基于PLC的茶葉裝箱機組控制系統改造

楊征（海南科技職業學院，海南海口 570206）

基于PLC的茶葉裝箱機組控制系統改造

楊征
（海南科技職業學院，海南海口 570206）

本文所介紹的茶葉裝箱機組控制系統采用PLC操作系統，是因為此操作系統方便了用戶可以自由的設計一些所需要的應用功能，另一方面PLC操作系統具有高穩定性和可靠性。本控制系統使用了觸摸屏技術，減少了按鍵的使用，從整體上減小了系統所占用的體積，使系統更加輕巧，而且用戶使用更加方便。基于以上背景，本文基于PLC技術對茶葉裝箱機組控制系統做了分析研究。

PLC；茶葉裝箱機組；空氣控制系統

當今社會，越來越多的人喜愛喝茶。因此，茶葉裝箱機組的好壞關系到人們身體的健康。當前，現有的控制設備價格昂貴，同時控制的氣體種類單一，不能同時控制茶葉裝箱機組中多種氣體的濃度；現有的設備還沒有無線通信的功能，只能在環境內使用，用戶不能遠距離查看室內的情況。本控制系統更是采用了無線通信技術，可以使用戶在遠距離查看茶葉裝箱機組的質量，方便快捷。

1　PLC操作系統簡介

隨著人們生活質量的不斷提高和生活意識的不斷加強，人們開始意識到身體健康的重要性，開始追求綠色的生活模式，而茶葉裝箱機組的綠色化更是放在首要的位置，這就需要一種設備來完成這個功能了，這就是本文要研究的茶葉空氣控制系統。PLC結構是軟件系統體系結構，即大家熟知的客戶機和服務器結構。PLC操作系統的應用非常廣泛，很多控制產品都使用了PLC操作系統。

PLC系統可以從兩個方面來描述其功能：第一、從軟件開發的方向來看，PLC操作系統可以當做一種虛擬機平臺，其作用是把底層的硬件部分的細節都封裝起來，這樣可以使運行的軟件有一個抽象的編程接口，用這些抽象的接口來進行軟件的開發；第二、從系統管理的方向來看，PLC操作系統可以當做是整個系統資源的管理人員，其責任重大，管理系統當中各種的硬件資源，其中包括微處理器、內存、各種I/O設備、文件和數據等，這樣，整個設備就可以高效、可靠地運行。PLC所具有以下特點：

首先，PLC是一個免費的、開源的、自由的操作系統。用戶完全可以根據自己的各種需要對代碼的內核部分進行修改和優化，使得用戶可以完成自己的所求。PLC的這種特點是極其重要的，它提供了一個無限的開發平臺，可以使所有使用這個系統的人進行更好的交流和相互的學習。

其次，PLC的內核是可以裁剪的，而且具有高性能的特點。PLC內核的高效和穩定得到了各個領域的肯定，其獨特的模塊機制可以使用戶根據自己的需要，實時地將某些模塊插入到內核或者從內核中移走，PLC很適合小型化場合的使用。

再者，PLC具有非常完善的文件管理機制和網絡通信功能。PLC對所有的標準的Internet網絡協議都支持，而且將它們應用在PLC系統中是非常容易的。另外，PLC支持的文件系統也是非常豐富的，包括fat16、fat32、ext2、romfs等。

然后，PLC擁有非常完整的開發工具。有一套優秀的開發以及調試工具對于PLC系統開發是非常重要的。PLC提供了一整套開發工具，它利用了GNU中的gcc當做編譯器使用，同時用xgdb、gdb、kgdb作為調試的工具，使得用戶可以非常方便地從操作系統到應用軟件各個層次的調試。

最后，PLC具有非常豐富的軟件資源以及廣泛的硬件支持。幾乎絕大多數通用程序都可以適用于PLC，硬件支持方面，目前PLC成功移植到了許多硬件開發平臺，所有流行的CPU幾乎都可以在上面運行，更是支持各種主流硬件平臺和最新的硬件技術。本設計針對現有的茶葉裝箱機組控制設備的不足之處，使用熱門的PLC開發技術以及當下流行的PLC操作系統，設計了一種控制有害氣體以及室內溫度的基于PLC的茶葉裝箱機組控制系統。

從以上分析可見，茶葉裝箱機組控制系統適合采用PLC操作系統，第一、是此系統是免費開放的，給了用戶非常大的自由發揮的空間，用戶可以根據自己的各種需要來修改和優化代碼；第二、其代碼的移植性是非常良好的，可以在很多硬件上嵌入使用，而只需修改一部分參數代碼，因此很多時候沒有必要去編寫一個全部的代碼程序，而只需要對開放性源碼進行重新編程即可；第三、PLC更是具有豐富的軟件和硬件使用資源，很多應用軟件都是可以在PLC上使用的，這就給了用戶十分方便的軟件應用體驗。總之選用PLC操作系統是十分明智的和實用的。

