基于PPC、PLC及现场总线的铁路大型养路机械电气控制系统2
日期：2009-7-30 22:18:52 来源：中国自动化网
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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。
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。
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
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。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
3.1基本要求
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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。
plcjs.技.术_网
3.2 具体要求
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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。
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3.2.1 柴油机监视控制子系统
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3.2.1.1 柴油机监视部分
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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；
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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；
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
输出DO信号：预热指示信号等；
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3.2.1.2 柴油机控制部分
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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。
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输出DO信号：油门电机驱动信号等；
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3.2.2 高速走行监视控制子系统（静液压传动模式）
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
3.2.2.1 高速走行监视部分
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
输入DI信号：各轴挂、脱挡感应开关信号等；
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输入AI信号：速度—里程传感器信号等；
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3.2.2.2 高速走行控制部分
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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。
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输入AI信号：走行手柄电位器信号等。
plcjs.技.术_网
输出DO信号：向前、向后阀驱动信号，挂挡阀驱动信号等。
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输出AO信号：走行泵比例阀驱动信号等。
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3.2.3 作业监视控制子系统（以新型稳定车为例）
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输入DI信号：各种开关、行程开关、感应开关信号共125个；
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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；
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输出DO信号：各种开关电磁阀驱动信号共82个；
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输出AO信号：比例电磁阀驱动信号共4个。
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4 系统设计
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4.1 INTERBUS现场总线简介
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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。
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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。
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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。
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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。
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4.2 系统网络结构
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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。
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4.2.1 监控层
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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：
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（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。
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（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。
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（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。
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（4）系统参数的设置。
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（5）系统故障诊断。
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（6）轨道参数的记录及打印输出。
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4.2.2 现场控制层
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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。
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图2：基于PPC、PLC及INTERBUS的铁路大型养路机械控制系统
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4.3 系统硬件配置
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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：
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PPC工业计算机：PPC 5115
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TP触摸屏显示器：TP 15T
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PLC控制器：ILC 370 ETH 2TX-IB，带2个以太网端口、1个RS232端口。
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总线分支模块：IBS IL 24 RB-T-PAC
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总线藕合器BK：IBS IL 24 BK-T/U-PAC
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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。
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