GE智能平台实验室规划与设计

张志军，孟庆波，李　帆

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州　450052)



GE智能平台实验室规划与设计

张志军，孟庆波，李帆

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州450052)

摘要：GE智能平台能提供完善的自动化解决方案，针对GE智能平台产品功能构建大学实验室具有十分重要的意义。结合行业特点，介绍了实验室的规划方案，重点分析了实验室的技术要求和功能要求。

关键词：GE智能平台；实验室；规划

1建设背景

2011年12月郑州铁路职业技术学院与美国通用电气(GE)公司签署《GE智能平台自动化系统实验室战略合作框架协议》，以通用电气公司按优惠价格向郑州铁路职业技术学院供应GE智能平台的软、硬件产品为主，双方共同合作的方式，共建GE智能平台自动化系统实验室。通用电气公司提供的设备列表价总值约为3 020万元人民币，我院按10%的比例出资300万元人民币，协议的有效期为5年。

通用电气公司提供的产品中有大量的控制器和扩展模块必须配套相应的对象才能正常使用，因此，必须建成功能完善的实验室，才能发挥GE设备的功能优势，开发相关教学项目，开展职业技能鉴定和技术培训，进行科研和技术开发等工作。

2GE智能平台实验室规划

GE智能平台实验室建设坚持两条腿走路，突出郑州铁路职业技术学院铁路与城市轨道交通的专业优势，兼顾电气自动化等通用技术专业的发展。在保证教学的基础上，突出GE智能平台的高端特性，重点建成综合职业资格认证考核平台与基地，开展多项工种的技能鉴定，减轻电类专业学生考取“中级维修电工”的压力，进一步拓宽学生就业渠道。GE智能平台实验室规划由GE基础实验室、GE轨道交通机电设备实训室及群控电梯实训室等组成。

3GE智能平台实验室组成及要求

3.1GE基础实验室

3.1.1定制实验屏。由于电脑桌已购置并组装完毕，实验屏的设计、制造须与电脑桌(电脑桌面尺寸：1 200 mm×600 mm)配套，并进行固定和安装。为了节省电脑桌桌面的空间，采用与桌面竖直的设计和安装方式。实验屏材质由铝铁结构的框架组成，采用铝型材滑道结构，配备的各种实验板放在滑道上移动方便，互换性强，根据实验内容的需要可构成不同实验线路。

实验屏的实验功能模块采用积木组合形式，各功能模块以挂件的形式安装，可任意更换使用。正常使用时安装两个模块即可。

实验屏电源系统输入电源为AC 220 V(单相)、AC 380 V(三相)，经过控制保护(安全保护、防触电防漏电等)回路后，输出电源为AC 380 V(三相)、AC 220 V(单相)、DC 24 V、DC 12 V、DC 5 V等(直流电源的输出设置可在设计联络时确定)。对于AC 380 V(三相)、AC 220 V(单相)的电源输出回路应设置紧急停止按钮。

实验屏布置图如图1所示，拟采用横式网孔板结构。

3.1.2基本实验功能模块。基本实验功能模块可以模拟工作系统，训练学生的指令编程能力和布线走线技能，进行触摸屏控制、组态控制等训练，实现实验、实训两大功能。基本实验功能模块需预留控制对象I/O口，可控制外部控制对象；外型尺寸应统一，各模块可单独实验，更换方便，工作电压应为DC24 V。

图1　实验屏布置图

根据学校已购置的GE VersaMax Micro64可编程自动化控制器，拟配套的基本实验功能模块应包括以下12种，可根据实际情况进行组合。

(1)PLC模块(VersamaxMicro64)(已有)。

(2)I/O模块(输入按钮4个，开关4个，6个数码管，16个灯，*点阵显示屏)。

(3)天塔之光、抢答器、音乐喷泉功能模块。

(4)十字路口交通灯模块。

(5)步进电机控制模块、直流电机控制模块。

(6)模拟量控制模块。

(8)液体混合功能模块。

(9)网孔板模块(配交流接触器3个，时间继电器1个，热继电器1个，3个按钮，3个交流指示灯)。

(10)变频器模块(可选配2个)。

(11)继电器输出保护模块。

(12)三相鼠笼异步电机(小型电机，功率80W，不用时可放入抽屉)。

也可参考其他类型的基本实验模块(如舞台灯光、乒乓球、液体混合、直流电机定位、交通灯、电机正反转、自动刀库、自动成型、轧钢机、三层电梯、洗衣机、机械手等)。

3.2GE轨道交通机电设备实训室

为解决大修或检修后的机车初次启动机油泵泵不上来油的问题，应将机油滤清器或出油管卸掉，然后用注油器从机体出油孔注满机油，即刻上好滤清器或通向机油指示器的机油管，启动后，机油就会泵上来。

3.2.1屏蔽门(PSD)。屏蔽门(Platform Screen Doors)是指在地铁站台层以玻璃幕墙的方式包围轨道站台与列车上落空间，列车到达时，再开启玻璃幕墙上电动门供乘客上下列车。设置屏蔽门系统的主要目的是防止人员跌落轨道产生意外事故。屏蔽门系统应包含4种运行模式，即系统级控制、紧急操作控制、站台级控制和手动操作控制方式，以便达到屏蔽门系统运行与安全的要求。

