GE智能平臺實驗室規(guī)劃與設(shè)計

張志軍，孟慶波，李　帆

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州　450052)

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GE智能平臺實驗室規(guī)劃與設(shè)計

張志軍，孟慶波，李帆

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州450052)

摘要：GE智能平臺能提供完善的自動化解決方案，針對GE智能平臺產(chǎn)品功能構(gòu)建大學(xué)實驗室具有十分重要的意義。結(jié)合行業(yè)特點，介紹了實驗室的規(guī)劃方案，重點分析了實驗室的技術(shù)要求和功能要求。

關(guān)鍵詞：GE智能平臺；實驗室；規(guī)劃

1建設(shè)背景

2011年12月鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院與美國通用電氣(GE)公司簽署《GE智能平臺自動化系統(tǒng)實驗室戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，以通用電氣公司按優(yōu)惠價格向鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院供應(yīng)GE智能平臺的軟、硬件產(chǎn)品為主，雙方共同合作的方式，共建GE智能平臺自動化系統(tǒng)實驗室。通用電氣公司提供的設(shè)備列表價總值約為3 020萬元人民幣，我院按10%的比例出資300萬元人民幣，協(xié)議的有效期為5年。

通用電氣公司提供的產(chǎn)品中有大量的控制器和擴展模塊必須配套相應(yīng)的對象才能正常使用，因此，必須建成功能完善的實驗室，才能發(fā)揮GE設(shè)備的功能優(yōu)勢，開發(fā)相關(guān)教學(xué)項目，開展職業(yè)技能鑒定和技術(shù)培訓(xùn)，進行科研和技術(shù)開發(fā)等工作。

2GE智能平臺實驗室規(guī)劃

GE智能平臺實驗室建設(shè)堅持兩條腿走路，突出鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵路與城市軌道交通的專業(yè)優(yōu)勢，兼顧電氣自動化等通用技術(shù)專業(yè)的發(fā)展。在保證教學(xué)的基礎(chǔ)上，突出GE智能平臺的高端特性，重點建成綜合職業(yè)資格認(rèn)證考核平臺與基地，開展多項工種的技能鑒定，減輕電類專業(yè)學(xué)生考取“中級維修電工”的壓力，進一步拓寬學(xué)生就業(yè)渠道。GE智能平臺實驗室規(guī)劃由GE基礎(chǔ)實驗室、GE軌道交通機電設(shè)備實訓(xùn)室及群控電梯實訓(xùn)室等組成。

3GE智能平臺實驗室組成及要求

3.1GE基礎(chǔ)實驗室

3.1.1定制實驗屏。由于電腦桌已購置并組裝完畢，實驗屏的設(shè)計、制造須與電腦桌(電腦桌面尺寸：1 200 mm×600 mm)配套，并進行固定和安裝。為了節(jié)省電腦桌桌面的空間，采用與桌面豎直的設(shè)計和安裝方式。實驗屏材質(zhì)由鋁鐵結(jié)構(gòu)的框架組成，采用鋁型材滑道結(jié)構(gòu)，配備的各種實驗板放在滑道上移動方便，互換性強，根據(jù)實驗內(nèi)容的需要可構(gòu)成不同實驗線路。

實驗屏的實驗功能模塊采用積木組合形式，各功能模塊以掛件的形式安裝，可任意更換使用。正常使用時安裝兩個模塊即可。

實驗屏電源系統(tǒng)輸入電源為AC 220 V(單相)、AC 380 V(三相)，經(jīng)過控制保護(安全保護、防觸電防漏電等)回路后，輸出電源為AC 380 V(三相)、AC 220 V(單相)、DC 24 V、DC 12 V、DC 5 V等(直流電源的輸出設(shè)置可在設(shè)計聯(lián)絡(luò)時確定)。對于AC 380 V(三相)、AC 220 V(單相)的電源輸出回路應(yīng)設(shè)置緊急停止按鈕。

