基于软逻辑控制器的列车真空集便监控系统的应用
出处:allen2006 发布于:2010-09-29 10:32:25
摘要 : 本文介绍了以ADAM-5510KW为监控的青藏铁路旅客用列车真空集便监控系统的实现与应用,以及Modbus RTU协议在此系统中的典型应用。由台湾研华公司推出的PC-Based软逻辑控制器ADAM-5510KW系列产品,符合IEC61131-3 PLC编程语言标准及多任务实时操作系统ProConOS,支持灵活的通信接口和Modbus协议功能,具有系统扩展灵活、系统可靠稳定、软件编程简单、缩短开发周期等特点。
系统介绍
该系统是青藏铁路旅客列车用真空集便系统。该系统实现了铁路旅客列车厕所污物的收集,避免了厕所污物对铁路沿线的污染。
系统主要由蹲便器、坐便器、中间箱、污物箱、灰水(洗漱用水等)收集系统、电器监控系统组成。
其中电器监控系统由主控制模块、便器冲洗控制模块和灰水收集控制模块组成;主控制模块控制中间箱的动作(包括真空的形成、排空等)和污物箱的动作;便器冲洗模块主要控制便盆的冲洗和排空;灰水收集模块主要控制灰水的排放;主控制模块还具有系统的故障显示、存储和对外(车上、触摸屏终端设备)等信号输出的功能。
电器监控系统组成
真空集便系统电器监控部分主要由研华软逻辑控制器ADAM-5510KW、ADAM-5051S+ADAM-5056S+ADAM-5055S+ADAM-5068、ADAM-4055模块组成;终端人机界面设备采用Proface公司的GP37W2-BG41-24V型触摸屏,内嵌组态软件,支持Modbus协议。
系统结构功能框图如图1所示。
图1. 列车真空集便监控系统的组成及架构
系统功能实现介绍
1. 人机界面接口
采用Proface公司的GP37W2型触摸屏,有两个串口:一个为编程口,通过主机配置触摸屏的设置、通过组态软件编写人机界面并到触摸屏中运行;另一个为通信口,触摸屏通过此通信口采用Modbus RTU Master协议和ADAM-5510KW的COM1*换数据、传递信息。触摸屏的功能:显示目前系统的状态:待机、冲水和各种故障;显示各控制模块的所有输入、输出及其状态;显示所有计时器及其设定值同时可以进行参数设置并下传到ADAM-5510KW中;显示故障状态及冲洗的次数;能通过触摸屏对各种动作进行手动操作,例如打开某个阀等等。
2. ADAM-5510KW
作为软逻辑控制器,ADAM-5510KW有很多优点,对于本系统来讲,实时多任务功能,应用KW公司的Multiprog软件采用梯形图(LD)/功能块(FBD)编程,COM1口的ModBus RTU Slave协议,COM4口的ModBus RTU Master协议外挂ADAM-4055模块进行远程控制,大容量存储空间,电池备份区,可以存储Source files,功能丰富的库函数…等等。
作为控制的部分,通过在主机上的Multiprog软件进行编程、编译,并到ADAM-5510KW中运行,根据程序流程控制,对输入模块进行监测,对输出模块进行控制,对远程模块进行状态监控,和触摸屏进行数据交换等。
3. ADAM-5000 I/O模块
本系统采用了数字量输入模块ADAM-5051S、数字量输入/输出模块ADAM-5055S、数字量输出模块ADAM-5056S、继电器模块ADAM-5068。
ADAM-5051S,带光电隔离,输入信号支持高电压到50V,带LED输入指示灯。
ADAM-5055S,带光电隔离,既有输入也有输出,输入支持干节点和湿节点,输出是集电极开路可提供40V/200mA电流输出。带LED输入指示灯。
ADAM-5056S,带光电隔离,输出是集电极开路可提供40V/200mA电流输出。带LED输入/输出指示灯。
ADAM-5068,8路A型继电器通道,触点容量支持AC:120V@0.5A, DC:30V@1A
数字量输入模块在系统中接各种功能按钮如复位按钮、污物箱手动排空、防冻排空等;接开关信号如中间箱液位信号、污物箱液位信号、各种压力信号、灰水收集模块的输入信号等。
数字量输出模块在系统中接各种指示灯,包括中间箱压力指示灯、真空压力指示灯、污物箱满度指示灯、防冻排空指示灯、系统报警指示灯、灰水故障指示灯、冲洗按钮故障、通信连接指示灯等等。
继电器模块控制各种电磁换向阀,分别控制便盆排泄阀、灰水收集罐排放阀、压缩空气输入阀、输出阀等等。
4. 远程模块
本系统采用了ADAM-4055,8路数字量输出和8路数字量输入,输入支持干节点和湿节点,湿节点支持高电压到50V;数字量输出是集电极开路可提供40V/200mA电流输出。带LED输入/输出指示灯。支持Advantech的ADAM ASCII协议和Modbus RTU slave协议两种协议。在本系统中采用ModBus协议。远程模块采用RS-485串口方式和ADAM-5510KW的COM4口连接,由ADAM-5510KW对其进行控制。
远程模块用来监控冲洗模块,输入信号接便盆高液位信号输入、排泄阀磁性开关输入、冲洗按钮;输出信号控制电磁换向阀(冲洗控制)、故障指示灯等。因为冲洗模块分别安装在列车厕所便池旁,而ADAM-5510KW主控模块安装在列车的过道顶部,两者距离较远,所以通过RS-485进行远程控制。而在ADAM-5510KW系统中对ADAM-4055的配置及编程实现也尤其方便。
ADAM-5510KW支持的协议及方式
在本系统中,对ADAM-5510KW使用了三种协议:COM1口Modbus RTU slave协议,COM2口Multiprog协议,COM4口Modbus RTU master协议.
