鐵路發電車微機監控裝置總體方案設計及關鍵技術研究

羅世民

（華東交通大學 軌道交通學院，南昌 330013）

0 引言

資料顯示，目前我國鐵路空調列車供電的主要方式是由安裝在車上的三臺300KW柴油發電機組,向列車提供600KW的電能（一臺機組備用）的柴油機發電站，即發電車供電[1]。當前，柴油發電機組仍采用繼電器-接觸器控制與儀表監測系統[2]，因此，在運行過程中，一方面由于控制系統的觸點多,且長時間有大電流通過而不可避免的造成系統的壽命短、可靠性差、維修工作量大、故障不容易查找等問題，同時，由于儀表監測方式無法自動記錄相關數據,為保證車輛的運行安全，《客車空調三機檢修及運用管理規程》規定，發電車運行時每隔一小時要記錄一次數據，按每次列車單程運行時間為12～13小時計算，則一個往返需要記錄近700個數據，增加操作人員的勞動強度[3,4]。

基于日本三菱電機公司的Control & Communication Link （CC-Link）的鐵路發電車微機監控系統，可實現對鐵路發電車的自動監測，降低設備故障率，減輕工作人員的勞動強度。

1 微機監控系統的總體方案

圖1 空調發電車微機監控系統總體方案

如圖1所示，根據空調發電車運行的實際情況，監控系統總體方案設計分兩大塊:硬件總體設計和軟件總體設計。設計時采用模塊設計,總體分為數據(信號)采集與處理分析模塊、機組運轉控制模塊。

數據(信號)采集與處理分析模塊主要功能是完成溫度、壓力等信號的采集,進行模擬信號的模數(A/D)轉換和補償,同時將相關數據進行處理和分析計算,并和給定工況條件進行對比計算分析,將結果保存,以供顯示輸出和控制模塊調用。

機組運轉控制模塊主要功能是根據數據(信號)采集與處理分析模塊處理結果,進行控制信號的處理,控制相應的動作器件調節受控量的數值和狀態。

2 微機監控系統的硬件設計

如圖2所示為應用CC-Link技術實現鐵路發電車微機監控系統的總體方案。系統由上位機、主站模塊、柴油發電機組監控模塊、供配電裝置監控模塊與冷卻風機控制模塊五部分組成。

1）主站模塊：主站Q02H CPU模塊通過擴展CC-Link模塊QJ61BT11后，采用CC-Link現場總路線專用電纜FANC-SB引出現場總線，從而構成一個全分布式的現場總路線網絡。選用上位機（選用三菱GT1575型觸摸屏）進行串行（RS-232C）與主站CPU通信。應用基于PC平臺的GT Designer2軟件完成上位機應用軟件設計。

2） 供配電裝置監控模塊：選用三菱AE2000-SWA低壓斷路器作為供電系統對外供電的開關，AE-SW的CC-Link接口模塊（BIF-CC）是AE-SW低壓路器與CC-Link網絡的接口，它是CC-Link的子站，通過連接可以接受主站的監控，實現對供電系統的電壓、電流、功能的監測，對AE-SW低壓路器的遠程控制。

3）柴油發電機組監控模塊：選用三套三菱單元式PLC及擴展模塊（FX2N-48MR、FX2N-4AD），實現對三臺柴油發電機組的控制。三臺PLC之間應用485BD連接，實現N：N網絡連接，同時，選用FX2N-32CCL實現與CC-Link網絡連接。這樣，三臺柴油發電機組既可單獨控制，也可通過主站實現監控。

4）冷卻風機控制模塊：選用遠程AJ65SBTB1-16DT 復合模塊（8個輸入點、16個輸出點）實現對冷卻風機的控制。

3 微機監控系統的軟件設計

圖2 鐵路發電車微機監控系統的硬件設計方案

根據發電車實際運行情況及要求，在硬件設計的基礎上，微機監控系統軟件設計主要是完成所要達到的監控功能的軟件的設計。下面以1號機組供配電裝置監控模塊的軟件設計為例，闡述微機監控系統的軟件設計過程及關鍵技術。

3.1 QJ61BT11N模塊、BIF-CC模塊與BIF-CON模塊

QJ61BT11N模塊是三菱Q系列PLC構建CCLink現場總線網絡的主站模塊。

BIF-CC模塊是AE-SW型斷路器和開放式現場網絡CC-Link間的接口，它是CC-Link的子站（占有1站的遠程設備站）。BIF-CC模塊的各測量值、設定項目有各自的專用命令，針對BIF-CC模塊要求內容（監視或設定）不同，數據構成也不相同。主站與BIF-CC模塊間通過遠程寄存器RWr/RWw進行字數據通信,可以利用順序控制程序將設定測量項目的命令和附屬數據寫入主站的遠程寄存器RWw，實現監視各測量值的設定。通過連接可以接受CC-Link主站的監控。

BIF-CON模塊是BIF-CC模塊的拓展模塊，由BIF-CC模塊提供控制電源。通過連接，驅動BIF-CC模塊的RY8、RY9與RYA等I/O軟元件，可以實現對AE-SW斷路器的分勵脫扣裝置、合閘線圈和電動儲能線圈控制[6]。

3.2 CC-Link網絡運行設置

CC-Link網絡運行設置可分為硬件設置和軟件設置兩類。

1）硬件設置開關包括站設置與傳送數率/模式設置。

表1 1號機組供配電裝置監控模塊硬件設置

如表1所示為1號機組供配電裝置監控模塊硬件設置。

2）CC-Link網絡軟件設置主要包括網絡參數與自動刷新參數設置。

如表2所示為1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統的軟件設置。

表2 1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統的網絡參數/自動刷新參數

3.3 順控程序設計

運用基于PC平臺的GX-Developer軟件可完成PLC順序控制程序的編制。如表3所示為1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統通訊地址分配情況。如圖3所示為1號機組供配電系統PLC順序控制程序流程。程序初始化階段，將變址寄存器Z0復位，并將PLC欲向BIF-CC模塊發送的設定測量項目的命令和附屬數據預存在相關數據寄存器中。在程序循環掃描階段，首先檢測主站、從站鏈接是否正常,進行遠程設備站的初始化處理，利用變址寄存器Z0在每個循環掃描中數值的變化， 使PLC向BIF-CC模塊寫入不同的測量項目的命令和附屬數據，同時讀取相關測量項目的測量數據。

4 結論

圖3 1號機組供配電系統PLC順序控制程序流程

CC-Link是一個復合的、開放的、適應性強的網絡系統，能夠適應于從較高的管理層網絡到較低的傳感器層網絡的不同范圍，具有性能卓越、應用廣泛、使用簡單、節省成本等突出優點。作者運用CC-Link總線技術完成鐵路發電車微機監控系統的設計，通過模擬實驗證實,能實現對發電車供配電裝置的遠程智能監控，從而降低設備故障率，減輕工作人員的勞動強度。也為CC-Link現場總線技術在其他領域的應用提供了借鑒。

表3 1號柴油發電機組供配電裝置微機監控系統通訊地址分配情況

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