基于現(xiàn)場總線的鐵路大型養(yǎng)路機械電氣控制系統(tǒng)
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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：
（1）監(jiān)視儀表、指示及報警燈安裝位置分散；模擬儀表信號僅用作顯示而未進入過程控制；
（2）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”、標定）由多個電位器來完成，比較復雜；控制系統(tǒng)中采用模擬量對傳輸及控制信號進行轉(zhuǎn)換、傳遞，其精度差、受干擾信號影響大，因而整個控制系統(tǒng)的控制效果及系統(tǒng)穩(wěn)定性都較差；
（3）集中控制模式使得作業(yè)主控制柜體積較大；I/O信號傳統(tǒng)的接線方式，使作業(yè)主控制柜中有大量連接電纜，使斷點和接點增加而增加故障點，使檢修和維護變得復雜。
3 系統(tǒng)要求
針對上面列舉的不足，有必要設(shè)計一種新的電氣控制系統(tǒng)，它應滿足以下要求。
3.1 基本要求
新的大型養(yǎng)路機械電氣控制系統(tǒng)應具有統(tǒng)一的顯示、指示及報警，具有過程控制功能；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)路機械電氣控制系統(tǒng)主要針對柴油機監(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)進行重新設(shè)計，而對于整車電源子系統(tǒng)和輔助設(shè)備子系統(tǒng)，它們都是點對點的簡單控制，不作重新設(shè)計。下面詳細介紹這三個子系統(tǒng)的各種輸入輸出信號。
3.2.1 柴油機監(jiān)視控制子系統(tǒng)
3.2.1.1 柴油機監(jiān)視部分
輸入DI信號：油壓開關(guān)信號、缸蓋溫度（水溫）開關(guān)信號、空氣濾清器開關(guān)信號、直流發(fā)電機發(fā)電狀態(tài)開關(guān)信號等；
輸入AI信號：轉(zhuǎn)速傳感器信號、油壓傳感器信號、缸蓋溫度（水溫）傳感器信號、電瓶電壓信號、柴油油位傳感器信號等；
輸出DO信號：預熱指示信號等；
3.2.1.2 柴油機控制部分
輸入DI信號：怠速位感應開關(guān)信號、高速走行位感應開關(guān)信號、作業(yè)位感應開關(guān)信號等。
輸出DO信號：油門電機驅(qū)動信號等；
3.2.2 高速走行監(jiān)視控制子系統(tǒng)（靜液壓傳動模式）
3.2.2.1 高速走行監(jiān)視部分
輸入DI信號：各軸掛、脫擋感應開關(guān)信號等；
輸入AI信號：速度―里程傳感器信號等；
3.2.2.2 高速走行控制部分
輸入DI信號：掛擋開關(guān)信號，點動掛擋開關(guān)信號，向前、向后走行開關(guān)信號，走行手柄位置信號等。
輸入AI信號：走行手柄電位器信號等。
輸出DO信號：向前、向后閥驅(qū)動信號，掛擋閥驅(qū)動信號等。
輸出AO信號：走行泵比例閥驅(qū)動信號等。
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：各種開關(guān)、行程開關(guān)、感應開關(guān)信號共125個；
輸入AI信號：左、右抄平傳感器信號，前、后電子擺信號，正矢傳感器信號，測量輪信號，加速度傳感器信號，振頻傳感器信號共7個；
輸出DO信號：各種開關(guān)電磁閥驅(qū)動信號共82個；
輸出AO信號：比例電磁閥驅(qū)動信號共4個。
4 系統(tǒng)設(shè)計
4.1 INTERBUS現(xiàn)場總線簡介
INTERBUS現(xiàn)場總線于1984年推出，其主要技術(shù)開發(fā)者為德國的Phoenix Contact公司。INTERBUS現(xiàn)場總線采用非常獨特的集總幀傳輸協(xié)議，有效數(shù)據(jù)傳輸率高達52%，具備強大的故障診斷功能；采用雙絞線無中繼器傳輸距離長達12.8公里；單主站可連接最多達255個從站；掃描8192個I/O點的時間僅為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德國標準、EN50254歐洲標準、IEC61158現(xiàn)場總線國際標準和中國機械工業(yè)標準JB/T 10308.8所規(guī)定的標準現(xiàn)場總線。INTERBUS在全球有1000多家總線設(shè)備生產(chǎn)商，提供多達2500種產(chǎn)品。到目前為止，INTERBUS現(xiàn)場總線在世界各地的節(jié)點安裝突破750萬，在各種現(xiàn)場總線中名列第二。
今天，作為現(xiàn)場總線、PC-Based、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的先導，菲尼克斯又率先提出了Fieldbus+Ethernet這一新型自動化方案，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)傳送相同的信號但電平不同。遠程總線網(wǎng)絡(luò)用于遠距離數(shù)據(jù)傳送，采用RS-485傳輸，遠程網(wǎng)絡(luò)采用全雙工方式進行通訊，通訊速率為500kb/s。本地總線網(wǎng)絡(luò)連接到遠程網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)上的總線終端BT（BUSTerminal）上的BK模塊負責將遠程網(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?？偩€控制板是INTERBUS總線上的主設(shè)備，用于實現(xiàn)協(xié)議的控制、錯誤的診斷、組態(tài)的存儲等功能。I/O模塊實現(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)類型包括機械制造和流程工業(yè)的所有標準信號。
INTERBUS的主要應用在汽車、造紙、煙草、印刷、倉儲、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)路機械控制系統(tǒng)的特點，基于PPC工業(yè)控制計算機、PLC及現(xiàn)場總線INTERBUS的鐵路大型養(yǎng)路機械控電器制系統(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)控制計算機、TP觸摸屏顯示器以及連接在PPC上的打印機組成。監(jiān)控層主要完成以下功能：
（1）柴油機監(jiān)視控制子系統(tǒng)中柴油機轉(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)電機發(fā)電狀態(tài)的報警指示；預熱指示；怠速位、高速走行位、作業(yè)位的指示等。
（2）高速走行監(jiān)視控制子系統(tǒng)（靜液壓傳動模式）中速度―里程，各軸掛、脫擋狀態(tài)的顯示；掛擋開關(guān)，點動掛擋開關(guān)，向前、向后走行開關(guān)，走行手柄電位器，走行手柄位置的顯示等。
（3）作業(yè)監(jiān)視控制子系統(tǒng)（以新型穩(wěn)定車為例）中各種開關(guān)，作業(yè)機構(gòu)的各種行程開關(guān)、感應開關(guān)狀態(tài)的顯示；左、右抄平傳感器信號，前、后電子擺信號，正矢傳感器信號，加速度傳感器信號，振頻傳感器信號，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。
（6）軌道參數(shù)的記錄及打印輸出。
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