基于CC-Link的铁路发电车柴油发电机组微机监控系统的研究

罗世民

(华东交通大学 轨道交通学院，南昌 330013)

0 引言

相关资料表明，目前我国铁路空调列车供电的主要方式是由安装在车上的柴油机发电站，即发电车供电[1]。我国铁路发电车一般由三台柴油发电机组提供600KW的电能，机组当前仍采用继电器-接触器控制与仪表监测系统[2]。因此，发电车在实际的运行过程中，一方面由于控制系统的触点多,且长时间有大量的电流而不可避免的造成系统的寿命短、可靠性差、维修工作量大、故障不容易查找等问题，同时，由于仪表监测方式无法自动记录相关数据,为保证车辆的运行安全，《客车空调三机检修及运用管理规程》规定，发电车运行时每隔一小时要记录一次数据，按每次列车单程运行时间为12～13小时计算，则一个往返需要记录近700个数据，增加操作人员的劳动强度[3,4]。

1996年，三菱电机以“多厂家设备环境、高性能、省配线”理念开发、公布和开放了现场总线CC-Link（Control & Communication Link）。CC-Link是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围，具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出优点[5]。

基于CC-Link总线技术的铁路发电车微机监控系统，不仅可实现对发电车柴油发电机组、空调机组、供电系统的监控，也为全列车相关设备的监控系统奠定了基础。

1 微机监控系统的总体方案

如图1所示，为应用CC-Link技术实现铁路发电车微机监控系统的总体方案[6～10]。

1）主站Q02H CPU模块通过扩展CC-Link模块QJ61BT11后，采用CC-Link现场总路线专用电缆FANC-SB引出现场总线。在现场总线上依次挂装变频器、远程I/O模块、FX系列PLC、数据采集设备等组成了一个全分布式的现场总路线网络；通过串行通信模块QJ71C24后，可与上位机（选用TPC1521H型触摸屏）进行串行通信。通过MCGS组态软件，完成上位应用软件的编制。

2）选用三菱AE2000-SWA低压断路器作为供电系统对外供电的开关，AE-SW的CC-Link接中模块（BIF-CC）是AE-SW低压路器与CC-Link网络的接口，它是CC-Link的子站，通过连接可以接受主站的监控，实现对供电系统的电压、电流、功能的监测，对AE-SW低压路器的远程控制。

3）选用三套FX2N-48MR与FX2N-4AD，实现对三台柴油发电机组的控制。三台PLC之间应用485BD连接，实现N：N网络连接，同时，选用FX2N-32CCL实现与CC-Link网络连接。这样，三台柴油发电机组既可单独控制，也可通过主站实现监控。

图1 铁路发电车微机监控系统的总体方案

图2 N:N网络通讯的接线图

4）应用变频器和远程I/O模块通过主站Q02H CPU模块控制发电车空调装置的变风量调节。

5）应用MFP3通讯芯片完成CC-Link远程设备站的开发，完成主站对车辆轴温等数据的采集与监测。

2 柴油发电机组控制系统关键技术

柴油发电机组控制系统应解决的关键技术是控制各台柴油发电机组的PLC与CC-Link网络主站Q02H CPU的链接，包括了FX系列PLC的N:N网络通讯设置与CC-Link网络设置的两个主要内容。

