現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在牽引電機試驗臺的應用
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牽引電機試驗流程的控制包含開關量的邏輯控制和電機工作點的閉環(huán)調節(jié)，兩者緊密結合。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20步之多。限于篇幅，只列出速度特性試驗(M1正轉、滿磁場)部分流程表格。
這種按步驟歸納邏輯關系的方法能夠把開關量連鎖控制與模擬量調節(jié)結合起來。在工業(yè)生產現(xiàn)場大量存在一種控制方式，包含開關量邏輯控制和模擬量閉環(huán)調節(jié)，二者要求同樣嚴格，不分主次(例如化工行業(yè)化學反應過程的控制等)。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，各設備關系緊密，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備，作為一個整體進行控制。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絡上節(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總線網絡和現(xiàn)場智能測控單元構成的分布式實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了自由、開放的通信方式，使得系統(tǒng)內任何單元的測控數(shù)據(jù)和設備狀態(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到給定值標志位，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網絡不致阻塞。
(2)控制功能實現(xiàn)
控制功能包括開關量控制、工作點調節(jié)和流程的控制。
開關量控制通過開關量運算模塊，實現(xiàn)步驟切換邏輯運算和開關狀態(tài)邏輯運算。
電機工作點調節(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、轉速的調節(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)，達到理想的控制效果。
當被控量達到預先設定值時，高低值監(jiān)視模塊產生一個開關量，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狀態(tài)；虛擬儀表顯示電機電壓、電流、轉速、溫度等參數(shù)；試驗步驟指示燈顯示當前試驗狀態(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”。
電機電壓、電流、轉速的越限保護動作由現(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)中不同的操作權限具有不同口令保護，使試驗操作員和系統(tǒng)工程師權限不同，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。
作為試驗的最終結果，試驗報表系統(tǒng)是由FIX組態(tài)軟件調用Microsoft Office Excel電子表格軟件實現(xiàn)的[6]。試驗完畢后，F(xiàn)IX調用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備的控制具有工作可靠、控制精度高、設計靈活、功能完備等優(yōu)點，有良好的借鑒作用和推廣應用價值。
參考文獻
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[4] 陳曉俠，等.CAN總線間歇控制系統(tǒng)的研究[J] .大連鐵道學院學報，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] .清華大學出版社，1998年12月(end)
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