铁路救援起重机电气控制系统的设计.pdf

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1、大连交通大学硕士学位论文铁路救援起重机电气控制系统的设计姓名：于淼申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：吴化柱20091219摘要摘要随着我国货品交易量大幅度的增加，使得铁路设备长期处于超负荷运行状态，这样铁路运输时的事故就会不断地发生。再加上传统的铁路救援起重机的液压机械控制存在着许多不足之处：如操作速度慢，长时间工作时各个部件产生机械损耗以及可维修性能差等缺陷，给铁路救援带来了不小的难度，因此，有必要对其采用更先进的控制系统。在研究、借鉴国内外现有的铁路救援起重机控制装置的基础上，本论文采用具有良好通用性的C A N 总线与控制模块进行通信，运用C o D e S y s 软

2、件对控制模块E P E C 2 0 2 3和控制模块E P E C 2 0 2 4 进行编程，这样可以实时的对系统进行监控，方便了在线调试的过程，使它能够完成一般工况下的工作任务。在致力于完善系统功能、提高系统先进性与可靠性的同时，通过该程序调整铁路救援起重机四条支腿的平衡，根据实际作业情况的不同，有多种支腿工况供选择。并且可以对配重铁的伸缩进行调整，以达到在适合的工况下进行作业。以及对按键进行优化处理，这样方便了操作人员操作的过程。还在每个机械部件上都安装有行程开关，实现对这些部件的硬件限位保护。系统的各个传感器对各节点采集到的测量数据进行计算、判断处理后，将运算结果送往驾驶室的显示器上显示

3、，操纵人员通过显示器上呈现出来的各种数据来实时的做出相应的操作本设计利用C o D c S y s 软件向E P E C 控制器里面写入程序，来实现对铁路救援起重机的电气控制。本系统不仅操作简单，而且还具有检测、控制、报警功能，这样极大地提高了铁路救援起重机在作业时的安全性能，使得系统能够在恶劣的环境下长期、稳定、无故障的工作。关键词：铁路起重机；C A N 总线；E P E C 控制器；C o D e S y s人迮交通人学I：学硕+学位论文A b s t r a c tW i t has i g n i f i c a n t l yi n c r e a s eo fc o m m o

4、d i t yt r a d i n gv o l u m ei nC h i n a，r a i lt r a n s p o r t sr u ni nt h eo v e r l o a di nt h el o n g-t e r m S ot h ea c c i d e n tt h a tr a i lt r a n s p o r t sw o r k sh a p p e nc o n t i n u o u s l ys t a t u s A n dt h e r ea r em a n yd e f e c t st h a th y d r a u l i cc o

5、n t r o lo ft r a d i t i o n a lr a i l w a yr e s c u ec r a n e-s l o wo p e r a t i o n，m e c h a n i c a ll o s si nt h el o n g-t i m ea n dp o o rm a i n t e n a n c e I ti sv e r yd i f f i c u l ti nr e s c u e T h e r e f o r e，w em u s ta d o p ta d v a n c e dc o n t r o ls y s t e m B a

6、 s e do ns t u d ya n dr e s e a r c ho nv a r i o u ss a f e t ym o n i t o r i n gs y s t e m so fd o m e s t i ca n df o r e i g nr a i l w a yc r a n e s，t h ed e s i g nw i l la c h i e v ec o m m u n i c a t i o nt h a ta p p l yC A Nb u sw i t hc o n t r o lm o d u l e A p p l i c a t i o nC

7、o D e S y ss o f tw r i t ep r o g r a mi n t oE P E C 2 0 2 3a n dE P E C 2 0 2 4，w h i c hc o u l dm o n i t o rs y s t e mr e a lt i m e A n dt h i si sac o n v e n i e n tm e t h o dt os i m p l i f yt h ep r o c e s so fd e b u g g i n g I tC a na c c o m p l i s hg e n e r a lt a s k I na d d

