電力機車(chē)輔助電機PID控制研究

3 軟件設計
軟件設計包括HMI軟件設計和PLC軟件設計。HMI軟件設計是借助文本顯示器專(zhuān)用軟件開(kāi)發(fā)工具設計主界面、參數設置界面、記錄查詢(xún)界面、曲線(xiàn)顯示界面及系統管理界面。主界面是系統正常工作時(shí)顯示的界面，也是系統開(kāi)機后默認進(jìn)入的界面，主要分牽引電機溫度、風(fēng)機參數、環(huán)境溫度和機車(chē)型號、操作按鈕、系統日期和時(shí)間顯示區域。牽引電機溫度顯示區域依次顯示每臺牽引電機的實(shí)時(shí)溫度。風(fēng)機參數顯示區域顯示每臺風(fēng)機的當前轉速和風(fēng)量參數。主界面底部顯示環(huán)境溫度和機車(chē)型號，環(huán)境溫度也是實(shí)時(shí)的，機車(chē)型號是在系統管理界面預先設置的。為了在主界面中實(shí)現其他界面的切換，在主界面中設計了參數、記錄、曲線(xiàn)和系統四個(gè)按鈕，用手觸摸即可進(jìn)入相應界面進(jìn)行操作。此外，主界面還顯示系統的當前日期和時(shí)間。主界面運行結果如圖2所示。

參數設置界面是設置PID控制器的自動(dòng)控制方式、作用控制方式、設定值、比例系數、積分時(shí)間、微分時(shí)間、取樣時(shí)間、調節死區、輸入上限、輸入下限、輸出上限、輸出上限等系統參數的界面，機車(chē)型號不同，電機的型號也不盡相同，對應的PID的控制參數也不同，機車(chē)型號在本界面中用下拉菜單選擇，PID控制器的每一個(gè)參數都有上限值和下限值，輸入的參數超出上下限則設置無(wú)效。
記錄查詢(xún)界面是查詢(xún)歷史記錄的界面，在系統運行過(guò)程中，出現牽引電機溫升異常，溫度過(guò)高，風(fēng)機電機轉速異常甚至停轉，傳感器開(kāi)路，以及更改參數等情況時(shí)，系統立即啟動(dòng)事件相應，記錄發(fā)生的異常事件日期和時(shí)間、事件名稱(chēng)及恢復時(shí)間等信息，并保存在存儲器中，這些歷史記錄既可以在本界面中查看，也可以以只讀文件的形式存儲在U盤(pán)中，在PC上用專(zhuān)用的軟件處理生成EXCEL格式的文件。曲線(xiàn)顯示界面實(shí)時(shí)顯示牽引電機隨時(shí)間連續變化的溫度，1臺電機對應1條曲線(xiàn)，所有曲線(xiàn)在一屏中顯示，以不同的顏色相互區別。系統管理界面用來(lái)設置系統的日期和時(shí)間，操作密碼的設置和更改。
PLC軟件設計在PLC專(zhuān)用軟件設計工具中用梯形圖編程實(shí)現，主要內容包括PLC型號的選擇，開(kāi)關(guān)量輸入的濾波時(shí)間、模擬量輸入輸出的上限和下限、數據的采集和處理以及以PID控制器的參數自動(dòng)調節為主要功能的主程序設計嘲。PLC和HMI的通信采用應用廣泛的Modbus通信協(xié)議實(shí)現，通信參數設置為：波特率19 200，無(wú)校驗位，8位數據為，2位停止位。為了滿(mǎn)足故障導向安全原則，在系統故障的情況下保證機車(chē)正常工作，在PLC軟件中設計了故障診斷功能，一旦出現系統故障，本控制系統將立即停止工作，同時(shí)PLC的數字量輸出接通相應的邏輯控制電路，切換到由機車(chē)工況決定的人工控制。

4 結束語(yǔ)
通過(guò)分析控制對象的特點(diǎn)和要求，在滿(mǎn)足故障導向安全原則的前提下，提出了利用PID控制作為控制策略，設計了硬件實(shí)現方案，分別編制了PLC和HMI的軟件，通過(guò)模擬運行，實(shí)現了文中提出的控制功能。