現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在牽引電機試驗臺的應(yīng)用
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牽引電機試驗流程的控制包含開關(guān)量的邏輯控制和電機工作點的閉環(huán)調(diào)節(jié)，兩者緊密結(jié)合。為了清楚地分析電機試驗過程中不同狀態(tài)下的控制內(nèi)容，我們將電機試驗按控制邏輯分成了若干步驟，依試驗項目不同，步驟數(shù)目也不同，最多的試驗項目(換向試驗達(dá)20步之多。限于篇幅，只列出速度特性試驗(M1正轉(zhuǎn)、滿磁場)部分流程表格。
這種按步驟歸納邏輯關(guān)系的方法能夠把開關(guān)量連鎖控制與模擬量調(diào)節(jié)結(jié)合起來。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場大量存在一種控制方式，包含開關(guān)量邏輯控制和模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)，二者要求同樣嚴(yán)格，不分主次(例如化工行業(yè)化學(xué)反應(yīng)過程的控制等)。對于這樣流程的控制，這種處理方法具有一定的普遍意義[4]。
3.2 現(xiàn)場總線條件下系統(tǒng)功能實現(xiàn)
電機試驗過程中，各設(shè)備關(guān)系緊密，需要共同配合完成試驗流程，試驗臺的控制必須兼顧各個設(shè)備，作為一個整體進(jìn)行控制。而控制分散在現(xiàn)場，所以各個測控單元的信息必須是開放的、可以與其他單元共享。CAN總線的多主性通信方式使網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點之間可自由通信。SHCAN2000現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中提供了CAN總線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場智能測控單元構(gòu)成的分布式實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了自由、開放的通信方式，使得系統(tǒng)內(nèi)任何單元的測控數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，對于其他單元都是可見的，從而使試驗臺的整體控制成為可能。
由現(xiàn)場功能不同方面，SHCAN2000現(xiàn)場控制單元可按以下組態(tài)方案實現(xiàn)[6]：
(1)通信功能
通信包括現(xiàn)場與上位機的通信、現(xiàn)場單元之間的通信。為了實現(xiàn)控制信息共享，在現(xiàn)場單元分布式實時數(shù)據(jù)庫中，每個設(shè)備的控制信息都通過CAN總線同地址映射到相同地址單元，實現(xiàn)了最大范圍的信息共享。例如，需要訪問電機工作點電流是否達(dá)到給定值標(biāo)志位，各控制單元只需訪問本地數(shù)據(jù)庫的S10N10單元即可。
現(xiàn)場單元與上位機以及現(xiàn)場各個單元之間的通信由模塊實現(xiàn)，且有分頻器模塊控制通信速率，使CAN網(wǎng)絡(luò)不致阻塞。
(2)控制功能實現(xiàn)
控制功能包括開關(guān)量控制、工作點調(diào)節(jié)和流程的控制。
開關(guān)量控制通過開關(guān)量運算模塊，實現(xiàn)步驟切換邏輯運算和開關(guān)狀態(tài)邏輯運算。
電機工作點調(diào)節(jié)根據(jù)試驗步驟狀態(tài)，用分支程序模塊來選擇PID運算模塊的SP、PV，完成電機在不同工作點下電壓、電流、轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。此外，由于電機在不同工作狀態(tài)(起動、制停、不同工作點)時控制模型的參數(shù)不同，所以在試驗的不同階段，用分支程序模塊選擇已整定好的不同的PID參數(shù)(分段PID)，達(dá)到理想的控制效果。
當(dāng)被控量達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時，高低值監(jiān)視模塊產(chǎn)生一個開關(guān)量，參加步驟切換邏輯運算；計數(shù)器模塊、定時器模塊控制工作點切換和延時等流程控制。
3.3 上位機監(jiān)控管理軟件
上位機的監(jiān)控管理軟件采用美國Intellutin公司FIX 615，實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。
監(jiān)控界面由模擬試驗線路、虛擬儀表和操作按鈕組成。試驗員可以通過模擬試驗線路觀察電路開關(guān)狀態(tài)；虛擬儀表顯示電機電壓、電流、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)；試驗步驟指示燈顯示當(dāng)前試驗狀態(tài)；操作按鈕控制電機試驗項目和試驗流程。
FIX與現(xiàn)場的數(shù)據(jù)交換由自行開發(fā)的I/O驅(qū)動程序——現(xiàn)場測控單元的通信模塊，來完成現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的“上傳”和上位機組態(tài)數(shù)據(jù)、控制命令的“下達(dá)”。
電機電壓、電流、轉(zhuǎn)速的越限保護(hù)動作由現(xiàn)場智能測控模塊完成，但上位機保留這些報警事件的歷史紀(jì)錄(發(fā)生時間，越限值，操作者等)，以備查詢、參考。
本系統(tǒng)中不同的操作權(quán)限具有不同口令保護(hù)，使試驗操作員和系統(tǒng)工程師權(quán)限不同，各司其職，消除由操作員誤操作帶來的對系統(tǒng)組態(tài)功能的破壞。
作為試驗的最終結(jié)果，試驗報表系統(tǒng)是由FIX組態(tài)軟件調(diào)用Microsoft Office Excel電子表格軟件實現(xiàn)的[6]。試驗完畢后，F(xiàn)IX調(diào)用Excel中用VBA編寫的宏READ()，來完成自動將試驗數(shù)據(jù)文件到Excel表格的格式轉(zhuǎn)換，形成最終試驗報表。并按照電機編號和試驗項目作為文件名將試驗數(shù)據(jù)存檔以備檢索。
4 結(jié)束語
本文提出的牽引電機試驗臺現(xiàn)場總線系統(tǒng)已在鐵道部戚墅堰機車車輛廠得到了成功的應(yīng)用。實踐證明，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)對于牽引電機試驗臺這樣典型大功率電氣設(shè)備的控制具有工作可靠、控制精度高、設(shè)計靈活、功能完備等優(yōu)點，有良好的借鑒作用和推廣應(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn)
[1] 牽引電機[M] .西南交大電機系編中國鐵道出版社，1981年4月
[2] 袁愛進(jìn)，等.現(xiàn)場智能測控儀表軟件組件集成技術(shù)的研究[J] .儀器儀表學(xué)報，2001年第3期，269-276
[3] 牽引電機大綱[S] .鐵道部戚墅堰機車車輛廠
[4] 陳曉俠，等.CAN總線間歇控制系統(tǒng)的研究[J] .大連鐵道學(xué)院學(xué)報，2001年第2期，52-55
[5] “SHCAN2000分布控制系統(tǒng)智能測控組件系統(tǒng)組態(tài)使用手冊”[S] .大連鐵道學(xué)院三合儀表開發(fā)公司，1999
[6] [美] Mark Dodge等著，詹津明，等譯.Microsoft Excel 97使用大會[M] .清華大學(xué)出版社，1998年12月(end)
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