现场总线控制系统在柴油机试验站的应用.doc

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1、现场总线控制系统在柴油机试验站的应用2008-3-289:21:00来源：中国自动化网1引言为确保性能可靠，铁路内燃机车用柴油机每次大修后需进入柴油机试验站进行台架试验，经验收合格后方可装车运行。实现柴油机台架试验自动控制的主要困难是：一、程序复杂，步骤繁多，逻辑关系复杂，各种条件相互关联；二、所测参数种类众多，整个试验过程需检测温度参数33种，压力参数51种，转速3种，电流4种，电压4种，流量2种，共计97种，报警种类82种；三、现场环境恶劣，高温潮湿，主发电机等其它各种电机的电磁干扰强（最高电压770V，最大电流4800A），机械震动大，这

2、些都对控制设备的抗干扰性和可靠性提出了较高要求。基于这种情况，并结合锦州机务段的实际情况，我们开发了一种基于现场总线控制系统结构SHCAN2000的柴油机试验站自动测试系统，解决了上述问题，并通过FIX组态软件实现了以下几项基本功能：①、自动控制试验过程；自动采集全部数据，并对采集到的数据进行管理；自动进行故障报警，对报警记录进行保存；②、开通网络接口，接入企业内部局域网；③、根据现场提供的基本性能参数和所采集数据，对试验柴油机进行质量评定；④、根据故障报警所示信息，进行初步的自诊断，以方便查找故障处所。2系统体系结构2.1柴油机试验站结构锦州

3、机务段16V240ZJ型柴油机试验站主要由柴油机、11个各种电机及其它控制设备组成（如图1所示），采用“SHCAN2000型现场控制系统”2．2SHCAN2000分布式控制系统（1）SHCAN2000的硬件体系本系统控制部分采用现场总线控制系统，对大修柴油机的运行性能进行监测，由于采用FCS进行监控，与以往测试方案相比，其突出特点为高可靠性和方便的扩充能力，系统结构如图2所示。现场总线控制系统”示意图系统配置2套工业PC机同时监测试验柴油机的全部运行参数及设备的运转状况，每台上位机都可以独立地构成整个系统的监控操作站，且互不干扰，不分主次、三重

4、冗余，互为热备份。若用户对于生产、管理方面提出新的要求需对上位机系统进行扩充，只需拉一根双绞线即可实现，对系统原配置无需任何改动，从而满足了建立全厂控制一管理一体化的需要。SHCAN2000型系统的总线通信标准采用CAN2．0B。CAN总线的短桢结构、CRC校验以及错误节点自动关闭功能，保证了信号传输的可靠性，具有较强的抗干扰能力。在柴油机试验站现场高温、油水和强电磁干扰下，从未出现通信故障，证明了CAN总线通信的高可靠性。（2）SHCAN2000的软件体系SHCAN2000系统选用美国Intellution公司的汉化FIXDMACS作为组态

5、软件完成人机界面（MMI）和数据的操作管理，软件操作平台采用Windows2000，通过自行开发的网卡和I／O驱动程序（SHCANIO）实现FIX与SHCAN智能测控组件的连接，从而形成功能强大的系统。SHCAN2000系统中的软件包括两大部分：①运行在监控站PC上的FIXDMACS、I／O驱动、SHCAN2000下载与调试程序（SHCANCFG）。②运行在SHCAN智能测控组件中的SHCAN组态软件部分。SHCAN2000软件结构如图3所示：3系统功能实现3.1归纳数学模型本柴油机测控系统能够自动完成16V240ZJB/C型柴油机的全部出厂

6、试验。整个试验共包括三类工况：①、磨合试验工况（包括19种试验工况）；②、调整检查试验工况（包括13种试验工况）；③验收试验工况（包括13种试验工况）。整个试验流程复杂，项目繁多，每种工况又包括多个小项，需控制的开关量众多，最多达30多个。累计试验65小时。面对如此复杂的试验流程，为了清晰地描述柴油机试验的控制过程，我们首先归纳出系统的数学模型。柴油机试验流程的控制包含开关量的逻辑控制和柴油机转速的闭环调节，两者紧密结合，各工况的切换主要以计时为基准同时又要兼顾不同级别的82种报警而采取不同的应急措施。为了清楚地分析柴油机试验过程中不同状态下的

7、控制内容，我们将柴油机试验按控制逻辑分解成若干步骤，依试验项目不同，步骤数目也不同。限于篇幅，只列出调整试验部分流程表格。通过以上流程图，我们分析试验流程中的控制关系。一方面，在不同的试验项目以及每一个试验项目的不同试验步骤，每个开关都具备一个确定的状态逻辑，柴油机功率的调节内容也由相应的试验步骤决定；另一方面，每一个试验步骤的切换逻辑由32个线路开关的状态逻辑和柴油机工作状态标志位决定。这样开关、步骤之间相互制约，建立起逻辑上的互锁关系，试验流程的开关量部分的框架就这样建立起来了。模拟量调节内容依据试验步骤标志，由分支程序选择不同的闭环调节。

8、当被控量达到给定值时，会产生标志位，满足步骤切换逻辑，试验进行下一步。这样试验流程就会依次自动进行下去。由于所测柴油机型号不同，切换的条件和报警值不同