CRH380A動(dòng)車(chē)組電氣控制系統(tǒng)MCGS組態(tài)技術(shù)仿真

牛為民

摘 要：MCGS工業(yè)控制組態(tài)軟件和PLC主機(jī)、鐵路機(jī)車(chē)低壓電器控制設(shè)備相結(jié)合，可以便捷地開(kāi)發(fā)出高速鐵路動(dòng)車(chē)組電氣控制仿真系統(tǒng)。文章針對(duì)CRH380A動(dòng)車(chē)組電氣控制系統(tǒng)，結(jié)合相關(guān)軟件設(shè)備，提出了自主開(kāi)發(fā)動(dòng)車(chē)組電氣控制仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的可行方案。

關(guān)鍵詞：MCGS嵌入版;組態(tài);電氣控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U266 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）01-030-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.012

1 動(dòng)車(chē)組電氣控制現(xiàn)狀

目前，鐵路機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)設(shè)備在日常一體化教學(xué)與職工培訓(xùn)中得到廣泛的應(yīng)用，這些實(shí)訓(xùn)設(shè)備多為專(zhuān)業(yè)化廠商提供，受制于成本，客戶(hù)無(wú)法大量采購(gòu)。一體化教學(xué)需要有學(xué)員大量的“學(xué)”“做”結(jié)合課程環(huán)節(jié)，僅靠少量幾套設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需要，在一定程度上影響了一體化教學(xué)質(zhì)量。

CRH380動(dòng)車(chē)組電氣系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)設(shè)備相比模擬駕駛系統(tǒng)，無(wú)需3D場(chǎng)景，僅用簡(jiǎn)單的二維動(dòng)畫(huà)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)邏輯關(guān)系的模擬。同時(shí)，結(jié)合工業(yè)控制軟件以及相關(guān)硬件來(lái)自主開(kāi)發(fā)、仿真列車(chē)邏輯控制系統(tǒng)，減少了繼電器的使用，增加了系統(tǒng)的可靠性，降低了開(kāi)發(fā)成本，適合大面積裝備。此外，還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)需要對(duì)設(shè)備自主進(jìn)行改造升級(jí)維護(hù)。

2 項(xiàng)目方案

針對(duì)CRH380A型動(dòng)車(chē)組，只需要模擬一個(gè)動(dòng)力單元的配置，即T2-8、M6-7車(chē)、M5-6車(chē)三個(gè)車(chē)的電氣系統(tǒng)。

2.1 設(shè)備組成

主要有以下設(shè)備，如表1所示：

2.2 軟件仿真系統(tǒng)

2.2.1 窗口配置

對(duì)每輛車(chē)設(shè)置一個(gè)窗口，集中放置虛擬電氣設(shè)備及相關(guān)電路圖，采用列車(chē)地圖的方式，以按鈕來(lái)鏈接進(jìn)入對(duì)應(yīng)車(chē)輛的窗口，如圖1所示。

2.2.2 開(kāi)關(guān)按鈕等元件動(dòng)作動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)

首先，斷路器、空氣開(kāi)關(guān)、旋鈕動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)。如受電弓VCB斷路器，EGS接地開(kāi)關(guān)等，設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

準(zhǔn)備斷路器開(kāi)與關(guān)狀態(tài)兩張圖，通過(guò)兩張圖的切換達(dá)到斷路器開(kāi)斷的效果。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)對(duì)開(kāi)關(guān)定義變量，類(lèi)型為開(kāi)關(guān)型，賦初值為1。在開(kāi)畫(huà)面動(dòng)畫(huà)組態(tài)中設(shè)置按鈕動(dòng)作和可見(jiàn)度，按鈕動(dòng)作中選取數(shù)據(jù)對(duì)象操作取反，對(duì)可見(jiàn)度設(shè)置：開(kāi)關(guān)變量為1時(shí)，顯示開(kāi)畫(huà)面，為0時(shí)不顯示開(kāi)畫(huà)面。在關(guān)畫(huà)面動(dòng)畫(huà)組態(tài)設(shè)計(jì)中，按鈕動(dòng)作設(shè)計(jì)與上同，可見(jiàn)度設(shè)置相反。其他開(kāi)關(guān)元器件動(dòng)畫(huà)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)可參考上述做法，如圖2所示。

其次，自復(fù)位按鈕設(shè)計(jì)：適用各種自復(fù)位旋鈕、帶燈自復(fù)位按鈕的設(shè)計(jì)。如主斷合按鈕、受電弓升旋鈕，設(shè)計(jì)過(guò)程如下。

