基于CC-Link的鐵路發(fā)電車柴油發(fā)電機組微機監(jiān)控系統(tǒng)的研究

羅世民

(華東交通大學 軌道交通學院，南昌 330013)

0 引言

相關資料表明，目前我國鐵路空調列車供電的主要方式是由安裝在車上的柴油機發(fā)電站，即發(fā)電車供電[1]。我國鐵路發(fā)電車一般由三臺柴油發(fā)電機組提供600KW的電能，機組當前仍采用繼電器-接觸器控制與儀表監(jiān)測系統(tǒng)[2]。因此，發(fā)電車在實際的運行過程中，一方面由于控制系統(tǒng)的觸點多,且長時間有大量的電流而不可避免的造成系統(tǒng)的壽命短、可靠性差、維修工作量大、故障不容易查找等問題，同時，由于儀表監(jiān)測方式無法自動記錄相關數(shù)據,為保證車輛的運行安全，《客車空調三機檢修及運用管理規(guī)程》規(guī)定，發(fā)電車運行時每隔一小時要記錄一次數(shù)據，按每次列車單程運行時間為12～13小時計算，則一個往返需要記錄近700個數(shù)據，增加操作人員的勞動強度[3,4]。

1996年，三菱電機以“多廠家設備環(huán)境、高性能、省配線”理念開發(fā)、公布和開放了現(xiàn)場總線CC-Link（Control & Communication Link）。CC-Link是一個復合的、開放的、適應性強的網絡系統(tǒng)，能夠適應于較高的管理層網絡到較低的傳感器層網絡的不同范圍，具有性能卓越、應用廣泛、使用簡單、節(jié)省成本等突出優(yōu)點[5]。

基于CC-Link總線技術的鐵路發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可實現(xiàn)對發(fā)電車柴油發(fā)電機組、空調機組、供電系統(tǒng)的監(jiān)控，也為全列車相關設備的監(jiān)控系統(tǒng)奠定了基礎。

1 微機監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案

如圖1所示，為應用CC-Link技術實現(xiàn)鐵路發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案[6～10]。

1）主站Q02H CPU模塊通過擴展CC-Link模塊QJ61BT11后，采用CC-Link現(xiàn)場總路線專用電纜FANC-SB引出現(xiàn)場總線。在現(xiàn)場總線上依次掛裝變頻器、遠程I/O模塊、FX系列PLC、數(shù)據采集設備等組成了一個全分布式的現(xiàn)場總路線網絡；通過串行通信模塊QJ71C24后，可與上位機（選用TPC1521H型觸摸屏）進行串行通信。通過MCGS組態(tài)軟件，完成上位應用軟件的編制。

2）選用三菱AE2000-SWA低壓斷路器作為供電系統(tǒng)對外供電的開關，AE-SW的CC-Link接中模塊（BIF-CC）是AE-SW低壓路器與CC-Link網絡的接口，它是CC-Link的子站，通過連接可以接受主站的監(jiān)控，實現(xiàn)對供電系統(tǒng)的電壓、電流、功能的監(jiān)測，對AE-SW低壓路器的遠程控制。

3）選用三套FX2N-48MR與FX2N-4AD，實現(xiàn)對三臺柴油發(fā)電機組的控制。三臺PLC之間應用485BD連接，實現(xiàn)N：N網絡連接，同時，選用FX2N-32CCL實現(xiàn)與CC-Link網絡連接。這樣，三臺柴油發(fā)電機組既可單獨控制，也可通過主站實現(xiàn)監(jiān)控。

圖1 鐵路發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案

圖2 N:N網絡通訊的接線圖

4）應用變頻器和遠程I/O模塊通過主站Q02H CPU模塊控制發(fā)電車空調裝置的變風量調節(jié)。

5）應用MFP3通訊芯片完成CC-Link遠程設備站的開發(fā)，完成主站對車輛軸溫等數(shù)據的采集與監(jiān)測。

2 柴油發(fā)電機組控制系統(tǒng)關鍵技術

柴油發(fā)電機組控制系統(tǒng)應解決的關鍵技術是控制各臺柴油發(fā)電機組的PLC與CC-Link網絡主站Q02H CPU的鏈接，包括了FX系列PLC的N:N網絡通訊設置與CC-Link網絡設置的兩個主要內容。

