基于PLC的茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)改造

楊征（海南科技職業(yè)學(xué)院，海南海口 570206）

基于PLC的茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)改造

楊征
（海南科技職業(yè)學(xué)院，海南?？?570206）

本文所介紹的茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)采用PLC操作系統(tǒng)，是因為此操作系統(tǒng)方便了用戶可以自由的設(shè)計一些所需要的應(yīng)用功能，另一方面PLC操作系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性和可靠性。本控制系統(tǒng)使用了觸摸屏技術(shù)，減少了按鍵的使用，從整體上減小了系統(tǒng)所占用的體積，使系統(tǒng)更加輕巧，而且用戶使用更加方便?；谝陨媳尘?，本文基于PLC技術(shù)對茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)做了分析研究。

PLC；茶葉裝箱機組；空氣控制系統(tǒng)

當今社會，越來越多的人喜愛喝茶。因此，茶葉裝箱機組的好壞關(guān)系到人們身體的健康。當前，現(xiàn)有的控制設(shè)備價格昂貴，同時控制的氣體種類單一，不能同時控制茶葉裝箱機組中多種氣體的濃度；現(xiàn)有的設(shè)備還沒有無線通信的功能，只能在環(huán)境內(nèi)使用，用戶不能遠距離查看室內(nèi)的情況。本控制系統(tǒng)更是采用了無線通信技術(shù)，可以使用戶在遠距離查看茶葉裝箱機組的質(zhì)量，方便快捷。

1　PLC操作系統(tǒng)簡介

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高和生活意識的不斷加強，人們開始意識到身體健康的重要性，開始追求綠色的生活模式，而茶葉裝箱機組的綠色化更是放在首要的位置，這就需要一種設(shè)備來完成這個功能了，這就是本文要研究的茶葉空氣控制系統(tǒng)。PLC結(jié)構(gòu)是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，即大家熟知的客戶機和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。PLC操作系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，很多控制產(chǎn)品都使用了PLC操作系統(tǒng)。

PLC系統(tǒng)可以從兩個方面來描述其功能：第一、從軟件開發(fā)的方向來看，PLC操作系統(tǒng)可以當做一種虛擬機平臺，其作用是把底層的硬件部分的細節(jié)都封裝起來，這樣可以使運行的軟件有一個抽象的編程接口，用這些抽象的接口來進行軟件的開發(fā)；第二、從系統(tǒng)管理的方向來看，PLC操作系統(tǒng)可以當做是整個系統(tǒng)資源的管理人員，其責任重大，管理系統(tǒng)當中各種的硬件資源，其中包括微處理器、內(nèi)存、各種I/O設(shè)備、文件和數(shù)據(jù)等，這樣，整個設(shè)備就可以高效、可靠地運行。PLC所具有以下特點：

首先，PLC是一個免費的、開源的、自由的操作系統(tǒng)。用戶完全可以根據(jù)自己的各種需要對代碼的內(nèi)核部分進行修改和優(yōu)化，使得用戶可以完成自己的所求。PLC的這種特點是極其重要的，它提供了一個無限的開發(fā)平臺，可以使所有使用這個系統(tǒng)的人進行更好的交流和相互的學(xué)習。

其次，PLC的內(nèi)核是可以裁剪的，而且具有高性能的特點。PLC內(nèi)核的高效和穩(wěn)定得到了各個領(lǐng)域的肯定，其獨特的模塊機制可以使用戶根據(jù)自己的需要，實時地將某些模塊插入到內(nèi)核或者從內(nèi)核中移走，PLC很適合小型化場合的使用。

再者，PLC具有非常完善的文件管理機制和網(wǎng)絡(luò)通信功能。PLC對所有的標準的Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都支持，而且將它們應(yīng)用在PLC系統(tǒng)中是非常容易的。另外，PLC支持的文件系統(tǒng)也是非常豐富的，包括fat16、fat32、ext2、romfs等。

然后，PLC擁有非常完整的開發(fā)工具。有一套優(yōu)秀的開發(fā)以及調(diào)試工具對于PLC系統(tǒng)開發(fā)是非常重要的。PLC提供了一整套開發(fā)工具，它利用了GNU中的gcc當做編譯器使用，同時用xgdb、gdb、kgdb作為調(diào)試的工具，使得用戶可以非常方便地從操作系統(tǒng)到應(yīng)用軟件各個層次的調(diào)試。

