電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)設(shè)計[權(quán)威資料]

1、電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要電力機(jī)車在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮的作用越來越突出，人們更傾向于選擇電力機(jī)車作為交通工具。由于電力機(jī)車的發(fā)展時間較長，所有具有運(yùn)輸量大、維修簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。為了提高我國交通運(yùn)輸效益，必須在現(xiàn)有電力機(jī)車的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的發(fā)展和完善。 關(guān)鍵詞電力機(jī)車；網(wǎng)絡(luò)化；電氣控制系統(tǒng)；設(shè)計 tm571 a 1009-914x（2015）45-0089-02 由于交流傳動機(jī)車具有等效干擾電流小、功率因素高、電機(jī)維護(hù)簡單、恒功率范圍廣、啟動牽引力大等優(yōu)勢，已經(jīng)成為我國鐵路發(fā)展的主要趨勢。本文主要從軟件設(shè)計和硬件設(shè)計兩個方面探討電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計 1 電力機(jī)車網(wǎng)

2、絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案 以電力機(jī)車目前普遍的電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計以profibus為基礎(chǔ)的電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)總體方案，其核心為s7-200和s7-300可編程控制器，以先進(jìn)專業(yè)技術(shù)和自動控制理論為知道，被控對象為某列電力機(jī)車，手段為上位監(jiān)控和檢測，對電力機(jī)車模型的軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)以及上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計，從而達(dá)到改進(jìn)和完善控制系統(tǒng)功能的最終目的。以某一列車為模型，每個車廂的核心都是可編程控制器，和其他電氣設(shè)備相互協(xié)作，從而實(shí)現(xiàn)每個車廂的單獨(dú)控制。列車的主站和機(jī)頭車廂從站選擇s7-300（組態(tài)模塊如圖1所示），其他的車廂從站選擇s7-200（組態(tài)模塊如圖2所示），主

3、站和從站之間借助于profibus現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)通訊。機(jī)頭車廂主要通過變頻的方式，來對牽引電機(jī)進(jìn)行減速、加速、停止以及啟動等操作。列車車廂選擇閉環(huán)pid控制來對溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，通過變頻調(diào)速方式來進(jìn)行制冷，此外，該系統(tǒng)還可以對照片、供電、供水等措施進(jìn)行控制1。 2 電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括西門子s7-300、變頻調(diào)速開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計、變頻調(diào)速閉環(huán)控制硬件設(shè)計、車廂空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計等方面 2.1 車廂空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 列車車廂空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的空調(diào)裝置主要包括凈化器、加濕器、冷卻器、空氣加熱器等，為了滿足節(jié)能要求，所以空調(diào)系統(tǒng)還需要設(shè)置回風(fēng)口，

4、新設(shè)置的回風(fēng)口可以根據(jù)實(shí)際需要選擇回風(fēng)送風(fēng)的方式，通過新風(fēng)和部分回風(fēng)的混合，也就是15%的新鮮空氣和85%的室內(nèi)循環(huán)空氣，對其進(jìn)行加熱和加濕處理措施，送到各個空調(diào)車廂。空調(diào)系統(tǒng)首先是由壓差傳感器、風(fēng)量傳感器、濕度傳感器以及溫度傳感器等得到送風(fēng)、回風(fēng)以及信封的風(fēng)機(jī)風(fēng)量、溫濕度等參數(shù)。然后通過模擬量輸入通道，將其送入cpu。cpu要對送來的參數(shù)進(jìn)行計算，然后從輸出通道中輸出模擬量，對各個執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到潔凈空氣、恒溫恒濕的目的2。 2.2 變頻調(diào)速閉環(huán)控制硬件設(shè)計 閉環(huán)系統(tǒng)形成之后，要傳遞速度信息，可以通過plc或者光電編碼器來對速度進(jìn)行測量。速度采集的方法如下：由于s7-300具有高速脈

5、沖采集功能，采集的頻率高達(dá)60兆赫茲，在固定的時間間隔內(nèi)，對脈沖差值進(jìn)行采集，然后進(jìn)行相應(yīng)的計算，就可以算出電力機(jī)車目前的轉(zhuǎn)速。閉環(huán)控制是將電力機(jī)車的速度信號傳遞給plc ，然后將其和定量進(jìn)行比較，輸入到pid控制系統(tǒng)，從而使調(diào)節(jié)速度可以滿足要求。閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。首先，對plc 進(jìn)行給定輸入，然后通過plc對變頻器進(jìn)行有效控制，借助于變頻器來控制電機(jī)，從而達(dá)到變頻調(diào)速的最終目的，此外，這樣的操作還可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的有效監(jiān)控，對電力機(jī)車的速度進(jìn)行合理的控制，還可以對交流電機(jī)的速度、正反轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。最后向plc傳遞電力機(jī)車轉(zhuǎn)速的信息，經(jīng)過比較，將信息傳遞給變頻器，從而實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速3

6、。 2.3 變頻調(diào)速開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 本次研究主要通過s7-300可編程控制器來對電力機(jī)車的變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制。三相異步電機(jī)速度調(diào)節(jié)是交流傳動電力機(jī)車變頻調(diào)速的關(guān)鍵，其中，變頻器發(fā)揮的作用不容忽視。如果沒有反饋信息，可以將直接給定控制信息的控制調(diào)速系統(tǒng)稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在plc中輸入給定的速度，然后經(jīng)過變頻器進(jìn)行變頻之后，控制電力機(jī)車的實(shí)際運(yùn)行4。 2.4 西門子s7-300 西門子s7-300是面向制造工程的系統(tǒng)解決方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)選擇mmc來對程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，所以無需維護(hù)；設(shè)計模塊比較緊湊；模塊化設(shè)計；性能好；cpu模塊種類比較豐富等。s7-300屬于可以擴(kuò)展的模塊系統(tǒng)

