羅世民

（華東交通大學(xué) 軌道交通學(xué)院，南昌 330013）

0 引言

資料顯示，目前我國鐵路空調(diào)列車供電的主要方式是由安裝在車上的三臺300KW柴油發(fā)電機組,向列車提供600KW的電能（一臺機組備用）的柴油機發(fā)電站，即發(fā)電車供電[1]。當(dāng)前，柴油發(fā)電機組仍采用繼電器-接觸器控制與儀表監(jiān)測系統(tǒng)[2]，因此，在運行過程中，一方面由于控制系統(tǒng)的觸點多,且長時間有大電流通過而不可避免的造成系統(tǒng)的壽命短、可靠性差、維修工作量大、故障不容易查找等問題，同時，由于儀表監(jiān)測方式無法自動記錄相關(guān)數(shù)據(jù),為保證車輛的運行安全，《客車空調(diào)三機檢修及運用管理規(guī)程》規(guī)定，發(fā)電車運行時每隔一小時要記錄一次數(shù)據(jù)，按每次列車單程運行時間為12～13小時計算，則一個往返需要記錄近700個數(shù)據(jù)，增加操作人員的勞動強度[3,4]。

基于日本三菱電機公司的Control & Communication Link （CC-Link）的鐵路發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對鐵路發(fā)電車的自動監(jiān)測，降低設(shè)備故障率，減輕工作人員的勞動強度。

1 微機監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案

圖1 空調(diào)發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)總體方案

如圖1所示，根據(jù)空調(diào)發(fā)電車運行的實際情況，監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計分兩大塊:硬件總體設(shè)計和軟件總體設(shè)計。設(shè)計時采用模塊設(shè)計,總體分為數(shù)據(jù)(信號)采集與處理分析模塊、機組運轉(zhuǎn)控制模塊。

數(shù)據(jù)(信號)采集與處理分析模塊主要功能是完成溫度、壓力等信號的采集,進(jìn)行模擬信號的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換和補償,同時將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析計算,并和給定工況條件進(jìn)行對比計算分析,將結(jié)果保存,以供顯示輸出和控制模塊調(diào)用。

機組運轉(zhuǎn)控制模塊主要功能是根據(jù)數(shù)據(jù)(信號)采集與處理分析模塊處理結(jié)果,進(jìn)行控制信號的處理,控制相應(yīng)的動作器件調(diào)節(jié)受控量的數(shù)值和狀態(tài)。

2 微機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

如圖2所示為應(yīng)用CC-Link技術(shù)實現(xiàn)鐵路發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案。系統(tǒng)由上位機、主站模塊、柴油發(fā)電機組監(jiān)控模塊、供配電裝置監(jiān)控模塊與冷卻風(fēng)機控制模塊五部分組成。

1）主站模塊：主站Q02H CPU模塊通過擴展CC-Link模塊QJ61BT11后，采用CC-Link現(xiàn)場總路線專用電纜FANC-SB引出現(xiàn)場總線，從而構(gòu)成一個全分布式的現(xiàn)場總路線網(wǎng)絡(luò)。選用上位機（選用三菱GT1575型觸摸屏）進(jìn)行串行（RS-232C）與主站CPU通信。應(yīng)用基于PC平臺的GT Designer2軟件完成上位機應(yīng)用軟件設(shè)計。

2） 供配電裝置監(jiān)控模塊：選用三菱AE2000-SWA低壓斷路器作為供電系統(tǒng)對外供電的開關(guān)，AE-SW的CC-Link接口模塊（BIF-CC）是AE-SW低壓路器與CC-Link網(wǎng)絡(luò)的接口，它是CC-Link的子站，通過連接可以接受主站的監(jiān)控，實現(xiàn)對供電系統(tǒng)的電壓、電流、功能的監(jiān)測，對AE-SW低壓路器的遠(yuǎn)程控制。

3）柴油發(fā)電機組監(jiān)控模塊：選用三套三菱單元式PLC及擴展模塊（FX2N-48MR、FX2N-4AD），實現(xiàn)對三臺柴油發(fā)電機組的控制。三臺PLC之間應(yīng)用485BD連接，實現(xiàn)N：N網(wǎng)絡(luò)連接，同時，選用FX2N-32CCL實現(xiàn)與CC-Link網(wǎng)絡(luò)連接。這樣，三臺柴油發(fā)電機組既可單獨控制，也可通過主站實現(xiàn)監(jiān)控。

