铁路发电车供配电装置微机监控的实现方法

2012-07-05罗世民

华东交通大学学报 2012年2期

罗世民

（华东交通大学轨道交通学院，江西南昌330013）

资料显示，受机车牵引类型（如内燃机车牵引）与铁路客车结构（如25A、25G等车型）的限制，目前我国铁路空调列车供电的主要方式是由安装在车上的三台300 kW柴油发电机组，向列车提供600 kW的电能（一台机组备用）的柴油机发电站，即发电车供电[1]。当前，柴油发电机组仍采用继电器-接触器控制与仪表监测系统[2]，因此，在运行过程中，一方面由于控制系统的触点多，且长时间有大电流通过而不可避免的造成系统的寿命短、可靠性差、维修工作量大、故障不容易查找等问题，同时，由于仪表监测方式无法自动记录相关数据，为保证车辆的运行安全，《客车空调三机检修及运用管理规程》规定，发电车运行时每隔1 h要记录一次数据，按每次列车单程运行时间为12～13 h计算，则一个往返需要记录近700个数据，增加操作人员的劳动强度[3-4]。基于日本三菱电机公司的控制与链路系统（Control&Communication，CC-Lock）的铁路发电车微机监控系统，可实现对发电车柴油发电机组、供电系统的自动监测，降低设备故障率，减轻工作人员的劳动强度。本文主要阐述应用CC-Link总线技术实现铁路发电车供配电装置微机监控的方法。

1 微机监控系统的总体方案

如图1，为应用CC-Link技术实现铁路发电车微机监控系统的总体方案。

图1 铁路发电车微机监控系统的总体方案Fig.1 General planning of the railway power vehicle microcomputer monitoring system

系统由上位机、主站模块、柴油发电机组监控模块和供配电装置监控模块四部分组成。其中，供配电装置监控模块由三套、每套相对独立的由BIF-CC模块、BIF-CON模块和三菱AE2000-SAW断路器组成，实现由主站输入模块（QX42）分配控制1，2，3号柴油发电机组的对外供配电，同时，可采集瞬时电流、电压、有效功率和功率因数等参数，并通过上位机显示。

2QJ61BT11N模块、BIF-CC模块与BIF-CON模块

QJ61BT11N模块是三菱Q系列PLC构建CC-Link现场总线网络的主站模块。如表1为QJ61BT11N模块重要的I/O信号传送与链接特殊继电器、寄存器[5-6]。

表1 QJ61BT11N模块的I/O信号传送与链接特殊继电器、寄存器Tab.1 I/O signal transmission and link special relay and register of QJ61BT11N module

BIF-CC模块是AE-SW型断路器和开放式现场网络CC-Link间的接口，它是CC-Link的子站（占有1站的远程设备站）。通过连接可以接受CC-Link主站的监控。如表2，3分别为BIF-CC模块重要的远程I/O与远程寄存器[7]。

表2 BIF-CC模块远程I/O（RX与RY）Tab.2 Long-distance I/O（RX and RY）of the BIF-CC module

表3 远程寄存器（RWr/RWw）Tab.3 Long-distance registers（RWr/RWw）

BIF-CC模块的各测量值、设定项目有各自的专用命令，针对BIF-CC模块要求内容（监视或设定）不同，数据构成也不相同。主站与BIF-CC模块间通过远程寄存器RWr/RWw进行字数据通信，可以利用顺序控制程序将设定测量项目的命令和附属数据写入主站的远程寄存器RWw，实现监视各测量值的设定。如表4瞬时电流、电压、功能和功率因数等参数监视项目的数据组编号与数据通道编号[7]。

表4 监视项目的数据组编号与数据通道编号Tab.4 Numbers of data sets and data channels of the monitor project

BIF-CON模块是BIF-CC模块的拓展模块，由BIF-CC模块提供控制电源。通过连接，驱动BIF-CC模块的RY8、RY9与RYA等I/O软元件，可以实现对AE-SW断路器的分励脱扣装置、合闸线圈和电动储能线圈控制[6]。

3 供配电装置微机监控系统的设计

基于CC-Link现场总线网络的控制系统设计，包括了模块设置和软件设计两个部分。如表5为1号柴油发电机组供配电装置微机监控系统通讯地址分配情况，论文以1号柴油发电机组供配电装置微机监控系统为例，阐述设计的一般过程与关键技术。

3.1 模块设置与连接

QJ61BT11N模块主站开关设置为：站号设置开关“00”，传输速率/模式设置开关“0”；1号机组BIF-CC模块从站开关设置为：站号设置开关“01”，传输速率/模式设置开关“0”，并通过CC-Link专用电缆连接。

表5 1号柴油发电机组供配电装置微机监控系统通讯地址分配情况Tab.5 No.1 diesel generating sets for distribution device microcomputer monitoring system and communication address distribution

3.2 PLC程序设计

三菱PLC控制系统的程序可以运用基于PC平台的GX-Developer程序软件编制，再通过RS-232通信端口输入PLC并可进行调试，可缩短了编程周期，提高了调试效率。对于Q系列PLC，还可以实现网络参数等软件设定[7-9]。

3.2.1 软件设定步骤

1号柴油发电机组供配电装置微机监控系统软件设定，包括网络参数/自动刷新参数、站信息和远程设备站的初始设置3个方面内容[10-12]。如表6为1号柴油发电机组供配电装置微机监控系统设置的网络参数/自动刷新参数。

3.2.2 顺控程序设计

运用基于PC平台的GX-Developer软件可完成PLC顺序控制程序的编制[13-15]。如图2为1号机组供配电系统PLC顺序控制程序流程。程序初始化阶段，将变址寄存器Z0复位，并将PLC欲向BIF-CC模块发送的设定测量项目的命令和附属数据预存在相关数据寄存器中。在程序循环扫描阶段，首先检测主站、从站链接是否正常，进行远程设备站的初始化处理，利用变址寄存器Z0在每个循环扫描中数值的变化，使PLC向BIF-CC模块写入不同的测量项目的命令和附属数据，同时读取相关测量项目的测量数据。

表6 1号柴油发电机组供配电装置微机监控系统的网络参数/自动刷新参数Tab.6 Network parameters/automatic refreshing parameters of No.1 diesel generating sets for distribution device microcomputer monitoring system

4 上位机应用软件设计

监控系统上位机选用三菱GT1575型触摸屏，通过RS-232串行接口与主站PLC通讯。应用基于PC平台的GT Designer2软件能较方便地完成上位机应用软件设计。设计内容包括触摸屏类型设置、连接机器设置、通信接口及相应的通信驱动程序、各画面切换软元件设置、界面设计及报警处理等。

5 结论

CC-Link是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于从较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围，具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出优点。作者运用CC-Link总线技术完成铁路发电车微机监控系统的设计，通过模拟实验证实，能实现对发电车供配电装置的远程智能监控，从而降低设备故障率，减轻工作人员的劳动强度。也为CC-Link现场总线技术在其他领域的应用提供了借鉴。

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