7、，所有擴(kuò)展的模塊都可以有不同的組合，不同型號的cpu又有不一樣的功能，并且所有的cpu都具備集成的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)。但是不是所有的中央處理單元都具備通信接口。標(biāo)準(zhǔn)的s7-300溫度范圍為0-60，環(huán)境擴(kuò)展型的s7-300溫度范圍為-25-60，耐污染特性更好。 3 電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 3.1 車廂電氣控制系統(tǒng)軟件流程圖 首先，要對變頻器等系統(tǒng)的控制要求和參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，然后處理現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)。其次，借助于模擬量輸入模塊，對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。最后，根據(jù)車廂空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際要求，選擇s7-200pid控制模塊進(jìn)行有效控制。流程圖如圖4所示。 9600kw電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)根據(jù)功能不同分成m

8、c車和m車，通常情況下，由兩節(jié)mc車構(gòu)成十二軸9600kw機(jī)車；在中間增加一個m車構(gòu)成十二軸14400kw機(jī)車。該系統(tǒng)采用分布式列車電子控制系統(tǒng)dtecs，dtecs是專為軌道車輛的列車控制和通信而設(shè)計的一套車載計算機(jī)系統(tǒng)，主要完機(jī)車及車輛的通信管理、功能控制、故障診斷、信息顯示和事件記錄等功能，系統(tǒng)包括車載硬件、操作系統(tǒng)、控制軟件、診斷軟件、監(jiān)視軟件和維護(hù)工具。系統(tǒng)設(shè)備主要包含erm、gwm、axm、dxm、dim模塊和其他設(shè)備（tcu、acu、bcu）上的通訊板以及機(jī)車狀態(tài)顯示屏idu。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制圖如圖5所示。 3.2 編程軟件 編程軟件選擇step7 micro win，在wind

9、ows環(huán)境下，對plc 進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)試和編程。在s7-200類型的plc中，主要包含兩種最基本的指令集，其一，iec1131-3，；其二，simatic。其中，simatic主要包括連續(xù)功能圖、語句表、梯形圖三種指令。系統(tǒng)主要通過閉環(huán)控制方式來對電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于pid控制的特殊性，所以實(shí)際編寫程序時，要將程序分為主程序、中段程序以及子程序三部分。其中，主程序負(fù)責(zé)控制量的輸入、輸出以及中段程序的啟動；中段程序負(fù)責(zé)調(diào)用pid指令，進(jìn)行正確的運(yùn)算，并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型；子程序負(fù)責(zé)設(shè)置pid的控制參數(shù)5。 3.3實(shí)驗(yàn)調(diào)試 pid參數(shù)的整定方法主要是通過微分時間、積分時間以及調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)來確定，通

10、過這三個方面，可以將這個系統(tǒng)的性能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的提升。在實(shí)際調(diào)試過程中，調(diào)試方法主要是衰減曲線法和經(jīng)驗(yàn)法。其中，經(jīng)驗(yàn)法又稱為現(xiàn)場湊試法，調(diào)試之前，不需要進(jìn)行理論計算，需要調(diào)試人員根據(jù)多年來積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，不斷對參數(shù)進(jìn)行修改，使工程的運(yùn)行曲線可以滿足要求6。 4 結(jié)束語 綜上所述，電力機(jī)車在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性有利于突出，但是電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計仍然存在一些問題，已經(jīng)引起社會各界的普遍關(guān)注，因此加強(qiáng)電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的研究力度具有非常重要的意義，不僅是該領(lǐng)域目前的主要任務(wù)，也是未來數(shù)十年主要的發(fā)展方向。 參考文獻(xiàn) 1 劉劍鋒，黃志武. ss_4改進(jìn)型電力機(jī)車電氣控制系統(tǒng)無

11、觸點(diǎn)改造j. 機(jī)車電傳動，2005，01：40-42. 2 李德倉，孟建軍，張參參，楊艷梅. 基于plc的電力機(jī)車整備作業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)j. 微計算機(jī)信息，2012，02：38-40. 3 梁裕國，陳特放，孫寧，黃志武，李書濤，于江水. 8k型電力機(jī)車電氣控制系統(tǒng)的無觸點(diǎn)化改造j. 機(jī)車電傳動，2003，01：54-55. 4 郭秀茂，胡桂榮. 我廠鑄造車間砂處理自動線電氣控制系統(tǒng)設(shè)計j. 鑄造設(shè)備研究，1993，02：30-36. 5 李曙輝，張進(jìn)思. 電力機(jī)車牽引運(yùn)行動態(tài)過程仿真及其分析j. 鐵道學(xué)報，1994，02：20-27. 6 丁榮軍，桂衛(wèi)華，陳高華. 電力機(jī)車交流傳動系統(tǒng)的半實(shí)物實(shí)時仿真j. 中國鐵道科學(xué)，2008，04：96-102. 文檔資料：電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)化電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 完整下載 完整閱讀 全文下載 全文閱讀 免費(fèi)閱讀及下載閱讀相關(guān)文檔:zl26b型濾棒成型機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行速度控制評價分析 飛行程序設(shè)計質(zhì)量控制要點(diǎn)分析 低滲透油藏壓裂井網(wǎng)的水驅(qū)采收率與井網(wǎng)密度關(guān)系探討 天然氣門站計量監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 探究注塑模具產(chǎn)品模塊化設(shè)計平臺的構(gòu)建及開發(fā) 車號自動識別系統(tǒng)在鐵路機(jī)務(wù)段的應(yīng)用 螺桿泵最佳洗井方法研究 縣站天氣預(yù)報系統(tǒng)設(shè)計 某中小型企業(yè)