摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了PLC、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)及應(yīng)用；詳細(xì)介紹了鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及系統(tǒng)要求；以新型穩(wěn)定車電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，提出一種基于PPC、PLC及現(xiàn)場(chǎng)總線的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：鐵路、大型養(yǎng)路機(jī)械、PLC、現(xiàn)場(chǎng)總線、INTERBUS、控制系統(tǒng)。
１引言
可編程邏輯控制器(PLC—Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱可編程控制器，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置。它問(wèn)世于20世紀(jì)60年代，到現(xiàn)在仍保持旺盛的發(fā)展勢(shì)頭。它具有體積小、功能豐富、配置靈活、適應(yīng)惡劣環(huán)境、抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、編程方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于電力、機(jī)械、冶金、化工、輕紡等各個(gè)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制中。它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，還可構(gòu)成復(fù)雜的過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來(lái)的，它是目前自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)，是新一代控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，它綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字—模擬信號(hào)控制的局限性，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、多變量、多節(jié)點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線則是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置。分散在各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連為一體，并與控制室中的控制器和監(jiān)視器一起構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS—Fieldbus Control System）。
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)際上是采用串行數(shù)據(jù)傳輸和連接方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的并聯(lián)信號(hào)傳輸和連接方式的方法，它依次實(shí)現(xiàn)了控制層和現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備層之間的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)在保證傳輸實(shí)時(shí)性的情況下實(shí)現(xiàn)信息的可靠性和開(kāi)放性。一般的現(xiàn)場(chǎng)總線具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）布線簡(jiǎn)單；（2）開(kāi)放性；（3）實(shí)時(shí)性；（4）可靠性；（5）高效診斷；（6）硬件靈活。
目前，國(guó)際上各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)總線有很多種，統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。其中有較強(qiáng)實(shí)力和影響的有： FF（Foundation Fieldbus 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線）、HART（Highway Addressable Remote Transducer）、CAN（Controller Area Network 控制器局域網(wǎng)）、Profibus（Process Field Bus 過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線）、INTERBUS、LonWorks（Local Operating Network 局部操作網(wǎng)絡(luò)）、WorldFIP、MODBus、DeviceNet、ControlNet 、ASi（Actuator Sensor Interface 執(zhí)行器傳感器接口）等。
基于PPC工業(yè)計(jì)算機(jī)、PLC及現(xiàn)場(chǎng)總線的電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，如冶金、電力、石化、礦山、水泥、水處理、乳品飲料、啤酒罐裝、煙草加工、機(jī)械裝配、產(chǎn)品包裝等已得到廣泛的應(yīng)用，但是在鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)中還沒(méi)有廣泛應(yīng)用。本文根據(jù)鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出一種基于PPC工業(yè)計(jì)算機(jī)、PLC及INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
?。铂F(xiàn)狀
養(yǎng)路機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)鐵路維修養(yǎng)護(hù)現(xiàn)代化、保證鐵路不間斷運(yùn)輸和行車安全的重要技術(shù)手段。為適應(yīng)鐵路快速、重載以及軌道結(jié)構(gòu)重型化的技術(shù)發(fā)展要求，發(fā)達(dá)國(guó)家鐵路相繼采用大型養(yǎng)路機(jī)械進(jìn)行鐵路線路維護(hù)，到上世紀(jì)80年代末，已基本形成以大型養(yǎng)路機(jī)械為主要作業(yè)手段的格局。而此時(shí)，我國(guó)還在依靠手工、小型機(jī)械和非標(biāo)準(zhǔn)自制設(shè)備進(jìn)行線路維護(hù)，作業(yè)質(zhì)量差、效率低，特別是在繁忙干線，線路維護(hù)與運(yùn)營(yíng)的矛盾尤其突出。
