基于CC-Link的鐵路發(fā)電車柴油發(fā)電機(jī)組微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究

羅世民

(華東交通大學(xué) 軌道交通學(xué)院，南昌 330013)

0 引言

相關(guān)資料表明，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柴油機(jī)發(fā)電站，即發(fā)電車供電[1]。我國鐵路發(fā)電車一般由三臺柴油發(fā)電機(jī)組提供600KW的電能，機(jī)組當(dāng)前仍采用繼電器-接觸器控制與儀表監(jiān)測系統(tǒng)[2]。因此，發(fā)電車在實(shí)際的運(yùn)行過程中，一方面由于控制系統(tǒng)的觸點(diǎn)多,且長時間有大量的電流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(yùn)行安全，《客車空調(diào)三機(jī)檢修及運(yùn)用管理規(guī)程》規(guī)定，發(fā)電車運(yùn)行時每隔一小時要記錄一次數(shù)據(jù)，按每次列車單程運(yùn)行時間為12～13小時計(jì)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(qiáng)度[3,4]。

1996年，三菱電機(jī)以“多廠家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線”理念開發(fā)、公布和開放了現(xiàn)場總線CC-Link（Control & Communication Link）。CC-Link是一個復(fù)合的、開放的、適應(yīng)性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)于較高的管理層網(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(diǎn)[5]。

基于CC-Link總線技術(shù)的鐵路發(fā)電車微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可實(shí)現(xiàn)對發(fā)電車柴油發(fā)電機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、供電系統(tǒng)的監(jiān)控，也為全列車相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

1 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案

如圖1所示，為應(yīng)用CC-Link技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路發(fā)電車微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案[6～10]。

1）主站Q02H CPU模塊通過擴(kuò)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。在現(xiàn)場總線上依次掛裝變頻器、遠(yuǎn)程I/O模塊、FX系列PLC、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等組成了一個全分布式的現(xiàn)場總路線網(wǎng)絡(luò)；通過串行通信模塊QJ71C24后，可與上位機(jī)（選用TPC1521H型觸摸屏）進(jìn)行串行通信。通過MCGS組態(tài)軟件，完成上位應(yīng)用軟件的編制。

2）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接中模塊（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(shí)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）選用三套FX2N-48MR與FX2N-4AD，實(shí)現(xiàn)對三臺柴油發(fā)電機(jī)組的控制。三臺PLC之間應(yīng)用485BD連接，實(shí)現(xiàn)N：N網(wǎng)絡(luò)連接，同時，選用FX2N-32CCL實(shí)現(xiàn)與CC-Link網(wǎng)絡(luò)連接。這樣，三臺柴油發(fā)電機(jī)組既可單獨(dú)控制，也可通過主站實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

圖1 鐵路發(fā)電車微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案

圖2 N:N網(wǎng)絡(luò)通訊的接線圖

4）應(yīng)用變頻器和遠(yuǎn)程I/O模塊通過主站Q02H CPU模塊控制發(fā)電車空調(diào)裝置的變風(fēng)量調(diào)節(jié)。

5）應(yīng)用MFP3通訊芯片完成CC-Link遠(yuǎn)程設(shè)備站的開發(fā)，完成主站對車輛軸溫等數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測。

2 柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)應(yīng)解決的關(guān)鍵技術(shù)是控制各臺柴油發(fā)電機(jī)組的PLC與CC-Link網(wǎng)絡(luò)主站Q02H CPU的鏈接，包括了FX系列PLC的N:N網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)置與CC-Link網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的兩個主要內(nèi)容。

2.1 FX系列PLC的N:N網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)置

N:N網(wǎng)絡(luò)通訊，就是在最多8臺FX系列PLC之間，通過RS485通訊連接，實(shí)現(xiàn)軟元件相互鏈接的功能。

2.1.1 FX系列PLC的N:N網(wǎng)絡(luò)通訊的接線

圖2為三臺FX2N系列PLC的N:N網(wǎng)絡(luò)通訊的接線圖[11]。

2.1.2 FX系列PLC的N:N網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)定（初始化）

FX系列PLC的N:N網(wǎng)絡(luò)通訊需在PLC程序中，進(jìn)行相關(guān)通訊設(shè)定（初始化設(shè)定）。圖3為FX系列PLC主站N:N網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)定的流程[11]。

根據(jù)控制要求，本系統(tǒng)以1號柴油發(fā)電機(jī)組為主站，2、3柴油發(fā)電機(jī)組為從站。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)刷新模式為模式2。

圖3 FX系列PLC主站N:N網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)定的流程圖

2.1.3 柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的輔助繼電器和數(shù)據(jù)寄存器

