PLC在铁路机务折返段微机联锁系统中的应用.pdf

推广与应用 P OP ULARl ZATI ON AND AP PL l CATl ON 团盏 第 2 3 卷 第 2 期 V o I 2 3 N o 2 文 章编 号 1 0 0 5 8 4 5 1 2 0 1 4 0 2 0 0 3 6 0 3 P L C 在铁路机务折返段微机联锁系统中 的应用 李 国瑞 ，张重 兰O ,I’I 交通大学 电子 与信 息工程 学院，兰州 7 3 0 0 7 0 摘 要介 绍在铁路 机务折返段微 机联锁 系统 中使用可编程控制 器P L C 技术 ，实现道岔集中联 锁控制功 能，并从 系统 的总体 结构、冗余方式 ，软件的总体结构、P L C 联锁软件的 分类和调用，程 序嵌 套思想等方 面进行 了分析。证明它是一种适合机 务段 使用的性价比高的微机联锁 系统。 关键词 P L C；联锁 系统 ；程序嵌 套思想 I I l 分 类号 U 2 8 4 T P 3 9 文献标识码 A Appl i c a t i o n o f PLC i n M i c r o c o m pu t e r I nt e r l o c k i n g S ys t e m o f l o c o mo t i v e d e po t LI Gu o r u i ．ZHANG Zh o n g S c h o o l o f E l e c t r o n i c s a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g ， L a n z h o u J i a o t o n g Un i v e r s i t y , L a n z h o u 7 3 0 0 7 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r , t h e p r o g r a mma b l e c o n t r o l l e r t e c h n i q u e s we r e me n t i o n e d ，wh i c h we r e u s e d i n s i g n a l c o n t r o l s y s t e m o f r a i l wa y l o c o mo t i v e d e po t t o i mp l e me n t i n t e r l o c k i n g f u n c t i o n． The s y s t e m s t r u c t u r e ， r e d u n d a n c y mo d e ，s o f t wa r e s t r uc t u r e ， c l a s s i fic a t i o n a n d t r a n s f e r o f P LC i n t e r l o c k i n g s o f t wa r e ，p r o g r a m i d e a we r e a n a l y z e d ． T h e S y s t e m wa s p r o v e d t o b e a h i g h p e r f o r ma n c e p r i c e r a t i o s y s t e m f o r l o c o mo t i v e d e p o t ． Ke y wo r d s P LC； I n t e r l o c k i n g S y s t e m； p r o g r a m n e s t i fic a t i o n i d e a 目前 ，仍有不少铁路机务折返段的信号 系统 还 未采用微机联 锁控制技术 ，机车 出入库 、库 内 调车仍采用手扳道岔 ，给手信号行车的传统方式 ， 这 不仅作业效率 很低 ，安全性也很差 。针对这些 问题 ，铁路机务部 门也采取 了一些 解决措施 ，如 一 些机 务段采 用 了 6 5 0 2电气集 中控制 系统 ，以 满足安全方面的要求 ，但该系统设备结构较复杂、 占地面积大、维 修难 度大 ，尤其是无法与数字设 备接 口，无法满足机务段信息处理 的要求 ⋯。还 有一些机务段采用 了干 线上普遍 使用的计算机联 锁系统 ，而该 系统成本较 高，对于机务段 内的使 用性价 比不高 。 可编程控制 器 P L C，P r o g r a mma b l e c o n t r o l l e r 是一种专门为在工业环境下应用而设计 的数字运算操作的 电子系统。它采用可编程 的存 储器 ，用来在其内部存储执行逻辑 运算 、顺序运 算 、定时 、计数和算术运算等操作的指令 ，并能 通过数字式或模拟式的输入和输 出，控制各种类 收稿 日期2 0 1 3 0 9 0 5 作者简介李国瑞，在读硕士研究生；张重，在读硕士研究生。 2 0 1 4 ． 