上世紀(jì)80年代初期，我國(guó)從奧地利普拉塞—陶依爾公司引進(jìn)了先進(jìn)的大型養(yǎng)路機(jī)械制造技術(shù)，確立了大型養(yǎng)路機(jī)械的發(fā)展采取“技術(shù)引進(jìn)—消化、吸收—國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)—開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新”的途徑。通過(guò)20多年的引進(jìn)技術(shù)和國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)，我們學(xué)習(xí)了國(guó)外大型養(yǎng)路機(jī)械的先進(jìn)技術(shù)，更新了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，拓寬了開(kāi)發(fā)思路，增強(qiáng)了開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的能力。
隨著鐵路的跨越式發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，加快推進(jìn)大型養(yǎng)路機(jī)械引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)程，加快具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的研發(fā)，加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，發(fā)展核心技術(shù)，創(chuàng)新和超越已經(jīng)成為現(xiàn)階段工作的重中之重，已經(jīng)刻不容緩。
鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械是集機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、電氣、計(jì)算機(jī)、激光等技術(shù)于一體的鐵路專用機(jī)械。按功能分有以下系列：清篩機(jī)、搗固車、配碴車、穩(wěn)定車、鋼軌打磨車、鋼軌探傷車、軌道檢測(cè)車、架線車、焊軌車、道岔鋪換機(jī)組等。對(duì)于不同功能的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其本質(zhì)的區(qū)別在于作業(yè)監(jiān)視控制系統(tǒng)。到目前為止，我國(guó)的清篩機(jī)、搗固車、配碴車、穩(wěn)定車等鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械的技術(shù)主要是在引進(jìn)、消化吸收奧地利普拉塞—陶依爾公司鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它屬于模擬集中式控制系統(tǒng)，它主要由以下子系統(tǒng)組成：
?。?）整車電源子系統(tǒng)；
?。?）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)；
?。?）輔助設(shè)備子系統(tǒng)：包括照明、通話、取暖及空調(diào)等。
其中作業(yè)監(jiān)視控制子系統(tǒng)是各類鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的核心，它完成作業(yè)機(jī)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)視、完成作業(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的控制。不同功能的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械，其作業(yè)監(jiān)視控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度有著很大的差別。如清篩機(jī)和配碴車，它的作業(yè)監(jiān)視控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。而搗固車、穩(wěn)定車、鋼軌打磨車、鋼軌探傷車、軌道檢測(cè)車、架線車等，它們的作業(yè)監(jiān)視控制子系統(tǒng)就比較復(fù)雜。下面以穩(wěn)定車的作業(yè)監(jiān)視控制子系統(tǒng)為例作一介紹，它由以下部分組成：
?。?）計(jì)算機(jī)控制部分：由上位機(jī)控制板、鍵盤(pán)、顯示器構(gòu)成；
?。?）程序控制部分：由下位機(jī)控制板、I/O板、功率輸出板組成的微機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成；
?。?）模擬量控制部：由A/D轉(zhuǎn)換板、D/A轉(zhuǎn)換板、頻率測(cè)量板、各種功能的模擬控制板構(gòu)成；
（4）測(cè)量部分：由左、右抄平傳感器，加速度傳感器，振頻傳感器等構(gòu)成；
?。?）軌道參數(shù)記錄部分：由記錄儀、前、后電子擺，正矢?jìng)鞲衅?，測(cè)量輪等構(gòu)成。
普拉塞—陶依爾公司的模擬集中式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：
（1）各子系統(tǒng)的監(jiān)視部分都使用模擬儀表或數(shù)字顯示器或指示及報(bào)警燈；
?。?）功能復(fù)雜機(jī)型作業(yè)監(jiān)視控制子系統(tǒng)的控制部分都使用插裝式模擬電路板和由插裝式電路板組成的微機(jī)系統(tǒng)；
?。?）作業(yè)監(jiān)視控制子系統(tǒng)中各I/O信號(hào)的接線方式均為“終端（開(kāi)關(guān)、傳感器/電磁閥、繼電器）—作業(yè)主控制柜”或“終端元件（開(kāi)關(guān)、傳感器/電磁閥、繼電器）—中間過(guò)渡箱—多芯電纜—作業(yè)主控制柜”的傳統(tǒng)接線方式（如圖1）；
（4）軌道參數(shù)記錄系統(tǒng)為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，與微機(jī)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)沒(méi)有通訊和數(shù)據(jù)交換。
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：
?。?）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(guò)程控制；
