km/h ）大于 换档情况 机车速度（ km/h ）小于 换档情况 

3 15.16 Ⅰ档换Ⅱ档 14.04 Ⅱ档换Ⅰ档 

4 16.29 Ⅰ档换Ⅱ档 15.08 Ⅱ档换Ⅰ档 

5 17.42 Ⅰ档换Ⅱ档 16.13 Ⅱ档换Ⅰ档 

6 18.54 Ⅰ档换Ⅱ档 17.17 Ⅱ档换Ⅰ档 

7 19.67 Ⅰ档换Ⅱ档 18.21 Ⅱ档换Ⅰ档 

8 20.80 Ⅰ档换Ⅱ档 19.26 Ⅱ档换Ⅰ档 

9 21.91 Ⅰ档换Ⅱ档 20.29 Ⅱ档换Ⅰ档 

10 23.05 Ⅰ档换Ⅱ档 21.34 Ⅱ档换Ⅰ档 

11 24.18 Ⅰ档换Ⅱ档 22.39 Ⅱ档换Ⅰ档 

12 25.29 Ⅰ档换Ⅱ档 23.42 Ⅱ档换Ⅰ档 

13 26.42 Ⅰ档换Ⅱ档 24.27 Ⅱ档换Ⅰ档 

14 27.56 Ⅰ档换Ⅱ档 25.52 Ⅱ档换Ⅰ档 

15 28.67 Ⅰ档换Ⅱ档 26.55 Ⅱ档换Ⅰ档 

16 29.80 Ⅰ档换Ⅱ档 27.59 Ⅱ档换Ⅰ档 

2.4.3 风泵起动电路

风泵起动电路取消了原有的串电阻起动方式，改为降压起动方式。当输入信号满足风泵打风时，在发电机降压 3 秒钟后输出风泵起动信号风泵起动。并设计程序防止两风泵同时起动；以减少对主电路和发电机的冲击。

3. 其它外部电路设计

在外部电路改造中大量的利用了原有的电路，尽量节约及减少工作强度。下面对以下几个主要电路的改造进行分析。

3.1 发电机——电压调整器电路的改造

本次改造对发电机——电压调整器电路进行了较大的改造，其中电压调整器采用四方机车车辆厂设计制造的电压调整器，具有降压功能，可以与 TPZ9型电压调整器互换使用。电压调整器的降压信号由 PLC提供；在外部电路加设了三个大功率二极管用于过压吸收从而消除发电机发电初始和发电结束时产生的过电压对其它电路的影响。

3.2 电气换档电路改造

电气换档系统经过改造后取消了原有的电气换档装置并对机车速度信号传感器和柴油机转速传感器进行了改造；这两种传感器均采用目前铁路上通用的数字传感器。柴油机转速传感器采用电磁式转速传感器，其安装位置位于液传箱弹性联轴节后部；机车速度传感器采用上海德意达生产的速度传感器；其安装位置在机车第二动轮右侧的轴箱端盖上。

4. 结束语

采用了 PLC 改造 GK1F机车电气控制系统，改变了机车传统的电气控制方式。 PLC的输入、输出部分和固态继电器均有发光二极管显示，方便了检修人员查找电气故障，提高了检修效率，进而提高了机车利用率。自改造至今电气故障大大减小，设备利用率提高经济效益显著。

但在我们也应当看到，我们对 PLC的应用还是比较初级的。在状态检测和状态记录、无级调速的步进控制（直接采用 PLC控制，取消原来的电子调速控制箱），以及人机界面的适时显示均是空白。随着技术的提高，我们不应当满足现有的改造，应当在上述方面进行进一步的提高，从而创造更大的经济价值。

  1．体积极小的微型PLC 

      FXlS，FXIN和FX2N系列PLC的高度为90mm，深度为75mm(FXlS和FXlN系列)和87mm(FX2N和FX2NC系列)，FXlS-14M(14个I/O点的基本单元)的底部尺寸仅为90mm×60mm，相当于一张卡片大小，很适合于在机电一体化产品中使用。内置的24V DC电源可作输入回路的电源和传感器的电源。