2.1 FX系列PLC的N:N网络通讯设置

N:N网络通讯，就是在最多8台FX系列PLC之间，通过RS485通讯连接，实现软元件相互链接的功能。

2.1.1 FX系列PLC的N:N网络通讯的接线

图2为三台FX2N系列PLC的N:N网络通讯的接线图[11]。

2.1.2 FX系列PLC的N:N网络通讯设定（初始化）

FX系列PLC的N:N网络通讯需在PLC程序中，进行相关通讯设定（初始化设定）。图3为FX系列PLC主站N:N网络通讯设定的流程[11]。

根据控制要求，本系统以1号柴油发电机组为主站，2、3柴油发电机组为从站。设置网络刷新模式为模式2。

图3 FX系列PLC主站N:N网络通讯设定的流程图

2.1.3 柴油发电机组数据网络共享的辅助继电器和数据寄存器

根据相关设定，三台柴油发电机组数据网络共享的辅助继电器和数据寄存器设定如表1所示。

表1 辅助继电器和数据寄存器设定

2.2 CC-Link网络设置

1）CC-Link网络通讯的接线

如图4所示为CC-Link网络通讯的接线图[12]。

图4 CC-Link网络通讯的接线图

2）CC-Link网络主、从站设置

本系统CC-Link网络通讯主、从站设置，包括了QJ61BT11模块与FX2N-32CCL模块的硬件设置和主站Q02H CPU的软件设置。

如图5所示为QJ61BT11模块CC-Link网络通讯的设置[12]，图6为主站Q02H CPU的PLC程序的初始化设置[13]。

2.3 控制柴油发电机组的PLC与主站的数据链接

通过FX系列PLC的N:N网络通讯设置与CCLink网络设置，可以实现控制各台柴油发电机组的FX2N系列PLC与CC-Link网络主站Q02H CPU的链接。如图7所示为控制1号柴油发电机组的PLC与主站的数据链接。

3 基于MCGS的上位机监控软件的设计

MCGSE (嵌入式通用监控系统)是一种用于快速构造和生成嵌入式计算机监控系统的组态软件，它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE中运行。通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用[14]。

图5 QJ61BT11模块CC-Link网络通讯的设置

图6 主站Q02H CPU的软件设置

图7 1号柴油发电机组PLC与主站的数据链接

图8 柴油发电机组模拟运行窗口

如图8所示为应用MCGS设计的发电车柴油发电机组模拟运行窗口。

4 结束语

通过模拟运行表明，基于CC-Link总线技术的发电车微机监控系统，能成功实现对柴油发电机组的远程智能监控。该系统可靠性好，适应性强，节省了大量控制线缆，在人力和物力节省方面成效显著。同时，CC-Link网络由于具有众多的优点，在安装调试维护和扩展上，具有不可比拟的优势，该系统的成功运行为今后CC-Link在其他领域的应用提供了有力的实证。

[1] 中华人民共和国铁道部 2009年铁道统计公报.http://www.

china-mor.gov.cn/zwzc/tjxx/tjgb/201012/t20101229_5999.html.

[2] 叶庆文.车辆电气装置[M].北京.中国铁道出版社.2001.

[3] 铁道部车辆局.客车空调三机检修运用管理规程[M].1994.

[4] 刘长新.刘志明,等.空调发电车微机监控系统探讨[J].铁道机车车辆.2002.6.

[5] 陈启军.CC-LINK控制与通信总线原理及应用[M].清华大学出版社.2007.

[6] 王辉.三菱电机通信网络应用指南[M].机械工业出版社.2010.

[7] 三菱电机株式会社.CC-Link系统模块用户手册[Z].2009.

[8] 林桂娟.基于CC.Link现场总线的远程智能监控系统[J].机床与液压[J].2010.

[9] 三菱电机株式会社.三菱低压空气开关World Supe AE CCLink接口模块(BIF-CC)使用手册[Z].2009.

[10] 余贞金.基于CC-LINK现场总线的PLC控制系统研究与设计[J].武汉理工大学.2010.

[11] 三菱电机自动化(上海)有限公司.三菱微型可编程序控制器FX2N-16CCL-CC-LINK系统主站模块/从站模块[M].2008.

[12] 三菱电机自动化(上海)有限公司.Q系列CC-LINK网络系统用户参考手册[Z].2008.

[13] 三菱自动化化(上海)有限公司.GX DeveloperVer.7/SimulatorVer.6操作手册[Z].2009.

[14] 张文明.刘志军.组态软件控制技术[M].清华大学出版社.北京.2006.