?。?）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（如校“0”、標(biāo)定）由多個(gè)電位器來(lái)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；
?。?）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。
?。诚到y(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(guò)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(jiǎn)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(kāi)關(guān)信號(hào)、缸蓋溫度（水溫）開(kāi)關(guān)信號(hào)、空氣濾清器開(kāi)關(guān)信號(hào)、直流發(fā)電機(jī)發(fā)電狀態(tài)開(kāi)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(kāi)關(guān)信號(hào)、高速走行位感應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)、作業(yè)位感應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)等。
輸出DO信號(hào)：油門(mén)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(kāi)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(kāi)關(guān)信號(hào)，點(diǎn)動(dòng)掛擋開(kāi)關(guān)信號(hào)，向前、向后走行開(kāi)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(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、感應(yīng)開(kāi)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(kāi)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(jiǎn)介
INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線于1984年推出，其主要技術(shù)開(kāi)發(fā)者為德國(guó)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(wú)中繼器傳輸距離長(zhǎng)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)、EN50254歐洲標(biāo)準(zhǔn)、IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)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(wàn)，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。總線控制板是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(cāng)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：
?。?）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。
?。?）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(kāi)關(guān)，點(diǎn)動(dòng)掛擋開(kāi)關(guān)，向前、向后走行開(kāi)關(guān)，走行手柄電位器，走行手柄位置的顯示等。
?。?）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(kāi)關(guān)，作業(yè)機(jī)構(gòu)的各種行程開(kāi)關(guān)、感應(yīng)開(kāi)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。
?。?）軌道參數(shù)的記錄及打印輸出。
4.2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制層
現(xiàn)場(chǎng)控制層由主站（PLC控制器、總線分支模塊、本地I/O），現(xiàn)場(chǎng)總線，從站（總線藕合器BK、遠(yuǎn)程I/O）和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備四部分組成。主站安裝于作業(yè)室內(nèi)，從站的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要而定，它分布于車體的不同位置?，F(xiàn)場(chǎng)控制層主要完成以下功能：（1）各種輸入信號(hào)的采集；（2）各種控制信號(hào)的輸出；（3）各種信號(hào)的處理；（4）與監(jiān)控層的通訊。
圖2：基于PPC、PLC及INTERBUS的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械控制系統(tǒng)
4.3 系統(tǒng)硬件配置
本系統(tǒng)是基于Phoenix Contact公司的自動(dòng)化產(chǎn)品配置而成的。主要配置如下：
PPC工業(yè)計(jì)算機(jī)：PPC 5115
TP觸摸屏顯示器：TP 15T
PLC控制器：ILC 370 ETH 2TX-IB，帶2個(gè)以太網(wǎng)端口、1個(gè)RS232端口。
總線分支模塊：IBS IL 24 RB-T-PAC
總線藕合器BK：IBS IL 24 BK-T/U-PAC
各種Inline I/O模塊：IB IL 24 DI 16-NPN-PAC，IB IL 24 DI 2-NPN-PAC，IB IL 24 DI 32/HD-NPN-PAC，IB IL 24 DI 4-PAC，IB IL 24 DO 2-2A-PAC，IB IL 24 DO 2-NPN-PAC，IB IL 24 DO 32/HD-NPN-PAC，IB IL 24 DO 4-PAC，IB IL 24 DO 8-NPN-PAC，IB IL 24 TEMP 2 RTD-PAC， IB IL AI 2/SF-PAC，IB IL AO 2/U/BP-PAC，IB IL CNT-PAC等。
4.4 系統(tǒng)軟件配置
系統(tǒng)軟件配置包括Windows NT操作系統(tǒng)、IBS OPC SERVER、Diag+故障診斷軟件、軌道參數(shù)記錄及打印程序、上位機(jī)監(jiān)控軟件Visu+、下位機(jī)編程軟件PC WORX 5。
4.4.1 上位機(jī)監(jiān)控軟件