2　基于PLC的茶葉裝箱機組控制系統改造研究

2.1國外茶葉裝箱機組控制系統改造研究

國外的裝箱機組控制系統經過了幾十年的發展，其中擁有世界高水平的茶葉裝箱機組控制系統的國家有：法國的UM2000+TVM430系統、德國的LZB系統、日本的DS-ATC系統和歐洲的ETCS系統。其中法國的UM2000+TVM430系統使用無絕緣數字軌道電路傳輸茶葉裝箱機組控制數據、德國的LZB系統使用軌道環線電纜傳輸茶葉裝箱機組控制數據、日本的DSATC系統使用有絕緣數字軌道電路傳輸茶葉裝箱機組控制數據。這三種茶葉裝箱機組控制系統都使用了大量的專利科技，而且是不兼容的，技術平臺是封閉的。歐洲國家為了實現各國裝箱機組的互相聯通，開放專有的技術，他們正在建設和規劃的裝箱機組控制系統都是使用ETCS得茶葉裝箱機組控制系統，ETCS一般可以分成三個級別，各級的標準不相同。

ETCS1級：由地面信號、查詢應答器、軌道電路（計軸設備）等設備組成，使用固定的跟蹤間隔方式，根據軌道電路和計軸器件檢查茶葉裝箱機組是否占用，使用查詢應答器代替各國現有的信號系統，來用在茶葉裝箱機組導航和傳輸控制命令上，這種系統是傳統的點式ATP（茶葉裝箱機組自動保護系統）。

ETCS2級：由軌道電路、查詢和應答器、GSM-R等設備組成，和ETCS 1級對比，茶葉裝箱機組基本上是靠機組上的信號設備來控制，通過GSM-R進行不斷的傳輸茶葉裝箱機組運控指令，車地之間進行雙向通信，結合點式設備的使用，機組設備對茶葉裝箱機組的行駛速度實時的跟蹤測量，根據軌道電路和計軸器件檢查茶葉裝箱機組是否占用，設置有無線移動閉塞中心，這種系統是建立在移動通信的連續式ATP之上。

ECTS3級：由查詢應答器、GSM-R等設備組成，和ETCS2級對比，依靠機組設備進行茶葉裝箱機組的完整性的檢測，可以不依靠軌道電路。不用依靠地面信號機和軌道電路，并且裝箱機組旁邊的信號設備可以大大的減少，使用點式設備和無線移動閉塞中心完成茶葉裝箱機組之間的間隔跟蹤，可以實現裝箱機組的移動閉塞的功能。

2.2我國茶葉裝箱機組控制系統改造研究

中國茶葉裝箱機組控制運行系統是我國為確保裝箱機組安全穩定行駛，采用分級的方式達到不同的線路對運營的需要的技術規范。PLC系統是在我國現有的使用自動閉塞設備的基礎上，是充分研究借鑒歐洲的ETCS系統來發展的列控系統的技術準則，按照系統的規范按功能劃分為五級。

PLC-O級是既有線的情況即包括通用機車信號和運行控制記錄設備，包括地面子系統和機組子系統。地面子系統包括軌道電路和點式信息設備；機組子系統包括主體機車信號裝置、點式信息設備和安全運行監測設備。

PLC-1級包括主體機車信號和安全運行監測設備，其地面子系統包含軌道電路和點式信息設備，機組子系統包含有主體機車信號設備、點式信息設備和安全運行監測設備。

PLC-2級是建立在軌道傳輸數據的列控制系統的基礎上，采取車地一體化的設計，地面可以不用安置通過信號機設備，茶葉裝箱機組司機根據機組的信號進行控制，它的地面子系統包括列控中心和軌道電路兩部分，機組子系統包括信息接收設備、點式信息設備、測速單元、設備維護記錄裝置、安全計算機、人機界面、運行管理記錄模塊和預留的無線通信接口等部件。

PLC-3級是建立在以無線傳輸數據和使用軌道電路的方法來檢查茶葉裝箱機組是否占用的茶葉裝箱機組運行控制系統的基礎上，點式單元主要傳送導航數據，地面可以不用安裝通過信號機設備，茶葉裝箱機組司機根據機組信號進行控制。它的地面子系統包含有無線閉塞中心、無線通信地面裝置、點式信息接收設備和軌道電路等部件，機組子系統包括無線通信機組裝置、點式信息接收設備、測速單元、設備維護記錄裝置、機組安全計算機、人機接口和運行管理記錄模塊等部件。

PLC-4級是建立在無線傳輸數據的列控系統的基礎上，能夠實現虛擬閉塞或者移動閉塞，依靠無線閉塞中心和機組監測系統來完成茶葉裝箱機組導航和茶葉裝箱機組的完整性檢查的任務，在地面可不需安裝通過信號機設備，茶葉裝箱機組根據機組信號進行控制。PLC-4也包括地面子系統和機組子系統兩部分，地面子系統主要包括無線閉塞中心和無線通信地面裝置，機組子系統主要包括無線機組設備、測速單元、設備維護記錄設備、機組安全計算機、人機接口、全球衛星定位裝置、茶葉裝箱機組完整性檢查裝置、運行管理記錄模塊。

3　結語

隨著我國PLC裝箱機組控制系統的投入使用和茶葉貿易的快速發展，將會有越來越多的應用研究會以此開展，選擇PLC裝箱機組控制系統進行組合研究應用在茶葉裝箱機組定位中，具有長遠的戰略意義。

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楊征（1968-），男，貴州凱里人，本科，講師，工程師，研究方向：自動化。