靳權(quán)+王少鵬+陳后衛(wèi)

摘 要：組態(tài)技術(shù)是當(dāng)前工業(yè)中用于監(jiān)控的一項(xiàng)新技術(shù)。該設(shè)計(jì)中利用組態(tài)軟件MCGS和PLC技術(shù)對(duì)機(jī)車(chē)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，基于MCGS組態(tài)軟件可以監(jiān)控PLC軟元件狀態(tài)，以變量值的形式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，供上位機(jī)使用、處理，并且可對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，報(bào)警信息進(jìn)行查詢等，可靠性高。可視化的操作界面，大大地提高了系統(tǒng)的可操作性和實(shí)時(shí)性，較好地實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：組態(tài) MCGS PLC 機(jī)車(chē) 實(shí)時(shí)監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：U22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）04（b）-0047-02

鋼軌探傷車(chē)為該公司自主設(shè)計(jì)制造，自帶動(dòng)力，配備美國(guó)卡特彼勒動(dòng)力單元，用于對(duì)高速鐵路干線或者城市軌道線路鋼軌的探傷檢測(cè)，最高運(yùn)行速度65 km/h。在機(jī)車(chē)電氣控制與監(jiān)控系統(tǒng)中，將PLC與MCGS組態(tài)軟件相結(jié)合，利用下位機(jī)（PLC控制器）完成對(duì)機(jī)車(chē)狀態(tài)信號(hào)的采集與控制。

1 設(shè)計(jì)要求

在車(chē)輛兩端駕駛室設(shè)人機(jī)界面，能夠監(jiān)視車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)顯示：速度、油位顯示、車(chē)輛停放緩解狀態(tài)顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)顯示、空壓機(jī)工作狀態(tài)顯示、火災(zāi)及軸溫報(bào)警等，并具有一定的交互功能，如，速度換算系數(shù)補(bǔ)償、玻璃加熱時(shí)間調(diào)整及報(bào)警信息瀏覽等。

2 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)中硬件主要由以下3個(gè)部分組成。

（1）PLC控制器。主控制器三菱FX3U-64MR/DS，內(nèi)置32入/32出（繼電器）；電源DC24V（數(shù)量1臺(tái)）；特殊模塊有：模擬量輸入模塊：FX2N-4AD（數(shù)量1塊）；模擬量輸出模塊：FX2N-4DA（數(shù)量 1塊），位于車(chē)內(nèi)I端司機(jī)室電氣控制柜內(nèi)。

（2）監(jiān)控屏。型號(hào)為北京昆侖通態(tài)mcgsTpcTPC1162HI-10.4觸摸屏，10.4"TFT液晶顯示，真彩（LED背光），分辨率（800×600），電源DC24V（數(shù)量2臺(tái)）。I端、II端司機(jī)室操縱臺(tái)各設(shè)一臺(tái)。

（3）硬件連接。PLC與I端觸摸屏之間采用RS232串口通訊，外部輸入設(shè)備有行程開(kāi)關(guān)、按鈕、電磁閥等，兩端觸摸屏之間采用抗干擾性強(qiáng)的RJ45網(wǎng)線通訊。

3 PLC控制單元設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)I/O定義。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求分析，定義設(shè)備（PLC控制器FX3U-64MR/DS） I/O口，分配好PLC輸入（X）輸出地址（Y）。

（2）PLC程序設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能主要有以下幾點(diǎn)。

①機(jī)車(chē)速度信號(hào)（X0）：脈沖信號(hào)，速度傳感器每轉(zhuǎn)200P，車(chē)輪直徑840 mm。車(chē)輛速度在監(jiān)控屏上顯示，單位：km/h。因車(chē)輪長(zhǎng)期磨耗，直徑有改變，監(jiān)控屏具有車(chē)速補(bǔ)償功能，修改后的參數(shù)能自動(dòng)存入PLC，作為車(chē)速換算系數(shù)補(bǔ)償。

②玻璃加熱控制：X1（X2）初次為1，接通Y0（Y1），延時(shí)10 min后斷開(kāi)，在Y0（Y1）接通過(guò)程中，若再次使X1（X2）為1，則即刻斷開(kāi)Y0（Y1），如此循環(huán)。監(jiān)控屏顯示I、II端玻璃加熱狀態(tài)，且加熱時(shí)間可調(diào)整。