1.COM1口使用Modbus RTU slave协议和触摸屏进行连接,采用RS-232方式。
2.COM2口使用Multiprog协议和主机上的Multiprog软件进行连接,编程、在线监控等。如图2所示:
图2. COM1口通过ModbusRTU slave协议连接触摸屏
COM2口通过Multiprog协议和主机连接
注意:ADAM-5510KW的拨码开关设置如下(无需软件设置):
3.COM4口使用Modbus RTU master协议和ADAM-4055远程模块进行连接。如图3所示:
图3. COM4口通过Modbus RTU master协议和远程ADAM-4000模块连接
只需先在ADAM-4000utility中将adam-4055的协议更改为Modbus协议,然后在Multiprog软件的IO Configuration中进行如图4所示配置即可(无需硬件设置)。
图4. 在Multiprog中设置ADAM-4055模块
软件系统编程:
分为两部分,部分是在主机上编写Proface触摸屏的监控软件,并到Proface触摸屏中运行。编写如图5所示,运行在触摸屏上的一些界面如图6所示:
图5. 在Drawing Board中编辑触摸屏界面
图6. 运行在触摸屏上的画面(适时和ADAM-5510KW通信)
第二部分是ADAM-5510KW的软件编程。在主机上运行MULTIPROG软件,在此软件中编辑程序、编译、并到ADAM-5510KW中运行,同时可以在MULTIPROG软件中在线监控程序的执行。MULTIPROG编程软件遵循IEC61131-3标准,同时支持IL、ST、FBD、LD和SFC五种编程语言,支持多任务同时运行。
软件编程步骤:
1. 新建Project,选择ADAM-5510模板、资源设置(resource setting)、配置系统I/O模块(IO configure).配置系统I/O模块指根据选用的本地I/O模块和远程I/O模块分别加载。配置好所有参数后,就可以通过Project Control Dialog所有配置。
2.在Logic POU中进行编程,可以选用IL、ST、FBD、LD和SFC五种编程语言中的一种,其中FBD、LD和SFC可以在同一个POU中混合编程。本系统中采用FBD、LD和ST语言进行编程。
3.在Task中添加任务,并关联相关程序。在本系统中使用了Default Task、Cyclic Task、Event Task和System Task,四种task形式全部使用。
4.程序编写完成后,进行编译,如果出现Error和Warning,支持错误定位并修改程序。
5. 通过Project Control Dialog程序,并运行,可以选择Debug来在线调试程序、监控程序的运行。
6.当系统程序开发完毕,还可以将源程序(包括工程文件、库、POU和Task等等)到ADAM-5510KW中进行备份保存;以后还可以通过Multiprog软件将源文件上传上来。
在Multiprog软件中操作如图7所示:
图7. Multiprog软件中的功能实现
在青藏铁路列车上进行系统调试工作时拍到的照片
雪山 火车 控制系统机箱 洗脸池 卫生间
(灰水收集) (集便系统)
真空集便系统控制箱 ADAM-5510KW在控制箱中
总结:
列车真空集便监控系统以前采用的是单片机控制,但单片机系统存在系统维护不方便、运行速度慢、系统扩展功能差、开发周期长等缺点。采用ADAM-5510KW,不仅有效解决了上述问题,而且系统运行的可靠性、稳定性得到提高,更为可贵的是ADAM-5510KW很方便支持Modbus RTU Master/slave协议,编程简单、明了,架构开放性好,减少了系统开发调试的时间,得到一致好*。
参考文献:
[1]. RS-485 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS-485_584821.html.
[2]. RS-232 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS-232_584855.html.
[3]. SFC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/SFC_2043401.html.
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