8、i t i o nt oi m p r o v e df u n c t i o n s，a d v a n c e dl e v e la n dh i g h e rr e l i a b i l i t yo ft h es y s t e m，t h r o u g ht h i sp r o g r a mc o u l da d j u s tt h eb a l a n c eo ff o u rl e g st h a tr a i l w a yr e s c u ec r a n e A c c o r d i n gt od i f f e r e n tt a s k

9、s，t h e r ea r em a n yk i n d so fl e g sc o n d i t i o n st ob ee m p l o y e d B e s i d e si tC a l la d j u s tt h el e n g t ho fh e a v yr a i li nt h ed i f f e r e n tc i r c u m s t a n c e A n di tw o u l de n a b l ep r e s s e st oo p t i m i z et os i m p l yo p e r a t o rw o r k M o

10、 r e o v e rt h e r ea r el i m i ts w i t c h e si n s t a l li n t om e c h a n i c a lc o m p o n e n t s，w h i c hr e a l i z el i m i tp r o t e c t i o nt h e m T h i sd e s i g nw i l lp l a nt oa c h i e v ep u r p o s e so nt h eb a s i so ft h ea b o v ep o i n t s T h u s，t h er a i l w a

11、 yr e s c u ec r a n ec o u l db ea b l et os t a b l ea n dt i m e l e s sw o r ku n d e rh a r s he n v i r o n m e n t s A f t e rt h a tak i n ds e n s o r so fs y s t e mt a k e sd a t at h a tm e a s u r i n gt oc a l c u l a t ea n dj u d g ef r o mn o d s，t h eO p e r a t i o n a lR e s u l

12、t si ss e n dt om o n i t o ri nt h er o o mw h e r eo p e r a t o rw a n tt ow o r k T h eo p e r a t o rc o u l dd oc o r r e s p o n d i n ga c t i o nt h r o u g hd a t ao nt h em o n i t o rr e a lt i m e T h ed e s i g nc a na c h i e v et h ec o e r c i o n，b yu s i n gC o D e S y sw r i t ep

13、 r o g r a mi n t oE P E Cc o n t r o l l e ri nr a i l w a yr e s c u ec r a n e T h es y s t e mi si n c o r p o r a t i n gn o to n l yn o r m a lf u n c t i o n sl i k em e a s u r i n g，c o n t r o l l i n ga n dw a r n i n gf o ro u to fl i m i t s，b u ta l s os i m p l eo p e r a t i o n T h

14、i si sah i g hs e c u r i t ya tw o r k T h u s，t h er a i l w a yr e s c u ec r a n ec o u l db ea b l et os t a b l ea n dt i m e l e s sw o r ku n d e rh a r s he n v i r o n m e n t s K e yw o r d s：r a i l w a yc r a n e；C A Nb u s：E P E Cc o n t r o l l e r：C o D e S y sH大连交通大学学位论文独创性声明本人声明所呈交

15、的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得太蓬塞通太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有彳实之处，由本人承担一切相关责任。学位论文作者签名：A-出秒日期：卅年12-月ff 日大连交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解太整銮通太堂有关保护知识产权及饵留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作能

16、知识产权单位属太整塞通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使斥论文工作成果时署名单位仍然为太董塞通太堂。学校有权保留并晦国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权太整塞通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编A中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位说、又。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)学位论文作者签名：一 袁乳导师签名：易c 吒旷0日期：2。叼年I 月fc 7 日日期：2。叩年J 明77 日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：电子信箱：电话：邮编：第一章绪论第一章绪论1-1

17、 论文选题背景进入二十一世纪，随着我国国民经济的不断快速发展，货品交易量的大幅度增加，使得人们的交易往来更加频繁。商品的交易量大幅度上涨，这样担负着我国主要运输任务的铁路运输系统的运输能力不堪重负，已远不能满足日益增长的运输需要，致使铁路设备长期处于超负荷运行状态。这就增加了铁路货运时事故的概率，再加上某些铁路货车运行在极其恶劣的环境下和铁路运输的规章制度的不太完善，使得货车运输时事故不断地发生，这不仅仅带来了铁路沿线列车的滞留，更带来了沉重的经济损失和人身伤亡。这时候就需要铁路救援起重机作为铁路列车沿线事故的救援设备。它能够快速的处理铁路行车事故，并且可以方便的排除铁路沿线的障碍物，确保铁路

