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 众多领域都得到广泛的应用;特别是在机车电气控制系统中大量运用。为此我们与四方机车车辆厂合作，采用PLC对现有的GK1F机车进行改造，取得了良好的效果。此举措不仅可以大大地简化线路，而且在电气系统运行可靠性有了显著提高。同时还改变了风泵电机的起动方式，降低了故障率也使维修人员维修方便，提高了工作效率。

　　2. GK1F型机车PLC电气控制系统设计

　　2.1电气系统的改造设计思路

　　根据我部原有电气系统为PLC控制的GK1F机车(1021—1024)和GK2B机车(1001、1002)，以及资阳机车车辆厂改造的PLC控制的GK1F机车(1006—1007);根据各种情况综合对比我们选择与青岛四方机车车辆厂联合对我部剩余的三台机车进行改造。其电气系统的设计思想与GK1F机车和GK2B机车的电气系统相近;且各配件与这两种机车的配件基本相同，便于维修和互换。在具体设计思想上维持原继电器、接触器控制系统的逻辑顺序和控制原理。

　　2.2 PLC的I/O点数选定

　　在控制电路中，输入PLC的控制信号为32点，包括司机指令信号(如司机控制器、各琴键开关、按钮开关等元件的触点信号)和机车状态信号(如温度继电器、压力继电器、柴油机转速信号和机车速度信号等)。PLC输出的控制信号点数为32点，包括动作执行元件(各接触器线圈、电空阀及去电子调速箱的控制信号)。

　　2.3硬件组成

　　2.3.1 PLC系统

　　这是整个系统的核心部分，采用的是日本三菱公司的FX2—80MR—D型PLC。该机型为整体式PLC机，结构紧凑、体积小、重量轻，具有很强的抗干扰能力和负载能力。而且FX2系列PLC机是三菱公司90年代初推出的产品，它的大的特点是在小型机上实现大型机的功能，可与计算机自由联接。该机型有40个输入点和40个输出点。不带扩展模块，完全满足系统的要求。机车速度和柴油机转速传感器采用了目前铁路机车通用的数字式测速传感器。

项目 性能指标 

操作控制方式 反复扫描程序 

I/O刷新方式 批处理方式 

操作处理时间 基本指令：0.74μs/步 

编程语言 继电器符号语言（梯形图）+步进指令 

指令数 基本指令20条；步进指令2条；应用指令85条 

输入继电器 24V DC，7mA，光电隔离 

输出继电器 30V DC，2A（电阻负载） 

定时器 时钟脉冲：1ms、10ms、100ms 

辅助（中间）继电器 通用辅助继电器、锁存型辅助继电器、特殊辅助继电器 

　　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 

　一、 设备概述

　　随着我国城市化水平的提高，城市人口急剧增加，居民小区不断建设且楼房层数越来越高，使原来自来水管网压力出现不足，很多城市普遍存在着用水高峰期高层楼房上不去水的现象，导致高层居民用水难。目前，一般的解决办法是修建水池或水箱，通过水泵二次加压供水。

　　为解决此类问题，当前均采用先进的全自动无负压供水设备，此供水设备可直接与自来水管网串接，通过负压消除器和稳压平衡器保护自来水管网不形成负压，避免了修建混凝土蓄水池或设水箱的麻烦。此设备充分利用了自来水管网的原有压力，在原有压力的基础上叠加一部分压力，差多少，补多少，使二次加压设备的选型减小，节省投资，同时在使用过程中也可大大节能，是目前先进新的二次供水方式。

　　二、 设备应用范围

　　1、 流量范围：1.5-1600吨/小时;

　　2、 扬程范围：21.6-225米;

　　3、 稳流罐：0.5立方-50立方;

　　4、 压力范围 0 ～ 2.5MPA

　　5、 压力调节精度：±0.01兆帕;

　　6、 环境温度：0-40℃.

