基于智慧交通的道岔转辙机控制系统设计研究

赵欣然，展明星

（柳州铁道职业技术学院，广西 柳州 545616）

城市轨道交通车辆段是地铁系统的重要一环，承担着地铁车列入库停放，出库运行、转线等作业。城市轨道交通车辆段作业不同于铁路站场的接发车作业和调车作业，采用计算机联锁成本高，而城市轨道交通车辆段的联锁关系相对没有那么复杂，从作业性质和接发车频率来说使用计算机联锁系统是不匹配的。使用可编程控制器的车辆段道岔转辙机控制系统可以降低造价，提高交通运输设备的自动化程度，减少投资，实现智慧交通。

1 原理设计研究

使用可编程控制器实现对道岔转辙机的转换操作，同时用触摸屏代替联锁设备操作台，可以实现道岔转辙机的控制，替代计算机联锁用排列进路的方式转换道岔。

本设计采用FX3U系列PLC实现对道岔转辙机进行控制，以S700K电动转辙机为例：S700K型电动转辙机使用三相交流电动机作为动力牵引系统，完成尖轨的移动从而使线路开通不同方向。转辙机内部有道岔机械锁闭装置完成对尖轨的锁闭和位置表示，通过可编程控制器输出端子控制继电器的通电吸合，分别控制交流电动机正反转，完成道岔尖轨的定位和反位牵引。

操作台使用HMI，人机交互界面采用昆仑通态MCG S（TPC7062K）触摸屏实现对车列路径上道岔位置的选择和给出道岔定反位表示，从而完成地铁车列的入库、出库及转线作业。S700K转辙机控制电路保留1DQJ、2DQJ，BHJ，DBJ和FBJ，道岔的操作控制在触摸屏完成，同时触摸屏显示道岔位置，用绿灯表示道岔定位，黄灯表示道岔反位。通过轨道继电器吸合确保无车时对道岔的转辙机控制系统进行控制，防止在有车占用时错误转换道岔，为了安全起见，采用PLC故障诊断系统对可编程控制器进行故障检测分析。

2 硬件设备

设备包括室外转辙机及连接杆件、室内继电电路、可编程控制器、触摸屏等，控制器选用三菱FX3U系列PLC，网络以CC_Link或工业以太网的形式组网，MCGS触摸屏采用三菱系统触摸屏连接到PLC的RS232端口。

2.1 系统组成

包括三菱Q00UCPU、三菱HMI、道岔控制及表示继电电路，交流电动机及转辙机内部传动、锁闭、表示、报警装置，连接尖轨的机械传动构件。

2.1.1 保护电路

每个道岔划分为一个区段，设置轨道继电器区分有车占用、轨道区段正常和轨道区段故障，用轨道继电器吸合作为道岔转换、交流电动机启动的必要联锁条件，用来确保车列作业安全。

2.1.2 车辆段设备控制与试车线接口控制

连接正线的试车线的道岔全部由车辆段道岔控制器控制。试车线用于进行车载ATP/ATO设备的动态和静态功能测试，通过接口电路能够与车辆段完成对接。试车线上的道岔均由车辆段联锁控制，其余试车线上设置的信号设备由试车线控制。列车由车辆段进入试车线和从试车线进入车辆段的进路也完全由车辆段控制器控制。试车线开始试车前，车辆段控制器在列车进入试车线后，通过非进路方式将试车线道岔锁闭在定位并开放非进路调车信号，之后交接控制权给试车线开始试车，试车结束，试车线联锁将控制权交给车辆段表明试车结束，之后的列车运行完全由车辆段控制。

图1 硬件系统结构图

2.1.3 车辆段与正线的接口

从车辆段控制系统至正线联锁安全输入的电气要求为：

每个来自车辆段的接口信号会在正线联锁通过一台安全继电器进行复示。

复示继电器电路使用车辆段状态继电器的两组接点（采用双断方式）。电路需要的直流电源由正线提供。

图2 车辆段对正线的控制

从正线联锁至车辆段控制系统安全输入的电气要求为：

每个来自正线联锁的接口信号会在车辆段通过一台安全继电器进行复示。

复示继电器电路使用正线继电器的两组接点（采用双断方式）。电路需要的直流电源由车辆段提供。

2.2 PLC控制单元

本系统涉及的I／O点数多，使用触摸屏完成道岔的操作控制，如站场股道多、道岔数量多，控制器可以使用扩展模块。控制器型号根据地铁线路长度及车辆段规模决定，本设计以中等规模站场为例，以20组道岔控制需要完成分配。从性价比、技术性能、维护方便性等方面考虑，可采用FX3U－128MR／ES－A，内置64入、64出（继电器及表示灯），必要时添加扩展模块，AC电源供电。输入部分主要连接MCGS等单元，输出部分连接继电器、道岔位置表示灯、检查表示灯等设备。

2.3 HMI上位机

采用北京昆仑通态MCGS触摸屏（TPC7062 K），通过RS－232数据线将其与FX3UPLC控制器通信。触摸屏实现20组道岔的定反位控制，定反位表示，检查表示，对工作状态进行显示，表明是“进路排列状态”或“维修状态”。

3 系统软件设计

使用触摸屏完成对入库、出库及转线车列进路的控制，控制交流电动机正转（定位）、反转（反位），触摸屏显示道岔实际位置，触摸屏针对行车人员和信号工检修员组态有两种工作模式。根据作业的要求，行车人员凭权限登录“正常模式”，在正常模式下可进行道岔的转换控制，PLC根据道岔原来位置，选择定位操纵或反位操纵，并实时显示基于PLC与HMI的道岔转换后位置。信号工检修员凭权限登录“维修模式”，在该模式下可通过人机界面监测道岔的运行状态和进行单台道岔转辙机的测试。

3.1 MCGS组态设计

图4 触摸屏平时界面示意图

3.2 PLC与HMI接线图

图5 PLC部分端子接线图

3.3 维修模式程序设计

道岔转辙机的转换控制进入维护状态时，一是需要进行室外道岔及转辙机的检修工作，此时触摸屏显示“维护状态”，检查按钮（非自复式）按下，此时不能进行道岔的控制及转换；当室外道岔及转辙机完成检修工作后，需要对控制器进行检测和诊断，结束后再次按下检查按钮恢复正常模式。（1）程序初始化。（2）MCGS观察道岔表示灯并进行逐个控制，确认挤岔灯灭（外部电路）。（3）进行PLC故障诊断。

4 系统可行性及推广价值分析

使用可编程控制器不但可以完成对站场道岔进行控制，还能对车站信号机及区间信号机进行点灯控制。PLC对信号设备控制可以取代计算机联锁完成控制及保护，尤其是对于联锁关系并不复杂的车辆段、编组站等场所。

5 结语

对于城市轨道交通高速发展的今天，交通设备的现代化、智能化尤为重要，采用PLC和HMI系统实现对道岔控制进行地铁车列的进路排列，大大简化了城市轨道交通车辆段的信号设备系统，提高了城市轨道交通设备的自动化程度，降低了建设成本。该系统安全、稳定可靠，值得推广应用。