2 总第2 o 3 期 圆 型 的机 械或 生 产过 程 。P LC及 其有 关 的外 围设 备都 应该 按易于 与工业控 制 系统形成 一个整体 ， 易于扩 展其 功 能 的原 则而 设计 。P LC可 编程控 制 器 已经在 钢 铁 、石 化 、机械 制 造 、 电力 、汽 车 等 行业 广 泛应 用 ，其 可靠 性 高 ，非 常适 合逻 辑 控 制 系统 。它 具 有 以下 特 点 可 靠 性 高 ，抗 干 扰 能 力强 ；灵 活性 强 ，控 制 系统具 有 良好 的 柔性 ；编 程 简单 ，使 用 方便 ；控 制 系统 易于 实 现 ，开发工作量 少 ，周期短；维修方便； 体 积小 ， 能耗 低 ；功 能 强 ，性 价 比高 。 目前一 般 的 工 业 控制计 算机具 有编程 语言丰 富 、运 算速 度快 、 图形 、通信 管 理功 能 强等 优 点 ，但 I ／ O 接 口功 能较弱 。 而 P L C正 好弥补 了这一不 足 。 综上所述 ， 把 P L C应用于机务折返段微机联锁系统中是切 实可行的 。 1 基于P L C 的微机联锁系统 1 ． 1 系统总体结构 系统设计借鉴 了 6 5 0 2电气集 中控制 系统和计 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 3 卷第2 期 P L C 在铁路机务折返段微机联锁系统 中的应用 推广与应用 算 机联锁 系统 的成功 经验 ，同时也充分考虑 了机 务折 返段的特 点。其 总的设计原则是 在保证 系 统 可靠性 和故障 一 安全 的前提下 ，尽 量简化 系统 的结 构 ，减小设备体 积 ，使之符 合机务折返段 的 作业 方式。整个微机联锁 系统 为上下位机 的结构 形式 。上位机采用工业控 制计算机 ，它主要作 为 控制 台使用 ，显示实时站场 画面 ，信号 员在其上 进行选排进路等相 关作业操 作。下位机采用 P LC 作 为 联 锁机 ，它是 整 个 系统 的 核心 部 分 ，通 过 P L C的内部软件 实现全部 联锁逻辑运 算 ，从而控 制 室外道岔转换 、信号机 开放与关 闭。整个 系统 的总 体结构原理如 图 1 所示 ，主要 由室 内和室外 两部 分构成 ，其 中采集 的室外部 分有 轨道继 电 器 的吸起或落下 、道岔 的定位 或反位表示 、信号 机灯 丝的完 整或断 丝。 经室 内转有故障 安全特 性的动态采集 电路送至下位机 P LC。经过下位机 P L C预处理后 ，被具有冗余通道的信号线 串行送 往上位 机。上位 机一方面送往显示 器显示 当前站 场情况 ，一方面作为联锁运算的依据 。 图1 系统总体结构原理图 室 内部分 室外部分 1 ． 2 冗余结 构 为了实现联锁系统 的可靠性 指标 ，系统采用 冗余 结构配置。从硬件上来说 ，上 位机采用双机 热备 ，下位 机采用三取二 冗余结构。通信采用冗 余信道实现 自动切换 ， 保证通信不中断 。 在软件上 ， P L C采用软 冗余结构 ，软冗余是一种综合考虑高 可靠性 和低成本的折 中方案 。当系统发生一定故 障时 ，系统 能够 自动主备切换 ，备站 接替主站继 续运行 。P LC软冗余系统要实现软冗 余功能 ，需 要调用程序 中冗余软件包的功能模块 ，主要包括 初始化冗余 系统运行参数的 F C1 0 0模块 ；故障诊 断 、主备切 换的 F C1 0 2模 块 ；发送 ／ 接收 数据的 F B1 0 3模块 ；调用 F B1 0 3进行数据 同步 、分析系 统状态的 F B 1 0 l 模块 J 。典型的 P L C软冗余系统 组成方案如 图 2所示 。 图2 典型的P L c 软冗佘系统组成 2 基于P L C的微机联锁系统软件部分 2 ． 1 软件的总体结构 按软 件的 层次结 构 ，可分为 3个层次 ，即人 机 会话层 、联 锁运算 层和执行 层 ，其结构如 图 3 所示 。人机 会话层完成人机界 面信息的处理 ；联 锁运算 层完成联锁逻辑运算 ；执行 层完成 表示信 息的输入和控制命令的输出 。对应于上下位机 ， 人机会话 层 由上位机软件实现 ，联锁运算 层和执 行层 由下位机软件实现 。 层 __ 层 层 图3联 锁 系统 软 件的 总体 结构 2 ．2 P L C 软件模块的分类及调用 本文以某公司 S I MAT I C S 7 4 0 0系列的 P L C 举 例 。S 7 4 0 0系列 的组 态和 编 程是 利用 S T EP 7 标 准 软 件 包进 行 的。S T E P 7软 件 包可 以运 行 在 Wi n d o w 9 5 ／ 9 8 ／ 2 0 0 0 ／ NT下 ，S T E P 7标准软件包功 能和组成 如图 4所示 。 图4 S T E P 7 标准软件包的组成 为 了实现程序 的模块化 、标 准化 ，将 联锁程 序分 为进 路选择 、道岔转换 、道 岔锁闭、道岔光 圆2 0 1 4 ． 