18、沿线的安全，使得铁路列车能够快速、安全和稳定的运行，它在铁路列车行车时发生的事故工作中发挥着举足轻重的作用。因此，铁路救援起重机的性能优劣直接影响到其能否在救援工作中稳定的运行。这样，就有必要对铁路救援起重机进行更深入的研究，对完善现有的铁路救援起重机还存在的使得实施铁路救援工作时不稳定的潜在因素，提升我国铁路救援起重机的性能和工作时的安全，来进一步的使得铁路救援起重机的救援能力提升，降低铁路列车在行车时发生的事故所造成的经济财产损失，有着非常重要的意义和深远的影响。目前我国铁路救援工具越来越发达，其中铁路救援起重机主要以老式的液压式机械控制为主，它以安全可靠、操作容易和结构简单而在我国铁路救

19、援起重机中广泛应用。我国主要有中国北车集团齐齐哈尔铁路车辆有限责任公司、兰州机车厂、山海关桥梁厂和大铁局武汉桥梁机械制造厂等生产及制造铁路救援起重机，其中，最具有代表性的就是由中国北车集团齐齐哈尔铁路车辆有限责任公司设计、开发和制造的N S l 2 5 1 C 伸缩臂式铁路救援起重机，该机主要适用于铁路机车车辆事故救援等作业。虽然在性能和应用上相比过去有了显著的提高，但是，现在国外生产出了更高性能的以中央处理控制器来对铁路救援起重机控制，与之相比，传统的液压机械控制存在着许多不足之处：如操作速度慢，长时间工作时各个部件产生机械损耗以及可维修性能差等缺陷。而采用中央控制器来对铁路救援起重机进行控

20、制则能克服上述缺陷。它以功能强大，小巧玲珑，节能环保和操作简单等优点而迅速的占领了国际市场。这就是最具有代表性的铁路起重机内嵌的控制模块2 0 2 3 和控制模块2 0 2 4 控制器，它是由芬兰E P E C 电子公司开发的，并且通过3 S 公司的专用工具软件C o D e S y s 向里面写程序来实现的。目前，我国主要由上海派芬(p a l f i n)控制技术有限公司代理该产品，在我国还没有将该设备应用于铁路救久近交通人学l：学硕十学位论文援起重机中。该控制器是3 2 位工业控制P L C 系统，是一款高性能的处理器，是专门设计为了适应在工控系统恶劣环境下铁路救援起重机能够正常运行的一

21、种控制器。它由基板或基板加扩展板组成，通过C A N B U S 总线与力限器，显示器，电磁阀，控制手柄和电动机相连，并且作为他们的运算单元。具体关系如图所示：图1 1 控制模块与各个执行机构的关系F i g 1 1R e l a t i o no fC o n t r o lM o d u l ea n dE x e c u t i n gA g e n c i e s通过将传统的以老式的液压式机械控制为主的铁路救援起重机改造为以小巧便携、功能强大和安全可靠的中央控制器为运算单元来控制铁路救援起重机，可以提高作业时的操作效率，减少长时间工作时各个部件产生机械损耗以及使得在后期维修保养更加的方

22、便。因此有必要将铁路救援起重机的起升吊臂、变幅油缸、走行挂齿机构、吊臂伸缩机构、回转台回转机构、支腿伸缩、均载油缸以及配重铁的伸缩由传统的老式液压控制改为电气控制。这样，可以使得铁路救援起重机能够在极其恶劣的环境下安全和稳定的实施铁路救援作业，保证铁路车辆和运输线路能够快速、安全的运作。因此，深入开展对救援起重机的研究工作，将现有的老式液压控制为主的铁路救援起重机改造为以中央处理单元为运算单元来对铁路救援起重机进行控制，以此来提高我国铁路行车网络的技术水平，实现铁路的现代化，赶超国外铁路发达国家具有极其重要的意义。2第一章绪论1 2 研究任务来源经过我国铁路的第六次大提速，使得我国铁路列车运输