2.1 FX系列PLC的N:N網絡通訊設置

N:N網絡通訊，就是在最多8臺FX系列PLC之間，通過RS485通訊連接，實現(xiàn)軟元件相互鏈接的功能。

2.1.1 FX系列PLC的N:N網絡通訊的接線

圖2為三臺FX2N系列PLC的N:N網絡通訊的接線圖[11]。

2.1.2 FX系列PLC的N:N網絡通訊設定（初始化）

FX系列PLC的N:N網絡通訊需在PLC程序中，進行相關通訊設定（初始化設定）。圖3為FX系列PLC主站N:N網絡通訊設定的流程[11]。

根據控制要求，本系統(tǒng)以1號柴油發(fā)電機組為主站，2、3柴油發(fā)電機組為從站。設置網絡刷新模式為模式2。

圖3 FX系列PLC主站N:N網絡通訊設定的流程圖

2.1.3 柴油發(fā)電機組數(shù)據網絡共享的輔助繼電器和數(shù)據寄存器

根據相關設定，三臺柴油發(fā)電機組數(shù)據網絡共享的輔助繼電器和數(shù)據寄存器設定如表1所示。

表1 輔助繼電器和數(shù)據寄存器設定

2.2 CC-Link網絡設置

1）CC-Link網絡通訊的接線

如圖4所示為CC-Link網絡通訊的接線圖[12]。

圖4 CC-Link網絡通訊的接線圖

2）CC-Link網絡主、從站設置

本系統(tǒng)CC-Link網絡通訊主、從站設置，包括了QJ61BT11模塊與FX2N-32CCL模塊的硬件設置和主站Q02H CPU的軟件設置。

如圖5所示為QJ61BT11模塊CC-Link網絡通訊的設置[12]，圖6為主站Q02H CPU的PLC程序的初始化設置[13]。

2.3 控制柴油發(fā)電機組的PLC與主站的數(shù)據鏈接

通過FX系列PLC的N:N網絡通訊設置與CCLink網絡設置，可以實現(xiàn)控制各臺柴油發(fā)電機組的FX2N系列PLC與CC-Link網絡主站Q02H CPU的鏈接。如圖7所示為控制1號柴油發(fā)電機組的PLC與主站的數(shù)據鏈接。

3 基于MCGS的上位機監(jiān)控軟件的設計

MCGSE (嵌入式通用監(jiān)控系統(tǒng))是一種用于快速構造和生成嵌入式計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它的組態(tài)環(huán)境能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，運行環(huán)境則是在實時多任務嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE中運行。通過對現(xiàn)場數(shù)據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域有著廣泛的應用[14]。

圖5 QJ61BT11模塊CC-Link網絡通訊的設置

圖6 主站Q02H CPU的軟件設置

圖7 1號柴油發(fā)電機組PLC與主站的數(shù)據鏈接

圖8 柴油發(fā)電機組模擬運行窗口

如圖8所示為應用MCGS設計的發(fā)電車柴油發(fā)電機組模擬運行窗口。

4 結束語

通過模擬運行表明，基于CC-Link總線技術的發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)，能成功實現(xiàn)對柴油發(fā)電機組的遠程智能監(jiān)控。該系統(tǒng)可靠性好，適應性強，節(jié)省了大量控制線纜，在人力和物力節(jié)省方面成效顯著。同時，CC-Link網絡由于具有眾多的優(yōu)點，在安裝調試維護和擴展上，具有不可比擬的優(yōu)勢，該系統(tǒng)的成功運行為今后CC-Link在其他領域的應用提供了有力的實證。

[1] 中華人民共和國鐵道部 2009年鐵道統(tǒng)計公報.http://www.

china-mor.gov.cn/zwzc/tjxx/tjgb/201012/t20101229_5999.html.

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[3] 鐵道部車輛局.客車空調三機檢修運用管理規(guī)程[M].1994.

[4] 劉長新.劉志明,等.空調發(fā)電車微機監(jiān)控系統(tǒng)探討[J].鐵道機車車輛.2002.6.

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