基于現場(chǎng)總線(xiàn)的鐵路大型養路機械電氣控制系統
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可編程邏輯控制器(PLC―Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)可編程控制器，它是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置。它問(wèn)世于20世紀60年代，到現在仍保持旺盛的發(fā)展勢頭。它具有體積小、功能豐富、配置靈活、適應惡劣環(huán)境、抗干擾性強、可靠性高、編程方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于電力、機械、冶金、化工、輕紡等各個(gè)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制中。它不僅可以取代傳統的繼電器控制系統，還可構成復雜的過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )。
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是20世紀80年代后期發(fā)展起來(lái)的，它是目前自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)，是新一代控制系統的發(fā)展方向，它綜合了數字通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，從根本上突破了傳統的“點(diǎn)對點(diǎn)”式的模擬信號或數字―模擬信號控制的局限性，構成一種全分散、全數字化、多變量、多節點(diǎn)的通信與控制系統。現場(chǎng)總線(xiàn)則是連接現場(chǎng)智能設備和自動(dòng)化控制設備的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡(luò )，其基礎是數字智能現場(chǎng)裝置。分散在各個(gè)現場(chǎng)的數字智能現場(chǎng)裝置通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)連為一體，并與控制室中的控制器和監視器一起構成現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（FCS―Fieldbus Control System）。
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)實(shí)際上是采用串行數據傳輸和連接方式代替傳統的并聯(lián)信號傳輸和連接方式的方法，它依次實(shí)現了控制層和現場(chǎng)總線(xiàn)設備層之間的數據傳輸，同時(shí)在保證傳輸實(shí)時(shí)性的情況下實(shí)現信息的可靠性和開(kāi)放性。一般的現場(chǎng)總線(xiàn)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）布線(xiàn)簡(jiǎn)單；（2）開(kāi)放性；（3）實(shí)時(shí)性；（4）可靠性；（5）高效診斷；（6）硬件靈活。
目前，國際上各種各樣的現場(chǎng)總線(xiàn)有很多種，統一的國際標準尚未建立。其中有較強實(shí)力和影響的有： FF（Foundation Fieldbus 基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)）、HART（Highway Addressable Remote Transducer）、CAN（Controller Area Network 控制器局域網(wǎng)）、Profibus（Process Field Bus 過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)）、INTERBUS、LonWorks（Local Operating Network 局部操作網(wǎng)絡(luò )）、WorldFIP、MODBus、DeviceNet、ControlNet 、ASi（Actuator Sensor Interface 執行器傳感器接口）等。
基于PPC工業(yè)計算機、PLC及現場(chǎng)總線(xiàn)的電氣控制系統在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，如冶金、電力、石化、礦山、水泥、水處理、乳品飲料、啤酒罐裝、煙草加工、機械裝配、產(chǎn)品包裝等已得到廣泛的應用，但是在鐵路大型養路機械電氣控制系統中還沒(méi)有廣泛應用。本文根據鐵路大型養路機械控制系統的特點(diǎn)，提出一種基于PPC工業(yè)計算機、PLC及INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)的鐵路大型養路機械電氣控制系統的設計方案。
