现场总线控制系统在牵引电机试验台的应用
加入技术交流群
牵引电机试验流程的控制包含开关量的逻辑控制和电机工作点的闭环调节，两者紧密结合。为了清楚地分析电机试验过程中不同状态下的控制内容，我们将电机试验按控制逻辑分成了若干步骤，依试验项目不同，步骤数目也不同，最多的试验项目(换向试验达20步之多。限于篇幅，只列出速度特性试验(M1正转、满磁场)部分流程表格。
这种按步骤归纳逻辑关系的方法能够把开关量连锁控制与模拟量调节结合起来。在工业生产现场大量存在一种控制方式，包含开关量逻辑控制和模拟量闭环调节，二者要求同样严格，不分主次(例如化工行业化学反应过程的控制等)。对于这样流程的控制，这种处理方法具有一定的普遍意义[4]。
3.2 现场总线条件下系统功能实现
电机试验过程中，各设备关系紧密，需要共同配合完成试验流程，试验台的控制必须兼顾各个设备，作为一个整体进行控制。而控制分散在现场，所以各个测控单元的信息必须是开放的、可以与其他单元共享。CAN总线的多主性通信方式使网络上节点之间可自由通信。SHCAN2000现场总线控制系统中提供了CAN总线网络和现场智能测控单元构成的分布式实时数据库，实现了自由、开放的通信方式，使得系统内任何单元的测控数据和设备状态，对于其他单元都是可见的，从而使试验台的整体控制成为可能。
由现场功能不同方面，SHCAN2000现场控制单元可按以下组态方案实现[6]：
(1)通信功能
通信包括现场与上位机的通信、现场单元之间的通信。为了实现控制信息共享，在现场单元分布式实时数据库中，每个设备的控制信息都通过CAN总线同地址映射到相同地址单元，实现了最大范围的信息共享。例如，需要访问电机工作点电流是否达到给定值标志位，各控制单元只需访问本地数据库的S10N10单元即可。
现场单元与上位机以及现场各个单元之间的通信由模块实现，且有分频器模块控制通信速率，使CAN网络不致阻塞。
(2)控制功能实现
控制功能包括开关量控制、工作点调节和流程的控制。
开关量控制通过开关量运算模块，实现步骤切换逻辑运算和开关状态逻辑运算。
电机工作点调节根据试验步骤状态，用分支程序模块来选择PID运算模块的SP、PV，完成电机在不同工作点下电压、电流、转速的调节。此外，由于电机在不同工作状态(起动、制停、不同工作点)时控制模型的参数不同，所以在试验的不同阶段，用分支程序模块选择已整定好的不同的PID参数(分段PID)，达到理想的控制效果。
当被控量达到预先设定值时，高低值监视模块产生一个开关量，参加步骤切换逻辑运算；计数器模块、定时器模块控制工作点切换和延时等流程控制。
3.3 上位机监控管理软件
上位机的监控管理软件采用美国Intellutin公司FIX 615，实现系统的监控和管理。
监控界面由模拟试验线路、虚拟仪表和操作按钮组成。试验员可以通过模拟试验线路观察电路开关状态；虚拟仪表显示电机电压、电流、转速、温度等参数；试验步骤指示灯显示当前试验状态；操作按钮控制电机试验项目和试验流程。
FIX与现场的数据交换由自行开发的I/O驱动程序——现场测控单元的通信模块，来完成现场实时数据的“上传”和上位机组态数据、控制命令的“下达”。
电机电压、电流、转速的越限保护动作由现场智能测控模块完成，但上位机保留这些报警事件的历史纪录(发生时间，越限值，操作者等)，以备查询、参考。
本系统中不同的操作权限具有不同口令保护，使试验操作员和系统工程师权限不同，各司其职，消除由操作员误操作带来的对系统组态功能的破坏。
作为试验的最终结果，试验报表系统是由FIX组态软件调用Microsoft Office Excel电子表格软件实现的[6]。试验完毕后，FIX调用Excel中用VBA编写的宏READ()，来完成自动将试验数据文件到Excel表格的格式转换，形成最终试验报表。并按照电机编号和试验项目作为文件名将试验数据存档以备检索。
4 结束语
本文提出的牵引电机试验台现场总线系统已在铁道部戚墅堰机车车辆厂得到了成功的应用。实践证明，现场总线控制系统对于牵引电机试验台这样典型大功率电气设备的控制具有工作可靠、控制精度高、设计灵活、功能完备等优点，有良好的借鉴作用和推广应用价值。
参考文献
[1] 牵引电机[M] .西南交大电机系编中国铁道出版社，1981年4月
[2] 袁爱进，等.现场智能测控仪表软件组件集成技术的研究[J] .仪器仪表学报，2001年第3期，269-276
[3] 牵引电机大纲[S] .铁道部戚墅堰机车车辆厂
[4] 陈晓侠，等.CAN总线间歇控制系统的研究[J] .大连铁道学院学报，2001年第2期，52-55
[5] “SHCAN2000分布控制系统智能测控组件系统组态使用手册”[S] .大连铁道学院三合仪表开发公司，1999
[6] [美] Mark Dodge等著，詹津明，等译.Microsoft Excel 97使用大会[M] .清华大学出版社，1998年12月(end)
陀螺仪相关文章:陀螺仪原理
评论