23、货物的速度相比第五次大提速有了很大的提高，但随之而来的就是可能存在不安全的因素，因此，有必要将铁路救援起重机装备成更快速、更安全、更高效的救援设备。中国北车集团齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司针对现在各个铁路公司运行的1 6 0 吨救援起重机进行改造，将其以传统的老式的液压式机械控制为主改造为以节能环保、功能强大和安全稳定的中央控制器为运算单元来控制，使得铁路救援起重机的起升吊臂、变幅油缸、走行挂齿机构、吊臂伸缩机构、回转台回转机构、支腿伸缩、均载油缸以及配重铁的伸缩改为电气控制，通过运用在C o D e S y s 软件写程序来实现控制，并且可以方便的在线进行仿真模拟。该项任务由大连交通大学

24、和齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司共同研究解决方案。1 3 我国铁路起重机的发展与现状1 3 1 我国铁路救援起重机的发展u 1铁路救援起重机作为一种铁路专用的起重设备，因为它能够沿铁路沿线运动，承担铁路沿线各种环境下的起重作业，具有良好的机动性和适应性，自投入运行以来就一直受到世界各国的高度重视。随着铁路事业及其相关技术的发展，铁路起重机技术也在不断的进步。在我国，铁路起重机技术1 1 1 2 0 世纪5 0 年代发展至今基本经历了六个阶段，从最初主要用于铁路货物装卸的起重机械发展成为一种能够处理铁路行车脱轨事故、排除线路障碍的关键救援起重设备，在保证铁路货物运输的安全畅通上发挥着极为重要的

25、作用。在2 0 世纪5 0 年代初期，我国铁路运输事业尚处于起步阶段，由于线路简单、速度低、运量少，行车事故的影响不是很突出。加上技术、环境和经济等原因，铁路起重机主要用于货物的装卸作业，各项起重机的参数指标并未得到明显的提高，主要是一些以蒸汽机为动力，依靠机械传动，回送速度在7 0k m h 以下，起重量在1 5 6 0 t 的机型，代表产品是：Z 1 5、Z 4 5 和Z 6 0，它们的适应性、机动性和作业效率都较低。进入2 0 世纪6 0 年代中后期，我国的铁路运输得到较大的发展，对国民经济发展和人民生活质量的影响更加明显，因此，保证铁路运输畅通安全已显得极为重要，如何及时处理好铁路各种

26、行车事故成为一个急需解决的课题。由于蒸汽型铁路起重机不能很好满足事故处理的要求，特别是在机动性能、起重能力以及连续作业能力等方面差距十分明显，因此我国研制了以N 1 0 0 型为代表的内燃铁路起重机。由于使用了内燃机这种更为先进的动力源，铁路起重机的回送速度达到了8 0k m h，最大起重量也由6 0 t 提高到1 0 0 t。3人连交通人学l：学硕十学位论文其适应性、机动性及作业效率得到了很大的改善，同时，由于引入了液压技术，铁路起重机在可靠性和稳定性方面有了进步，取得了明显的技术飞跃。到了2 0 世纪7 0 年代的中后期，N 1 0 0 型铁路起重机实施机、电、液一体化改造，特别是液压技术

27、得到了更为深入的应用，液压传动全面取代机械传动。改革开放后，我国铁路运输快速发展，在运行密度、单位载重量等方面有了很大的提高，行车事故的经济代价和影响力发生了质的变化，这对铁路起重机提出了更高的要求。在2 0 世纪8 0 年代末，我国研制出了N 1 6 0 型全液压内燃铁路起重机，在完善各项技术的同时，最大起重量提高到了1 6 0 t，有效改善了铁路起重机的单机作业能力和机动性能。这期间，为满足不同需要，研制出N 1 2 5 桫L 型，铁路起重机初步形成了系列化，使我国铁路处理运行事故的能力向前迈进了一大步，铁路起重机技术完成了第二次革新。进入2 0 世纪9 0 年代，铁路电气化向偏远山区延伸

