戴乾軍，董紅生，余升亮，張 迪

(1.蘭州工業(yè)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2.蘭州理工大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

隨著軌道交通的大力發(fā)展，車站計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的作用日益突出[1-3]，加強軌道交通信號與控制專業(yè)學(xué)生掌握計算機聯(lián)鎖技術(shù)的實踐應(yīng)用訓(xùn)練顯得尤為重要。但鑒于軌道交通行業(yè)的運維特點，學(xué)生計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的實習(xí)項目無法全部在鐵路現(xiàn)場完成，實習(xí)效果受到較大制約。開發(fā)車站計算機聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)對推進實踐教學(xué)改革、發(fā)揮專業(yè)實踐平臺建設(shè)、提升實驗室建設(shè)與人才培養(yǎng)的契合度、不斷加快推進為社會培養(yǎng)適應(yīng)軌道交通快速發(fā)展的專業(yè)化專門人才培養(yǎng)路徑具有重要意義。

本文給出基于PLC+MCGS Pro的系統(tǒng)設(shè)計方法，以《計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件》為設(shè)計依據(jù)，以PLC為核心控制單元[4]，以昆侖通態(tài)MCGS Pro為組態(tài)軟件，針對實際站場進行聯(lián)鎖終端的設(shè)計，實現(xiàn)了滿足基本的進路選排和鎖閉、進路取消和進路人解、區(qū)段故障解鎖等功能的設(shè)計要求。相比于使用純計算機語言開發(fā)的車站計算機聯(lián)鎖終端[5-7]，本文方法在執(zhí)行邏輯運算上具有簡單、靈活、可靠等諸多優(yōu)勢。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計算機聯(lián)鎖仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中以IPC+HMI為人機交互層，通過IPC進行聯(lián)鎖程序編寫和聯(lián)鎖終端的站場元素組態(tài)，最終通過HMI顯示站場信息和發(fā)出聯(lián)鎖控制命令。PLC做為聯(lián)鎖運算和輸入輸出層，PLC的LAN1和LAN2分別以Ethernet方式連接IPC和HMI。室外設(shè)備的狀態(tài)通過板卡獲得，借助PRPFIBUS方式進行下位機與室外設(shè)備層的通信。

圖1 實踐教學(xué)平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文以內(nèi)蒙古境內(nèi)的額濟納站的站場結(jié)構(gòu)為設(shè)計目標(biāo)。在設(shè)計信號平面布置圖和編制車站聯(lián)鎖表的基礎(chǔ)上，PLC選擇SIMENS S7-200 SMART(SR40)，具有可靠性和安全性高，編程簡單、靈活等優(yōu)點，同時由于它是“整體式+積木式”的結(jié)構(gòu)，可自由擴展數(shù)字量輸入和輸出模塊實現(xiàn)對計算機聯(lián)鎖終端的始、終端按鈕、信號機、道岔和軌道區(qū)段等元素的表征和一一映射。編程軟件為STEP Micro/WIN SMART V2.4。MCGS Pro作為一款HMI開發(fā)軟件，具有全中文、可視化、面向窗口的界面開發(fā)等諸多優(yōu)點。觸摸屏為昆侖通態(tài)TPC7021Ex(尺寸：1 024×600)。

2 聯(lián)鎖邏輯關(guān)系實現(xiàn)

MCGS Pro組態(tài)完成的額濟納計算機聯(lián)鎖終端如圖2所示，此站特點為正線單線雙向站場結(jié)構(gòu)，區(qū)間站間閉塞制式。計算機聯(lián)鎖邏輯關(guān)系實現(xiàn)如圖3所示。

圖2 額濟納站計算機聯(lián)鎖終端

圖3 聯(lián)鎖邏輯關(guān)系實現(xiàn)流程

以下行臨河方面到4G接車為例進行程序設(shè)計舉例。原則上，在按下始端按鈕和終端按鈕后，系統(tǒng)可自動檢查相應(yīng)道岔、信號機和股道區(qū)段的狀態(tài)，若滿足“三點檢查”條件則系統(tǒng)自動顯示進路選排成功。實際進路選排順序如圖4所示。

