西门子6ES341-1CH02-0AE0

 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。

　　，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

 1 概述

    计算机具有强大的运算、存储、逻辑判断等信息加工能力，从它诞生开始就被应用到控制系统中，特别是微处理器的出现，进一步扩大了计算机的应用范围。在计算机上配以自动化组态软件可以更直观、更方便地对生产过程进行监视和控制，充分发挥计算机的复杂数据运算处理、报表统计和图形显示能力。

    可编程控制器（PLC）具有抗干扰能力强，可靠性高，便于扩展，使用方便等优点，正在越来越广泛的应用于工业生产过程中。随着生产水平不断**，人们更愿意使用多台网络化中小型PLC 而不是用一台或数台超大型PLC 来包揽全局。适当分散的中小PLC 所控制的范围不大，不仅降低了风险，往往还可以简化许多热备冗余的配置，降低设备成本。

    当前应用为广泛的计算机网络技术是以太网技术，符合公共标准的TCP/IP 协议的以太网使得上层计算机系统通过以太网访问车间级数据，为全厂范围控制系统的数据汇集和监视创造条件。它的开放性协议使得各种计算机和不同厂商的PLC 可以互连，在必要时也可以进行一些控制和协调。而且人们对以太网技术很熟悉，可以降低系统的开发、培训和维护的费用。

    现场总线是一种互联现场自动化设备及其控制系统的双向数字通信协议，现场总线使控制功能适当分散到现场设备，系统的自立能力增强，节约机柜空间，使现场的电缆连线大量减少。现场总线具备可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速率快、系统安全符合环境保护要求的优势。

    总之企业的系统生产过程是很复杂的，设备分布广，各工序各设备并行地进行工作，因此用数台PLC对生产过程进行实时控制，用一台或数台微型机作为监控系统的上位机，上位机通过以太网与PLC 相连，实现对现场数据巡回采集、集中处理，在实际应用中还可以利用上位机对PLC 进行远程编程或对程序中的参数进行设置或修改。以太网可以达到很高的通信速率，利用以太网的优点，结合PLC 控制器及现场总线，就可以构成全分散、全开放的集散控制系统。下面以某厂打叶复烤线控制系统为例对集散控制系统进行说明。

 2 系统组成

    依据分散检测控制、集中监控管理的原则，系统由集中监控层、设备控制层两部分组成。图1 为该打叶复烤线集散控制系统示意图。

    2.1 集中监控层（上位机）

    由三台计算机和打印机构成。一台对烟叶预处理、叶梗分离、风送除尘三条线进行集中监控，另一台对烟片复烤、烟梗复烤、预压打包三条线进行集中监控。一台用作编程工作站。   

    2.1.1 集中监控层软硬件配置

    监控计算机选用配置为PⅢ1GHZ 以上主频，128M 内存，40G 硬盘的IBM 商用电脑，PHILIPS 21 寸显示器；打印机选用HP LJ5000 激光打印机；配置不间断电源（UPS），型号选用APC 产品,容量为2KVA。监控计算机操作系统配置安全性可靠性高的bbbbbbs 2000 中文版；监控组态软件选用Inbbblution 的FIX。

    2.1.2 监控管理层的主要功能

    a. 向下通过以太网与控制执行层进行数据通讯，通过简洁、直观的现场模拟图反映主要单机设备电机状态，各检测元件状态，各执行器件状态，主要设备参数和工艺参数等；

    b. 显示主要工艺参数的变化趋势，如水分、**、温度等，有助于工艺人员及时掌握工艺参数变化情况，稳定工艺，**产品质量；

    c. 以弹出窗口和表格形式显示故障信息，包括故障发生时间、发生位置、故障内容等；

    d. 工程师站实现远程对PLC 编程、PLC 运行状况监测及程序修改等；

    e. 向上通过以太网与企业管理层进行数据通讯，向厂领导和各职能部门发布生产和工艺数据，为厂里的决策提供依据，接受厂里的指令并打印各种报表等。

    2.2 设备控制层

    划分为烟叶预处理、叶梗分离、烟片复烤、烟梗复烤、预压打包、风送除尘六条生产分线， 设置六组对应的PLC 控制电控柜及相应器件，对六条生产分线分别执行控制。

3 系统以太网通信的实现

    3.1 监控计算机和PLC 的配置

    监控计算机采用3COM 公司的Etherbbbb Ⅲ网卡，对该网卡，可用bbbbbbs 自带的驱动程序进行配置。在FIX 应用程序的网络配置中，有两种协议：NetBOIS 和TCP/IP。选择TCP/IP，则数据传输速度快，适用于较多站点的网络。在FIX Driver Configuration 中，输入节点名、以太网址。并将节点名映射到单独的IP 地址，TCP/IP 采用多种方式处理名称辨识，采用本地HOSTS 文件方式具有高的可靠性。该文本文件存在各节点上。PLC 采用Schneider 公司的ETY110 网卡，必须对ETY110 正确配置节点名和以太网址，如果网上各PLC 及I/O Driver 都配置正确，则个设备之间可以建立通信。

    3.2 FIX 组态软件与PLC 的通信过程

    PLC 中有一个专门用来存放数据的数据块，组态软件的I/O 驱动程序从中读取数据，并将其传入驱动程序映射表的地址中，对应与点名。扫描、报警、控制程序访问点名，则获得数据，并将处理后的数据传输至过程数据库。内部数据库访问功能从本地或远程数据库中读取数据，并将这些数据传输至请求的应用程序中去。

4 系统中各站点的寻址

    集散控制系统中实现分散检测控制、集中监控的关键之一是各通信实体的正确寻址。本系统中目的通信实体的一般格式为：网络号、站号、设备物理地址，设备物理地址一般是它的通信模块的地理位置，即其模块号、通道号和通道中的通信实体。

    4.1 站内寻址

    如打叶复烤线集散控制系统示意图所示，如PLC1 对UNI-bbbWAY 总线上第4 号变频器寻址，其目标地址为

    4.2 站间寻址

    如打叶复烤线集散控制系统示意图所示，如PLC2 对PLC1 的UNI-bbbWAY 总线上第4 号变频器寻址，其目标地址为：

    在Schneider Premium 系列PLC 上总线模块和CPU 模块集成在一起，始终处于机架上0 模块位置，如选用TER 通信通道，通道地址为0，如选用PCMCIA 卡通信通道，通道地址为1。

5 结束语

    正如上例打叶复烤线集散控制系统所描述的，集散型控制系统具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便。显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范、调试方便、运行可靠等优点。它能够适应工业生产过程的各种需要，**生产自动化水平和管理水平，通高产品质量，降低能源消耗和原材料消耗，**劳动生产率，保证生产安全，可有力地促进工业发展，创造出佳经济效益和社会效益。