現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在牽引電機(jī)試驗(yàn)臺的應(yīng)用
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目前，我國鐵路大部分廠、段的電機(jī)試驗(yàn)臺，主要采用手工操作控制試驗(yàn)、人工讀表記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)；自動化程度比較低。這種手工試驗(yàn)存在明顯的缺陷：工作效率低，勞動強(qiáng)度比較大，試驗(yàn)精度不高，而且試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性往往受到人為因素的影響。隨著牽引電機(jī)試驗(yàn)要求的提高，現(xiàn)有的試驗(yàn)臺人工控制已不能滿足要求了，迫切需要實(shí)現(xiàn)自動控制和計(jì)算機(jī)管理。
實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)試驗(yàn)臺自動控制的主要困難是：(1)電機(jī)試驗(yàn)流程復(fù)雜，步驟繁多，邏輯關(guān)系歸納困難；(2)牽引電機(jī)試驗(yàn)狀態(tài)多變，在不同試驗(yàn)狀態(tài)下控制參數(shù)不同，難以達(dá)到理想的控制效果；(3)牽引電機(jī)和試驗(yàn)電源是高電壓、大電流設(shè)備，電磁干擾強(qiáng)，機(jī)械震動大，對控制設(shè)備的抗干擾性和可靠性要求較高。
基于這種情況，我們設(shè)計(jì)采用基于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)SHCAN2000的電機(jī)試驗(yàn)臺自動測試系統(tǒng)，解決了以上問題，可以自動完成牽引電機(jī)的全部檢查試驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)流程的自動控制、自動完成；試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動采集和自動記錄；安全報(bào)警、自動保護(hù)和歷史記錄；試驗(yàn)報(bào)表的自動生成和管理等。
2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
2.1 牽引電機(jī)試驗(yàn)臺線路
試驗(yàn)臺線路如圖1所示。
線路機(jī)、升壓機(jī)是由可控硅整流實(shí)現(xiàn)的可控電壓源、電流源。由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)單元的動態(tài)輸出作為線路機(jī)和升壓機(jī)的給定，可控硅觸發(fā)電路閉環(huán)自動調(diào)節(jié)輸出，控制牽引電機(jī)的工作點(diǎn)(電壓、電流、轉(zhuǎn)速)。削磁機(jī)是由IGBT實(shí)現(xiàn)的恒流源，當(dāng)削磁電路投入時(shí)，會自動跟蹤被試電機(jī)電樞電流，控制主磁極電流保持在一個(gè)固定的削磁率上。
2.2 SHCAN2000分布式控制系統(tǒng)
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是信息數(shù)字化、控制分散化、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一全開放的新一代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，它有控制精度高、系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。其中控制徹底分散是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有的突出特點(diǎn)，它給用戶帶來的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)是：由高度智能的現(xiàn)場設(shè)備來分散地完成DCS控制器的功能，弱化甚至省去了集中控制器的層次，降低了設(shè)備和布線費(fèi)用，使控制風(fēng)險(xiǎn)徹底分散，提高系統(tǒng)控制的自治性和可靠性。
本系統(tǒng)控制部分結(jié)構(gòu)如圖2所示。
SHCAN2000型系統(tǒng)的總線通信標(biāo)準(zhǔn)采用CAN2.0B。CAN總線的短楨結(jié)構(gòu)、CRC校驗(yàn)以及錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)自動關(guān)閉功能，保證了信號傳輸?shù)目煽啃?，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。在電機(jī)試驗(yàn)臺現(xiàn)場強(qiáng)電磁干擾下，從未出現(xiàn)通信故障，證明了CAN總線通信的高可靠性。
在SHCAN2000控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場智能測控單元作為控制系統(tǒng)的核心，完成全部控制功能；通過CAN總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的信息共享，以及現(xiàn)場和上位機(jī)之間的通信，包括控制信息、設(shè)備狀態(tài)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送。完全由現(xiàn)場測控單元實(shí)現(xiàn)對電機(jī)試驗(yàn)流程的全部控制，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)難點(diǎn)。
SHCAN2000現(xiàn)場智能測控單元采用了由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件、任務(wù)級組態(tài)軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的現(xiàn)場智能測控儀表軟件組件集成技術(shù)[2]。并開發(fā)了下載與調(diào)試程序，支持在線組態(tài)和模擬調(diào)試，大大方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試。
3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
本電機(jī)試驗(yàn)臺測試系統(tǒng)能夠自動完成ZD-106、ZD-109、QDR-410型號牽引電機(jī)的全部出廠試驗(yàn)和部分型式試驗(yàn)。下面結(jié)合試驗(yàn)流程特點(diǎn)，按系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的過程來進(jìn)行介紹。
3.1 系統(tǒng)模型分析
試驗(yàn)項(xiàng)目繁多，流程復(fù)雜。根據(jù)我們分析，每一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的步驟從五步到二十步不等，有的試驗(yàn)項(xiàng)目還有不同試驗(yàn)方式，累計(jì)試驗(yàn)步驟近五百步。面對如此復(fù)雜的試驗(yàn)流程，為了清晰地描述電機(jī)試驗(yàn)的控制過程，首先要?dú)w納出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
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