基于PLC和触摸屏的道岔转辙控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种既能减少实体按键数量，又具有便捷、高效、安全操作模式的一种基于PLC和触摸屏的道岔转辙控制系统及控制方法。

背景技术

CN107717182A、名称“一种基于PLC和触摸屏的马鞍形焊缝焊接控制系统”，包括焊接装置、控制系统；所述的焊接装置连接控制系统，其中，所述的焊接装置包括龙门架升降机构、焊枪上下提升机构、机身水平移动机构、机身回转机构、焊枪夹持机构；所述的龙门架升降机构安装减速电机Ⅰ，所述的焊枪上下提升机构安装交流伺服电机Ⅰ，所述的机身水平移动机构安装减速电机Ⅱ，所述机身回转机构安装交流伺服电机Ⅱ，所述焊枪夹持机构前端安装焊枪；所述减速电机Ⅰ、减速电机Ⅱ、交流伺服电机Ⅰ和交流伺服电机Ⅱ同时连接所述的控制系统；焊接装置和控制系统连接所用的电缆接线全部内置于塑料拖链内，便于防护和维修。该专利申请的控制对象与本申请不同，且不具备模拟动画、数据、状态显示功能，更不具备触摸屏给定操作命令功能。

论文《基于触摸屏与PLC的自动镗铣床控制系统研究》中，其系统以镗铣床的工作原理为研究对象，将PLC与触摸屏相结合，设计了多窗口操作画面。该论文研究的控制对象与本申请不同，且不具备模拟动画显示功能，更不具备触摸屏多级操作界面跳转保护功能。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种既能减少实体按键数量，又具有便捷、高效、安全操作模式的一种基于PLC和触摸屏的道岔转辙控制系统及控制方法。系统采集触摸屏上的控制命令，通过通讯协议发送给可编程控制器，再通过变频器驱动电机运转，实现触摸屏虚拟按健替代传统的实体按钮开关。本系统的触屏操作模式也可推广应用于复杂设备的电控系统中。

设计方案：为了实现上述设计目的。触摸屏采用分布式的操作界面，一级界面为主界面，设置有道岔的实时运转动画和全局状态，在一级界面完成操作并检测到一级机构已运转到位后，自动跳转至二级界面并可进行二级操作，以此类推完成三级操作；每一级的操作均采用一键联动运行，当需要点动控制时，可切换至点动界面进行点动操作。这种向导式的操作模式，不仅降低了操作难度，也降低了误操作的风险。

每一级操作界面均设计有模拟动画，能根据设备的运行工况和检测到的数据信息，实时显示设备的运转动画；相比传统的文本框显示运行状态，这种模拟动画显示方式能更直观的反映设备的运转状态。

架空式单轨道岔结构如图1至3所示，系统共由4组主要部件（车挡机构、转辙机构、1#锁销机构、2#锁销机构）组成，各总成部件共同作用完成系统功能。本方案所涉及的电控系统工作原理如图4所示。按照控制功能需求设置有点动、联动的控制方式，下述内容仅说明道岔从正线位向侧线位转辙的过程。

点动时，在触摸屏上给定车挡顶升操作指令，通过通讯协议将操作指令经由交换机发送给可编程控制器，控制器内部进行一系列逻辑运算后，输出模块驱动车挡机构正转接触器吸合，车挡电机得电启动，通过机构上的限位开关检测到车挡顶升到位后自动停止运转，触摸屏自动跳转至1#锁销控制界面。

车挡顶升到位后，1#锁销机构获得控制权限。在触摸屏上给定1#锁销解锁操作指令，通过通讯协议将操作指令经由交换机发送给可编程控制器，控制器内部进行一系列逻辑运算后，输出模块驱动1#锁销机构反转接触器吸合，1#锁销电机得电启动，通过机构上的限位开关检测到1#锁销解锁到位后自动停止运转，触摸屏自动跳转至转辙机构控制界面。

1#锁销解锁到位后，转辙机构获得控制权限。在触摸屏上给定道岔右转操作指令，通过通讯协议将操作指令经由交换机发送给可编程控制器，控制器内部进行一系列逻辑运算后，通过通讯协议将控制指令经由交换机发送给变频器，变频器驱动转辙机构反转运行，通过转辙电机尾部安装的编码器检测到转辙机构右转到位后自动停止运转触摸屏自动跳转至2#锁销机构控制界面。

转辙机构右转到位后，2#锁销机构获得控制权限。在触摸屏上给定2#锁销闭锁操作指令，通过通讯协议将操作指令经由交换机发送给可编程控制器，控制器内部进行一系列逻辑运算后，输出模块驱动2#锁销机构正转接触器吸合，2#锁销电机得电启动，通过机构上的限位开关检测到2#锁销闭锁到位后自动停止运转，触摸屏自动跳转至主界面。

联动时，在触摸屏上给定侧线位转正线位联动给定指令，通过通讯协议将操作指令经由交换机发送给可编程控制器，控制器内部进行一系列逻辑运算后，输出模块依次驱动车挡顶升、1#锁销解锁、道岔右转、2#锁销闭锁的全过程。

