優(yōu)化鐵路軌道制造和校直

國內(nèi)兩家專業(yè)公司依賴倍福基于 PC 的控制技術(shù)的高性能生產(chǎn)高質(zhì)量的鐵軌：成都艾格科技有限公司用于生產(chǎn)無縫線路鋼軌校直機(jī)以及中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司由四臺橋式起重機(jī)組成的串聯(lián)式起重機(jī)吊裝系統(tǒng)都配備了倍福控制系統(tǒng)。

坐落于成都現(xiàn)代工業(yè)園區(qū)的成都艾格科技有限責(zé)任公司成立于 2003 年，是隸屬于西南交通大學(xué)科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的高新技術(shù)公司。公司目前已成功研發(fā)出 100 多款高科技設(shè)備，這些設(shè)備廣泛應(yīng)用于高鐵、重載鐵路、城市地鐵、輕軌等軌道交通無縫線路建設(shè)工程作業(yè)中。無縫線路實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于鋼軌焊，而鋼軌焊接的平直度直接影響行車安全、輪軌使用壽命和旅客乘車舒適度。

由于鋼軌在焊接過程中會在焊接接頭出現(xiàn)上拱、側(cè)彎等問題，因此無法在焊接過程中得到保證鋼軌的平直度。而這正是艾格科技借助倍福 PC 平臺研發(fā)升級的 RWCM-2500-A 型鋼軌校直機(jī)的用武之地。此款校直機(jī)主要瞄準(zhǔn)海外高端市場，實(shí)現(xiàn)因鋼軌焊接后產(chǎn)生的焊接接頭彎曲變形進(jìn)行水平和垂直方向的自動檢測，并根據(jù)檢測的結(jié)果進(jìn)行校直。它首先通過水平和垂直方向的線激光器掃描鋼軌水平和垂直方向的平直度。由夾緊定位裝置夾持固定后由上、下、前、后四個校直油缸實(shí)施校直，反復(fù)施加校直壓力、檢測，直至合格。用戶算法采用的是基于模糊技術(shù)的模糊專家系統(tǒng)。

集成控制平臺的校直機(jī)

艾格科技在綜合評估系統(tǒng)多項指標(biāo)后，決定采用倍福基于 PC 控制技術(shù)的完整解決方案。因?yàn)楸陡５慕鉀Q方案具有高可靠性和穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)簡潔、遠(yuǎn)程易維護(hù)以及使用符合 IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一編程標(biāo)準(zhǔn)。校直機(jī)使用性能強(qiáng)大的 CP22xx 系列多點(diǎn)觸控面板型 PC（雙核 Intel? Celeron? 處理器，2.2 GHz）做為主控制器實(shí)現(xiàn)整個控制功能。AX5000 系列伺服驅(qū)動器用于軸控制。環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的 EtherCAT I/O 系統(tǒng)保證了數(shù)據(jù)的高速可靠傳輸。CP22xx 的高計算能力支持使用 C# 作為界面開發(fā)語言。這些數(shù)據(jù)與控制程序同步，并通過 ADS 實(shí)現(xiàn)了毫秒級的數(shù)據(jù)刷新。

校直控制的效果依賴于高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫均來自于艾格科技在鋼軌焊接接頭的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。以前使用的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理存儲能力相對較弱，艾格科技認(rèn)為，倍福控制平臺則提供了強(qiáng)大、高效的 TwinCAT Scope View 軟件方便采集鋼軌位置、彎曲度、施加力等數(shù)據(jù)，為模糊算法的核心數(shù)據(jù)庫的建立提供了便利的實(shí)現(xiàn)手段。

強(qiáng)大的倍福硬件和軟件平臺提升了艾格科技的設(shè)備和系統(tǒng)性能。2019 年 11 月，配備倍福 PC 控制技術(shù)的第一臺樣機(jī)成功通過了對 60 kg/m 鋼軌、UIC60 軌、UIC52 鋼軌等的綜合校直驗(yàn)證，順利地通過了其印度客戶 — 印度鐵道部相關(guān)人員的驗(yàn)收。