28、，在电气网下和隧道内的起重救援作业不断增多，由于作业空间的限制，吊臂长度固定的起重机在电气化铁路线上进行起重作业需要摘除高压供电网，这对铁路运输产生了严重的影响，而在隧道内有时根本无法进行起重作业。为此，我国在2 0 世纪9 0 年代中后期研制出了N S 型全液压伸缩臂铁路起重机，并按照实际需要，进一步完善了铁路救援起重机系列，出现了N S l 6 0、N S l 2 5、N S l 0 0 等不同吨位的机型，铁路起重机进入一个全新的发展时期。1 3 2 我国铁路救援起重机的技术革新方向回顾我国铁路起重机几十年来的发展历程，铁路起重机的每一次创新与铁路运输的发展密不可分，满足铁路行车救援的需要

29、是铁路起重机不断进行技术革新的主要目的。2 1 世纪，高速、重载和西部开发是我国铁路建设发展的方向，这对铁路起重机的机动性能(回送速度)、作业效率(起重能力、作业时间)、可靠性、适应性等提出了新的要求，也成为今后铁路起重机技术革新的方向。结合我国铁路发展的趋势，进一步扩大和加深对铁路起重机各种可能的作业环境(工况)的研究，有助于明确铁路起重机技术的改进方向。从我国地理环境上看，铁路起重机有东、南、西、北4 种不同的工况，地势、气温、气压、风沙等自然条件差别很大，对铁路起重机提出了不同的要求：险要地势，要求起重机具有很好的稳定性；低温低压，要求起重机的动力和传动系统性能很好；风沙地带，起重机必须

30、有严密的防护措施。同时，高速、重载线路和一般线路工况不同，线路所经的不同区段因周围环境不同也导致了工况不同，主要体现在起重机需提升的重量和作业的空间、地基等方面，因此在扩大普通工况研究的同时，要加强对主要典型工况的研究，如桥梁、隧道、高速线路，只有把各种可能的工况研究透彻了才能促进起重机的技术革新。4第一章绪论在对铁路起重机的动力进一步优化的同时，要提供更大的功率和更多的类型，以适应各种环境。因电力在救援抢险中存在局限性，内燃机仍然是首选。当前必须解决好内燃机在高寒缺氧环境条件下的功效和启动性能，以适应铁路向高寒缺氧地区延伸的要求；进一步提高内燃机的功率和体积重量比，以适应优化起重机结构的需要

31、。铁路起重机的走行系统是改善其机动性能的关键，虽说这取决于我国机车车辆方面相关技术的发展，但把这一相关技术及时和很好地应用于铁路起重机本身就是一个课题。要提高起重机的作业效率，就需缩短各种作业时间，如升降、回转速度要快，撑支腿等辅助动作时间要尽可能短。这就要求相关的液压元件有大的输出，但这对液压系统的稳定性又会有一定的影响，同时应充分考虑高压液体的回流速度，只有解决好这些技术问题，整个系统才能取得突破。未来对行车事故处理的成功率要求越来越高，这意味着在提高铁路起重机作业能力的同时，要进一步改进起重机的安全防范措施。需要研究如何在具备当前力矩限制技术的功能的基础上，准确实现起重机在超出环境允许(

32、或由操作人员设定)的作业条件时自动锁定，以避免对周围环境或设备造成破坏。从铁路起重机总体看，更大的起重能力、更好的机动性能、更高的作业效率、更强的适应能力和更高的可靠性是铁路起重机未来突破的方向。也就是说对铁路起重机采取中央集中控制，利用目前国际上最先进的铁路起重机专用的P L C I 业控制模块进行控制，它具有功能强大，小巧玲珑，节能环保和操作简单等优点。另外，起重机各系统、各部件的合理匹配极为重要，例如：要求大的起重能力，就必须考虑由此造成起重机自身重量增加和结构改变所带来的影响。因此必须从整体出发，密切结合实际需要，充分考虑各系统间的匹配性，有针对性地改进起重机的薄弱环节，协调提高各系统