4）冷卻風(fēng)機控制模塊：選用遠(yuǎn)程AJ65SBTB1-16DT 復(fù)合模塊（8個輸入點、16個輸出點）實現(xiàn)對冷卻風(fēng)機的控制。

3 微機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

圖2 鐵路發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案

根據(jù)發(fā)電車實際運行情況及要求，在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，微機監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是完成所要達(dá)到的監(jiān)控功能的軟件的設(shè)計。下面以1號機組供配電裝置監(jiān)控模塊的軟件設(shè)計為例，闡述微機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程及關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 QJ61BT11N模塊、BIF-CC模塊與BIF-CON模塊

QJ61BT11N模塊是三菱Q系列PLC構(gòu)建CCLink現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的主站模塊。

BIF-CC模塊是AE-SW型斷路器和開放式現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)CC-Link間的接口，它是CC-Link的子站（占有1站的遠(yuǎn)程設(shè)備站）。BIF-CC模塊的各測量值、設(shè)定項目有各自的專用命令，針對BIF-CC模塊要求內(nèi)容（監(jiān)視或設(shè)定）不同，數(shù)據(jù)構(gòu)成也不相同。主站與BIF-CC模塊間通過遠(yuǎn)程寄存器RWr/RWw進(jìn)行字?jǐn)?shù)據(jù)通信,可以利用順序控制程序?qū)⒃O(shè)定測量項目的命令和附屬數(shù)據(jù)寫入主站的遠(yuǎn)程寄存器RWw，實現(xiàn)監(jiān)視各測量值的設(shè)定。通過連接可以接受CC-Link主站的監(jiān)控。

BIF-CON模塊是BIF-CC模塊的拓展模塊，由BIF-CC模塊提供控制電源。通過連接，驅(qū)動BIF-CC模塊的RY8、RY9與RYA等I/O軟元件，可以實現(xiàn)對AE-SW斷路器的分勵脫扣裝置、合閘線圈和電動儲能線圈控制[6]。

3.2 CC-Link網(wǎng)絡(luò)運行設(shè)置

CC-Link網(wǎng)絡(luò)運行設(shè)置可分為硬件設(shè)置和軟件設(shè)置兩類。

1）硬件設(shè)置開關(guān)包括站設(shè)置與傳送數(shù)率/模式設(shè)置。

表1 1號機組供配電裝置監(jiān)控模塊硬件設(shè)置

如表1所示為1號機組供配電裝置監(jiān)控模塊硬件設(shè)置。

2）CC-Link網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)置主要包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與自動刷新參數(shù)設(shè)置。

如表2所示為1號柴油發(fā)電機組供配電裝置微機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)置。

表2 1號柴油發(fā)電機組供配電裝置微機監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)/自動刷新參數(shù)

3.3 順控程序設(shè)計

運用基于PC平臺的GX-Developer軟件可完成PLC順序控制程序的編制。如表3所示為1號柴油發(fā)電機組供配電裝置微機監(jiān)控系統(tǒng)通訊地址分配情況。如圖3所示為1號機組供配電系統(tǒng)PLC順序控制程序流程。程序初始化階段，將變址寄存器Z0復(fù)位，并將PLC欲向BIF-CC模塊發(fā)送的設(shè)定測量項目的命令和附屬數(shù)據(jù)預(yù)存在相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器中。在程序循環(huán)掃描階段，首先檢測主站、從站鏈接是否正常,進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備站的初始化處理，利用變址寄存器Z0在每個循環(huán)掃描中數(shù)值的變化， 使PLC向BIF-CC模塊寫入不同的測量項目的命令和附屬數(shù)據(jù)，同時讀取相關(guān)測量項目的測量數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

圖3 1號機組供配電系統(tǒng)PLC順序控制程序流程

CC-Link是一個復(fù)合的、開放的、適應(yīng)性強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)于從較高的管理層網(wǎng)絡(luò)到較低的傳感器層網(wǎng)絡(luò)的不同范圍，具有性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡單、節(jié)省成本等突出優(yōu)點。作者運用CC-Link總線技術(shù)完成鐵路發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，通過模擬實驗證實,能實現(xiàn)對發(fā)電車供配電裝置的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，從而降低設(shè)備故障率，減輕工作人員的勞動強度。也為CC-Link現(xiàn)場總線技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供了借鑒。

表3 1號柴油發(fā)電機組供配電裝置微機監(jiān)控系統(tǒng)通訊地址分配情況

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