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PPC、PLC及现场总线的铁路大型养路机械电气控制系统

PPC、PLC及现场总线的铁路大型养路机械电气控制系统

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  输入AI信号:走行手柄电位器信号等。
  输出DO信号:向前、向后阀驱动信号,挂挡阀驱动信号等。
  输出AO信号:走行泵比例阀驱动信号等。
3.2.3 作业监视控制子系统(以新型稳定车为例)
  输入DI信号:各种开关、行程开关、感应开关信号共125个;
  输入AI信号:左、右抄平传感器信号,前、后电子摆信号,正矢传感器信号,测量轮信号,加速度传感器信号,振频传感器信号共7个;
  输出DO信号:各种开关电磁阀驱动信号共82个;
  输出AO信号:比例电磁阀驱动信号共4个。
4 系统设计
4.1 INTERBUS现场总线简介
  INTERBUS现场总线于1984年推出,其主要技术开发者为德国的Phoenix Contact公司。INTERBUS现场总线采用非常独特的集总帧传输协议,有效数据传输率高达52%,具备强大的故障诊断功能;采用双绞线无中继器传输距离长达12.8公里;单主站可连接最多达255个从站;扫描8192个I/O点的时间仅为7.8毫秒(500Kbps)。由于该总线的快速发展和广泛使用,INTERBUS 已先后成为DIN19258德国标准、EN50254欧洲标准、IEC61158现场总线国际标准和中国机械工业标准JB/T 10308.8所规定的标准现场总线。INTERBUS在全球有1000多家总线设备生产商,提供多达2500种产品。到目前为止,INTERBUS现场总线在世界各地的节点安装突破750万,在各种现场总线中名列第二。
  今天,作为现场总线、PC-Based、工业以太网技术的先导,菲尼克斯又率先提出了Fieldbus+Ethernet这一新型自动化方案,构造了完善的工业企业管理控制网络。
  INTERBUS总线包括远程总线网络和本地总线网络,两种网络传送相同的信号但电平不同。远程总线网络用于远距离数据传送,采用RS-485传输,远程网络采用全双工方式进行通讯,通讯速率为500kb/s。本地总线网络连接到远程网络上,网络上的总线终端BT(BUSTerminal)上的BK模块负责将远程网络数据转换为本地网络数据。INTERBUS总线上的主要设备有总线终端BT(BUSTerminal)上的BK模块、I/O模块和安装在PC或PLC等上位主设备中的总线控制板。总线控制板是INTERBUS总线上的主设备,用于实现协议的控制、错误的诊断、组态的存储等功能。I/O模块实现在总线控制板和传感器/执行器之间的接收和数据传输,可处理的数据类型包括机械制造和流程工业的所有标准信号。
  INTERBUS的主要应用在汽车、造纸、烟草、印刷、仓储、船舶、食品、冶金、木材、纺织、化工等行业。欧洲汽车工业80%的车身厂和焊接车间,均采用INTERBUS系统的控制方案。在上海大众的帕萨特生产线、一汽大众的Audi A6生产线上、红塔集团玉溪卷烟厂新的生产线,均全面采用了INTERBUS作控制方案。
4.2 系统网络结构
  根据铁路大型养路机械控制系统的特点,基于PPC工业控制计算机、PLC及现场总线INTERBUS的铁路大型养路机械控电器制系统的系统网络结构如图2所示,它分为两层:监控层和现场控制层。
4.2.1 监控层
  监控层由高速以太网Ethernet、PPC工业控制计算机、TP触摸屏显示器以及连接在PPC上的打印机组成。监控层主要完成以下功能:
  (1)柴油机监视控制子系统中柴油机转速、油压、缸盖温度(水温)、电瓶电压、柴油油位的显示;低油压、高缸盖温度(水温)、空气滤清器堵塞状态、直流发电机发电状态的报警指示;预热指示;怠速位、高速走行位、作业位的指示等。
  (2)高速走行监视控制子系统(静液压传动模式)中速度—里程,各轴挂、脱挡状态的显示;挂挡开关,点动挂挡开关,向前、向后走行开关,走行手柄电位器,走行手柄位置的显示等。
  (3)作业监视控制子系统(以新型稳定车为例)中各种开关,作业机构的各种行程开关、感应开关状态的显示;左、右抄平传感器信号,前、后电子摆信号,正矢传感器信号,加速度传感器信号,振频传感器信号,作业速度的显示。
  (4)系统参数的设置。
  (5)系统故障诊断。
  (6)轨道参数的记录及打印输出。
4.2.2 现场控制层
  现场控制层由主站(PLC控制器、总线分支模块、本地I/O),现场总线,从站(总线藕合器BK、远程I/O)和现场设备四部分组成。主站安装于作业室内,从站的数量根据实际需要而定,它分布于车体的不同位置。现场控制层主要完成以下功能:(1)各种输入信号的采集;(2)各种控制信号的输出;(3)各种信号的处理;(4)与监控层的通讯。

基于PPC、PLC及INTERBUS的铁路大型养路机械控制系统

图2:基于PPC、PLC及INTERBUS的铁路大型养路机械控制系统
4.3 系统硬件配置
  本系统是基于Phoenix Contact公司的自动化产品配置而成的。主要配置如下:
PPC工业计算机:PPC 5115
TP触摸屏显示器:TP 15T
PLC控制器:ILC 370 ETH 2TX-IB,带2个以太网端口、1个RS232端口。
总线分支模块:IBS IL 24 RB-T-PAC
总线藕合器BK:IBS IL 24 BK-T/U-PAC
各种Inline I/O模块:IB IL 24 DI 16-NPN-PAC,IB IL 24 DI 2-NPN-PAC,IB IL 24 DI 32/HD-NPN-PAC,IB IL 24 DI 4-PAC,IB IL 24 DO 2-2A-PAC,IB IL 24 DO 2-NPN-PAC,IB IL 24 DO 32/HD-NPN-PAC,IB IL 24 DO 4-PAC,IB IL 24 DO 8-NPN-PAC,IB IL 24 TEMP 2 RTD-PAC, IB IL AI 2/SF-PAC,IB IL AO 2/U/BP-PAC,IB IL CNT-PAC等。
4.4 系统软件配置
  系统软件配置包括Windows NT操作系统、IBS OPC SERVER、Diag+故障诊断软件、轨道参数记录及打印程序、上位机监控软件Visu+、下位机编程软件PC WORX 5。
4.4.1 上位机监控软件
  本系统采用Visu+作为上位监控软件。对于过程的组态,所有的Phoenix Contact公司的HMI设备均使用强大的组态软件Visu+,它除了完全的SCADA功能(例如:操作与监控、趋势图、报警信息等)之外,同时还提供诸如:数据采集、记录、配方管理、数据库连接、企业资源计划系统(ERP)连接等。Visu+软件的开发接口设计清晰、操作直观、所有的组态画面元素能够轻松的通过鼠标点击或拖拽实现。
4.4.2 IBS OPC SERVER软件
  OPC适用于可视化的标准运行阶段接口。通过INTERBUS OPC服务器,这个接口可以用于INTERBUS主站和PC WORX编程控制系统、PC接口和嵌入式解决方案中。通过这种方式,可以简单地与使用OPC客户端的可视化软件相连接,如Genesis 32,Visu+等
4.4.3 Diag+故障诊断软件

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