圖4 進路選排順序

對應(yīng)的聯(lián)鎖如表1所示，聯(lián)鎖邏輯設(shè)計過程為：

表1 下行4G接車聯(lián)鎖

1)PLC程序與MCGS Pro組態(tài)變量關(guān)聯(lián)中：輸入信號為始端按鈕XLA和終端按鈕X4LA；輸出信號為信號機X(UU)；道岔3/5、7/9、11、15，(13)；軌道區(qū)段5DG、<7-9>7DG、13DG、4G。

2)S7-200 SMART PLC的16DI/24DO不能滿足站場輸入輸出需求?？蓴U展直流輸入模塊EM221(8×DC 24V)，通過PLC的開關(guān)代替站場的按鈕動作。擴展交流輸出模塊EM222(8×繼電器)，輸出用以直接操縱室外設(shè)備。

3)PLC編程語言選擇梯形圖，直觀靈活。將XLA賦以軟元件I0.0，X4LA賦以軟元件I0.4。鑒于MCGS Pro在變量關(guān)聯(lián)中不能與PLC的輸入軟元件I進行綁定，所以將I0.0和I4.0分別轉(zhuǎn)為中間變量XLA：M0.0和X4LA：M4.0。

4)將敵對進路作為整個進路選排的先決條件映射PLC的軟元件Q，將其常閉觸點串聯(lián)到程序中。D7、D15、S5分別賦以D7：Q4.0、D15：Q4.1和X4：Q4.2。

5)軌道區(qū)段映射PLC的軟元件Q。分別將5DG賦以Q3.4，<7-9>7DG賦以Q3.5，13DG賦以Q3.6，4G賦以Q3.7。

程序設(shè)計中進路選排順序如圖4所示。依據(jù)聯(lián)鎖軟件設(shè)計過程，站場結(jié)構(gòu)和進路選排的順序，實現(xiàn)的上行4G接車進路程序如圖5所示。

圖5 下行4G接車進路對應(yīng)程序段

3 聯(lián)鎖組態(tài)終端實現(xiàn)

3.1 工程創(chuàng)建與設(shè)備組態(tài)

啟動MCGS Pro新建工程，在工程設(shè)置中選擇TPC7021Ex/Ew(1024×600)進行HMI的配置。在工作臺中有首先選擇“用戶窗口”進行設(shè)備動畫組態(tài)。在動畫組態(tài)窗口中選擇“查看”中的“繪圖工具箱”結(jié)合信號平面布置圖的繪制依據(jù)完成站場所有元素的組態(tài)。

3.2 設(shè)備通道建立

站場組態(tài)完成，在彈出的工作臺中選擇“設(shè)備窗口” 選擇“通用TCPIP父設(shè)備0--[通用TCP/IP設(shè)備]”和“設(shè)備0--[西門子_Smart200]”并雙擊進入設(shè)備編輯窗口增加設(shè)備通道，將STEP Micro/WIN SMART V2.4軟件中下行4G接車的PLC程序的中間繼電器M和輸出軟元件Q與組態(tài)界面中的按鈕、信號機、道岔和軌道區(qū)段按照聯(lián)鎖邏輯對應(yīng)添加和連接，如表2所示，其中通道處理不用設(shè)置。

表2 上位機設(shè)備通道地址

3.3 系統(tǒng)連接與顯示

在聯(lián)機測試中，先將STEP Micro/WIN SMART V2.4中的程序下載到PLC并處于“RUN”模式。其次選擇MCGS Pro中標(biāo)題欄的“工具”中的“下載工程”，再次在“下載配置”設(shè)置參數(shù),如表3所示。配置完成選擇“工程下載”及“啟動運行”如圖6所示。

圖6 下載配置

表3 參數(shù)配置

如圖7所示，通過測試用例和聯(lián)鎖邏輯關(guān)系驗證了系統(tǒng)功能的正確性。

圖7 下行4G接車進路聯(lián)鎖終端

4 結(jié)語

本文對基于PLC+MCGS Pro的計算機聯(lián)鎖終端進行了設(shè)計，充分結(jié)合車站信號、計算機和控制技術(shù)，實現(xiàn)了完整的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的實踐平臺。實踐平臺緊密聯(lián)系實際站場的聯(lián)鎖操作，對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的工作原理、聯(lián)鎖控制邏輯、鐵路信號系統(tǒng)的開發(fā)方法及系統(tǒng)操作及不斷豐富專業(yè)實踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式具有積極意義。