基于現(xiàn)場(chǎng)總線的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)
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圖1：傳統(tǒng)的接線方式
普拉塞―陶依爾公司的模擬集中式控制系統(tǒng)存在以下不足：
（1）監(jiān)視儀表、指示及報(bào)警燈安裝位置分散；模擬儀表信號(hào)僅用作顯示而未進(jìn)入過程控制；
（2）插裝式電路板的抗振性能、抗沖擊性能、防塵性能均不好；模擬電路板的調(diào)整（如?！?”、標(biāo)定）由多個(gè)電位器來完成，比較復(fù)雜；控制系統(tǒng)中采用模擬量對(duì)傳輸及控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳遞，其精度差、受干擾信號(hào)影響大，因而整個(gè)控制系統(tǒng)的控制效果及系統(tǒng)穩(wěn)定性都較差；
（3）集中控制模式使得作業(yè)主控制柜體積較大；I/O信號(hào)傳統(tǒng)的接線方式，使作業(yè)主控制柜中有大量連接電纜，使斷點(diǎn)和接點(diǎn)增加而增加故障點(diǎn)，使檢修和維護(hù)變得復(fù)雜。
3 系統(tǒng)要求
針對(duì)上面列舉的不足，有必要設(shè)計(jì)一種新的電氣控制系統(tǒng)，它應(yīng)滿足以下要求。
3.1 基本要求
新的大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)應(yīng)具有統(tǒng)一的顯示、指示及報(bào)警，具有過程控制功能；具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，具有較好的抗振性能、抗沖擊性能、防塵性能，能經(jīng)受高溫、高濕的環(huán)境。
3.2 具體要求
新的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)主要針對(duì)柴油機(jī)監(jiān)視控制子系統(tǒng)、高速走行監(jiān)視控制子系統(tǒng)、作業(yè)監(jiān)視控制子系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，而對(duì)于整車電源子系統(tǒng)和輔助設(shè)備子系統(tǒng)，它們都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的簡單控制，不作重新設(shè)計(jì)。下面詳細(xì)介紹這三個(gè)子系統(tǒng)的各種輸入輸出信號(hào)。
3.2.1 柴油機(jī)監(jiān)視控制子系統(tǒng)
3.2.1.1 柴油機(jī)監(jiān)視部分
輸入DI信號(hào)：油壓開關(guān)信號(hào)、缸蓋溫度（水溫）開關(guān)信號(hào)、空氣濾清器開關(guān)信號(hào)、直流發(fā)電機(jī)發(fā)電狀態(tài)開關(guān)信號(hào)等；
輸入AI信號(hào)：轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)、油壓傳感器信號(hào)、缸蓋溫度（水溫）傳感器信號(hào)、電瓶電壓信號(hào)、柴油油位傳感器信號(hào)等；
輸出DO信號(hào)：預(yù)熱指示信號(hào)等；
3.2.1.2 柴油機(jī)控制部分
輸入DI信號(hào)：怠速位感應(yīng)開關(guān)信號(hào)、高速走行位感應(yīng)開關(guān)信號(hào)、作業(yè)位感應(yīng)開關(guān)信號(hào)等。
輸出DO信號(hào)：油門電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)等；
3.2.2 高速走行監(jiān)視控制子系統(tǒng)（靜液壓傳動(dòng)模式）
3.2.2.1 高速走行監(jiān)視部分
輸入DI信號(hào)：各軸掛、脫擋感應(yīng)開關(guān)信號(hào)等；
輸入AI信號(hào)：速度―里程傳感器信號(hào)等；
3.2.2.2 高速走行控制部分
輸入DI信號(hào)：掛擋開關(guān)信號(hào)，點(diǎn)動(dòng)掛擋開關(guān)信號(hào)，向前、向后走行開關(guān)信號(hào)，走行手柄位置信號(hào)等。
輸入AI信號(hào)：走行手柄電位器信號(hào)等。
輸出DO信號(hào)：向前、向后閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)，掛擋閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。
輸出AO信號(hào)：走行泵比例閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。
3.2.3 作業(yè)監(jiān)視控制子系統(tǒng)（以新型穩(wěn)定車為例）
輸入DI信號(hào)：各種開關(guān)、行程開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)信號(hào)共125個(gè)；
輸入AI信號(hào)：左、右抄平傳感器信號(hào)，前、后電子擺信號(hào)，正矢?jìng)鞲衅餍盘?hào)，測(cè)量輪信號(hào)，加速度傳感器信號(hào)，振頻傳感器信號(hào)共7個(gè)；
輸出DO信號(hào)：各種開關(guān)電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)共82個(gè)；
輸出AO信號(hào)：比例電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)共4個(gè)。
4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線簡介
INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線于1984年推出，其主要技術(shù)開發(fā)者為德國的Phoenix Contact公司。INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線采用非常獨(dú)特的集總幀傳輸協(xié)議，有效數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)52%，具備強(qiáng)大的故障診斷功能；采用雙絞線無中繼器傳輸距離長達(dá)12.8公里；單主站可連接最多達(dá)255個(gè)從站；掃描8192個(gè)I/O點(diǎn)的時(shí)間僅為7.8毫秒（500Kbps）。由于該總線的快速發(fā)展和廣泛使用，INTERBUS 已先后成為DIN19258德國標(biāo)準(zhǔn)、EN50254歐洲標(biāo)準(zhǔn)、IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)和中國機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10308.8所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線。INTERBUS在全球有1000多家總線設(shè)備生產(chǎn)商，提供多達(dá)2500種產(chǎn)品。到目前為止，INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線在世界各地的節(jié)點(diǎn)安裝突破750萬，在各種現(xiàn)場(chǎng)總線中名列第二。
今天，作為現(xiàn)場(chǎng)總線、PC-Based、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的先導(dǎo)，菲尼克斯又率先提出了Fieldbus+Ethernet這一新型自動(dòng)化方案，構(gòu)造了完善的工業(yè)企業(yè)管理控制網(wǎng)絡(luò)。
INTERBUS總線包括遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)和本地總線網(wǎng)絡(luò)，兩種網(wǎng)絡(luò)傳送相同的信號(hào)但電平不同。遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，采用RS-485傳輸，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)采用全雙工方式進(jìn)行通訊，通訊速率為500kb/s。本地總線網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)上的總線終端BT（BUSTerminal）上的BK模塊負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本地網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。INTERBUS總線上的主要設(shè)備有總線終端BT（BUSTerminal）上的BK模塊、I/O模塊和安裝在PC或PLC等上位主設(shè)備中的總線控制板?？偩€控制板是INTERBUS總線上的主設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)協(xié)議的控制、錯(cuò)誤的診斷、組態(tài)的存儲(chǔ)等功能。I/O模塊實(shí)現(xiàn)在總線控制板和傳感器/執(zhí)行器之間的接收和數(shù)據(jù)傳輸，可處理的數(shù)據(jù)類型包括機(jī)械制造和流程工業(yè)的所有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
INTERBUS的主要應(yīng)用在汽車、造紙、煙草、印刷、倉儲(chǔ)、船舶、食品、冶金、木材、紡織、化工等行業(yè)。歐洲汽車工業(yè)80%的車身廠和焊接車間，均采用INTERBUS系統(tǒng)的控制方案。在上海大眾的帕薩特生產(chǎn)線、一汽大眾的Audi A6生產(chǎn)線上、紅塔集團(tuán)玉溪卷煙廠新的生產(chǎn)線，均全面采用了INTERBUS作控制方案。
4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
根據(jù)鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，基于PPC工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC及現(xiàn)場(chǎng)總線INTERBUS的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械控電器制系統(tǒng)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，它分為兩層：監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)控制層。
4.2.1 監(jiān)控層
監(jiān)控層由高速以太網(wǎng)Ethernet、PPC工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、TP觸摸屏顯示器以及連接在PPC上的打印機(jī)組成。監(jiān)控層主要完成以下功能：
（1）柴油機(jī)監(jiān)視控制子系統(tǒng)中柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、油壓、缸蓋溫度（水溫）、電瓶電壓、柴油油位的顯示；低油壓、高缸蓋溫度（水溫）、空氣濾清器堵塞狀態(tài)、直流發(fā)電機(jī)發(fā)電狀態(tài)的報(bào)警指示；預(yù)熱指示；怠速位、高速走行位、作業(yè)位的指示等。
（2）高速走行監(jiān)視控制子系統(tǒng)（靜液壓傳動(dòng)模式）中速度―里程，各軸掛、脫擋狀態(tài)的顯示；掛擋開關(guān)，點(diǎn)動(dòng)掛擋開關(guān)，向前、向后走行開關(guān)，走行手柄電位器，走行手柄位置的顯示等。
（3）作業(yè)監(jiān)視控制子系統(tǒng)（以新型穩(wěn)定車為例）中各種開關(guān)，作業(yè)機(jī)構(gòu)的各種行程開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)狀態(tài)的顯示；左、右抄平傳感器信號(hào)，前、后電子擺信號(hào)，正矢?jìng)鞲衅餍盘?hào)，加速度傳感器信號(hào)，振頻傳感器信號(hào)，作業(yè)速度的顯示。
（4）系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。
（5）系統(tǒng)故障診斷。
（6）軌道參數(shù)的記錄及打印輸出。
評(píng)論