CRH380A動車組電氣控制系統(tǒng)MCGS組態(tài)技術(shù)仿真

牛為民

摘 要：MCGS工業(yè)控制組態(tài)軟件和PLC主機、鐵路機車低壓電器控制設備相結(jié)合，可以便捷地開發(fā)出高速鐵路動車組電氣控制仿真系統(tǒng)。文章針對CRH380A動車組電氣控制系統(tǒng)，結(jié)合相關(guān)軟件設備，提出了自主開發(fā)動車組電氣控制仿真實訓系統(tǒng)的可行方案。

關(guān)鍵詞：MCGS嵌入版;組態(tài);電氣控制系統(tǒng)

中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）01-030-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.012

1 動車組電氣控制現(xiàn)狀

目前，鐵路機車電氣系統(tǒng)仿真實訓設備在日常一體化教學與職工培訓中得到廣泛的應用，這些實訓設備多為專業(yè)化廠商提供，受制于成本，客戶無法大量采購。一體化教學需要有學員大量的“學”“做”結(jié)合課程環(huán)節(jié)，僅靠少量幾套設備遠遠不能滿足需要，在一定程度上影響了一體化教學質(zhì)量。

CRH380動車組電氣系統(tǒng)仿真實訓設備相比模擬駕駛系統(tǒng)，無需3D場景，僅用簡單的二維動畫即可實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)邏輯關(guān)系的模擬。同時，結(jié)合工業(yè)控制軟件以及相關(guān)硬件來自主開發(fā)、仿真列車邏輯控制系統(tǒng)，減少了繼電器的使用，增加了系統(tǒng)的可靠性，降低了開發(fā)成本，適合大面積裝備。此外，還可以根據(jù)現(xiàn)場教學需要對設備自主進行改造升級維護。

2 項目方案

針對CRH380A型動車組，只需要模擬一個動力單元的配置，即T2-8、M6-7車、M5-6車三個車的電氣系統(tǒng)。

2.1 設備組成

主要有以下設備，如表1所示：

2.2 軟件仿真系統(tǒng)

2.2.1 窗口配置

對每輛車設置一個窗口，集中放置虛擬電氣設備及相關(guān)電路圖，采用列車地圖的方式，以按鈕來鏈接進入對應車輛的窗口，如圖1所示。

2.2.2 開關(guān)按鈕等元件動作動畫設計

首先，斷路器、空氣開關(guān)、旋鈕動畫設計。如受電弓VCB斷路器，EGS接地開關(guān)等，設計過程如下：

準備斷路器開與關(guān)狀態(tài)兩張圖，通過兩張圖的切換達到斷路器開斷的效果。在實時數(shù)據(jù)庫內(nèi)對開關(guān)定義變量，類型為開關(guān)型，賦初值為1。在開畫面動畫組態(tài)中設置按鈕動作和可見度，按鈕動作中選取數(shù)據(jù)對象操作取反，對可見度設置：開關(guān)變量為1時，顯示開畫面，為0時不顯示開畫面。在關(guān)畫面動畫組態(tài)設計中，按鈕動作設計與上同，可見度設置相反。其他開關(guān)元器件動畫動作的實現(xiàn)可參考上述做法，如圖2所示。

其次，自復位按鈕設計：適用各種自復位旋鈕、帶燈自復位按鈕的設計。如主斷合按鈕、受電弓升旋鈕，設計過程如下。

自復位按鈕用繪圖工具箱繪制彩色圓，在實時數(shù)據(jù)庫內(nèi)對按鈕定義變量，類型為開關(guān)型，賦初值為0。在動畫組態(tài)中設置填充顏色與按鈕設置。填充顏色表達式為按鈕變量，分段點顏色設置為暗明兩種色調(diào)的顏色，模擬開關(guān)按下時顯示燈亮。在按鈕動作設置中，數(shù)據(jù)對象值操作選取變量置1。然后在運行策略中建立一條事件策略。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)對象為該自復位按鈕變量名，事件內(nèi)容設置為“數(shù)據(jù)對象值正跳變時，執(zhí)行一次”。延時時間為1 000ms，添加一條腳本策略，給自復位按鈕變量置1。用以模擬按下3s后，自復位按鈕回位，同時按鈕燈熄滅，如圖3所示。

自復位旋鈕設計可參考上述方法，利用旋鈕開斷狀態(tài)的兩張圖切換顯示，設置可見度動畫，按鍵動作給變量置1，利用事件策略延時3000ms清零。模擬升弓按鈕右旋3S后升弓指令發(fā)出。

最后，制動手柄、牽引手柄、網(wǎng)壓表、蓄電池電壓表，均可利用MCGS內(nèi)置的對象元件庫中的旋鈕、滑塊、電壓表等元件，通過外形、刻度、顏色修改，關(guān)聯(lián)相關(guān)變量來適應需要。

2.3 電路圖關(guān)聯(lián)

對CRH380A動車組電路圖進行精簡。加大開關(guān)、按鈕、觸點的顯示比例，縮小線路長度，便于嵌入式終端顯示。將升降弓、合斷VCB等需要在司機室的指令發(fā)出電路，進行合并。方便和相關(guān)器件動作時電路狀態(tài)同步顯示。

將CRH380A動車組列車整備電路：直流電源電路、司機室激活電路、受電弓控制電路、VCB控制電路、經(jīng)過精簡后利用MCGS元件庫新建繼電器線圈、常開觸點、常閉觸點、斷路器開關(guān)等基本元器件電路符號，繪制出相關(guān)電路圖，如圖4所示。

將電路元器件符號和相關(guān)電氣元件關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)聯(lián)動，利用線路、電氣元件符號的變色模擬通電斷電。對不同窗口的電路，通過將供電線路設置關(guān)聯(lián)線路變量，繼電器關(guān)聯(lián)繼電器狀態(tài)變量，實現(xiàn)電路圖之間的交互。

對電路邏輯進行梳理，按照梳理后的邏輯關(guān)系，對MCGS組態(tài)軟件中繪制的電路圖電路符號元件、線路等邊線顏色、填充顏色進行動畫組態(tài)編程設計，如圖5所示。

如：對于按下降弓按鈕后，降弓指令線107線得電。

梳理出電路邏輯：102·PanN·102B·VCBRR·PanDS·107

對MCGS中元件進行編程。

添加“線107”變量（開關(guān)變量），設置循環(huán)策略，延時2 000ms后執(zhí)行模擬線路傳輸中的時間消耗，添加腳本程序：

if 線102=1 and 受電弓VCB空開=1 and 降弓按鈕=1 and VCBRR8車=1 then

線107=1

else

線107=0

endif

通過各元件的開關(guān)變量狀態(tài)變化，關(guān)聯(lián)邊線顏色變化的動畫，實現(xiàn)電路圖與電氣元件的聯(lián)動及電路動畫顯示。

如果有自鎖線路，只需將繼電器自鎖觸點所在支路的邏輯通過or語句加入程序中。

3 技術(shù)路線

技術(shù)路線如圖6所示[1]。

4 方案所能實現(xiàn)的功能

列車整備電路電氣調(diào)試仿真。可以模擬電路故障，如設置主斷不閉合條件，通過設置牽引手柄不在0位、MON切除6車VCB、EGS接地開關(guān)閉合、斷開主變壓器油流開關(guān)等方式，讓實訓者參照電路圖仿真動畫，排除故障，幫助實訓者更好地理解列車電路。

參考文獻

[1] 劉長國，黃俊強.MCGS嵌入版組態(tài)應用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2020.