鐵路發電車供配電裝置微機監控的實現方法

羅世民

（華東交通大學軌道交通學院，江西南昌330013）

資料顯示，受機車牽引類型（如內燃機車牽引）與鐵路客車結構（如25A、25G等車型）的限制，目前我國鐵路空調列車供電的主要方式是由安裝在車上的三臺300 kW柴油發電機組，向列車提供600 kW的電能（一臺機組備用）的柴油機發電站，即發電車供電[1]。當前，柴油發電機組仍采用繼電器-接觸器控制與儀表監測系統[2]，因此，在運行過程中，一方面由于控制系統的觸點多，且長時間有大電流通過而不可避免的造成系統的壽命短、可靠性差、維修工作量大、故障不容易查找等問題，同時，由于儀表監測方式無法自動記錄相關數據，為保證車輛的運行安全，《客車空調三機檢修及運用管理規程》規定，發電車運行時每隔1 h要記錄一次數據，按每次列車單程運行時間為12～13 h計算，則一個往返需要記錄近700個數據，增加操作人員的勞動強度[3-4]。基于日本三菱電機公司的控制與鏈路系統（Control&Communication，CC-Lock）的鐵路發電車微機監控系統，可實現對發電車柴油發電機組、供電系統的自動監測，降低設備故障率，減輕工作人員的勞動強度。本文主要闡述應用CC-Link總線技術實現鐵路發電車供配電裝置微機監控的方法。

1 微機監控系統的總體方案

如圖1，為應用CC-Link技術實現鐵路發電車微機監控系統的總體方案。

圖1 鐵路發電車微機監控系統的總體方案Fig.1 General planning of the railway power vehicle microcomputer monitoring system

系統由上位機、主站模塊、柴油發電機組監控模塊和供配電裝置監控模塊四部分組成。其中，供配電裝置監控模塊由三套、每套相對獨立的由BIF-CC模塊、BIF-CON模塊和三菱AE2000-SAW斷路器組成，實現由主站輸入模塊（QX42）分配控制1，2，3號柴油發電機組的對外供配電，同時，可采集瞬時電流、電壓、有效功率和功率因數等參數，并通過上位機顯示。

2QJ61BT11N模塊、BIF-CC模塊與BIF-CON模塊

QJ61BT11N模塊是三菱Q系列PLC構建CC-Link現場總線網絡的主站模塊。如表1為QJ61BT11N模塊重要的I/O信號傳送與鏈接特殊繼電器、寄存器[5-6]。

表1 QJ61BT11N模塊的I/O信號傳送與鏈接特殊繼電器、寄存器Tab.1 I/O signal transmission and link special relay and register of QJ61BT11N module

BIF-CC模塊是AE-SW型斷路器和開放式現場網絡CC-Link間的接口，它是CC-Link的子站（占有1站的遠程設備站）。通過連接可以接受CC-Link主站的監控。如表2，3分別為BIF-CC模塊重要的遠程I/O與遠程寄存器[7]。

表2 BIF-CC模塊遠程I/O（RX與RY）Tab.2 Long-distance I/O（RX and RY）of the BIF-CC module

表3 遠程寄存器（RWr/RWw）Tab.3 Long-distance registers（RWr/RWw）

BIF-CC模塊的各測量值、設定項目有各自的專用命令，針對BIF-CC模塊要求內容（監視或設定）不同，數據構成也不相同。主站與BIF-CC模塊間通過遠程寄存器RWr/RWw進行字數據通信，可以利用順序控制程序將設定測量項目的命令和附屬數據寫入主站的遠程寄存器RWw，實現監視各測量值的設定。如表4瞬時電流、電壓、功能和功率因數等參數監視項目的數據組編號與數據通道編號[7]。

表4 監視項目的數據組編號與數據通道編號Tab.4 Numbers of data sets and data channels of the monitor project

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，驅動BIF-CC模塊的RY8、RY9與RYA等I/O軟元件，可以實現對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 供配電裝置微機監控系統的設計

基于CC-Link現場總線網絡的控制系統設計，包括了模塊設置和軟件設計兩個部分。如表5為1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統通訊地址分配情況，論文以1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統為例，闡述設計的一般過程與關鍵技術。

3.1 模塊設置與連接

QJ61BT11N模塊主站開關設置為：站號設置開關“00”，傳輸速率/模式設置開關“0”；1號機組BIF-CC模塊從站開關設置為：站號設置開關“01”，傳輸速率/模式設置開關“0”，并通過CC-Link專用電纜連接。

表5 1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統通訊地址分配情況Tab.5 No.1 diesel generating sets for distribution device microcomputer monitoring system and communication address distribution

3.2 PLC程序設計

三菱PLC控制系統的程序可以運用基于PC平臺的GX-Developer程序軟件編制，再通過RS-232通信端口輸入PLC并可進行調試，可縮短了編程周期，提高了調試效率。對于Q系列PLC，還可以實現網絡參數等軟件設定[7-9]。

3.2.1 軟件設定步驟

1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統軟件設定，包括網絡參數/自動刷新參數、站信息和遠程設備站的初始設置3個方面內容[10-12]。如表6為1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統設置的網絡參數/自動刷新參數。

3.2.2 順控程序設計

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[13-15]。如圖2為1號機組供配電系統PLC順序控制程序流程。程序初始化階段，將變址寄存器Z0復位，并將PLC欲向BIF-CC模塊發送的設定測量項目的命令和附屬數據預存在相關數據寄存器中。在程序循環掃描階段，首先檢測主站、從站鏈接是否正常，進行遠程設備站的初始化處理，利用變址寄存器Z0在每個循環掃描中數值的變化，使PLC向BIF-CC模塊寫入不同的測量項目的命令和附屬數據，同時讀取相關測量項目的測量數據。

表6 1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統的網絡參數/自動刷新參數Tab.6 Network parameters/automatic refreshing parameters of No.1 diesel generating sets for distribution device microcomputer monitoring system

4 上位機應用軟件設計

監控系統上位機選用三菱GT1575型觸摸屏，通過RS-232串行接口與主站PLC通訊。應用基于PC平臺的GT Designer2軟件能較方便地完成上位機應用軟件設計。設計內容包括觸摸屏類型設置、連接機器設置、通信接口及相應的通信驅動程序、各畫面切換軟元件設置、界面設計及報警處理等。

5 結論

CC-Link是一個復合的、開放的、適應性強的網絡系統，能夠適應于從較高的管理層網絡到較低的傳感器層網絡的不同范圍，具有性能卓越、應用廣泛、使用簡單、節省成本等突出優點。作者運用CC-Link總線技術完成鐵路發電車微機監控系統的設計，通過模擬實驗證實，能實現對發電車供配電裝置的遠程智能監控，從而降低設備故障率，減輕工作人員的勞動強度。也為CC-Link現場總線技術在其他領域的應用提供了借鑒。

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