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摘要：水上飞车是游乐公司为丰富国内外水上游乐设备，带给游客全新体验而开发的一种新产品。为了深层次了解这款产品的使用性能，剖析飞车在整个滑道运行的工作原理，采用硬件设施加软件系统相结合的方式，对水上飞车的电气控制系统设计作分析。经过分析在站台和输送机提升区域，电控系统硬件和软件部分起主导作用，保障设施的安全性能。为其他同类产品作了较好的推广，明确了电控系统在设备运行中的重要性。
关键词：水上飞车；输送机；电气控制系统；工作原理
0引言
水上飞车，型号：HSFC01，是近年来研发设计的一款新型产品，适合游客2—4人共乘，通过输送机的提升和水流的推力作用下变化运动轨迹。整个滑道长510m左右，游客乘坐在飞车上，固定好安全装置，握紧扶手，在输送机的作用下，经三级提升后到达设备最高处，利用初始的动能和势能沿滑行道自由滑行，经俯冲段滑行，体验非自主滑行的惊险之旅。飞车从站台通过控制按钮控制出发，沿钢结构水槽滑道，在水流（水流速度0.8m/s）推动下，使飞车前进；经一级提升装置提升，飞车进入二层水槽滑道，在水流的推动下行走一段路程，通过二级提升装置提升，飞车进入到三层水槽滑道内；同样在水流的推动下，经三级提升装置提升进入滑行段，利用飞车机身的动能和势能，沿滑行道滑行，并进入俯冲段，沿一定角度俯冲，充分体验到非自主滑行的刺激快感，随后进入落水池，在落水池内减速后停在落水池中，沿水槽在水流推动力下回到站台，飞车完成一次完整的运行过程。
1站台
站台分为游客候乘区域和游客疏散区域，全部采用钢架结构，通过螺栓联接。分别安装在站台水槽的外侧和内侧，疏散游客区域是通过天桥疏散游客。站台水槽内有出发、停止的阻挡装置。滑道水槽内有0.6m水深，飞车在停车气缸的作用下，静止在站台区水槽内。站台内有3处飞车停车位置，第一台飞车出发离开站台以后，产生红外感应信号，通过位置感应信号可知道第一台飞车发出多久，并对可以发第二台飞车有个提示信号，操作人员可根据飞车载人情况，来操控发车时机，保证前后飞车的间隔距离。飞车运行一个循环周期后，进入站台前经红外感应开关检测，当有信号或提示音提示有飞车即将进入站台，操作人员根据站台区已占用停车气缸位置，合理操作空余位置的气缸，让刚进入站台的飞车停在合适位置，方便人员下车。站台区停车气缸由一台功率为2.2kW的空压机控制供气，配置专门的空压机电控箱，停车气缸气压信号介于设定低压和高压之间时，空压机正常运行，空压机在气压信号到达设定高压后自动停止运行[7]。站台的3个停车装置分为自动和手动两种形式，3个停车位置可分别手动控制。
2输送机提升
输送机提升包括三级提升装置，每级提升装置的提升速度为0.8m/s，提升倾角约22.5°，其中一级提升装置将飞车从相对标高0.48m水流段提升至4.48m水流段，二级提升装置将飞车从相对标高4.48m水流段提升至8.48m水流段，三级提升装置将飞车从相对标高8.48m水流段提升至12.48m水流段。输送带提升装置由位于输送带顶部的电机驱动，输送机的控制分工作状态和维护状态两种控制模式，在站台区也可进行输送机的控制，输送机的故障和运行信号会实时反馈到站台区的控制面板上。
2.1输送机硬件
每级输送提升机电机均为5.5kW，且提升高度均一样。输送机控制只允许单向运行，因输送提升机电机功率较低，起动电流不大，适合采用直接起动方式[8]，起动平稳后保持提升机匀速运转，使飞车平稳的过渡到输送带提升运行。因考虑到柜内较多电气元件及开关电源、主控PLC的安装，输送提升机的动力控制柜在室内安装，输送机动力控制柜和空压机系统电控箱电源从同一个总配电柜引来[2]。输送机动力部分设计控制原理图如图2所示。每级输送提升机区域分段装设红外感应开关，检测飞车所处位置[6]。以一级输送提升为例，飞车进入一级提升装置后，在输送提升机区域的始端、中端和末端3个位置分别设置红外感应开关，飞车经过这些感应开关时，依次有相应的信号反馈到主控PLC，在站台区的操作人员通过面板指示灯明确飞车所处区域。
2.2输送机软件部分