技术方案1：一种基于PLC和触摸屏的道岔转辙控制系统，对架空式单轨道岔的车挡机构、转辙机构、1#锁销机构、2#锁销机构进行控制和检测，实现了道岔一键式联动、多级界面跳转保护的点动控制功能及模拟动画显示功能，控制系统由触摸屏、可编程控制器、变频器、电机、限位开关及编码器组成。

技术方案2：一种基于PLC和触摸屏的道岔转辙控制系统的控制方法，其特征是：道岔在侧线位时，车辆A从2-侧线位道岔梁上驶入侧线后停车等待，道岔从侧线位向正线位转辙，车挡电机启动正转车挡机构上升，车挡顶升到位限位动作，车挡电机停止运转；6-1#锁销电机启动反转，5-1#锁销机构解锁，13-1#锁销解锁限位动作，6-1#锁销电机停止运转；转辙电机启动反转，转辙机构右转，道岔右转到位限位动作生成正线位到位信号，转辙电机尾部编码器反馈数值满足正线位到位条件，转辙电机停止运转；8-2#锁销电机启动正转，7-2#锁销机构闭锁，闭锁到位表示限位动作生成闭锁到位信号，16-2#锁销闭锁限位动作，8-2#锁销电机停止运转。由正线位到位信号和闭锁到位信号共同生成正线位表示信号；待道岔生成正线位表示信号，车辆B从直线位道岔梁上驶过后，道岔方可从正线位向侧线位转辙，8-2#锁销电机启动反转，7-2#锁销机构解锁，15-2#锁销解锁限位动作，8-2#锁销电机停止运转；转辙电机启动正转，转辙机构左转，道岔左转到位限位动作生成侧线位到位信号，转辙电机尾部编码器反馈数值满足侧线位到位条件，转辙电机停止运转；6-1#锁销电机启动正转，5-1#锁销机构闭锁，闭锁到位表示限位动作生成闭锁到位信号，14-1#锁销闭锁限位动作，6-1#锁销电机停止运转；车挡电机启动反转，车挡机构下落，车挡下落到位限位动作，车挡电机停止运转，由侧线位到位信号和闭锁到位信号共同生成侧线位表示信号。

本发明与背景技术相比，一是采用向导式的操作界面，操作简单，降低了误操作的机率；二是一键式联动运行模式，智能化程度高，提升了系统的可靠性；三是触摸屏各级操作界面的模拟动画视图，高度了还原设备的真实运转状态，有利于操作人员对设备运转情况的把控；四是转辙机构的变频器采用基本定位功能技术，提高了设备运转精度；五是系统设置有各机构的单动模式，方便日常检修。

附图说明

图1是道岔机械结构及电气件布置的正视示意图。

图2是图1俯视示意图。

图3是图1中B向剖视示意图。

图4是电控系统工作原理图。

图5是触摸屏操作流程图。

图1—图3中：1-直线位道岔梁 2-侧线位道岔梁 3-车挡机构 4-车挡电机 5-1#锁销机构 6-1#锁销电机 7-2#锁销机构 8-2#锁销电机 9-转辙机构 10-转辙电机 11-车挡顶升到位限位 12-车挡下落到位限位 13-1#锁销解锁限位 14-1#锁销闭锁限位 15-2#锁销解锁限位 16-2#锁销闭锁限位 17-道岔左转到位限位 18-道岔右转到位限位 19-闭锁到位表示限位 20-回转中心轴 21-锁销块 22-电气房。

3-车挡机构由4-车挡电机、11-车挡顶升到位限位、12-车挡下落到位限位及机械件构成；

5-1#锁销机构由6-1#锁销电机、13-1#锁销解锁限位、14-1#锁销闭锁限位及机械件构成；

7-2#锁销机构由8-2#锁销电机、15-2#锁销解锁限位、16-2#锁销闭锁限位及机械件构成；

9-转辙机构由10-转辙电机、17-道岔左转到位限位、18-道岔右转到位限位及机械件构成；转辙动作时绕20-回转中心轴转动；

19-闭锁到位表示限位、21-锁销块为5-1#锁销机构和7-2#锁销机构的锁闭状态检测装置；

电气控制柜安装在22-电气房中。

具体实施方式

参照附图1-5。一种基于PLC和触摸屏的道岔转辙控制系统，主要是对架空式单轨道岔的车挡机构、转辙机构、1#锁销机构、2#锁销机构进行控制和检测，实现了道岔一键式联动、多级界面跳转保护的点动控制功能、及模拟动画显示功能等。该系统由触摸屏、可编程控制器、变频器、电机、限位开关及编码器等部件组成。

触摸屏作为人机交互单元，主要作用是采集操作指令、显示模拟动画、显示与存储各类数据等。主画面为系统登录页，设置有账户管理和系统登录两个入口。进入账户管理界面，可新建或删除用户，也可对设备运行数据进行维护；登录系统后，进入点动、联动选择界面，在该界面中，可对操作模式进行选择。