33、的技术水平，只有这样才能有效地促进铁路起重机的发展，只注重某单一系统技术的革新，对起重机整体性能不会有质的提高。未来，铁路起重机仍将作为一种处理铁路行车脱轨事故、排除线路障碍的关键救援起重设备来发展。实现铁路救援作业的网络化亦很重要，也就是要使作业部门、生产厂家及铁路运输控制等相关部门在进行铁路救援作业时形成一个有机整体，这样才能充分发挥铁路起重机作用，有助于铁路起重机的技术革新。1 4 铁路救援起重机运行机构简介铁路起重机采用回转式动臂，运行在铁路轨道上，供铁路站场、建设工地与列车运行事故现场等进行铺轨、架桥、设备安装、货物装卸、电气化铁路线立杆作业和车辆倾覆等的救援工作。它的臂架分定长臂和

34、伸缩臂，驱动方式有蒸汽、内燃电动和内燃液压5人连变通人学一l：学硕十学位论文传动。目前的大中型铁路起重机普遍采用内燃液压传动，即由柴油机带动油泵，油马达或油缸驱动各工作机构。铁路起重机运行机构的特点在于它既要实现起重机的低速吊重自力行走，又要便于与列车联挂高速行驶，因此它采用了铁路机车或铁路车辆专用的转向架。大中型铁路起重机有两台转向架，根据它们的起重量可采用双轴、三轴和四轴武转向架。运行机构只有两根轴的小型起重机没有转向架，也不能与列车编组联挂。采用转向架的运行机构能满足在铁路上运行的各种特殊要求，例如通过转向架可将车架阻上各部分重量传给轮对，保证必要的粘着性能，使整机在坡度上和曲线段可以自

35、力行走，并且缓和线路不平度对车体的冲击，在与列车编组联挂快速运行时可以顺利通过曲线段。运行机构可阻产生必要的制动力，当自力行走时整机可在规定的距离内停车，在与列车联挂状态可随车制动。液压铁路起重机运行机构四轴转向架采用心盘牵引，旁承承载和液压马达驱动的形式，主要由构架、心盘与旁承、弹簧装置、轴箱、轮对、闭锁装置、液压驱动装置和基础制动装置等部件组成。(1)构架它是转向架的骨架，用以联系转向架的各组成部分并传递各部分受力，保持车轴在转向架内的固定位置。它由左右两片侧粱和连接侧粱的横粱构成。(2)心盘与旁承心盘主要传递纵向和横向受力，车架阻上的重量垒部由四个刚性旁承传递。它们能保证整机的重量、纵向

36、力和横向力的正常传递、轴重的均匀分配和车架在转向架上的稳定支承，保证转向架通过曲线段可相对于车架适当摆动。(3)弹簧装置弹簧装置位于构架与轴承之间，它的作用在于缓和线路不平引起的冲击，保证轴重的均匀分配并提高整机在垂直方向的运行平稳性。(4)轴籍轴箱是联系构架和轮对的活动关节，装在车轴两端的轴颈上，用来保证轮对的稳定回转运动。为了适应线路的条件，它可以相对于构架上下、左右和前后少量移动。(5)轮对轮对由车轴、轮心及轮箍组成，它直接向钢轨传递整机重量，通过与轨道顶面的粘着力产生牵引力或制动力。轮对分驱动轮对和从动轮对，每台转向架通常只有一套驱动轮对，其余为从动轮对。(6)闭锁装置它的作用是利用油

37、缸推力将轴箱上方的弹簧进行闭锁，代替弹簧起承载作用。当整机吊重运行时，闭锁装置可用来保护弹簧并提高运行乎稳性，闭锁油缸可安装在轴籍附近的构架侧粱内，也可以放在轴箱上方螺旋形弹簧中央。(7)液压驱动装置运行机构通常采用高速液压马达驱动，在液压马达与驱动轮对之问有减速齿轮箱。当自力行走时，由于吊重及水平载荷的作用，轴重随时有转移，两侧的转向架轴重不等，为了保证两侧均有足够的粘着牵引力，两侧转向架的液压马达必须6第一章绪论由两台油泵分别供油。在传动系统中设有手动、风动或液压操纵离合器，当慢速自力行走时液压马达的功率传给轮对实现驱动，在与列车编组高速运行时利用离台器使液压马达与轮对脱开，避免由轮对高速