實驗屏布置圖如圖1所示，擬采用橫式網(wǎng)孔板結(jié)構(gòu)。

3.1.2基本實驗功能模塊?；緦嶒灩δ苣K可以模擬工作系統(tǒng)，訓(xùn)練學(xué)生的指令編程能力和布線走線技能，進行觸摸屏控制、組態(tài)控制等訓(xùn)練，實現(xiàn)實驗、實訓(xùn)兩大功能?；緦嶒灩δ苣K需預(yù)留控制對象I/O口，可控制外部控制對象；外型尺寸應(yīng)統(tǒng)一，各模塊可單獨實驗，更換方便，工作電壓應(yīng)為DC24 V。

圖1　實驗屏布置圖

根據(jù)學(xué)校已購置的GE VersaMax Micro64可編程自動化控制器，擬配套的基本實驗功能模塊應(yīng)包括以下12種，可根據(jù)實際情況進行組合。

(1)PLC模塊(VersamaxMicro64)(已有)。

(2)I/O模塊(輸入按鈕4個，開關(guān)4個，6個數(shù)碼管，16個燈，*點陣顯示屏)。

(3)天塔之光、搶答器、音樂噴泉功能模塊。

(4)十字路口交通燈模塊。

(5)步進電機控制模塊、直流電機控制模塊。

(6)模擬量控制模塊。

(8)液體混合功能模塊。

(9)網(wǎng)孔板模塊(配交流接觸器3個，時間繼電器1個，熱繼電器1個，3個按鈕，3個交流指示燈)。

(10)變頻器模塊(可選配2個)。

(11)繼電器輸出保護模塊。

(12)三相鼠籠異步電機(小型電機，功率80W，不用時可放入抽屜)。

也可參考其他類型的基本實驗?zāi)K(如舞臺燈光、乒乓球、液體混合、直流電機定位、交通燈、電機正反轉(zhuǎn)、自動刀庫、自動成型、軋鋼機、三層電梯、洗衣機、機械手等)。

3.2GE軌道交通機電設(shè)備實訓(xùn)室

為解決大修或檢修后的機車初次啟動機油泵泵不上來油的問題，應(yīng)將機油濾清器或出油管卸掉，然后用注油器從機體出油孔注滿機油，即刻上好濾清器或通向機油指示器的機油管，啟動后，機油就會泵上來。

3.2.1屏蔽門(PSD)。屏蔽門(Platform Screen Doors)是指在地鐵站臺層以玻璃幕墻的方式包圍軌道站臺與列車上落空間，列車到達時，再開啟玻璃幕墻上電動門供乘客上下列車。設(shè)置屏蔽門系統(tǒng)的主要目的是防止人員跌落軌道產(chǎn)生意外事故。屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)包含4種運行模式，即系統(tǒng)級控制、緊急操作控制、站臺級控制和手動操作控制方式，以便達到屏蔽門系統(tǒng)運行與安全的要求。

屏蔽門技術(shù)要求：

(1)屏蔽門定制模塊應(yīng)滿足以下時間參數(shù)：

滑動門開啟時間：2.5 s～3.5 s范圍內(nèi)可調(diào)，可調(diào)間隔0.1 s，開門過程控制精度±0.1 s。

滑動門關(guān)閉時間:3.0 s～4.0 s范圍內(nèi)可調(diào)，可調(diào)間隔0.1 s，關(guān)門過程控制精度±0.1 s。

PSC將命令傳到驅(qū)動控制單元(DCU)需要時間≤0.15 s。

DCU接受命令和響應(yīng)時間≤0.15 s(包括解鎖時間)。

門已關(guān)信號從DCU反饋到PSC的時間≤0.15 s。

(2)為了保證乘客乘車安全，屏蔽門定制模塊在接到信號關(guān)門命令后，應(yīng)具有延時功能(延時在0～5 s間可調(diào))，以方便實現(xiàn)屏蔽門與車門間開門先后次序的模式。