      2．先进美观的外部结构

      三菱公司的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。它们之间用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。

      3．提供多个子系列供用户选用

      FXlS，FXlN和FX2N的外观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大的差别(见表2-1)。

       FX1S的功能简单实用，价格便宜，可用于小型开关量控制系统，Zui多30个I/O点，有通信功能，可用于一般的紧凑型PLC不能应用的地方；以FXlNZui多可配置128个I/O点，可用于要求较高的中小型系统；FX2N的功能Zui强，可用于要求很高的系统。FX2NC的结构紧凑，基本单元有16点、32点、64点和96点4种，可扩展到256点，有很强的通信功能。由于不同的系统可以选用不同的子系列，避免了功能的浪费，使用户能用Zui少的投资来满足系统的要求。

       4．灵活多变的系统配置 

       FX系列PLC的系统配置灵活，用户除了可选不同的子系列外，还可以选用多种基本单

元、扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不，同功能的控制系统，各种配置都可以得到很高的性能价格比。FX系列的硬件配置就像模块式PLC那样灵活，因为它的基本单元采用整体式结构，又具有比模块式PLC更高的性能价格比。

       每台PLC可将一块功能扩展板安装在基本单元内，不需要外部的安装空间，这种功能扩展板的价格非常便宜，功能扩展板有以下品种：4点开关量输入板、2点开关量输出板、2路模拟量输入板、1路模拟量输出板、8点模拟量调整板、RS–232C通信板、RS-485通信板和RS-422通信板。   

      显示模块FX1N–5DM的价格便宜，可以直接安装在FX1S和FX1N上，它可以显示实时钟的当前时间和错误信息，可对定时器、计数器和数据寄存器等进行监视，可对设定值进行修改。

       FX系列还有许多特殊模块，如模拟量输入输出模块、热电阻，热电偶温度传感器用模拟量输入模块、温度调节模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、定位控制器、可编程凸轮开关、CC–bbbb系统主站模块、CC–bbbb接口模块、MELSEC远程I/O连接系统主站模块、AS–i主站模块、DeviceNet接口模块、Profibus接口模块、RS–232C通信接口模块、RS–232C适配器、RS-485通信板适配器、RS–232C／RS-485转换接口等。

      FX系列PLC还有多种规格的数据存取单元，可用来修改定时器、计数器的设定值和数据寄存器的数据，也可以用来作监控装置，有的显示字符，有的可以显示画面。

    5．功能强，使用方便

       FX系列的体积虽小，却具有很强的功能。它内置高速计数器，有输入输出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能，有高速计数器的专用比较指令。使用脉冲列输出功能，可直接控制步进电动机或伺服电动机。脉冲宽度调制功能可用于温度控制或照明灯的调光控制。可设置8位数字密码，以防止别人对用户程序的误改写或盗用，保护设计者的知识产权。FX系列的基本单元和扩展单元一般采用插接式的接线端子排，更换单元方便快捷。

      FX1S和FXlN系列PLC使用EEPROM，不需要定期更换锂电池，成为几乎不需要维护的电子控制装置；FX2N系列使用带后备电池的RAM。若采用可选的存储器扩充卡盒，FX2N的用户存储器容量可扩充到16K步，可选用RAM，EPROM和EEPROM储存器卡盒。

      FX1S和FX1N系列PLC有两个内置的设置参数用的小电位器，FX2N和FXlN系列可选用有8点模拟设定功能的功能扩展板，可以用旋具来调节设定值。

       FX系列PLC可在线修改程序，通过调制解调器和电话线可实现远程监视和编程，元件注释可储存在程序储存器中。持续扫描功能可用于定义扫描周期，可调节8点输入滤波器的时间常数，面板上的运行/停止开关易于操作。