最后，PLC具有非常豐富的軟件資源以及廣泛的硬件支持。幾乎絕大多數(shù)通用程序都可以適用于PLC，硬件支持方面，目前PLC成功移植到了許多硬件開發(fā)平臺，所有流行的CPU幾乎都可以在上面運行，更是支持各種主流硬件平臺和最新的硬件技術(shù)。本設(shè)計針對現(xiàn)有的茶葉裝箱機組控制設(shè)備的不足之處，使用熱門的PLC開發(fā)技術(shù)以及當下流行的PLC操作系統(tǒng)，設(shè)計了一種控制有害氣體以及室內(nèi)溫度的基于PLC的茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)。

從以上分析可見，茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)適合采用PLC操作系統(tǒng)，第一、是此系統(tǒng)是免費開放的，給了用戶非常大的自由發(fā)揮的空間，用戶可以根據(jù)自己的各種需要來修改和優(yōu)化代碼；第二、其代碼的移植性是非常良好的，可以在很多硬件上嵌入使用，而只需修改一部分參數(shù)代碼，因此很多時候沒有必要去編寫一個全部的代碼程序，而只需要對開放性源碼進行重新編程即可；第三、PLC更是具有豐富的軟件和硬件使用資源，很多應(yīng)用軟件都是可以在PLC上使用的，這就給了用戶十分方便的軟件應(yīng)用體驗?？傊x用PLC操作系統(tǒng)是十分明智的和實用的。

2　基于PLC的茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)改造研究

2.1國外茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)改造研究

國外的裝箱機組控制系統(tǒng)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，其中擁有世界高水平的茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)的國家有：法國的UM2000+TVM430系統(tǒng)、德國的LZB系統(tǒng)、日本的DS-ATC系統(tǒng)和歐洲的ETCS系統(tǒng)。其中法國的UM2000+TVM430系統(tǒng)使用無絕緣數(shù)字軌道電路傳輸茶葉裝箱機組控制數(shù)據(jù)、德國的LZB系統(tǒng)使用軌道環(huán)線電纜傳輸茶葉裝箱機組控制數(shù)據(jù)、日本的DSATC系統(tǒng)使用有絕緣數(shù)字軌道電路傳輸茶葉裝箱機組控制數(shù)據(jù)。這三種茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)都使用了大量的專利科技，而且是不兼容的，技術(shù)平臺是封閉的。歐洲國家為了實現(xiàn)各國裝箱機組的互相聯(lián)通，開放專有的技術(shù)，他們正在建設(shè)和規(guī)劃的裝箱機組控制系統(tǒng)都是使用ETCS得茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)，ETCS一般可以分成三個級別，各級的標準不相同。

ETCS1級：由地面信號、查詢應(yīng)答器、軌道電路（計軸設(shè)備）等設(shè)備組成，使用固定的跟蹤間隔方式，根據(jù)軌道電路和計軸器件檢查茶葉裝箱機組是否占用，使用查詢應(yīng)答器代替各國現(xiàn)有的信號系統(tǒng)，來用在茶葉裝箱機組導(dǎo)航和傳輸控制命令上，這種系統(tǒng)是傳統(tǒng)的點式ATP（茶葉裝箱機組自動保護系統(tǒng)）。

ETCS2級：由軌道電路、查詢和應(yīng)答器、GSM-R等設(shè)備組成，和ETCS 1級對比，茶葉裝箱機組基本上是靠機組上的信號設(shè)備來控制，通過GSM-R進行不斷的傳輸茶葉裝箱機組運控指令，車地之間進行雙向通信，結(jié)合點式設(shè)備的使用，機組設(shè)備對茶葉裝箱機組的行駛速度實時的跟蹤測量，根據(jù)軌道電路和計軸器件檢查茶葉裝箱機組是否占用，設(shè)置有無線移動閉塞中心，這種系統(tǒng)是建立在移動通信的連續(xù)式ATP之上。