(3)為了保證乘客乘車安全，屏蔽門定制模塊發(fā)現(xiàn)障礙物后，應(yīng)具有防夾功能。

(4)屏蔽門定制模塊應(yīng)預(yù)留與上層網(wǎng)通信的接口，接口要求滿足上層網(wǎng)需要，實現(xiàn)屏蔽門設(shè)備組網(wǎng)和互聯(lián)互通，應(yīng)能夠通過外接電腦、觸摸屏、面板鍵盤和網(wǎng)絡(luò)等多種方式進行設(shè)備離線和在線編程。

3.2.2自動扶梯定制模塊。在城市軌道交通車站中，自動扶梯的用途主要是解決乘客的快速疏散。與一般電梯不同的是，自動扶梯具有連續(xù)輸送功能，能夠在較短時間內(nèi)輸送大量乘客。

自動扶梯技術(shù)要求：

(1)自動扶梯定制模塊的額定速度為0.65 m/s。在非客流高峰時段采用0.50 m/s速度，上下行可逆。速度轉(zhuǎn)換過程的加速度不應(yīng)大于0.1 m/s2，但總的加速時間不應(yīng)超過6 s，整個速度轉(zhuǎn)換過程應(yīng)平穩(wěn)。

(2)當(dāng)無乘客10 s(可調(diào)節(jié))后，自動由正常速度轉(zhuǎn)入節(jié)能速度0.10～0.15 m/s。判斷有無乘客的傳感器可采用光電開關(guān)或超聲波，作用范圍(1.5 m左右)可調(diào)，傳感器的動作應(yīng)靈敏。

(3)自動扶梯定制模塊的傾角暫定為30°。

(4)當(dāng)出現(xiàn)意外故障時，自動扶梯應(yīng)實現(xiàn)安全停梯。

(5)自動扶梯定制模塊應(yīng)預(yù)留與環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)的接口，接口要求滿足上層網(wǎng)需要，實現(xiàn)運行監(jiān)視和狀態(tài)信息上傳。

3.2.3火災(zāi)報警系統(tǒng)(FAS)定制模塊。在城市軌道交通中，設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)(Fire Alarm System)能夠及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并及時采取有效措施，撲滅初期火災(zāi)。

火災(zāi)報警系統(tǒng)技術(shù)要求：

(1)火災(zāi)報警系統(tǒng)定制模塊中，傳感器的設(shè)置應(yīng)參照實際城市軌道交通中使用的傳感器類型；報警裝置應(yīng)采用聲、光、電等方式綜合報警。

(2)火災(zāi)報警的確認(rèn)有2種方式：自動確認(rèn)和人工確認(rèn)。地鐵火災(zāi)報警系統(tǒng)定制模塊應(yīng)具有火災(zāi)報警自動確認(rèn)的功能，應(yīng)具備一個專用的可編程火警確認(rèn)按鈕，做為人工確認(rèn)火警報警的操作按鈕。

(3)回路響應(yīng)時間≤1 s；控制響應(yīng)時間≤2 s。

(4)系統(tǒng)的時鐘精度應(yīng)保證在10 ms以內(nèi)。

(5)火災(zāi)報警系統(tǒng)定制模塊應(yīng)預(yù)留與上層網(wǎng)通信的接口，接口要求滿足上層網(wǎng)需要，實現(xiàn)FAS設(shè)備組網(wǎng)和互聯(lián)互通。應(yīng)能夠通過外接電腦、觸摸屏、面板鍵盤和網(wǎng)絡(luò)等多種方式進行設(shè)備離線和在線編程。

3.2.4門禁控制系統(tǒng)(ACS)定制模塊。門禁控制系統(tǒng)(Access Control System)又稱出入口控制系統(tǒng)，是在人進出重要通道的時候，進行適當(dāng)級別的權(quán)限鑒別，以區(qū)分是否能通過的一種管理手段。