38、反拖系统。(8)基础制动装置运行机构的制动是利用制动风缸的风力经杠杆系统增力后传给闸瓦，闸瓦压紧车轮实现制动。但自力行走时制动风缸的风来自起重机自带的空气压缩机，与列车编组后改为由牵引列车的风管提供，两条风路间的转换依靠管路系统里的梭形阀。铁路起重机转向架的全部轮对(包括主动和从动)都装有闸瓦，所有轮对都产生制动力。1 5 铁路救援起重机电气控制的应用软件介绍1 5 1C A N 总线及其C A N o p e n 通信协议C A N 总线是德国B O S C H 公司从8 0 年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之问的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以

39、是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1 M B P S。C A N 总线通信接口中集成了C A N协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作船1。C A N 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由1 1 位或2 9 位二进制数组成，因此可以定义2 1 1 或2 2 9 个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8 个字节，可

40、满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8 个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。C A N 协议采用C R C 检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。C A N卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。另外，C A N 总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。C A N 总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。C A N 总线协议已被国际标准化

41、组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数通讯。C A N 总线插卡可以任意插在P C、A T、X T 兼容机上，方便地构成分布式监控系统。7人连交通人学【：学硕十学位论文C A N o p e n 是基于C A N 总线的应用层协议，在开放的现场总线标准q b C A N o p e n 是最著名和成功的一种，已经在欧洲和美国获得广泛的认可和大量应用。1 9 9 2 年在德国成立了“自动化C A N 用户和制造商协会”(C i A，C A N i n A u t o m a t i o n)，开始着手制定自动化C A N 的应用层协议C A N

42、o p e n。此后，协会成员开发出一系歹O C A N o p e n 产品，在机械制造、铁路、车辆、船舶、制药、食品加工等领域获得大量应用。目前C A N o p e n 协议已经成为了一种新的工业现场总线标准E N 一5 0 3 2 5 4。C A N o p e n 协议是C A N i n A u t o m a t i o n(C i A)定义的标准之一，在欧洲，C A N o p e n 协议被认为是在基于C A N 的工业系统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类型，例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器，都在称为“设备描述”的协议中进行

43、描述；“设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠C A N o p e n 协议的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。介于以上原因，因此，本论文将采用C A N o p e n 2 0 B 作为铁路救援起重机电气控制系统的主控制模块与各个执行机构进行通信。1 5 2C o D e S y s 工控软件介绍本设计采用德国3 S(S m a r tS o f t w a r eS o l u t i o nG m b H)公司的软件C o D e S y s 作为嵌入式P L C 控制器的上层用户应用程序的开发系统。C o D e S y s 是基于I E C 6 1 1 3

44、 1 2 3 标准，适用于工业控制器和P L C 组件的编程工具。它支持I E C 6 1 1 3 1 2 3 标准中的五种编程语言即指令表语言O L)、功能块图(F B D)、梯形图(L D)、结构化文本(S D、顺序功能图(S F C)。另外，C o D e S y s还提供第六种由功能块图转化而来的编辑器语言，称作连续功能图(C F C)。与其他软件P L C 产品如S I E M E N S 公司的S I M A T I CW i n A C、S O F T P L C 公司的S o f l P L C 等相比，C o D e S y s 的最大优点在于它把逻辑控制、运动控制和可视化集

45、成于一体，不需要其他的组态软件就可以轻松实现可视化。C o D e S y s 中以工程文件的形式来组织应用程序的各个对象。一个新建的工程放在以工程命名的文件中，在工程中有不同的对象，女H P O U s(程序，功能块，函数)、数据类型、可视化和资源等。新工程中创建的第一个程序结构单元(P O U)自动命名为P L CP R G，程序从这里开始执行(相当于C 程序中的主函数)，并且从这里能够访问其他的P O U。如果进行了任务配置，则工程中可以不必以P L C P R G 命名程序结构单元，因为在这种情况下，程序的时序依赖于任务的分配。此外，C o D e S y s 提供了一种集成化的仿真功