屏蔽门技术要求：

(1)屏蔽门定制模块应满足以下时间参数：

滑动门开启时间：2.5 s～3.5 s范围内可调，可调间隔0.1 s，开门过程控制精度±0.1 s。

滑动门关闭时间:3.0 s～4.0 s范围内可调，可调间隔0.1 s，关门过程控制精度±0.1 s。

PSC将命令传到驱动控制单元(DCU)需要时间≤0.15 s。

DCU接受命令和响应时间≤0.15 s(包括解锁时间)。

门已关信号从DCU反馈到PSC的时间≤0.15 s。

(2)为了保证乘客乘车安全，屏蔽门定制模块在接到信号关门命令后，应具有延时功能(延时在0～5 s间可调)，以方便实现屏蔽门与车门间开门先后次序的模式。

(3)为了保证乘客乘车安全，屏蔽门定制模块发现障碍物后，应具有防夹功能。

(4)屏蔽门定制模块应预留与上层网通信的接口，接口要求满足上层网需要，实现屏蔽门设备组网和互联互通，应能够通过外接电脑、触摸屏、面板键盘和网络等多种方式进行设备离线和在线编程。

3.2.2自动扶梯定制模块。在城市轨道交通车站中，自动扶梯的用途主要是解决乘客的快速疏散。与一般电梯不同的是，自动扶梯具有连续输送功能，能够在较短时间内输送大量乘客。

自动扶梯技术要求：

(1)自动扶梯定制模块的额定速度为0.65 m/s。在非客流高峰时段采用0.50 m/s速度，上下行可逆。速度转换过程的加速度不应大于0.1 m/s2，但总的加速时间不应超过6 s，整个速度转换过程应平稳。

(2)当无乘客10 s(可调节)后，自动由正常速度转入节能速度0.10～0.15 m/s。判断有无乘客的传感器可采用光电开关或超声波，作用范围(1.5 m左右)可调，传感器的动作应灵敏。

(3)自动扶梯定制模块的倾角暂定为30°。

(4)当出现意外故障时，自动扶梯应实现安全停梯。

(5)自动扶梯定制模块应预留与环境与设备监控系统(BAS)的接口，接口要求满足上层网需要，实现运行监视和状态信息上传。

3.2.3火灾报警系统(FAS)定制模块。在城市轨道交通中，设置火灾自动报警系统(Fire Alarm System)能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾。

火灾报警系统技术要求：

(1)火灾报警系统定制模块中，传感器的设置应参照实际城市轨道交通中使用的传感器类型；报警装置应采用声、光、电等方式综合报警。

(2)火灾报警的确认有2种方式：自动确认和人工确认。地铁火灾报警系统定制模块应具有火灾报警自动确认的功能，应具备一个专用的可编程火警确认按钮，做为人工确认火警报警的操作按钮。

(3)回路响应时间≤1 s；控制响应时间≤2 s。

(4)系统的时钟精度应保证在10 ms以内。

(5)火灾报警系统定制模块应预留与上层网通信的接口，接口要求满足上层网需要，实现FAS设备组网和互联互通。应能够通过外接电脑、触摸屏、面板键盘和网络等多种方式进行设备离线和在线编程。

3.2.4门禁控制系统(ACS)定制模块。门禁控制系统(Access Control System)又称出入口控制系统，是在人进出重要通道的时候，进行适当级别的权限鉴别，以区分是否能通过的一种管理手段。

门禁控制系统技术要求：

(1)门状态变化上传时间不大于2 s；门控制命令响应时间不大于2 s。

(2)门禁控制系统定制模块设置门禁卡采用地铁员工卡，票卡介质暂定为CPU卡。

(3)门禁控制系统定制模块读卡器能处理与自动售票检票系统(AFC)兼容的地铁员工卡，能够识别M1、TYPEA、TYPEB、ISO15693等多种卡片，读写距离最大达90 mm。读卡器面板至少配备一个状态指示灯，并内置蜂鸣器，用声光提示读卡状态。

(4)门禁控制系统定制模块门上锁后自动切断感应接点。使用的电器特性符合读卡控制器的接口，使用电压为12 V或24 V，启动电流≤1.0 A，持续电流≤0.25 A。

(5)门禁控制系统定制模块应预留与上层网通信的接口，接口要求满足上层网需要，实现门禁控制系统设备组网和互联互通。应能够通过外接电脑、触摸屏、面板键盘和网络等多种方式进行设备离线和在线编程。

3.2.5环境与设备监控系统。环境与设备监控系统负责全线正常、阻塞、火灾工况下的机电设备如通风空调系统、冷水系统、给排水系统、照明系统、扶梯系统(自动扶梯、电梯)等的运行状态监视和控制管理。