門禁控制系統(tǒng)技術(shù)要求：

(1)門狀態(tài)變化上傳時間不大于2 s；門控制命令響應(yīng)時間不大于2 s。

(2)門禁控制系統(tǒng)定制模塊設(shè)置門禁卡采用地鐵員工卡，票卡介質(zhì)暫定為CPU卡。

(3)門禁控制系統(tǒng)定制模塊讀卡器能處理與自動售票檢票系統(tǒng)(AFC)兼容的地鐵員工卡，能夠識別M1、TYPEA、TYPEB、ISO15693等多種卡片，讀寫距離最大達90 mm。讀卡器面板至少配備一個狀態(tài)指示燈，并內(nèi)置蜂鳴器，用聲光提示讀卡狀態(tài)。

(4)門禁控制系統(tǒng)定制模塊門上鎖后自動切斷感應(yīng)接點。使用的電器特性符合讀卡控制器的接口，使用電壓為12 V或24 V，啟動電流≤1.0 A，持續(xù)電流≤0.25 A。

(5)門禁控制系統(tǒng)定制模塊應(yīng)預(yù)留與上層網(wǎng)通信的接口，接口要求滿足上層網(wǎng)需要，實現(xiàn)門禁控制系統(tǒng)設(shè)備組網(wǎng)和互聯(lián)互通。應(yīng)能夠通過外接電腦、觸摸屏、面板鍵盤和網(wǎng)絡(luò)等多種方式進行設(shè)備離線和在線編程。

3.2.5環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)全線正常、阻塞、火災(zāi)工況下的機電設(shè)備如通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、冷水系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、扶梯系統(tǒng)(自動扶梯、電梯)等的運行狀態(tài)監(jiān)視和控制管理。

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求：

(1)空調(diào)系統(tǒng)。實現(xiàn)對車站通風(fēng)空調(diào)大小系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)、隧道通風(fēng)等車站環(huán)控設(shè)備、消防設(shè)備與機電設(shè)備的監(jiān)視和控制功能，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的模式控制(如通風(fēng)季、空調(diào)季、單周雙周、火災(zāi)等模式控制)模擬；模擬BAS環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備運行監(jiān)控動態(tài)效果；模型控制系統(tǒng)可實現(xiàn)系統(tǒng)的就地/遠(yuǎn)程控制切換功能。

(2)給排水系統(tǒng)。須包含多功能實訓(xùn)臺、配線實訓(xùn)組套、被控對象等三部分。其中,被控部分由儲水系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)等部分組成，可實現(xiàn)溫度、壓力、流量、液位的控制實訓(xùn)。

整機參數(shù)：整機尺寸2 000×750×1 800 mm；整機容量≤1.0 KVA；適用電源AC 220 V±10%(50 Hz)。

(3)照明、導(dǎo)向系統(tǒng)。對于車站事故照明電源裝置僅監(jiān)視其相關(guān)狀態(tài)信息。

3.2.6閉路電視系統(tǒng)(CCTV)。閉路電視系統(tǒng)可實現(xiàn)中心級的總調(diào)工作站、行調(diào)工作站、環(huán)調(diào)工作站、電調(diào)工作站和車站級的操作員工作站等對相應(yīng)的管轄區(qū)域進行監(jiān)視。

閉路電視系統(tǒng)技術(shù)要求：

(1)中心級監(jiān)控?？傉{(diào)工作站能夠控制、設(shè)置大屏幕上的CCTV監(jiān)視區(qū)域，還能控制、選擇本控制臺上顯示器和錄像設(shè)備的監(jiān)視圖像。

分控工作站可以控制、選擇本操作員工作站上顯示器的圖像監(jiān)視，進行自動循環(huán)監(jiān)視模式選擇和人工單選監(jiān)視模式選擇，各調(diào)度員與系統(tǒng)可完成簡單的人工交互，在屏幕上顯示相應(yīng)的操作錯誤提示。