③機(jī)車(chē)運(yùn)行警惕按鈕（X12）：上升沿觸發(fā)，當(dāng)車(chē)速>5 km時(shí)，如果司機(jī)在1 min間隔內(nèi)沒(méi)有按下此按鈕，將輸出聲光報(bào)警，同時(shí)，在監(jiān)控屏上顯示：“20 s內(nèi)按下警惕按鈕，否則將實(shí)施緊急制動(dòng)”，屏上顯示剩余時(shí)間。如果延時(shí)到后，沒(méi)有觸發(fā)X12，則Y2復(fù)位，實(shí)施緊急制動(dòng)。

4 組態(tài)監(jiān)控單元設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)工程的建立

該系統(tǒng)利用MCGS嵌入版7.6組態(tài)軟件進(jìn)行觸摸屏畫(huà)面的設(shè)計(jì)。MCGS生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)備窗口通過(guò)設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；由用戶窗口組成的圖形對(duì)象，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立連接關(guān)系，以動(dòng)畫(huà)形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

4.2 用戶界面設(shè)計(jì)

用戶界面即監(jiān)控界面是提供給用戶最直觀的顯示，需要實(shí)時(shí)顯示機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)等信息，MCGS組態(tài)軟件內(nèi)置強(qiáng)大的圖形對(duì)象庫(kù)，如，閥、儲(chǔ)藏罐、儀表、電氣符號(hào)、指示燈等，能夠滿足日常的畫(huà)面設(shè)計(jì)。

4.3 定義數(shù)據(jù)對(duì)象

進(jìn)入工作臺(tái)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口，選擇“新增對(duì)象”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)生成缺省定義的“Data1”數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶窗口中圖形屬性需要，對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象屬性進(jìn)行設(shè)置，需要注意的是，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)對(duì)象屬性設(shè)置時(shí)，需要結(jié)合PLC軟元件相關(guān)定義，這樣在調(diào)試階段，PLC與MCGS通訊時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)PLC參數(shù)值與數(shù)據(jù)對(duì)象變量的自動(dòng)識(shí)別。

4.4 動(dòng)畫(huà)連接

畫(huà)面設(shè)置時(shí)，以圖形對(duì)象設(shè)計(jì)完成的人機(jī)界面是靜止不動(dòng)的，需要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，才能將機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，才能達(dá)到機(jī)車(chē)監(jiān)控目的。這時(shí)就需要將用戶窗口中的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立連接，設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)屬性。

5 通訊設(shè)置

MCGS通訊設(shè)置即設(shè)備之間的組態(tài)，在該系統(tǒng)中，下位機(jī)選用的是三菱FX3U系列控制器，需要在串口父設(shè)備下調(diào)用“三菱FX3U系列編程口”作為子設(shè)備，調(diào)用之后分別對(duì)其進(jìn)行屬性設(shè)置。需要注意的是，該系統(tǒng)中，兩端司機(jī)室各設(shè)一臺(tái)監(jiān)控屏，而MCGS與下位機(jī)PLC之間采用的RS232串口通訊，RS232通訊為1對(duì)1通訊，只能實(shí)現(xiàn)一臺(tái)監(jiān)控屏與PLC之間的通訊。這就需要在設(shè)備組態(tài)時(shí)，調(diào)用“通用TCP/IP父設(shè)備”，對(duì)兩臺(tái)監(jiān)控屏進(jìn)行不同的設(shè)置，將I端監(jiān)控屏作為轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備（從站），將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)莫迪康ModbusTCP協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給II端監(jiān)控屏（主站），以保證監(jiān)控屏之間數(shù)據(jù)的交互。

兩端司機(jī)室監(jiān)控屏采用RJ45以太網(wǎng)通訊，首先在對(duì)與PLC相連的監(jiān)控屏即從站進(jìn)行組態(tài)，進(jìn)行完通用串口父設(shè)備設(shè)置后，再調(diào)用“通用TCP/IP父設(shè)備”，在“通用TCP/IP父設(shè)備”下添加“ModbusTCP/IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備”，將需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)變量導(dǎo)入；在對(duì)主站進(jìn)行設(shè)備組態(tài)時(shí)，直接調(diào)用“通用TCP/IP父設(shè)備”，在其下方添加“莫迪康ModbusTCP”子設(shè)備。同時(shí)正確設(shè)置主從站的IP地址，即可實(shí)現(xiàn)通訊。

6 結(jié)語(yǔ)

PLC結(jié)合MCGS組態(tài)軟件在鋼軌探傷車(chē)上的應(yīng)用，不僅能夠直觀地將機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)在以動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)操作人員不需要改變梯形圖就可以對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使操作更加方便簡(jiǎn)潔，更便于系統(tǒng)維護(hù)。

參考文獻(xiàn)

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