环境与设备监控系统技术要求：

(1)空调系统。实现对车站通风空调大小系统、空调水系统、隧道通风等车站环控设备、消防设备与机电设备的监视和控制功能，实现系统设备的模式控制(如通风季、空调季、单周双周、火灾等模式控制)模拟；模拟BAS环控系统设备运行监控动态效果；模型控制系统可实现系统的就地/远程控制切换功能。

(2)给排水系统。须包含多功能实训台、配线实训组套、被控对象等三部分。其中,被控部分由储水系统、管路系统、检测系统、执行系统等部分组成，可实现温度、压力、流量、液位的控制实训。

整机参数：整机尺寸2 000×750×1 800 mm；整机容量≤1.0 KVA；适用电源AC 220 V±10%(50 Hz)。

(3)照明、导向系统。对于车站事故照明电源装置仅监视其相关状态信息。

3.2.6闭路电视系统(CCTV)。闭路电视系统可实现中心级的总调工作站、行调工作站、环调工作站、电调工作站和车站级的操作员工作站等对相应的管辖区域进行监视。

闭路电视系统技术要求：

(1)中心级监控。总调工作站能够控制、设置大屏幕上的CCTV监视区域，还能控制、选择本控制台上显示器和录像设备的监视图像。

分控工作站可以控制、选择本操作员工作站上显示器的图像监视，进行自动循环监视模式选择和人工单选监视模式选择，各调度员与系统可完成简单的人工交互，在屏幕上显示相应的操作错误提示。

(2)车站级监控。操作员工作站可以控制、选择本操作员工作站上显示器的图像监视。须具备以下功能：设置不同的操作权限；音、视频同步;根据用户要求实现一体化球形摄像机的水平扫描运动、垂直俯仰运动和变焦选择，转动幅度可调。

车站综合监控系统通过以太网与CCTV连接，向CCTV传送各项功能指令，实现车站级本地监视；通过GE Proficy HMI/SCADA-iFIX可以调用、存储相关视频信息。

(3)图像汉字叠加功能。大屏幕、控制室及监视器上所显示的图像，可同时显示相关文字信息，并可由用户自行修改。

3.3GE群控电梯实训室

群控电梯技术要求：

(1)设备高度仿真，按照实际电梯缩小比例设计。设备由驱动装置、轿厢及对重装置、导向系统、门机机构、安全保护机构等组成。驱动装置由曳引机(带有制动器、减速机、导向轮、工业编码器)、曳引钢丝绳和绳头组合等部件组成；导向系统由井道钢架、导轨、导靴等组成；门机机构由轿门、层门、开关门机构、安全触板、门套等部件组成；安全保护机构由超载装置、缓冲器、安全钳、限速保护装置等部件组成。主要元件应采用真实电梯的元件和配件，具有真实的电梯呼叫面板和显示装置，轿箱内所有操作均能在电梯外部完成，功能与真实电梯相同，系统配置开放式接口，符合工业电梯制造标准。

(2)透明化结构设计，便于观察、检视学习各部件的运行状态，使学生能够直观、透彻地了解、掌握电梯的基本结构及其动作原理。

(3)电梯的电气控制部分都安装在网孔板上，网孔板可以快速卸下，便于学生进行电气安装实验。3台电梯用1台PLC就可实现分时独立运行，也可任意2台或2台以上同时运行，实现群控功能。单台电梯预留PLC控制接口，可由1台PLC单独实施控制，作为单台电梯使用。所有PLC做成模块，将PLC所有接口引出，与外部通过排线连接。

(4)装置中所用到的元器件均采用国内名优产品，性能可靠。

(5)电梯门包括厅门和轿厢门两道门，轿厢上下运动时有可调式配重机构。

(6)电梯设置有超速安全保护、终端极限开关安全保护、门安全触板、门安全光幕保护、门机力矩安全保护、缓冲器等电梯必备的保护环节。

(7)主控电梯增加触摸屏控制功能。

(8)具有手动开关故障设置和计算机控制智能故障设置两种设置模式，满足电梯维修工考核需求。

参考文献

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[责任编辑：赵伟]

收稿日期：2015 - 12 - 25

基金项目:郑州铁路职业技术学院重点课题基金项目(2014JKY002)

作者简介：张志军(1969—)，男，河南郑州人，郑州铁路职业技术学院电气工程系副教授，研究方向为自动化控制。 孟庆波(1973—)，男，河南洛阳人，郑州铁路职业技术学院电气工程系副教授。 李帆(1980—)，男，河南郑州人，郑州铁路职业技术学院电气工程系讲师。

中图分类号:G482

文献标志码:A

文章编号：1008-6811(2016)02-0017-04

GE Intelligence Platform Laboratory Planning and Design

Zhang Zhijun, Meng Qingbo, Li Fan

(Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou 450052,China)

Abstract:GE intelligence platform can provide complete automation solutions, aiming at GE intelligence platform products is of great significance to construction of university laboratory. In this paper, combined with industry characteristics, this paper introduces the laboratory planning scheme, analyzed the technical requirement and function of laboratory requirements.

Key words:GE intelligence platform; laboratory; construction