2 总第2 0 3 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 推广与应用 第2 3 卷第2 期 带控制线 圈、进路光带控制 、信号机控 制、终端 解锁等模 块。每个模块 赋予一 个 F C块 ，调 用程 序结构如下 OB 1 - T 一 F C1 一 F C1 2 0 _ T DB 1 - DB 1 2 0 l 一S F C l 一UDT 其中 OB1 是最重要的组织块 ，OB1 0 0运行结 束后 ，操作 系统调用 OB1 。当 OB1 运行结束后 ， 操作系统再次调用 OB1 ，OB1 如此不断循环 。这 一 过程也称为扫描循环。调用 OB1 的时间间隔称 为扫描周期 。扫描周期的长短 ，主要 由执行 OB1 中程序所需的时间决定。 2 ． 3 P L C 联锁程序的编程思想 联锁程 序是整个联锁系统的核心 。铁路机务 折返 段 P L C微机联 锁系统是在 6 5 0 2电气集 中的 基 础上用 P L C进行 联锁控制取 代 6 5 0 2电气集 中 的继 电器式逻辑控制电路 ，用软件实现 6 5 0 2电气 集 中的全部 技术 要求 。同时克 服 了 6 5 0 2电气集 中的缺 点和不足之处。联锁软件以 “ 故障 ． 安全” 为原 则，采用 P LC专用语言梯形 图语 言编写 ，它 与继 电器的接点 图非常类似 ， 易于掌握 ， 便于维护 。 电路设计简单 ，如果站场有变化 ，也 易于修改。 编程 中利用 了数据 库思 想和程 序嵌 套思想 。 在 P LC编程中充分应用数据库 Da t a b a s e 是使 用计算机管理数据 的一门最新技术 ，使用数据库 对数据进行管理是计算机应 用 中一个重要而广 阔 的领域 ，如 图 5所示 。 ] 查询数据r 一 J ⋯旦 _ J 返 回 结 果 一 图5 数据库思想在P L C 中的应用 计算机编程 中用到的数据 库是指存储在计算 机 内的，有结构 的数据 集合。合法用户可以方便 调用数据库 中的相应数据。数 据管理是对各种形 式 的数据进行 采集、储存、加 工和传播的一 系列 活动 的总和 ，数据处理是借 助计算机科学地保存 和管理大量复杂的数据 ，以便利用。而在 P L C编 程 中应用 数据库 思想能 够把数 据分 类规范存 储 ， 充分利用存储空间 ，便于程序 中调 用数据。 将程序嵌套思想应用到 P LC编程过程 中可以 让程序的逻辑 更加清晰 ，并且缩短 了原程序长度 ， 便于模块化编程且方便调试 。 综上所述程序嵌套思想的优 点，将 P L C联锁 2 0 1 4 2 总第2 o 3 期 圆 控制程序 中的各部分的功能块设计成子程序 ，在 主程序 中进行调 用就 可以使联锁控制程序更加简 化 。并且方便今后对 各功 能块 程序进行修改完善 和故障的快速查找解决 。在 P L C联锁控制程序设 计 中，将联锁 的各个功能模块 设计成子程序在 主 程序 Ma i n Ro u t i n e 中进行调用 ，执行完后再返 回主程 序继 续执行 ，这样程序的 条理很 清晰 ，且 可 以简化联锁大型程序的编写 ，如 图 6所示 。 联 锁 控 制 主 程 序 3 结束语 进路选择子程序 道钫转换予程序 道岔锁闭子程序 道岔光 带控制子程序 进路光带控制子程序 信号机控制子程序 终端解锁子程序 图6 程序嵌套思想的应用实例 该 系统 充分考 虑 了机务折返段 的作业特 点及 对 设备 成 本的 要求 。使 用可 靠性 高 的 P LC作 为 联锁 系统的核心控制部分 ，采用故障 一 安全措施 ， 使 得该 系统运行稳定 、安全 可靠、功能齐全 、操 作方便、维护简单 ，并在铁路机务折返 段微机联 锁控 制 中能充分保证行车安 全、提 高运输 生产效 率 ，所 以它是一种适合机务折返 段使用的性价 比 高的微机联锁系统。 参考文献 [ 1 ] 何鸿云 ，蒋 勇 ． 机 务段股道 管理 自动化 系统的开 发 【 J ] ． 机车 电传动 ，2 0 0 5 5 6 3 6 6 ． 【 2 ] 陈建明 ． 电气控制 与 P L C应 用 [ M] ． 北京 电子工业 出版 社 2 0 1 0 ． [ 3 ]马伯渊 ， 吕京梅 ，等 ．P L C软冗余 系统性能分析 [ J 1 _ 电力 自动化设备 ，2 0 0 9 ，2 9 2 9 8 1 0 0 ． [ 4 】 喻钢 ，徐 中伟 ． 基于排 队模 型的联锁逻辑仿真模型研 究 【 J 】 ． 系统仿真 学报 ，2 0 0 8 ，2 0 8 2 0 0 3 2 0 0 6 ． [ 5 ] 杜杰 ，李秋 明，等 ． 计算机编程 思想在 P L C程序 设计 中的应 用 [ J l _ 仪 器仪 表学报 ，2 0 0 6 ，2 7 6 6 0 3 6 0 5 ． 责任 编辑陈蓉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m