ECTS3級：由查詢應(yīng)答器、GSM-R等設(shè)備組成，和ETCS2級對比，依靠機組設(shè)備進行茶葉裝箱機組的完整性的檢測，可以不依靠軌道電路。不用依靠地面信號機和軌道電路，并且裝箱機組旁邊的信號設(shè)備可以大大的減少，使用點式設(shè)備和無線移動閉塞中心完成茶葉裝箱機組之間的間隔跟蹤，可以實現(xiàn)裝箱機組的移動閉塞的功能。

2.2我國茶葉裝箱機組控制系統(tǒng)改造研究

中國茶葉裝箱機組控制運行系統(tǒng)是我國為確保裝箱機組安全穩(wěn)定行駛，采用分級的方式達到不同的線路對運營的需要的技術(shù)規(guī)范。PLC系統(tǒng)是在我國現(xiàn)有的使用自動閉塞設(shè)備的基礎(chǔ)上，是充分研究借鑒歐洲的ETCS系統(tǒng)來發(fā)展的列控系統(tǒng)的技術(shù)準則，按照系統(tǒng)的規(guī)范按功能劃分為五級。

PLC-O級是既有線的情況即包括通用機車信號和運行控制記錄設(shè)備，包括地面子系統(tǒng)和機組子系統(tǒng)。地面子系統(tǒng)包括軌道電路和點式信息設(shè)備；機組子系統(tǒng)包括主體機車信號裝置、點式信息設(shè)備和安全運行監(jiān)測設(shè)備。

PLC-1級包括主體機車信號和安全運行監(jiān)測設(shè)備，其地面子系統(tǒng)包含軌道電路和點式信息設(shè)備，機組子系統(tǒng)包含有主體機車信號設(shè)備、點式信息設(shè)備和安全運行監(jiān)測設(shè)備。

PLC-2級是建立在軌道傳輸數(shù)據(jù)的列控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采取車地一體化的設(shè)計，地面可以不用安置通過信號機設(shè)備，茶葉裝箱機組司機根據(jù)機組的信號進行控制，它的地面子系統(tǒng)包括列控中心和軌道電路兩部分，機組子系統(tǒng)包括信息接收設(shè)備、點式信息設(shè)備、測速單元、設(shè)備維護記錄裝置、安全計算機、人機界面、運行管理記錄模塊和預(yù)留的無線通信接口等部件。

PLC-3級是建立在以無線傳輸數(shù)據(jù)和使用軌道電路的方法來檢查茶葉裝箱機組是否占用的茶葉裝箱機組運行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，點式單元主要傳送導(dǎo)航數(shù)據(jù)，地面可以不用安裝通過信號機設(shè)備，茶葉裝箱機組司機根據(jù)機組信號進行控制。它的地面子系統(tǒng)包含有無線閉塞中心、無線通信地面裝置、點式信息接收設(shè)備和軌道電路等部件，機組子系統(tǒng)包括無線通信機組裝置、點式信息接收設(shè)備、測速單元、設(shè)備維護記錄裝置、機組安全計算機、人機接口和運行管理記錄模塊等部件。

PLC-4級是建立在無線傳輸數(shù)據(jù)的列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬閉塞或者移動閉塞，依靠無線閉塞中心和機組監(jiān)測系統(tǒng)來完成茶葉裝箱機組導(dǎo)航和茶葉裝箱機組的完整性檢查的任務(wù)，在地面可不需安裝通過信號機設(shè)備，茶葉裝箱機組根據(jù)機組信號進行控制。PLC-4也包括地面子系統(tǒng)和機組子系統(tǒng)兩部分，地面子系統(tǒng)主要包括無線閉塞中心和無線通信地面裝置，機組子系統(tǒng)主要包括無線機組設(shè)備、測速單元、設(shè)備維護記錄設(shè)備、機組安全計算機、人機接口、全球衛(wèi)星定位裝置、茶葉裝箱機組完整性檢查裝置、運行管理記錄模塊。

3　結(jié)語

隨著我國PLC裝箱機組控制系統(tǒng)的投入使用和茶葉貿(mào)易的快速發(fā)展，將會有越來越多的應(yīng)用研究會以此開展，選擇PLC裝箱機組控制系統(tǒng)進行組合研究應(yīng)用在茶葉裝箱機組定位中，具有長遠的戰(zhàn)略意義。

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楊征（1968-），男，貴州凱里人，本科，講師，工程師，研究方向：自動化。