PLC結合MCGS組態軟件在鋼軌探傷車控制系統中的應用

靳權+王少鵬+陳后衛

摘 要：組態技術是當前工業中用于監控的一項新技術。該設計中利用組態軟件MCGS和PLC技術對機車狀態進行實時監控，基于MCGS組態軟件可以監控PLC軟元件狀態，以變量值的形式傳輸到計算機上，供上位機使用、處理，并且可對相關參數進行設置，報警信息進行查詢等，可靠性高?？梢暬牟僮鹘缑?，大大地提高了系統的可操作性和實時性，較好地實現了預期的目標。

關鍵詞：組態 MCGS PLC 機車 實時監控

中圖分類號：U22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（b）-0047-02

鋼軌探傷車為該公司自主設計制造，自帶動力，配備美國卡特彼勒動力單元，用于對高速鐵路干線或者城市軌道線路鋼軌的探傷檢測，最高運行速度65 km/h。在機車電氣控制與監控系統中，將PLC與MCGS組態軟件相結合，利用下位機（PLC控制器）完成對機車狀態信號的采集與控制。

1 設計要求

在車輛兩端駕駛室設人機界面，能夠監視車輛運行狀態及相關參數顯示：速度、油位顯示、車輛停放緩解狀態顯示、發動機運行狀態顯示、空壓機工作狀態顯示、火災及軸溫報警等，并具有一定的交互功能，如，速度換算系數補償、玻璃加熱時間調整及報警信息瀏覽等。

2 系統硬件組成

系統中硬件主要由以下3個部分組成。

（1）PLC控制器。主控制器三菱FX3U-64MR/DS，內置32入/32出（繼電器）；電源DC24V（數量1臺）；特殊模塊有：模擬量輸入模塊：FX2N-4AD（數量1塊）；模擬量輸出模塊：FX2N-4DA（數量 1塊），位于車內I端司機室電氣控制柜內。

（2）監控屏。型號為北京昆侖通態mcgsTpcTPC1162HI-10.4觸摸屏，10.4"TFT液晶顯示，真彩（LED背光），分辨率（800×600），電源DC24V（數量2臺）。I端、II端司機室操縱臺各設一臺。

（3）硬件連接。PLC與I端觸摸屏之間采用RS232串口通訊，外部輸入設備有行程開關、按鈕、電磁閥等，兩端觸摸屏之間采用抗干擾性強的RJ45網線通訊。

3 PLC控制單元設計

（1）系統I/O定義。

根據系統設計要求分析，定義設備（PLC控制器FX3U-64MR/DS） I/O口，分配好PLC輸入（X）輸出地址（Y）。

（2）PLC程序設計。

系統需要實現的功能主要有以下幾點。

①機車速度信號（X0）：脈沖信號，速度傳感器每轉200P，車輪直徑840 mm。車輛速度在監控屏上顯示，單位：km/h。因車輪長期磨耗，直徑有改變，監控屏具有車速補償功能，修改后的參數能自動存入PLC，作為車速換算系數補償。

②玻璃加熱控制：X1（X2）初次為1，接通Y0（Y1），延時10 min后斷開，在Y0（Y1）接通過程中，若再次使X1（X2）為1，則即刻斷開Y0（Y1），如此循環。監控屏顯示I、II端玻璃加熱狀態，且加熱時間可調整。

③機車運行警惕按鈕（X12）：上升沿觸發，當車速>5 km時，如果司機在1 min間隔內沒有按下此按鈕，將輸出聲光報警，同時，在監控屏上顯示：“20 s內按下警惕按鈕，否則將實施緊急制動”，屏上顯示剩余時間。如果延時到后，沒有觸發X12，則Y2復位，實施緊急制動。

4 組態監控單元設計

4.1 系統工程的建立

該系統利用MCGS嵌入版7.6組態軟件進行觸摸屏畫面的設計。MCGS生成的用戶應用系統，設備窗口通過設備構件驅動外部設備，將采集的數據送入實時數據庫；由用戶窗口組成的圖形對象，與實時數據庫中的數據對象建立連接關系，以動畫形式實現數據的可視化。

4.2 用戶界面設計

用戶界面即監控界面是提供給用戶最直觀的顯示，需要實時顯示機車運行狀態和參數等信息，MCGS組態軟件內置強大的圖形對象庫，如，閥、儲藏罐、儀表、電氣符號、指示燈等，能夠滿足日常的畫面設計。

4.3 定義數據對象

進入工作臺中的實時數據庫窗口，選擇“新增對象”按鈕，系統自動生成缺省定義的“Data1”數據，根據用戶窗口中圖形屬性需要，對數據對象屬性進行設置，需要注意的是，數據庫數據對象屬性設置時，需要結合PLC軟元件相關定義，這樣在調試階段，PLC與MCGS通訊時，可以實現PLC參數值與數據對象變量的自動識別。

4.4 動畫連接

畫面設置時，以圖形對象設計完成的人機界面是靜止不動的，需要對其進行動畫設計，才能將機車運行狀態等信息實時地顯示出來，才能達到機車監控目的。這時就需要將用戶窗口中的圖形對象與實時數據庫中的數據對象建立連接，設置相應的動畫屬性。

5 通訊設置

MCGS通訊設置即設備之間的組態，在該系統中，下位機選用的是三菱FX3U系列控制器，需要在串口父設備下調用“三菱FX3U系列編程口”作為子設備，調用之后分別對其進行屬性設置。需要注意的是，該系統中，兩端司機室各設一臺監控屏，而MCGS與下位機PLC之間采用的RS232串口通訊，RS232通訊為1對1通訊，只能實現一臺監控屏與PLC之間的通訊。這就需要在設備組態時，調用“通用TCP/IP父設備”，對兩臺監控屏進行不同的設置，將I端監控屏作為轉發設備（從站），將實時數據通過莫迪康ModbusTCP協議轉發給II端監控屏（主站），以保證監控屏之間數據的交互。

兩端司機室監控屏采用RJ45以太網通訊，首先在對與PLC相連的監控屏即從站進行組態，進行完通用串口父設備設置后，再調用“通用TCP/IP父設備”，在“通用TCP/IP父設備”下添加“ModbusTCP/IP數據轉發設備”，將需要轉發的數據變量導入；在對主站進行設備組態時，直接調用“通用TCP/IP父設備”，在其下方添加“莫迪康ModbusTCP”子設備。同時正確設置主從站的IP地址，即可實現通訊。

6 結語

PLC結合MCGS組態軟件在鋼軌探傷車上的應用，不僅能夠直觀地將機車運行狀態和參數在以動畫的形式展現出來，同時操作人員不需要改變梯形圖就可以對部分參數進行設置，使操作更加方便簡潔，更便于系統維護。

參考文獻

[1] 袁秀英，石梅香.計算機監控系統的設計與調試——組態控制技術[M].2版.北京：電子工業出版社，2010：62-110.

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