　　7、 相对湿度 90 % 以下(电控部分)

　　8、 电源 380v(1 ± 10 % ) ;50HZ ± 2HZ

　　9、 控制方式 单台，恒压

　　三、 设备方案：

　　本设备主要由变频控制柜、稳流调节器、负压抑制器、水泵机组、仪表、阀门及管路等组成。

　　1、在本自动控制系统中，变频器我们采用了美国艾默生，同时，为方便用户进行实时监控设备运行状态以及便于维修，我们采用了人机界面触摸屏，控制器采用了艾默生EC20，由于它具有两个通讯端口，并且可任意选择通讯协议，组网方式如下：

　　2、EC20控制器通过COM0端口与人机界面通讯，人机界面作为主站，通过EMERSON PROTOCOL 协议与可编程通讯，控制器为从站，通过MODBUS协议通讯。通过COM1端口与变频器通讯，可编程控制器此时作为主站，变频器为从站，采用的是自由口通讯协议。

　　3、通过此种组网方式，用户对于压力设定、输出频率、辅泵频率、PID数值、切换时间、 延时时间、超压设定、压力反馈等数十种参数可在触摸屏上显示、 设置、修改，方便操作。对水泵工作状态、变频器工作状态 和系统水位等多个参数，实现了即时跟踪。满足远距离监测、监控及控制功能。

　　同时，还可方便监测设备故障，方便维修。具有故障实时记忆功能。

　　四、 控制部分：

　　1、本设备具有手动和自动两种控制方式。

　　2、在自动运行中无水停机、有水自动开机，两台泵循环运行，先启先停，定期切换。

　　3、PID调节：PID闭环调节实现水泵恒压运行。采用EC20的PID指令，由于本设备直接连于自来水管网，当自来水压力低于用户所需要的设定压力时，微机控制水泵启动运行，直到管路的实际压力等于设定压力，此时变频器控制的水泵以一恒定转速运行，保持管网压力为设定值。自来水压力越高，变频器转速越低，自来水压力越低，变频器转速越高。当自来水压力达到设定值时，设备停止运行。充分利用自来水管网压力，又确保用户所需的恒定压力。

　　4、零流量停机控制功能：不论是在一台还是两台泵运行时，自来水满足要求压力时，设备就停止工作，由自来水直供，变频器处于休眠状态。自来水压力不足时，设备工作，此方式充分利用自来水管道原有的压力差多少，补多少，节能效果极其显著，可达20%- 70%以上        

　　五、 PLC程序要点

　　1、压力调节：通过CONTROLSTAR编程软件中PID指令向导，自动生成PID_SET和PID_EXE 2个子程序，其中PID_SET是参数设置程序，PID_EXE是PID调用。

　　2、 变频器控制

　　CONTROLSTAR编程软件有专门的变频器指令，可实现EC20和艾默生变频器的无缝连接。

　　2.1 通过系统块界面设置EC20的通讯端口1的自由口协议参数，包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位、帧间超时时间等。用户不需要复杂的编程。

　　2.2 通过“变频器连接表”可方便列出挂在端口1网络上的变频器设备。包括站号、型号、协议等。

　　2.3 通过集成在CONTROLSTAR编程软件中的专用变频器指令,包括FRQ(给定频率)、FWD(正转)、GET(读变频器频率、电流、转速)、REV(反转)、STP(停止)，可以方便实现变频器的启停、读写频率

    六、 总结：

　　在本案例中，我们采用艾默生高性能变频器以及先进的可编程控制器，满足了用户在无负压供水中的应用。

　　1、智能化程度高 微机控制全自动运行，性能稳定可靠，泵房可实现无人职守。

　　2、恒压：PLC的PID闭环调节，恒压精度高，将水泵的运行严格遵照高效曲线执行，从而使得系统在接近理想状态下工作，压力输出值精度有效保证在±0.01兆帕范围内。在水压波动下，具有过载、短路、过流等各种自动、保护功能。

　　3、节能 变频器的零流量停机功能，使设备在管网压力达到设定值后，停机，处于休眠状态，待压力不足时，重新启动。真正实现节能功能。

　　4、良好的通讯方式，方便用户远距离监控、监测及控制设备和变频器等。同时利用通讯功能，不需再使用模拟量模块，安装维护方便，进一步节约成本。