主控PLC采用三菱FX3GA系列，IO端口有36个输入点和24个输出点，输出类型为继电器输出型[3]。采集的输入信号包含输送提升机运转检测、提升电机控制模式选择、三级提升装置提升区位置检测（分别有始中末3个位置检测）、离开站台区的滑道始端位置检测、进入站台区的滑道末端位置检测、站台区控制箱的发射信号、复位信号和急停信号等[4-5]。输入/输出端口的电路图设计如图3所示。现结合前两台飞车（以下简称1#飞车、2#飞车）的发车及运行过程来分析软件部分的逻辑控制功能。输送机提升电机和推流给水泵启动完毕，开始运行，PLC输入端X0、X1采集到信号，准备就绪工作即已完成。操作人员确认后在站台区按下发射按钮（对应输入点X25），停车气缸电磁阀YV1得电，气缸开启1#飞车发车，在水流推动力作用下1#飞车到达一级输送提升区，在输送带的作用下1#飞车向上提升运行。如果一级提升中端检测不到1#飞车通过的信号，则判断为1#飞车提升未成功，同时发出报警信号并禁止发射2#飞车，需排除相应故障后保证1#飞车依次通过中端和末端红外感应位置，检测1#飞车提升成功，则系统判断1#飞车通过第一阶段并且输出指示灯HY1常亮，操作人员根据这个信号（指示灯HY1亮）确认1#飞车已通过一级提升区，按下发射按钮，气缸电磁阀YV2得电，对应的气缸开启2#飞车开始发车。1#飞车到达二层水槽水流段后，沿着水流推流方向进入二级输送提升装置，同理，二级提升的中端感应开关检测作为1#飞车是否提升成功的依据。如1#飞车在二级提升区且未检测到1#飞车通过中端信号，则发出报警，站台区禁止操作人员发射飞车，同时停止一级和二级提升机的运行，待故障完全排除，操作人员故障复位后方可继续运行。1#飞车通过二级提升区末端后，系统判断1#飞车通过第二阶段，输出指示灯HG1常亮。1#飞车通过二级提升到达三层水槽水流段，通过水流推流进入三级提升区，正常情况下1#飞车在输送提升机作用下依次通过三级提升区始端、中端和末端，相应位置的红外感应开关采集到信号，传递到PLC输入端，信号依次都接收后经PLC逻辑判断，输出1#飞车通过第三阶段的信号，指示灯HR1常亮。如1#飞车在三级提升区提升未成功，则要同时停止3个提升区的提升机运行，排除完故障并经故障复位后才可操作提升运行。1#飞车三级提升完毕后进入三层水槽滑行道自由滑行，抵达俯冲区，在滑道润滑水助力下沿一定角度俯冲，进入落水池，随着水流方向进入滑道水槽，并继续向前滑行。经过站台区的滑道末端位置检测（输入信号X24），判断1#飞车到位，三个阶段的指示灯HY1、HG1、HR1熄灭，1#飞车完成一个循环周期的运行。同样，2#飞车在三级输送机提升也会经过提升区始端、中端和末端红外感应开关的检测，并将中端感应检测作为2#飞车提升成功与否的判别标准，2#飞车通过这三个提升区的阶段指示灯定义为HY2、HG2、HR2，指示灯HY2常亮表示站台区操作人员可操控下一台飞车出发，三盏指示灯都亮说明2#飞车已完成三个阶段的输送提升，完成俯冲区滑行后2#飞车经水槽水流推动回到站台区，触发滑道末端感应开关时，2#飞车对应三盏指示灯亮灭状态置零，回到初始状态。综上所述，1#飞车和2#飞车先后发车，最后回到站台区，完成一个循环周期行程。飞车在运行过程的位置信号即为PLC的输入端信号采集，在系统高效稳定的逻辑运算处理下，完成飞车在各个阶段的判断，实时显示到站台区控制面板上，告知操作人员下一步的准确操作。
3结束语
水上飞车站台区和输送提升区是整体设计的关键区域，也是分布电气控制系统最广泛的区域。通过站台区和输送提升区的控制系统设计作分析，深层次的了解整个设备的系统架构和工作原理，明确硬件和软件设施在系统中的主导作用，为设备安全性能提供保障[1]，也丰富了游乐设备的可玩性。
参考文献：
［1］陈雁新.浅谈水上游乐设施电气设备安全［J］.机电工程技术，2005（03）：100-101.
［2］郭玉娇.我国游乐设备电气维护技术的创新与应用［J］.民营科技，2017（05）：55.
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［4］王洲.PLC集中控制技术在带式输送机上的应用分析［J］.机械管理开发，2018（08）：208-209.
［5］朱望德.三菱PLC在带式输送机控制系统的应用［J］.矿山机械，2009（01）：74-77.
［6］黄鹤.基于漂流提升区输送带优化改进［J］.设备管理与维修，2016（05）：61-62.
［7］张冬梅.空气压缩机中气体压力开关的改进［J］.高校实验室工作研究，2001（04）.
［8］陈磊.浅谈异步电机起动控制及其保护［J］.机电信息，2012（09）.
作者:李飞 单位:广州海山游乐科技股份有限公司