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2022年2月1日

基于 PC 的控制技术助力国产轨道校直机蜚声海外

优化铁路轨道制造和校直

国内两家专业公司依赖倍福基于 PC 的控制技术的高性能生产高质量的铁轨:成都艾格科技有限公司用于生产无缝线路钢轨校直机以及中国铁路成都局集团有限公司由四台桥式起重机组成的串联式起重机吊装系统都配备了倍福控制系统。

坐落于成都现代工业园区的成都艾格科技有限责任公司成立于 2003 年,是隶属于西南交通大学科技产业集团的高新技术公司。公司目前已成功研发出 100 多款高科技设备,这些设备广泛应用于高铁、重载铁路、城市地铁、轻轨等轨道交通无缝线路建设工程作业中。无缝线路实现的关键在于钢轨焊,而钢轨焊接的平直度直接影响行车安全、轮轨使用寿命和旅客乘车舒适度。

由于钢轨在焊接过程中会在焊接接头出现上拱、侧弯等问题,因此无法在焊接过程中得到保证钢轨的平直度。而这正是艾格科技借助倍福 PC 平台研发升级的 RWCM-2500-A 型钢轨校直机的用武之地。此款校直机主要瞄准海外高端市场,实现因钢轨焊接后产生的焊接接头弯曲变形进行水平和垂直方向的自动检测,并根据检测的结果进行校直。它首先通过水平和垂直方向的线激光器扫描钢轨水平和垂直方向的平直度。由夹紧定位装置夹持固定后由上、下、前、后四个校直油缸实施校直,反复施加校直压力、检测,直至合格。用户算法采用的是基于模糊技术的模糊专家系统。

中国铁路总公司的串联式起重机吊装系统正在运送 100 米的铁轨。
中国铁路总公司的串联式起重机吊装系统正在运送 100 米的铁轨。

集成控制平台的校直机

艾格科技在综合评估系统多项指标后,决定采用倍福基于 PC 控制技术的完整解决方案。因为倍福的解决方案具有高可靠性和稳定性、结构简洁、远程易维护以及使用符合 IEC 61131-3 标准的统一编程标准。校直机使用性能强大的 CP22xx 系列多点触控面板型 PC(双核 Intel® Celeron® 处理器,2.2 GHz)做为主控制器实现整个控制功能。AX5000 系列伺服驱动器用于轴控制。环网结构中的 EtherCAT I/O 系统保证了数据的高速可靠传输。CP22xx 的高计算能力支持使用 C# 作为界面开发语言。这些数据与控制程序同步,并通过 ADS 实现了毫秒级的数据刷新。

校直控制的效果依赖于高质量的数据。数据库和规则库均来自于艾格科技在钢轨焊接接头的实践经验。以前使用的传统控制系统的数据处理存储能力相对较弱,艾格科技认为,倍福控制平台则提供了强大、高效的 TwinCAT Scope View 软件方便采集钢轨位置、弯曲度、施加力等数据,为模糊算法的核心数据库的建立提供了便利的实现手段。

强大的倍福硬件和软件平台提升了艾格科技的设备和系统性能。2019 年 11 月,配备倍福 PC 控制技术的第一台样机成功通过了对 60 kg/m 钢轨、UIC60 轨、UIC52 钢轨等的综合校直验证,顺利地通过了其印度客户 — 印度铁道部相关人员的验收。

高效和高精度控制串联式起重机吊装系统

据中国铁路成都局集团有限公司(成铁局)介绍,控制串联式起重机吊装应用关键的挑战在于提升运送长铁轨时的效率,既要防止钢轨在吊装过程中翘起,又要确保在吊起或放下钢轨时精确同步。公司通过倍福基于 PC 的控制技术在中国西南地区使用的用于运送单件钢轨(一般为 100 米长)吊装系统中成功地满足了这些需求。成铁局基于以下需求选择了他们的控制平台:

  • 一个性能强大的 CPU 用作主控制器协调每个起重机的功能
  • 出色的位置控制算法,可以精确、实时地控制桥式起重机的驱动速度和位置
  • 高速通信系统,确保及时执行各种起重机指令,以及主钩和副钩的锁定与协调
  • 一个高效、可靠的无线远程连接

具体来说,CX5120 嵌入式控制器(Intel Atom® 处理器,1.46 GHz)用作每台桥式起重机的主控制器,TwinCAT 软件用于实现逻辑功能,NC PTP 用于精确定位和同步桥式起重机。CX5120 记录外部位置信号和激光位移传感器中的数据,以便用于移动起重机和吊钩,并通过 EL5001 SSI 编码器接口端子模块升起/降低吊钩。位置控制和避免碰撞等功能通过标准的 TwinCAT NC 功能块实现。据中国铁路总公司称,这里实施的 1 毫秒控制周期时间显著提高了系统响应速度。

分布在整个桥式起重机结构中的传感器信号(如位置开关、限位开关、负载信号)通过配备 EK1100 EtherCAT 耦合器和 EL1809、EL2809 和 EL3154 EtherCAT 端子模块等产品的分布式子站进行控制。这些子站和各个模块通过 EtherCAT 连接,成铁局发言人认为,这也是确保快速、可靠传输所有信号的关键所在:“EtherCAT 的实时性能远远超过了传统的总线系统。我们的起重机操作人员表示,桥式起重机的控制灵敏度也有了很大的提高。”

由于几台桥式起重机之间的距离可以达到 25 米,操作人员的目视观测就显得尤为重要。因此,除了执行确保系统正常运行的严格的安全防范措施之外,还需要记录和监测行驶速度、桥式起重机之间的距离、起重机位置及轨道吊装高度等很多数据。中国铁路总公司的发言人认为,重要的是要有一个人性化的人机界面,它可以通过 ADS 高效、灵活地提供数据,因此,可以非常轻松地与各种开发软件包一起实施。更重要的是,TwinCAT Scope View 让用户能够轻松可靠地记录、监测、管理和分析运行状态、效率或故障及其原因。成铁局发言人总结道:“倍福基于 PC 的控制技术帮助我们显著提升了吊装系统的效率。控制系统的性能超出了我们的预期,赢得了我们工程师的赞誉。”