本系統(tǒng)采用Visu+作為上位監(jiān)控軟件。對(duì)于過(guò)程的組態(tài)，所有的Phoenix Contact公司的HMI設(shè)備均使用強(qiáng)大的組態(tài)軟件Visu+，它除了完全的SCADA功能（例如：操作與監(jiān)控、趨勢(shì)圖、報(bào)警信息等）之外，同時(shí)還提供諸如：數(shù)據(jù)采集、記錄、配方管理、數(shù)據(jù)庫(kù)連接、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）連接等。Visu+軟件的開(kāi)發(fā)接口設(shè)計(jì)清晰、操作直觀、所有的組態(tài)畫(huà)面元素能夠輕松的通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊或拖拽實(shí)現(xiàn)。
4.4.2 IBS OPC SERVER軟件
OPC適用于可視化的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行階段接口。通過(guò)INTERBUS OPC服務(wù)器，這個(gè)接口可以用于INTERBUS主站和PC WORX編程控制系統(tǒng)、PC接口和嵌入式解決方案中。通過(guò)這種方式，可以簡(jiǎn)單地與使用OPC客戶端的可視化軟件相連接，如Genesis 32，Visu+等
4.4.3 Diag+故障診斷軟件
INTERBUS提供了操作舒適的全面診斷功能，并且Diag+軟件工具完全支持這些功能。通過(guò)Diag+，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而全面的診斷，也可以實(shí)現(xiàn)基本的INTERBUS功能。Diag+可以作為獨(dú)立的診斷工具來(lái)操作，也可以作為ActiveX組件將INTERBUS診斷集成在設(shè)備和系統(tǒng)的可視化軟件中。圖形化設(shè)計(jì)使得診斷功能可采用低分辨率顯示，因此也適用于小型手持診斷設(shè)備。這些診斷可以通過(guò)INTERBUS主站上的任意接口（以太網(wǎng)、V.24和ISA/PCI總線）來(lái)完成。這樣，通過(guò)一個(gè)INTERBUS主站，就可以從任何位置對(duì)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)診斷。這意味著INTERBUS系統(tǒng)的診斷變得更加簡(jiǎn)便和通用。
4.4.4 下位機(jī)編程軟件配置
本系統(tǒng)采用PC WORX 5作為下位機(jī)編程軟件。下位機(jī)編程軟件PC WORX 5為控制系統(tǒng)提供了一個(gè)現(xiàn)代化開(kāi)發(fā)工具。當(dāng)PC WORX 5連接到現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)上時(shí)，它不僅提供了符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)和IEC 61131-5標(biāo)準(zhǔn)的方便編程工具，還可方便進(jìn)行INTERBUS組態(tài)。PC WORX 5還包括對(duì)INTERBUS的簡(jiǎn)易診斷。
4.4.5 軌道參數(shù)記錄及打印程序
軌道參數(shù)記錄及打印程序是為實(shí)現(xiàn)鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)中傳統(tǒng)記錄儀功能而開(kāi)發(fā)的一個(gè)專用程序。它可以實(shí)現(xiàn)軌道參數(shù)的記錄、查詢、分析及打印。
5結(jié)束語(yǔ)
在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代，各種新技術(shù)、新產(chǎn)品、新的控制理念不斷涌現(xiàn)。鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械產(chǎn)品電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路也應(yīng)跟上科技發(fā)展的步伐，采用新的設(shè)計(jì)理念和目前世界上比較先進(jìn)的控制技術(shù)。
過(guò)去，總線在鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)中已經(jīng)有成功的應(yīng)用。如在普拉塞—陶依爾公司生產(chǎn)的CEM 100型架線車上全套使用RS-485工業(yè)總線控制系統(tǒng)；在CMG-16型道岔打磨車上使用以RS-485工業(yè)總線為主、結(jié)合Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)；在CPH型道岔鋪換機(jī)組上使用以“無(wú)線發(fā)射器+無(wú)線接收器+ CANBUS總線+PLC”的“一對(duì)多”控制系統(tǒng)；以“PLC+本地I/O”組成的程序控制系統(tǒng)，也在D0832搗固車上使用，經(jīng)過(guò)半年多的試驗(yàn)，獲得成功。
現(xiàn)在，工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均獲得了極大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。本文提出的基于PPC工業(yè)計(jì)算機(jī)、PLC及INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)，它集成了柴油機(jī)監(jiān)視控制、高速走行監(jiān)視控制、作業(yè)監(jiān)視控制等，它實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)視、集中處理、分散控制，在鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械上則是一種新的設(shè)計(jì)和嘗試。它應(yīng)用于作業(yè)工況最差的穩(wěn)定車上，將全面檢驗(yàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)：可靠性、穩(wěn)定性、抗沖擊性能、經(jīng)受高溫、高濕的能力，特別是抗頻率振動(dòng)性能力。如果該套控制系統(tǒng)在新型穩(wěn)定車上的應(yīng)用獲得成功，那么，它的設(shè)計(jì)理念和方法在鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械上全面推廣使用便成為可能；它作為一種完全不同于普拉塞—陶依爾公司鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械產(chǎn)品電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和方法，將成為今后具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的新的模式和方向。
