西门子6ES7231-7PD22-0XA8

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1 引言

    可编程逻辑控制器（PLC—Programmable Logic Controller），简称可编程控制器，它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、通讯技术和自动控制技术发展而来的一种新型工业控制装置。它问世于20世纪60年代，到现在仍保持旺盛的发展势头。它具有体积小、功能丰富、配置灵活、适应恶劣环境、抗干扰性强、可靠性高、编程方便、价格便宜等优点，广泛用于电力、机械、冶金、化工、轻纺等各个工业过程自动控制中。它不仅可以取代传统的继电器控制系统，还可构成复杂的过程控制网络。 

    现场总线技术是20世纪80年代后期发展起来的，它是目前自动化领域中的一个热点，是新一代控制系统的发展方向，它综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字—模拟信号控制的局限性，构成一种全分散、全数字化、多变量、多节点的通信与控制系统。现场总线则是连接现场智能设备和自动化控制设备的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，其基础是数字智能现场装置。分散在各个现场的数字智能现场装置通过现场总线连为一体，并与控制室中的控制器和监视器一起构成现场总线控制系统（FCS—Fieldbus Control System）。

    现场总线技术实际上是采用串行和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单；（2）开放性；（3）实时性；（4）可靠性；（5）诊断；（6）硬件灵活。

    目前，国际上各种各样的现场总线有很多种，统一的国际标准尚未建立。其中有较强实力和影响的有： FF（Foundation Fieldbus 基金会现场总线）、HART（Highway Addressable Remote Transducer）、CAN（Controller Area Network 控制器局域网）、Profibus（Process Field Bus 过程现场总线）、INTERBUS、LonWorks（Local Operating Network 局部操作网络）、WorldFIP、MODBus、DeviceNet、ControlNet 、ASi（Actuator Sensor Interface 执行器传感器接口）等。

    基于PPC工业计算机、PLC及现场总线的电气控制系统在工业自动化领域，如冶金、电力、石化、矿山、水泥、水处理、乳品饮料、啤酒罐装、加工、机械装配、产品包装等已得到广泛的应用，但是在铁路大型养路机械电气控制系统中还没有广泛应用。本文根据铁路大型养路机械控制系统的特点，提出一种基于PPC工业计算机、PLC及INTERBUS现场总线的铁路大型养路机械电气控制系统的设计方案。

2 现状

    养路机械化是实现铁路维修养护现代化、保铁路不间断运输和行车安全的重要技术手段。为适应铁路快速、重载以及轨道结构重型化的技术发展要求，发达国家铁路相继采用大型养路机械进行铁路线路维护，到上世纪80年代末，已基本形成以大型养路机械为主要作业手段的格局。而此时，我国还在依靠手工、小型机械和非标准自制设备进行线路维护，作业质量差、效率低，特别是在繁忙干线，线路维护与运营的矛盾尤其**。

    上世纪80年代初期，我国从奥地利普拉塞—陶依尔公司引进了先进的大型养路机械制造技术，确立了大型养路机械的发展采取“技术引进—消化、吸收—国产化生产—开发、创新”的途径。通过20多年的引进技术和国产化生产，我们学习了国外大型养路机械的先进技术，更新了传统的设计观念，拓宽了开发思路，增强了开发具有自主知识产权产品的能力。

    随着铁路的跨越式发展和市场竞争的加剧，加快推进大型养路机械引进、消化、吸收国外先进技术的进程，加快具有自主知识产权产品的研发，加快新产品开发速度，发展核心技术，创新和追赶已经成为现阶段工作的重中之重，已经刻不容缓。

    铁路大型养路机械是集机械、液压、气动、电气、计算机、激光等技术于一体的铁路**机械。按功能分有以下系列：清筛机、捣固车、配碴车、稳定车、钢轨打磨车、钢轨探伤车、轨道检测车、架线车、焊轨车、道岔铺换机组等。对于不同功能的铁路大型养路机械电气控制系统来说，其本质的区别在于作业监视控制系统。到目前为止，我国的清筛机、捣固车、配碴车、稳定车等铁路大型养路机械的技术主要是在引进、消化吸收奥地利普拉塞—陶依尔公司铁路大型养路机械技术的基础上发展起来的，它属于模拟集中式控制系统，它主要由以下子系统组成：