46、能，在没有连接控制器的情况下，也可以对应用程序进行测试，即用户在编写完应用程序之后，可以在仿真模式环境下对应用程序进行调试和测试，使应用程序满足设计的要求脚。C o D e S y s 可以在专用编辑器中对P O U(程序结构单元)的运行环境进行配置，包括：8第一章绪论(1)任务配置：进行任务配置后能够支持自由运行、周期运行和事件触发方式的任务，能够参数化软件“看门狗 特性以及能够支持系统事件。(2)F O 配置：进行F O 配置后能够实现基于G S D 格式文件的P r o f i b u s 总线配置，实现基于E D S 格式文件的C A N o p e n 总线配置，实现A S I 配置

47、以及实现模块化F O 系统的客户配置。因此采用C o D c S y s 软件编程可以方便的对铁路救援起重机的控制模块进行实时的传送数据，方便在线的调试，大大的节省了人力资源和工作时间，也方便了后期的保养维护。1 6 论文的主要研究方法及其研究任务1 6 1 具体的研究方法本设计将采用C A N 总线中的C A N o p e n 协议与控制模块进行通信，应用C o D e S y s 软件对控制模块2 0 2 3 和控制模块2 0 2 4 在线进行编程，这样可以实时的对系统进行监控，省去了下载完后调试的过程。在对C o D e S y s 编程时将采用结构化语言编程方法，因为结构化语言看起来

48、比较直观，而且容易修改。在C o D e S y s I 具软件里对力限器的参数进行设计，使它完成一般情况下的工作任务，并且在转换工况作业时能在显示器界面及时的发出提醒信息。当工作在不平整的路面时可以调整四条支腿的平衡，根据实际作业情况的不同，有多种支腿工况供选择。并且在每个机械部件上安装有行程开关，实现对这些部件的硬件限位保护。以及对吊钩的起升和下降能达到匀速的控制，在吊挂重物时不会在中途产生“死机 的现象。本设计将会针对上述所提到的进行开发设计，由于整个系统采用的几乎全是国外的设备与技术，因此，在设计过程中不可避免的将会遇到各式各样的困难。其中，最主要的就是整个设备在技术方面的支持，我国现

49、在对于此控制系统还属于新兴的技术产业，许多拥有该产品设备的公司都是负责代理的，很少能在技术上提供帮助，因此将会在设计过程中产生不小的困难，这就需要在产品的开发过程中不断地专研与创新，以达到理想的成果。1 6 2 主要研究的任务：1 设计的电气控制系统操作简单，且为人机界面的形式，使得操作人员能够快速的进入工作状态。2 本系统能够在任何环境下稳定、长期、无故障的工作，尤其是在环境恶劣的情况下安全、稳定的运行。9大连交通人学I：学硕：学何论文3 设计的电气控制系统通过C A N 总线与力限器，显示器，电磁阀，控制手柄和电动机控制环节相衔接，能够通过主控芯片的强纠错能力使它们工作稳定。4 当操作人员

50、从操纵室发出指令时，设置好中断，防止与其它正在执行的命令发生冲突，因而产生死机的现象。5 运用C o D e S y s 软件编写程序，写入到铁路救援起重机的控制模块中，实现对其的电气控制。本章小结本章针对我国铁路救援起重机电气控制系统的发展进行了论述，结合国内外铁路救援起重机发展的状况提出了在整体系统、软硬件方面的发展要求，并指出了本课题的研究方向及具体的工作范围。1 0第：章铁路救援起霞机运行机构第二章铁路救援起重机运行机构铁路救援起重机作为一种铁路专用的起重设备，因为它能够沿铁路沿线运动，承担铁路沿线各种环境下的起重作业，具有良好的机动性和适应性，自投入运用以来就一直受到世界各国的高度重