PLC结合MCGS组态软件在钢轨探伤车控制系统中的应用

靳权+王少鹏+陈后卫

摘 要：组态技术是当前工业中用于监控的一项新技术。该设计中利用组态软件MCGS和PLC技术对机车状态进行实时监控，基于MCGS组态软件可以监控PLC软元件状态，以变量值的形式传输到计算机上，供上位机使用、处理，并且可对相关参数进行设置，报警信息进行查询等，可靠性高。可视化的操作界面，大大地提高了系统的可操作性和实时性，较好地实现了预期的目标。

关键词：组态 MCGS PLC 机车 实时监控

中图分类号：U22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0047-02

钢轨探伤车为该公司自主设计制造，自带动力，配备美国卡特彼勒动力单元，用于对高速铁路干线或者城市轨道线路钢轨的探伤检测，最高运行速度65 km/h。在机车电气控制与监控系统中，将PLC与MCGS组态软件相结合，利用下位机（PLC控制器）完成对机车状态信号的采集与控制。

1 设计要求

在车辆两端驾驶室设人机界面，能够监视车辆运行状态及相关参数显示：速度、油位显示、车辆停放缓解状态显示、发动机运行状态显示、空压机工作状态显示、火灾及轴温报警等，并具有一定的交互功能，如，速度换算系数补偿、玻璃加热时间调整及报警信息浏览等。

2 系统硬件组成

系统中硬件主要由以下3个部分组成。

（1）PLC控制器。主控制器三菱FX3U-64MR/DS，内置32入/32出（继电器）；电源DC24V（数量1台）；特殊模块有：模拟量输入模块：FX2N-4AD（数量1块）；模拟量输出模块：FX2N-4DA（数量 1块），位于车内I端司机室电气控制柜内。

（2）监控屏。型号为北京昆仑通态mcgsTpcTPC1162HI-10.4触摸屏，10.4"TFT液晶显示，真彩（LED背光），分辨率（800×600），电源DC24V（数量2台）。I端、II端司机室操纵台各设一台。

（3）硬件连接。PLC与I端触摸屏之间采用RS232串口通讯，外部输入设备有行程开关、按钮、电磁阀等，两端触摸屏之间采用抗干扰性强的RJ45网线通讯。

3 PLC控制单元设计

（1）系统I/O定义。

根据系统设计要求分析，定义设备（PLC控制器FX3U-64MR/DS） I/O口，分配好PLC输入（X）输出地址（Y）。

（2）PLC程序设计。

系统需要实现的功能主要有以下几点。

①机车速度信号（X0）：脉冲信号，速度传感器每转200P，车轮直径840 mm。车辆速度在监控屏上显示，单位：km/h。因车轮长期磨耗，直径有改变，监控屏具有车速补偿功能，修改后的参数能自动存入PLC，作为车速换算系数补偿。

②玻璃加热控制：X1（X2）初次为1，接通Y0（Y1），延时10 min后断开，在Y0（Y1）接通过程中，若再次使X1（X2）为1，则即刻断开Y0（Y1），如此循环。监控屏显示I、II端玻璃加热状态，且加热时间可调整。

③机车运行警惕按钮（X12）：上升沿触发，当车速>5 km时，如果司机在1 min间隔内没有按下此按钮，将输出声光报警，同时，在监控屏上显示：“20 s内按下警惕按钮，否则将实施紧急制动”，屏上显示剩余时间。如果延时到后，没有触发X12，则Y2复位，实施紧急制动。

4 组态监控单元设计

4.1 系统工程的建立

该系统利用MCGS嵌入版7.6组态软件进行触摸屏画面的设计。MCGS生成的用户应用系统，设备窗口通过设备构件驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库；由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库中的数据对象建立连接关系，以动画形式实现数据的可视化。

4.2 用户界面设计

用户界面即监控界面是提供给用户最直观的显示，需要实时显示机车运行状态和参数等信息，MCGS组态软件内置强大的图形对象库，如，阀、储藏罐、仪表、电气符号、指示灯等，能够满足日常的画面设计。

4.3 定义数据对象

进入工作台中的实时数据库窗口，选择“新增对象”按钮，系统自动生成缺省定义的“Data1”数据，根据用户窗口中图形属性需要，对数据对象属性进行设置，需要注意的是，数据库数据对象属性设置时，需要结合PLC软元件相关定义，这样在调试阶段，PLC与MCGS通讯时，可以实现PLC参数值与数据对象变量的自动识别。

4.4 动画连接

画面设置时，以图形对象设计完成的人机界面是静止不动的，需要对其进行动画设计，才能将机车运行状态等信息实时地显示出来，才能达到机车监控目的。这时就需要将用户窗口中的圖形对象与实时数据库中的数据对象建立连接，设置相应的动画属性。

5 通讯设置

MCGS通讯设置即设备之间的组态，在该系统中，下位机选用的是三菱FX3U系列控制器，需要在串口父设备下调用“三菱FX3U系列编程口”作为子设备，调用之后分别对其进行属性设置。需要注意的是，该系统中，两端司机室各设一台监控屏，而MCGS与下位机PLC之间采用的RS232串口通讯，RS232通讯为1对1通讯，只能实现一台监控屏与PLC之间的通讯。这就需要在设备组态时，调用“通用TCP/IP父设备”，对两台监控屏进行不同的设置，将I端监控屏作为转发设备（从站），将实时数据通过莫迪康ModbusTCP协议转发给II端监控屏（主站），以保证监控屏之间数据的交互。

两端司机室监控屏采用RJ45以太网通讯，首先在对与PLC相连的监控屏即从站进行组态，进行完通用串口父设备设置后，再调用“通用TCP/IP父设备”，在“通用TCP/IP父设备”下添加“ModbusTCP/IP数据转发设备”，将需要转发的数据变量导入；在对主站进行设备组态时，直接调用“通用TCP/IP父设备”，在其下方添加“莫迪康ModbusTCP”子设备。同时正确设置主从站的IP地址，即可实现通讯。

6 结语

PLC结合MCGS组态软件在钢轨探伤车上的应用，不仅能够直观地将机车运行状态和参数在以动画的形式展现出来，同时操作人员不需要改变梯形图就可以对部分参数进行设置，使操作更加方便简洁，更便于系统维护。

参考文献

[1] 袁秀英，石梅香.计算机监控系统的设计与调试——组态控制技术[M].2版.北京：电子工业出版社，2010：62-110.

[2] 周伟.6.8版MCGS组态软件与三菱FX系列PLC设备联接调试的研究[J].科技创新导报，2013（21）：1.