西门子6GK7343-1CX10-0XE0

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3 系统要求
　　针对上面列举的不足，有必要设计一种新的电气控制系统，它应满足以下要求。
3.1基本要求
　　新的大型养路机械电气控制系统应具有统一的显示、指示及报警，具有过程控制功能；具有较高的可靠性和稳定性，具有较好的抗振性能、抗冲击性能、防尘性能，能经受高温、高湿的环境。
3.2 具体要求
　　新的铁路大型养路机械电气控制系统主要针对柴油机监视控制子系统、高速走行监视控制子系统、作业监视控制子系统进行重新设计，而对于整车电源子系统和辅助设备子系统，它们都是点对点的简单控制，不作重新设计。下面详细介绍这三个子系统的各种输入输出信号。
3.2.1 　柴油机监视控制子系统
3.2.1.1　柴油机监视部分
　　输入DI信号：油压开关信号、缸盖温度（水温）开关信号、空气滤清器开关信号、直流发电机发电状态开关信号等；
　　输入AI信号：转速传感器信号、油压传感器信号、缸盖温度（水温）传感器信号、电瓶电压信号、柴油油位传感器信号等；
　　输出DO信号：预热指示信号等；
3.2.1.2 柴油机控制部分
　　输入DI信号：怠速位感应开关信号、高速走行位感应开关信号、作业位感应开关信号等。
　　输出DO信号：油门电机驱动信号等；
3.2.2 高速走行监视控制子系统（静液压传动模式）
3.2.2.1 高速走行监视部分
　　输入DI信号：各轴挂、脱挡感应开关信号等；
　　输入AI信号：速度—里程传感器信号等；
3.2.2.2 高速走行控制部分
　　输入DI信号：挂挡开关信号，点动挂挡开关信号，向前、向后走行开关信号，走行手柄位置信号等。
　　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。
　　，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。



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bbbbbbs 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
　　INTERBUS提供了操作舒适的全面诊断功能，并且Diag+软件工具完全支持这些功能。通过Diag+，可以实现简单而全面的诊断，也可以实现基本的INTERBUS功能。Diag+可以作为独立的诊断工具来操作，也可以作为ActiveX组件将INTERBUS诊断集成在设备和系统的可视化软件中。图形化设计使得诊断功能可采用低分辨率显示，因此也适用于小型手持诊断设备。这些诊断可以通过INTERBUS主站上的任意接口（以太网、V.24和ISA/PCI总线）来完成。这样，通过一个INTERBUS主站，就可以从任何位置对控制系统网络中的每个控制系统实现诊断。这意味着INTERBUS系统的诊断变得更加简便和通用。
4.4.4 下位机编程软件配置
　　本系统采用PC WORX 5作为下位机编程软件。下位机编程软件PC WORX 5为控制系统提供了一个现代化开发工具。当PC WORX 5连接到现场总线的控制系统上时，它不仅提供了符合IEC 61131-3标准和IEC 61131-5标准的方便编程工具，还可方便进行INTERBUS组态。PC WORX 5还包括对INTERBUS的简易诊断。
4.4.5 轨道参数记录及打印程序
　　轨道参数记录及打印程序是为实现铁路大型养路机械电气控制系统中传统记录仪功能而开发的一个专用程序。它可以实现轨道参数的记录、查询、分析及打印。
5 结束语
　　在当今科学技术迅猛发展的时代，各种新技术、新产品、新的控制理念不断涌现。铁路大型养路机械产品电气控制系统的设计思路也应跟上科技发展的步伐，采用新的设计理念和目前世界上比较**的控制技术。
　　过去，总线在铁路大型养路机械电气控制系统中已经有成功的应用。如在普拉塞—陶依尔公司生产的CEM 100型架线车上全套使用RS-485工业总线控制系统；在CMG-16型道岔打磨车上使用以RS-485工业总线为主、结合Profibus-DP现场总线的控制系统；在CPH型道岔铺换机组上使用以“无线发射器+无线接收器+ CANBUS总线+PLC”的“一对多”控制系统；以“PLC+本地I/O”组成的程序控制系统，也在D0832捣固车上使用，经过半年多的试验，获得成功。
　　现在，工业计算机技术、PLC技术、现场总线技术、网络技术均获得了极大的发展和广泛的应用。本文提出的基于PPC工业计算机、PLC及INTERBUS现场总线的铁路大型养路机械电气控制系统，它集成了柴油机监视控制、高速走行监视控制、作业监视控制等，它实现了集中监视、集中处理、分散控制，在铁路大型养路机械上则是一种新的设计和尝试。它应用于作业工况差的稳定车上，将全面检验系统的各项指标：可靠性、稳定性、抗冲击性能、经受高温、高湿的能力，特别是抗频率振动性能力。如果该套控制系统在新型稳定车上的应用获得成功，那么，它的设计理念和方法在铁路大型养路机械上全面推广使用便成为可能；它作为一种完全不同于普拉塞—陶依尔公司铁路大型养路机械产品电气控制系统的设计理念和方法，将成为今后具有自主知识产权新产品开发的新的模式和方向