    （1）整车电源子系统；
    （2）柴油机监视控制子系统；
    （3）高速走行监视控制子系统；
    （4）作业监视控制子系统；
    （5）辅助设备子系统：包括照明、通话、取暖及空调等。

    其中作业监视控制子系统是各类铁路大型养路机械电气控制系统的核心，它完成作业机构状态的监视、完成作业机构动作的控制。不同功能的铁路大型养路机械，其作业监视控制系统的复杂程度有着很大的差别。如清筛机和配碴车，它的作业监视控制系统比较简单。而捣固车、稳定车、钢轨打磨车、钢轨探伤车、轨道检测车、架线车等，它们的作业监视控制子系统就比较复杂。下面以稳定车的作业监视控制子系统为例作一介绍，它由以下部分组成：

    （1）计算机控制部分：由上位机控制板、键盘、显示器构成；
    （2）程序控制部分：由下位机控制板、I/O板、功率输出板组成的微机系统构成；
    （3）模拟量控制部：由A/D转换板、D/A转换板、频率测量板、各种功能的模拟控制板构成；
    （4）测量部分：由左、右抄平传感器，加速度传感器，振频传感器等构成；
    （5）轨道参数记录部分：由记录仪、前、后电子摆，正矢传感器，测量轮等构成。

    普拉塞—陶依尔公司的模拟集中式控制系统的特点如下：

    （1）各子系统的监视部分都使用模拟仪表或数字显示器或指示及报；
    （2）功能复杂机型作业监视控制子系统的控制部分都使用插装式模拟电路板和由插装式电路板组成的微机系统；
    （3）作业监视控制子系统中各I/O信号的接线方式均为“终端（开关、传感器/电磁阀、继电器）—作业主控制柜”或“终端元件（开关、传感器/电磁阀、继电器）—中间过渡箱—多芯电缆—作业主控制柜”的传统接线方式（如图1）；
    （4）轨道参数记录系统为一个独立的系统，与微机及计算机系统没有通讯和数据交换

3.2 主要功能的实现
（1）定时段及温度限值控制原系统导致大量的办公区域在夜间能源空耗现象**。
由于运行温度单一，造成无法根据实际需要进行动态温度调节。传统的锅炉房对的热水温度．都是采用单一的出水温度方式进行。即锅炉只有一个出水温度．即使许多换热站供暖循环二次水的温度也只能靠一次水的变化而变化，调节阀门也仅仅靠人工初始设的开关控制，一般都是维持一个固定开度不变。即二次水温度仅靠一次水温变化．来带动二次水温度简单的“质调节”，却无法实现量与质的同步调节。
该系统可以使各供热区域的各支路（包括车间供水、办公楼供暖、住宅楼供暖、集中空调供水）出口温度，按照不同温度的需要和不同的运行时间需要，进行任意的分温、分时、分段调整，这样可以避免原系按照较高区域温度设计，其它不需要这样高温度供热的区域用户，例如大量办公楼下班后．由于与家属宿舍楼在同样采暖系统中仍然采用同样温度和方式供热，而产生能源的大量浪费。
（2）外围设备的自动控制。
原系统由于没有集中控制，所以对于阀门的关闭等操作都是工人师傅手动完成，给系统操作带来了极大的不便。本系统组态软件实现了外围设备的自动控制。简单的几个按键操作即可实现对外围设备的控制。
（3)系统实时监控、故障显示和记录。
那对于原系统．一旦发生故障，操作人员无法立即知道是哪个部分发生异常，只能凭经验寻找，而且对于当前各部分的运行状态无法整体观测到，这就给系统的运行和操作带来了很大的不便，生产效率很低。而本文介绍的系统采用实时监控技术，通过世纪星组态软件实现了对锅炉运行的所有参数实时监控，使得所有参数的当前运行状态可以在同一画面中显示，这样操作人员就可以方便、快速的了解各部分的运行情况，大大提高了生产效率。

此外，故障报警功能使实际运行中的某个参数超过设定标准时，系统自动发出警告，操作人员只要检查相对应部分的设置即可。故障报警信息会由系统自动记录，以便以后察看。

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