中國鐵路總公司的串聯(lián)式起重機(jī)吊裝系統(tǒng)正在運(yùn)送 100 米的鐵軌。

高效和高精度控制串聯(lián)式起重機(jī)吊裝系統(tǒng)

據(jù)中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司（成鐵局）介紹，控制串聯(lián)式起重機(jī)吊裝應(yīng)用關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于提升運(yùn)送長鐵軌時的效率，既要防止鋼軌在吊裝過程中翹起，又要確保在吊起或放下鋼軌時精確同步。公司通過倍福基于 PC 的控制技術(shù)在中國西南地區(qū)使用的用于運(yùn)送單件鋼軌（一般為 100 米長）吊裝系統(tǒng)中成功地滿足了這些需求。成鐵局基于以下需求選擇了他們的控制平臺：

一個性能強(qiáng)大的 CPU 用作主控制器協(xié)調(diào)每個起重機(jī)的功能

出色的位置控制算法，可以精確、實(shí)時地控制橋式起重機(jī)的驅(qū)動速度和位置

高速通信系統(tǒng)，確保及時執(zhí)行各種起重機(jī)指令，以及主鉤和副鉤的鎖定與協(xié)調(diào)

一個高效、可靠的無線遠(yuǎn)程連接

具體來說，CX5120 嵌入式控制器（Intel Atom? 處理器，1.46 GHz）用作每臺橋式起重機(jī)的主控制器，TwinCAT 軟件用于實(shí)現(xiàn)邏輯功能，NC PTP 用于精確定位和同步橋式起重機(jī)。CX5120 記錄外部位置信號和激光位移傳感器中的數(shù)據(jù)，以便用于移動起重機(jī)和吊鉤，并通過 EL5001 SSI 編碼器接口端子模塊升起/降低吊鉤。位置控制和避免碰撞等功能通過標(biāo)準(zhǔn)的 TwinCAT NC 功能塊實(shí)現(xiàn)。據(jù)中國鐵路總公司稱，這里實(shí)施的 1 毫秒控制周期時間顯著提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度。

分布在整個橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)中的傳感器信號（如位置開關(guān)、限位開關(guān)、負(fù)載信號）通過配備 EK1100 EtherCAT 耦合器和 EL1809、EL2809 和 EL3154 EtherCAT 端子模塊等產(chǎn)品的分布式子站進(jìn)行控制。這些子站和各個模塊通過 EtherCAT 連接，成鐵局發(fā)言人認(rèn)為，這也是確保快速、可靠傳輸所有信號的關(guān)鍵所在：“EtherCAT 的實(shí)時性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的總線系統(tǒng)。我們的起重機(jī)操作人員表示，橋式起重機(jī)的控制靈敏度也有了很大的提高。”

由于幾臺橋式起重機(jī)之間的距離可以達(dá)到 25 米，操作人員的目視觀測就顯得尤為重要。因此，除了執(zhí)行確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的嚴(yán)格的安全防范措施之外，還需要記錄和監(jiān)測行駛速度、橋式起重機(jī)之間的距離、起重機(jī)位置及軌道吊裝高度等很多數(shù)據(jù)。中國鐵路總公司的發(fā)言人認(rèn)為，重要的是要有一個人性化的人機(jī)界面，它可以通過 ADS 高效、靈活地提供數(shù)據(jù)，因此，可以非常輕松地與各種開發(fā)軟件包一起實(shí)施。更重要的是，TwinCAT Scope View 讓用戶能夠輕松可靠地記錄、監(jiān)測、管理和分析運(yùn)行狀態(tài)、效率或故障及其原因。成鐵局發(fā)言人總結(jié)道：“倍福基于 PC 的控制技術(shù)幫助我們顯著提升了吊裝系統(tǒng)的效率。控制系統(tǒng)的性能超出了我們的預(yù)期，贏得了我們工程師的贊譽(yù)。”