 3.2DVPDNET主站模块（主站）的配置

    （1）双击DNETScanner（节点0）的图标，弹出”主站模块配置…”对话框，可以看到左边的列表里有当前可用节点VFD-FDrives230V50HP，DVP-SS/SA/EHPLC，VFD-FDrives230V20HP，DVP-SS/SA/EHPLC，VFD-MDrives230V5HP，DVP-SS/SA/EHPLC……。右边有一个空的”扫描列表”：

    （2）将上图中左边列表中的DeviceNet从站设备移入主站模块的扫描列表中。具体步骤为：选中DeviceNet从站节点，然后点击""，如下图所示。按照此步骤，即可将DeviceNet从站节点依次移入到主站模块的扫描列表内：

    （3）确认无误后，点击『确定』按钮。

    （4）选择『网络（N）』菜单点『下载』指令，将配置下载到DVPDNET-SL主站模块内。下载时，如果SV主机处于运行模式，会弹出”警告”对话框：   （5）点击『是』按钮，将配置下载至主站模块，确认PLC处于RUN模式。

    3.3DVPDNET-SL主站模块和从站的IO数据映射

    DVPDNET-SL主站模块→DeviceNet从站

    DeviceNet从站→DVPDNET-SL主站模块

    3.4保存配置数据

    选择『文件（F）』菜单中『保存(S)』命令，将当前的网络配置保存。

    4DeviceNet网络监视

    4.1实现原理

    主站模块对扫描列表中的节点进行实时监控，并将扫描列表中的每个节点的状态映射到一个位，使用者可以通过监控D6032~D6035的内容获取各网络节点的状态信息。PLC装置与网络节点的对应关系如表2所示。

    表2装置与网络节点的对应关系

    当扫描列表中的节点正常时，相应的位为OFF状态，当扫描列表中的节点发生异常时，相应的位为ON状态。用户通过监控D6036的内容实时获取主站模块的状态信息。当主站模块正常工作时，D6036的内容为0；当主站模块处于初始化时，D6036高字节内容为1，低字节内容为0；当主站模块发生错误时，D6036高字节内容为2，错误的详细信息参考D6036低字节的错误代码：

    4.2PLC元件说明

    4.3PLC程序（DeviceNet网络监控部分）设计  

    4.4DeviceNet现场总线控制系统特点

    与传统的控制系统相比，基于现场总线产品的空调系统具有以下特点：

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    （1）布线简单，节省安装费用。DeviceNet通过一根通讯线实现整个网络各节点之间的通讯，相对于传统的点对点控制系统，节省大量的电缆，缩短的安装时间，降低了安装费用。

    （2）可靠性高。DeviceNet通过一根通讯线控制整个网络。主站模块对整个网络实时监控，通过监控主站模块，能够迅速的获知发生故障的节点设备，便于快速排除故障；当网络上的某一节点发生故障，不会影响其它节点的正常工作