電力機(jī)車輔助電機(jī)PID控制研究

3 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)包括HMI軟件設(shè)計(jì)和PLC軟件設(shè)計(jì)。HMI軟件設(shè)計(jì)是借助文本顯示器專用軟件開發(fā)工具設(shè)計(jì)主界面、參數(shù)設(shè)置界面、記錄查詢界面、曲線顯示界面及系統(tǒng)管理界面。主界面是系統(tǒng)正常工作時(shí)顯示的界面，也是系統(tǒng)開機(jī)后默認(rèn)進(jìn)入的界面，主要分牽引電機(jī)溫度、風(fēng)機(jī)參數(shù)、環(huán)境溫度和機(jī)車型號、操作按鈕、系統(tǒng)日期和時(shí)間顯示區(qū)域。牽引電機(jī)溫度顯示區(qū)域依次顯示每臺牽引電機(jī)的實(shí)時(shí)溫度。風(fēng)機(jī)參數(shù)顯示區(qū)域顯示每臺風(fēng)機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速和風(fēng)量參數(shù)。主界面底部顯示環(huán)境溫度和機(jī)車型號，環(huán)境溫度也是實(shí)時(shí)的，機(jī)車型號是在系統(tǒng)管理界面預(yù)先設(shè)置的。為了在主界面中實(shí)現(xiàn)其他界面的切換，在主界面中設(shè)計(jì)了參數(shù)、記錄、曲線和系統(tǒng)四個按鈕，用手觸摸即可進(jìn)入相應(yīng)界面進(jìn)行操作。此外，主界面還顯示系統(tǒng)的當(dāng)前日期和時(shí)間。主界面運(yùn)行結(jié)果如圖2所示。

參數(shù)設(shè)置界面是設(shè)置PID控制器的自動控制方式、作用控制方式、設(shè)定值、比例系數(shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間、取樣時(shí)間、調(diào)節(jié)死區(qū)、輸入上限、輸入下限、輸出上限、輸出上限等系統(tǒng)參數(shù)的界面，機(jī)車型號不同，電機(jī)的型號也不盡相同，對應(yīng)的PID的控制參數(shù)也不同，機(jī)車型號在本界面中用下拉菜單選擇，PID控制器的每一個參數(shù)都有上限值和下限值，輸入的參數(shù)超出上下限則設(shè)置無效。
記錄查詢界面是查詢歷史記錄的界面，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，出現(xiàn)牽引電機(jī)溫升異常，溫度過高，風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速異常甚至停轉(zhuǎn)，傳感器開路，以及更改參數(shù)等情況時(shí)，系統(tǒng)立即啟動事件相應(yīng)，記錄發(fā)生的異常事件日期和時(shí)間、事件名稱及恢復(fù)時(shí)間等信息，并保存在存儲器中，這些歷史記錄既可以在本界面中查看，也可以以只讀文件的形式存儲在U盤中，在PC上用專用的軟件處理生成EXCEL格式的文件。曲線顯示界面實(shí)時(shí)顯示牽引電機(jī)隨時(shí)間連續(xù)變化的溫度，1臺電機(jī)對應(yīng)1條曲線，所有曲線在一屏中顯示，以不同的顏色相互區(qū)別。系統(tǒng)管理界面用來設(shè)置系統(tǒng)的日期和時(shí)間，操作密碼的設(shè)置和更改。
PLC軟件設(shè)計(jì)在PLC專用軟件設(shè)計(jì)工具中用梯形圖編程實(shí)現(xiàn)，主要內(nèi)容包括PLC型號的選擇，開關(guān)量輸入的濾波時(shí)間、模擬量輸入輸出的上限和下限、數(shù)據(jù)的采集和處理以及以PID控制器的參數(shù)自動調(diào)節(jié)為主要功能的主程序設(shè)計(jì)嘲。PLC和HMI的通信采用應(yīng)用廣泛的Modbus通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，通信參數(shù)設(shè)置為：波特率19 200，無校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)為，2位停止位。為了滿足故障導(dǎo)向安全原則，在系統(tǒng)故障的情況下保證機(jī)車正常工作，在PLC軟件中設(shè)計(jì)了故障診斷功能，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)故障，本控制系統(tǒng)將立即停止工作，同時(shí)PLC的數(shù)字量輸出接通相應(yīng)的邏輯控制電路，切換到由機(jī)車工況決定的人工控制。

4 結(jié)束語
通過分析控制對象的特點(diǎn)和要求，在滿足故障導(dǎo)向安全原則的前提下，提出了利用PID控制作為控制策略，設(shè)計(jì)了硬件實(shí)現(xiàn)方案，分別編制了PLC和HMI的軟件，通過模擬運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了文中提出的控制功能。