自復(fù)位按鈕用繪圖工具箱繪制彩色圓，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)對(duì)按鈕定義變量，類(lèi)型為開(kāi)關(guān)型，賦初值為0。在動(dòng)畫(huà)組態(tài)中設(shè)置填充顏色與按鈕設(shè)置。填充顏色表達(dá)式為按鈕變量，分段點(diǎn)顏色設(shè)置為暗明兩種色調(diào)的顏色，模擬開(kāi)關(guān)按下時(shí)顯示燈亮。在按鈕動(dòng)作設(shè)置中，數(shù)據(jù)對(duì)象值操作選取變量置1。然后在運(yùn)行策略中建立一條事件策略。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)對(duì)象為該自復(fù)位按鈕變量名，事件內(nèi)容設(shè)置為“數(shù)據(jù)對(duì)象值正跳變時(shí)，執(zhí)行一次”。延時(shí)時(shí)間為1 000ms，添加一條腳本策略，給自復(fù)位按鈕變量置1。用以模擬按下3s后，自復(fù)位按鈕回位，同時(shí)按鈕燈熄滅，如圖3所示。

自復(fù)位旋鈕設(shè)計(jì)可參考上述方法，利用旋鈕開(kāi)斷狀態(tài)的兩張圖切換顯示，設(shè)置可見(jiàn)度動(dòng)畫(huà)，按鍵動(dòng)作給變量置1，利用事件策略延時(shí)3000ms清零。模擬升弓按鈕右旋3S后升弓指令發(fā)出。

最后，制動(dòng)手柄、牽引手柄、網(wǎng)壓表、蓄電池電壓表，均可利用MCGS內(nèi)置的對(duì)象元件庫(kù)中的旋鈕、滑塊、電壓表等元件，通過(guò)外形、刻度、顏色修改，關(guān)聯(lián)相關(guān)變量來(lái)適應(yīng)需要。

2.3 電路圖關(guān)聯(lián)

對(duì)CRH380A動(dòng)車(chē)組電路圖進(jìn)行精簡(jiǎn)。加大開(kāi)關(guān)、按鈕、觸點(diǎn)的顯示比例，縮小線(xiàn)路長(zhǎng)度，便于嵌入式終端顯示。將升降弓、合斷VCB等需要在司機(jī)室的指令發(fā)出電路，進(jìn)行合并。方便和相關(guān)器件動(dòng)作時(shí)電路狀態(tài)同步顯示。

將CRH380A動(dòng)車(chē)組列車(chē)整備電路：直流電源電路、司機(jī)室激活電路、受電弓控制電路、VCB控制電路、經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)后利用MCGS元件庫(kù)新建繼電器線(xiàn)圈、常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、斷路器開(kāi)關(guān)等基本元器件電路符號(hào)，繪制出相關(guān)電路圖，如圖4所示。

將電路元器件符號(hào)和相關(guān)電氣元件關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，利用線(xiàn)路、電氣元件符號(hào)的變色模擬通電斷電。對(duì)不同窗口的電路，通過(guò)將供電線(xiàn)路設(shè)置關(guān)聯(lián)線(xiàn)路變量，繼電器關(guān)聯(lián)繼電器狀態(tài)變量，實(shí)現(xiàn)電路圖之間的交互。

對(duì)電路邏輯進(jìn)行梳理，按照梳理后的邏輯關(guān)系，對(duì)MCGS組態(tài)軟件中繪制的電路圖電路符號(hào)元件、線(xiàn)路等邊線(xiàn)顏色、填充顏色進(jìn)行動(dòng)畫(huà)組態(tài)編程設(shè)計(jì)，如圖5所示。

如：對(duì)于按下降弓按鈕后，降弓指令線(xiàn)107線(xiàn)得電。

梳理出電路邏輯：102·PanN·102B·VCBRR·PanDS·107

對(duì)MCGS中元件進(jìn)行編程。

添加“線(xiàn)107”變量（開(kāi)關(guān)變量），設(shè)置循環(huán)策略，延時(shí)2 000ms后執(zhí)行模擬線(xiàn)路傳輸中的時(shí)間消耗，添加腳本程序：

if 線(xiàn)102=1 and 受電弓VCB空開(kāi)=1 and 降弓按鈕=1 and VCBRR8車(chē)=1 then

線(xiàn)107=1

else

線(xiàn)107=0

endif

通過(guò)各元件的開(kāi)關(guān)變量狀態(tài)變化，關(guān)聯(lián)邊線(xiàn)顏色變化的動(dòng)畫(huà)，實(shí)現(xiàn)電路圖與電氣元件的聯(lián)動(dòng)及電路動(dòng)畫(huà)顯示。

如果有自鎖線(xiàn)路，只需將繼電器自鎖觸點(diǎn)所在支路的邏輯通過(guò)or語(yǔ)句加入程序中。

3 技術(shù)路線(xiàn)

技術(shù)路線(xiàn)如圖6所示[1]。

4 方案所能實(shí)現(xiàn)的功能

列車(chē)整備電路電氣調(diào)試仿真?？梢阅M電路故障，如設(shè)置主斷不閉合條件，通過(guò)設(shè)置牽引手柄不在0位、MON切除6車(chē)VCB、EGS接地開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)主變壓器油流開(kāi)關(guān)等方式，讓實(shí)訓(xùn)者參照電路圖仿真動(dòng)畫(huà)，排除故障，幫助實(shí)訓(xùn)者更好地理解列車(chē)電路。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉長(zhǎng)國(guó)，黃俊強(qiáng).MCGS嵌入版組態(tài)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.