根據(jù)相關(guān)設(shè)定，三臺柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的輔助繼電器和數(shù)據(jù)寄存器設(shè)定如表1所示。

表1 輔助繼電器和數(shù)據(jù)寄存器設(shè)定

2.2 CC-Link網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

1）CC-Link網(wǎng)絡(luò)通訊的接線

如圖4所示為CC-Link網(wǎng)絡(luò)通訊的接線圖[12]。

圖4 CC-Link網(wǎng)絡(luò)通訊的接線圖

2）CC-Link網(wǎng)絡(luò)主、從站設(shè)置

本系統(tǒng)CC-Link網(wǎng)絡(luò)通訊主、從站設(shè)置，包括了QJ61BT11模塊與FX2N-32CCL模塊的硬件設(shè)置和主站Q02H CPU的軟件設(shè)置。

如圖5所示為QJ61BT11模塊CC-Link網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)置[12]，圖6為主站Q02H CPU的PLC程序的初始化設(shè)置[13]。

2.3 控制柴油發(fā)電機(jī)組的PLC與主站的數(shù)據(jù)鏈接

通過FX系列PLC的N:N網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)置與CCLink網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)控制各臺柴油發(fā)電機(jī)組的FX2N系列PLC與CC-Link網(wǎng)絡(luò)主站Q02H CPU的鏈接。如圖7所示為控制1號柴油發(fā)電機(jī)組的PLC與主站的數(shù)據(jù)鏈接。

3 基于MCGS的上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

MCGSE (嵌入式通用監(jiān)控系統(tǒng))是一種用于快速構(gòu)造和生成嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它的組態(tài)環(huán)境能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運(yùn)行，運(yùn)行環(huán)境則是在實(shí)時多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE中運(yùn)行。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[14]。

圖5 QJ61BT11模塊CC-Link網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)置

圖6 主站Q02H CPU的軟件設(shè)置

圖7 1號柴油發(fā)電機(jī)組PLC與主站的數(shù)據(jù)鏈接

圖8 柴油發(fā)電機(jī)組模擬運(yùn)行窗口

如圖8所示為應(yīng)用MCGS設(shè)計(jì)的發(fā)電車柴油發(fā)電機(jī)組模擬運(yùn)行窗口。

4 結(jié)束語

通過模擬運(yùn)行表明，基于CC-Link總線技術(shù)的發(fā)電車微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，能成功實(shí)現(xiàn)對柴油發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控。該系統(tǒng)可靠性好，適應(yīng)性強(qiáng)，節(jié)省了大量控制線纜，在人力和物力節(jié)省方面成效顯著。同時，CC-Link網(wǎng)絡(luò)由于具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，在安裝調(diào)試維護(hù)和擴(kuò)展上，具有不可比擬的優(yōu)勢，該系統(tǒng)的成功運(yùn)行為今后CC-Link在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力的實(shí)證。

[1] 中華人民共和國鐵道部 2009年鐵道統(tǒng)計(jì)公報(bào).http://www.

china-mor.gov.cn/zwzc/tjxx/tjgb/201012/t20101229_5999.html.

[2] 葉慶文.車輛電氣裝置[M].北京.中國鐵道出版社.2001.

[3] 鐵道部車輛局.客車空調(diào)三機(jī)檢修運(yùn)用管理規(guī)程[M].1994.

[4] 劉長新.劉志明,等.空調(diào)發(fā)電車微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)探討[J].鐵道機(jī)車車輛.2002.6.

[5] 陳啟軍.CC-LINK控制與通信總線原理及應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社.2007.

[6] 王輝.三菱電機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用指南[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2010.

[7] 三菱電機(jī)株式會社.CC-Link系統(tǒng)模塊用戶手冊[Z].2009.

[8] 林桂娟.基于CC.Link現(xiàn)場總線的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].機(jī)床與液壓[J].2010.

[9] 三菱電機(jī)株式會社.三菱低壓空氣開關(guān)World Supe AE CCLink接口模塊(BIF-CC)使用手冊[Z].2009.

[10] 余貞金.基于CC-LINK現(xiàn)場總線的PLC控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].武漢理工大學(xué).2010.

[11] 三菱電機(jī)自動化(上海)有限公司.三菱微型可編程序控制器FX2N-16CCL-CC-LINK系統(tǒng)主站模塊/從站模塊[M].2008.

[12] 三菱電機(jī)自動化(上海)有限公司.Q系列CC-LINK網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用戶參考手冊[Z].2008.

[13] 三菱自動化化(上海)有限公司.GX DeveloperVer.7/SimulatorVer.6操作手冊[Z].2009.

[14] 張文明.劉志軍.組態(tài)軟件控制技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社.北京.2006.