在点动界面，通过系统智能判断道岔目前所在的位置。当系统判断道岔在侧线位时，画面自动跳转至车挡顶升给定命令画面，点动给定车挡顶升命令，车挡机构点动顶升运行，长按则持续动作，待车挡机构顶升到位后自动停止运转，画面随即自动跳转至1#锁销解锁给定命令画面；点动给定1#锁销解锁命令，1#锁销机构点动解锁运行，长按则持续动作，待1#锁销机构解锁到位后自动停止运转，画面随即自动跳转至道岔右转给定命令画面；点动给定道岔右转命令，道岔点动右转运行，长按则持续动作，待道岔右转到位后自动停止运转，画面随即自动跳转至2#锁销闭锁给定命令画面；点动给定2#锁销闭锁命令，2#锁销点动闭锁运行，长按则持续动作，待2#锁销闭锁到位后自动停止运转，画面随即跳回主画面，显示正线位表示信号。当系统判断道岔在正线位时，画面自动跳转至2#锁销解锁给定命令画面，点动给定2#锁销解锁命令，2#锁销机构点动解锁运行，长按则持续动作，待2#锁销机构解锁到位后自动停止运转，画面随即自动跳转至道岔左转给定命令画面；点动给定道岔左转命令，道岔转辙机构点动左转运行，长按则持续动作，待道岔转辙机构左转到位后自动停止运转，画面随即自动跳转至1#锁销闭锁给定命令画面；点动给定1#锁销闭锁命令，1#锁销机构点动闭锁运行，长按则持续动作，待1#锁销闭锁到位后自动停止运转，画面随即自动跳转至车挡下落给定命令画面；点动给定车挡下落命令，车挡机构点动下落运行，长按则持续动作，待车挡下落到位后自动停止运转，画面随即跳回主画面，显示侧线位表示信号。

在联动界面，通过系统智能判断道岔目前所在的位置。当系统判断道岔在侧线位时，画面自动跳转至侧线位转正线位联动给定命令画面，给定侧线位正侧线位联动命令后道岔随即自动运转，按设定时序依次完成车挡顶升、1#锁销解锁、道岔右转、2#锁销闭锁的全过程后，画面随即跳回主画面，显示正线位表示信号；当系统判断道岔在正侧线位时，画面自动跳转至正线位转侧线位联动给定命令画面，给定正线位转侧线位联动命令后道岔随即自动运转，按设定时序依此完成2#锁销解锁、道岔左转、1#锁销闭锁、车挡下落的全过程后，画面随即跳回主画面，显示侧线位表示信号。

可编程控制器作为控制系统的神经中枢，主要作用是通过通讯协议读写变频器、编码器及触摸屏上的指令和数据，通过输入模块采集各断路器、接触器及限位开关等电气元件的开关量信号进行逻辑运算，输出模块依据运算结果驱动各机构接触器，最终实现电机运转。

转辙电机尾端配置编码器，将电机的实际转速反馈给变频器，形成闭环控制回路，提升控制精度；编码器作为转辙机构位置的测量器件，能实时将检测数据通过通讯协议发送给可编程控制器，再将处理后的数据发送至触摸屏显示。

道岔的运行方法是：道岔在侧线位时，车辆A从侧线位道岔梁2上驶入侧线后停车等待，道岔从侧线位向正线位转辙，车挡电机4启动正转，车挡机构3上升，车挡11顶升到位限位动作，车挡电机4停止运转；6-1#锁销电机启动反转，5-1#锁销机构解锁，13-1#锁销解锁限位动作，6-1#锁销电机停止运转；转辙电机10启动反转，转辙机构9右转，道岔18右转到位限位动作生成正线位到位信号，转辙电机10尾部编码器反馈数值满足正线位到位条件，转辙电机10停止运转；8-2#锁销电机启动正转，7-2#锁销机构闭锁，闭锁到位表示限位动19作生成闭锁到位信号，16-2#锁销闭锁限位动作，8-2#锁销电机停止运转。由正线位到位信号和闭锁到位信号共同生成正线位表示信号。

待道岔生成正线位表示信号，车辆B从直线位道岔梁1上驶过后，道岔方可从正线位向侧线位转辙，8-2#锁销电机启动反转，7-2#锁销机构解锁，15-2#锁销解锁限位动作，8-2#锁销电机停止运转；转辙电机10启动正转，转辙机构9左转，道岔左转到位限位动17作生成侧线位到位信号，转辙电机10尾部编码器反馈数值满足侧线位到位条件，转辙电机10停止运转；6-1#锁销电机启动正转，5-1#锁销机构闭锁，闭锁到位表示限位动19作生成闭锁到位信号，14-1#锁销闭锁限位动作，6-1#锁销电机停止运转；车挡电机4启动反转，车挡机构3下落，车挡下落到位限位动作12，车挡电机4停止运转。由侧线位到位信号和闭锁到位信号共同生成侧线位表示信号。

待生成侧线位表示信号后，车辆A方可从侧线位道岔梁2上驶离。

车挡机构3的作用就是当侧线位表示信号断开时，确保驶入侧线停车等待的车辆A不能驶入道岔区，确保行车安全的装置。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。