現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在牽引電機(jī)試驗(yàn)臺的應(yīng)用
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牽引電機(jī)試驗(yàn)流程的控制包含開關(guān)量的邏輯控制和電機(jī)工作點(diǎn)的閉環(huán)調(diào)節(jié)，兩者緊密結(jié)合。為了清楚地分析電機(jī)試驗(yàn)過程中不同狀態(tài)下的控制內(nèi)容，我們將電機(jī)試驗(yàn)按控制邏輯分成了若干步驟，依試驗(yàn)項(xiàng)目不同，步驟數(shù)目也不同，最多的試驗(yàn)項(xiàng)目(換向試驗(yàn)達(dá)20步之多。限于篇幅，只列出速度特性試驗(yàn)(M1正轉(zhuǎn)、滿磁場)部分流程表格。
這種按步驟歸納邏輯關(guān)系的方法能夠把開關(guān)量連鎖控制與模擬量調(diào)節(jié)結(jié)合起來。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場大量存在一種控制方式，包含開關(guān)量邏輯控制和模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)，二者要求同樣嚴(yán)格，不分主次(例如化工行業(yè)化學(xué)反應(yīng)過程的控制等)。對于這樣流程的控制，這種處理方法具有一定的普遍意義[4]。
3.2 現(xiàn)場總線條件下系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
電機(jī)試驗(yàn)過程中，各設(shè)備關(guān)系緊密，需要共同配合完成試驗(yàn)流程，試驗(yàn)臺的控制必須兼顧各個(gè)設(shè)備，作為一個(gè)整體進(jìn)行控制。而控制分散在現(xiàn)場，所以各個(gè)測控單元的信息必須是開放的、可以與其他單元共享。CAN總線的多主性通信方式使網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)之間可自由通信。SHCAN2000現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中提供了CAN總線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場智能測控單元構(gòu)成的分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了自由、開放的通信方式，使得系統(tǒng)內(nèi)任何單元的測控?cái)?shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，對于其他單元都是可見的，從而使試驗(yàn)臺的整體控制成為可能。
由現(xiàn)場功能不同方面，SHCAN2000現(xiàn)場控制單元可按以下組態(tài)方案實(shí)現(xiàn)[6]：
(1)通信功能
通信包括現(xiàn)場與上位機(jī)的通信、現(xiàn)場單元之間的通信。為了實(shí)現(xiàn)控制信息共享，在現(xiàn)場單元分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，每個(gè)設(shè)備的控制信息都通過CAN總線同地址映射到相同地址單元，實(shí)現(xiàn)了最大范圍的信息共享。例如，需要訪問電機(jī)工作點(diǎn)電流是否達(dá)到給定值標(biāo)志位，各控制單元只需訪問本地?cái)?shù)據(jù)庫的S10N10單元即可。
現(xiàn)場單元與上位機(jī)以及現(xiàn)場各個(gè)單元之間的通信由模塊實(shí)現(xiàn)，且有分頻器模塊控制通信速率，使CAN網(wǎng)絡(luò)不致阻塞。
(2)控制功能實(shí)現(xiàn)
控制功能包括開關(guān)量控制、工作點(diǎn)調(diào)節(jié)和流程的控制。
開關(guān)量控制通過開關(guān)量運(yùn)算模塊，實(shí)現(xiàn)步驟切換邏輯運(yùn)算和開關(guān)狀態(tài)邏輯運(yùn)算。
電機(jī)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)根據(jù)試驗(yàn)步驟狀態(tài)，用分支程序模塊來選擇PID運(yùn)算模塊的SP、PV，完成電機(jī)在不同工作點(diǎn)下電壓、電流、轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。此外，由于電機(jī)在不同工作狀態(tài)(起動、制停、不同工作點(diǎn))時(shí)控制模型的參數(shù)不同，所以在試驗(yàn)的不同階段，用分支程序模塊選擇已整定好的不同的PID參數(shù)(分段PID)，達(dá)到理想的控制效果。
當(dāng)被控量達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí)，高低值監(jiān)視模塊產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)量，參加步驟切換邏輯運(yùn)算；計(jì)數(shù)器模塊、定時(shí)器模塊控制工作點(diǎn)切換和延時(shí)等流程控制。
3.3 上位機(jī)監(jiān)控管理軟件
上位機(jī)的監(jiān)控管理軟件采用美國Intellutin公司FIX 615，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。
監(jiān)控界面由模擬試驗(yàn)線路、虛擬儀表和操作按鈕組成。試驗(yàn)員可以通過模擬試驗(yàn)線路觀察電路開關(guān)狀態(tài)；虛擬儀表顯示電機(jī)電壓、電流、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)；試驗(yàn)步驟指示燈顯示當(dāng)前試驗(yàn)狀態(tài)；操作按鈕控制電機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)流程。
FIX與現(xiàn)場的數(shù)據(jù)交換由自行開發(fā)的I/O驅(qū)動程序——現(xiàn)場測控單元的通信模塊，來完成現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的“上傳”和上位機(jī)組態(tài)數(shù)據(jù)、控制命令的“下達(dá)”。
電機(jī)電壓、電流、轉(zhuǎn)速的越限保護(hù)動作由現(xiàn)場智能測控模塊完成，但上位機(jī)保留這些報(bào)警事件的歷史紀(jì)錄(發(fā)生時(shí)間，越限值，操作者等)，以備查詢、參考。
本系統(tǒng)中不同的操作權(quán)限具有不同口令保護(hù)，使試驗(yàn)操作員和系統(tǒng)工程師權(quán)限不同，各司其職，消除由操作員誤操作帶來的對系統(tǒng)組態(tài)功能的破壞。
作為試驗(yàn)的最終結(jié)果，試驗(yàn)報(bào)表系統(tǒng)是由FIX組態(tài)軟件調(diào)用Microsoft Office Excel電子表格軟件實(shí)現(xiàn)的[6]。試驗(yàn)完畢后，F(xiàn)IX調(diào)用Excel中用VBA編寫的宏READ()，來完成自動將試驗(yàn)數(shù)據(jù)文件到Excel表格的格式轉(zhuǎn)換，形成最終試驗(yàn)報(bào)表。并按照電機(jī)編號和試驗(yàn)項(xiàng)目作為文件名將試驗(yàn)數(shù)據(jù)存檔以備檢索。
4 結(jié)束語
本文提出的牽引電機(jī)試驗(yàn)臺現(xiàn)場總線系統(tǒng)已在鐵道部戚墅堰機(jī)車車輛廠得到了成功的應(yīng)用。實(shí)踐證明，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)對于牽引電機(jī)試驗(yàn)臺這樣典型大功率電氣設(shè)備的控制具有工作可靠、控制精度高、設(shè)計(jì)靈活、功能完備等優(yōu)點(diǎn)，有良好的借鑒作用和推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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[2] 袁愛進(jìn)，等.現(xiàn)場智能測控儀表軟件組件集成技術(shù)的研究[J] .儀器儀表學(xué)報(bào)，2001年第3期，269-276
[3] 牽引電機(jī)大綱[S] .鐵道部戚墅堰機(jī)車車輛廠
[4] 陳曉俠，等.CAN總線間歇控制系統(tǒng)的研究[J] .大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2001年第2期，52-55
[5] “SHCAN2000分布控制系統(tǒng)智能測控組件系統(tǒng)組態(tài)使用手冊”[S] .大連鐵道學(xué)院三合儀表開發(fā)公司，1999
[6] [美] Mark Dodge等著，詹津明，等譯.Microsoft Excel 97使用大會[M] .清華大學(xué)出版社，1998年12月(end)
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