(2)車站級監(jiān)控。操作員工作站可以控制、選擇本操作員工作站上顯示器的圖像監(jiān)視。須具備以下功能：設(shè)置不同的操作權(quán)限；音、視頻同步;根據(jù)用戶要求實現(xiàn)一體化球形攝像機的水平掃描運動、垂直俯仰運動和變焦選擇，轉(zhuǎn)動幅度可調(diào)。

車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與CCTV連接，向CCTV傳送各項功能指令，實現(xiàn)車站級本地監(jiān)視；通過GE Proficy HMI/SCADA-iFIX可以調(diào)用、存儲相關(guān)視頻信息。

(3)圖像漢字疊加功能。大屏幕、控制室及監(jiān)視器上所顯示的圖像，可同時顯示相關(guān)文字信息，并可由用戶自行修改。

3.3GE群控電梯實訓(xùn)室

群控電梯技術(shù)要求：

(1)設(shè)備高度仿真，按照實際電梯縮小比例設(shè)計。設(shè)備由驅(qū)動裝置、轎廂及對重裝置、導(dǎo)向系統(tǒng)、門機機構(gòu)、安全保護機構(gòu)等組成。驅(qū)動裝置由曳引機(帶有制動器、減速機、導(dǎo)向輪、工業(yè)編碼器)、曳引鋼絲繩和繩頭組合等部件組成；導(dǎo)向系統(tǒng)由井道鋼架、導(dǎo)軌、導(dǎo)靴等組成；門機機構(gòu)由轎門、層門、開關(guān)門機構(gòu)、安全觸板、門套等部件組成；安全保護機構(gòu)由超載裝置、緩沖器、安全鉗、限速保護裝置等部件組成。主要元件應(yīng)采用真實電梯的元件和配件，具有真實的電梯呼叫面板和顯示裝置，轎箱內(nèi)所有操作均能在電梯外部完成，功能與真實電梯相同，系統(tǒng)配置開放式接口，符合工業(yè)電梯制造標(biāo)準(zhǔn)。

(2)透明化結(jié)構(gòu)設(shè)計，便于觀察、檢視學(xué)習(xí)各部件的運行狀態(tài)，使學(xué)生能夠直觀、透徹地了解、掌握電梯的基本結(jié)構(gòu)及其動作原理。

(3)電梯的電氣控制部分都安裝在網(wǎng)孔板上，網(wǎng)孔板可以快速卸下，便于學(xué)生進行電氣安裝實驗。3臺電梯用1臺PLC就可實現(xiàn)分時獨立運行，也可任意2臺或2臺以上同時運行，實現(xiàn)群控功能。單臺電梯預(yù)留PLC控制接口，可由1臺PLC單獨實施控制，作為單臺電梯使用。所有PLC做成模塊，將PLC所有接口引出，與外部通過排線連接。

(4)裝置中所用到的元器件均采用國內(nèi)名優(yōu)產(chǎn)品，性能可靠。

(5)電梯門包括廳門和轎廂門兩道門，轎廂上下運動時有可調(diào)式配重機構(gòu)。

(6)電梯設(shè)置有超速安全保護、終端極限開關(guān)安全保護、門安全觸板、門安全光幕保護、門機力矩安全保護、緩沖器等電梯必備的保護環(huán)節(jié)。

(7)主控電梯增加觸摸屏控制功能。

(8)具有手動開關(guān)故障設(shè)置和計算機控制智能故障設(shè)置兩種設(shè)置模式，滿足電梯維修工考核需求。

參考文獻

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[責(zé)任編輯：趙偉]

收稿日期：2015 - 12 - 25

基金項目:鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院重點課題基金項目(2014JKY002)

作者簡介：張志軍(1969—)，男，河南鄭州人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系副教授，研究方向為自動化控制。 孟慶波(1973—)，男，河南洛陽人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系副教授。 李帆(1980—)，男，河南鄭州人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系講師。

中圖分類號:G482

文獻標(biāo)志碼:A

文章編號：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