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現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統在牽引電機試驗臺的應用
作者：
時(shí)間：2013-02-27
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 引言
目前，我國鐵路大部分廠(chǎng)、段的電機試驗臺，主要采用手工操作控制試驗、人工讀表記錄試驗數據；自動(dòng)化程度比較低。這種手工試驗存在明顯的缺陷：工作效率低，勞動(dòng)強度比較大，試驗精度不高，而且試驗數據的可靠性往往受到人為因素的影響。隨著(zhù)牽引電機試驗要求的提高，現有的試驗臺人工控制已不能滿(mǎn)足要求了，迫切需要實(shí)現自動(dòng)控制和計算機管理。
實(shí)現牽引電機試驗臺自動(dòng)控制的主要困難是：(1)電機試驗流程復雜，步驟繁多，邏輯關(guān)系歸納困難；(2)牽引電機試驗狀態(tài)多變，在不同試驗狀態(tài)下控制參數不同，難以達到理想的控制效果；(3)牽引電機和試驗電源是高電壓、大電流設備，電磁干擾強，機械震動(dòng)大，對控制設備的抗干擾性和可靠性要求較高。
基于這種情況，我們設計采用基于現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統SHCAN2000的電機試驗臺自動(dòng)測試系統，解決了以上問(wèn)題，可以自動(dòng)完成牽引電機的全部檢查試驗。實(shí)現了試驗流程的自動(dòng)控制、自動(dòng)完成；試驗數據的自動(dòng)采集和自動(dòng)記錄；安全報警、自動(dòng)保護和歷史記錄；試驗報表的自動(dòng)生成和管理等。
2 系統體系結構
2.1 牽引電機試驗臺線(xiàn)路
試驗臺線(xiàn)路如圖1所示。 
其中，試驗線(xiàn)路開(kāi)關(guān)(約30個(gè))的組合決定不同試驗項目和不同試驗方式。在試驗過(guò)程中，若要根據不同試驗項目、不同步驟控制開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。試驗累計500步左右，相應開(kāi)關(guān)組合也有500個(gè)狀態(tài)。
線(xiàn)路機、升壓機是由可控硅整流實(shí)現的可控電壓源、電流源。由控制系統調節單元的動(dòng)態(tài)輸出作為線(xiàn)路機和升壓機的給定，可控硅觸發(fā)電路閉環(huán)自動(dòng)調節輸出，控制牽引電機的工作點(diǎn)(電壓、電流、轉速)。削磁機是由IGBT實(shí)現的恒流源，當削磁電路投入時(shí)，會(huì )自動(dòng)跟蹤被試電機電樞電流，控制主磁極電流保持在一個(gè)固定的削磁率上。
2.2 SHCAN2000分布式控制系統
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統是信息數字化、控制分散化、標準統一全開(kāi)放的新一代工業(yè)自動(dòng)化控制系統，它有控制精度高、系統可靠性強、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。其中控制徹底分散是現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統具有的突出特點(diǎn)，它給用戶(hù)帶來(lái)的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)是：由高度智能的現場(chǎng)設備來(lái)分散地完成DCS控制器的功能，弱化甚至省去了集中控制器的層次，降低了設備和布線(xiàn)費用，使控制風(fēng)險徹底分散，提高系統控制的自治性和可靠性。
本系統控制部分結構如圖2所示。 
我們設計并采用的SHCAN2000分布式控制系統采用三層體系結構，即操作站——CAN總結網(wǎng)絡(luò )(雙絞線(xiàn))——現場(chǎng)智能測控單元。操作站由工業(yè)PC機加網(wǎng)卡組成；網(wǎng)卡的功能是完成RS-232C與CAN總線(xiàn)之間的協(xié)議轉換，實(shí)現工業(yè)PC機與CAN總線(xiàn)的連接。操作站采用Windows2000操作系統，工控軟件采用美國Intellution公司的FIX6-15，建立友好的人機界面，實(shí)現系統監控和管理功能。
SHCAN2000型系統的總線(xiàn)通信標準采用CAN2.0B。CAN總線(xiàn)的短楨結構、CRC校驗以及錯誤節點(diǎn)自動(dòng)關(guān)閉功能，保證了信號傳輸的可靠性，具有較強的抗干擾能力。在電機試驗臺現場(chǎng)強電磁干擾下，從未出現通信故障，證明了CAN總線(xiàn)通信的高可靠性。
在SHCAN2000控制系統中，現場(chǎng)智能測控單元作為控制系統的核心，完成全部控制功能；通過(guò)CAN總線(xiàn)實(shí)現設備之間的信息共享，以及現場(chǎng)和上位機之間的通信，包括控制信息、設備狀態(tài)和實(shí)時(shí)數據的傳送。完全由現場(chǎng)測控單元實(shí)現對電機試驗流程的全部控制，是系統實(shí)現的一個(gè)難點(diǎn)。
SHCAN2000現場(chǎng)智能測控單元采用了由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統、實(shí)時(shí)監控軟件、任務(wù)級組態(tài)軟件、實(shí)時(shí)數據庫構成的現場(chǎng)智能測控儀表軟件組件集成技術(shù)[2]。并開(kāi)發(fā)了下載與調試程序，支持在線(xiàn)組態(tài)和模擬調試，大大方便了系統的設計、調試。
3 系統功能實(shí)現
本電機試驗臺測試系統能夠自動(dòng)完成ZD-106、ZD-109、QDR-410型號牽引電機的全部出廠(chǎng)試驗和部分型式試驗。下面結合試驗流程特點(diǎn)，按系統功能實(shí)現的過(guò)程來(lái)進(jìn)行介紹。
3.1 系統模型分析
試驗項目繁多，流程復雜。根據我們分析，每一個(gè)試驗項目的步驟從五步到二十步不等，有的試驗項目還有不同試驗方式，累計試驗步驟近五百步。面對如此復雜的試驗流程，為了清晰地描述電機試驗的控制過(guò)程，首先要歸納出系統的數學(xué)模型。
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