現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在牽引電機試驗臺的應(yīng)用
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目前，我國鐵路大部分廠、段的電機試驗臺，主要采用手工操作控制試驗、人工讀表記錄試驗數(shù)據(jù)；自動化程度比較低。這種手工試驗存在明顯的缺陷：工作效率低，勞動強度比較大，試驗精度不高，而且試驗數(shù)據(jù)的可靠性往往受到人為因素的影響。隨著牽引電機試驗要求的提高，現(xiàn)有的試驗臺人工控制已不能滿足要求了，迫切需要實現(xiàn)自動控制和計算機管理。
實現(xiàn)牽引電機試驗臺自動控制的主要困難是：(1)電機試驗流程復(fù)雜，步驟繁多，邏輯關(guān)系歸納困難；(2)牽引電機試驗狀態(tài)多變，在不同試驗狀態(tài)下控制參數(shù)不同，難以達到理想的控制效果；(3)牽引電機和試驗電源是高電壓、大電流設(shè)備，電磁干擾強，機械震動大，對控制設(shè)備的抗干擾性和可靠性要求較高。
基于這種情況，我們設(shè)計采用基于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)SHCAN2000的電機試驗臺自動測試系統(tǒng)，解決了以上問題，可以自動完成牽引電機的全部檢查試驗。實現(xiàn)了試驗流程的自動控制、自動完成；試驗數(shù)據(jù)的自動采集和自動記錄；安全報警、自動保護和歷史記錄；試驗報表的自動生成和管理等。
2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
2.1 牽引電機試驗臺線路
試驗臺線路如圖1所示。
線路機、升壓機是由可控硅整流實現(xiàn)的可控電壓源、電流源。由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)單元的動態(tài)輸出作為線路機和升壓機的給定，可控硅觸發(fā)電路閉環(huán)自動調(diào)節(jié)輸出，控制牽引電機的工作點(電壓、電流、轉(zhuǎn)速)。削磁機是由IGBT實現(xiàn)的恒流源，當(dāng)削磁電路投入時，會自動跟蹤被試電機電樞電流，控制主磁極電流保持在一個固定的削磁率上。
2.2 SHCAN2000分布式控制系統(tǒng)
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是信息數(shù)字化、控制分散化、標準統(tǒng)一全開放的新一代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，它有控制精度高、系統(tǒng)可靠性強、成本低廉等優(yōu)點。其中控制徹底分散是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有的突出特點，它給用戶帶來的實質(zhì)優(yōu)點是：由高度智能的現(xiàn)場設(shè)備來分散地完成DCS控制器的功能，弱化甚至省去了集中控制器的層次，降低了設(shè)備和布線費用，使控制風(fēng)險徹底分散，提高系統(tǒng)控制的自治性和可靠性。
本系統(tǒng)控制部分結(jié)構(gòu)如圖2所示。
SHCAN2000型系統(tǒng)的總線通信標準采用CAN2.0B。CAN總線的短楨結(jié)構(gòu)、CRC校驗以及錯誤節(jié)點自動關(guān)閉功能，保證了信號傳輸?shù)目煽啃裕哂休^強的抗干擾能力。在電機試驗臺現(xiàn)場強電磁干擾下，從未出現(xiàn)通信故障，證明了CAN總線通信的高可靠性。
在SHCAN2000控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場智能測控單元作為控制系統(tǒng)的核心，完成全部控制功能；通過CAN總線實現(xiàn)設(shè)備之間的信息共享，以及現(xiàn)場和上位機之間的通信，包括控制信息、設(shè)備狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)的傳送。完全由現(xiàn)場測控單元實現(xiàn)對電機試驗流程的全部控制，是系統(tǒng)實現(xiàn)的一個難點。
SHCAN2000現(xiàn)場智能測控單元采用了由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)、實時監(jiān)控軟件、任務(wù)級組態(tài)軟件、實時數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的現(xiàn)場智能測控儀表軟件組件集成技術(shù)[2]。并開發(fā)了下載與調(diào)試程序，支持在線組態(tài)和模擬調(diào)試，大大方便了系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試。
3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)
本電機試驗臺測試系統(tǒng)能夠自動完成ZD-106、ZD-109、QDR-410型號牽引電機的全部出廠試驗和部分型式試驗。下面結(jié)合試驗流程特點，按系統(tǒng)功能實現(xiàn)的過程來進行介紹。
3.1 系統(tǒng)模型分析
試驗項目繁多，流程復(fù)雜。根據(jù)我們分析，每一個試驗項目的步驟從五步到二十步不等，有的試驗項目還有不同試驗方式，累計試驗步驟近五百步。面對如此復(fù)雜的試驗流程，為了清晰地描述電機試驗的控制過程，首先要歸納出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
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