2 現狀
養路機械化是實(shí)現鐵路維修養護現代化、保證鐵路不間斷運輸和行車(chē)安全的重要技術(shù)手段。為適應鐵路快速、重載以及軌道結構重型化的技術(shù)發(fā)展要求，發(fā)達國家鐵路相繼采用大型養路機械進(jìn)行鐵路線(xiàn)路維護，到上世紀80年代末，已基本形成以大型養路機械為主要作業(yè)手段的格局。而此時(shí)，我國還在依靠手工、小型機械和非標準自制設備進(jìn)行線(xiàn)路維護，作業(yè)質(zhì)量差、效率低，特別是在繁忙干線(xiàn)，線(xiàn)路維護與運營(yíng)的矛盾尤其突出。
上世紀80年代初期，我國從奧地利普拉塞―陶依爾公司引進(jìn)了先進(jìn)的大型養路機械制造技術(shù)，確立了大型養路機械的發(fā)展采取“技術(shù)引進(jìn)―消化、吸收―國產(chǎn)化生產(chǎn)―開(kāi)發(fā)、創(chuàng )新”的途徑。通過(guò)20多年的引進(jìn)技術(shù)和國產(chǎn)化生產(chǎn)，我們學(xué)習了國外大型養路機械的先進(jìn)技術(shù)，更新了傳統的設計觀(guān)念，拓寬了開(kāi)發(fā)思路，增強了開(kāi)發(fā)具有自主知識產(chǎn)權產(chǎn)品的能力。
隨著(zhù)鐵路的跨越式發(fā)展和市場(chǎng)競爭的加劇，加快推進(jìn)大型養路機械引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)程，加快具有自主知識產(chǎn)權產(chǎn)品的研發(fā)，加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，發(fā)展核心技術(shù)，創(chuàng )新和超越已經(jīng)成為現階段工作的重中之重，已經(jīng)刻不容緩。
鐵路大型養路機械是集機械、液壓、氣動(dòng)、電氣、計算機、激光等技術(shù)于一體的鐵路專(zhuān)用機械。按功能分有以下系列：清篩機、搗固車(chē)、配碴車(chē)、穩定車(chē)、鋼軌打磨車(chē)、鋼軌探傷車(chē)、軌道檢測車(chē)、架線(xiàn)車(chē)、焊軌車(chē)、道岔鋪換機組等。對于不同功能的鐵路大型養路機械電氣控制系統來(lái)說(shuō)，其本質(zhì)的區別在于作業(yè)監視控制系統。到目前為止，我國的清篩機、搗固車(chē)、配碴車(chē)、穩定車(chē)等鐵路大型養路機械的技術(shù)主要是在引進(jìn)、消化吸收奧地利普拉塞―陶依爾公司鐵路大型養路機械技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的，它屬于模擬集中式控制系統，它主要由以下子系統組成：
（1）整車(chē)電源子系統；
（2）柴油機監視控制子系統；
（3）高速走行監視控制子系統；
（4）作業(yè)監視控制子系統；
（5）輔助設備子系統：包括照明、通話(huà)、取暖及空調等。
其中作業(yè)監視控制子系統是各類(lèi)鐵路大型養路機械電氣控制系統的核心，它完成作業(yè)機構狀態(tài)的監視、完成作業(yè)機構動(dòng)作的控制。不同功能的鐵路大型養路機械，其作業(yè)監視控制系統的復雜程度有著(zhù)很大的差別。如清篩機和配碴車(chē)，它的作業(yè)監視控制系統比較簡(jiǎn)單。而搗固車(chē)、穩定車(chē)、鋼軌打磨車(chē)、鋼軌探傷車(chē)、軌道檢測車(chē)、架線(xiàn)車(chē)等，它們的作業(yè)監視控制子系統就比較復雜。下面以穩定車(chē)的作業(yè)監視控制子系統為例作一介紹，它由以下部分組成：
（1）計算機控制部分：由上位機控制板、鍵盤(pán)、顯示器構成；
（2）程序控制部分：由下位機控制板、I/O板、功率輸出板組成的微機系統構成；
（3）模擬量控制部：由A/D轉換板、D/A轉換板、頻率測量板、各種功能的模擬控制板構成；
（4）測量部分：由左、右抄平傳感器，加速度傳感器，振頻傳感器等構成；
（5）軌道參數記錄部分：由記錄儀、前、后電子擺，正矢傳感器，測量輪等構成。
普拉塞―陶依爾公司的模擬集中式控制系統的特點(diǎn)如下：
（1）各子系統的監視部分都使用模擬儀表或數字顯示器或指示及報警燈；
（2）功能復雜機型作業(yè)監視控制子系統的控制部分都使用插裝式模擬電路板和由插裝式電路板組成的微機系統；
（3）作業(yè)監視控制子系統中各I/O信號的接線(xiàn)方式均為“終端（開(kāi)關(guān)、傳感器/電磁閥、繼電器）―作業(yè)主控制柜”或“終端元件（開(kāi)關(guān)、傳感器/電磁閥、繼電器）―中間過(guò)渡箱―多芯電纜―作業(yè)主控制柜”的傳統接線(xiàn)方式（如圖1）；
（4）軌道參數記錄系統為一個(gè)獨立的系統，與微機及計算機系統沒(méi)有通訊和數據交換。
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