基于软逻辑控制器的列车真空集便监控系统的应用

 摘要 ： 本文介绍了以ADAM-5510KW为监控核心的青藏铁路旅客用列车真空集便监控系统的实现与应用，以及Modbus RTU协议在此系统中的典型应用。由台湾研华公司推出的PC-Based软逻辑控制器ADAM-5510KW系列产品，符合IEC61131-3 PLC编程语言标准及多任务实时操作系统ProConOS，支持灵活的通信接口和Modbus协议功能，具有系统扩展灵活、系统可靠稳定、软件编程简单、缩短开发周期等特点。

　　系统介绍

　　该系统是青藏铁路旅客列车用真空集便系统。该系统实现了铁路旅客列车厕所污物的收集，避免了厕所污物对铁路沿线的污染。

　　系统主要由蹲便器、坐便器、中间箱、污物箱、灰水（洗漱用水等）收集系统、电器监控系统组成。

　　其中电器监控系统由主控制模块、便器冲洗控制模块和灰水收集控制模块组成；主控制模块控制中间箱的动作（包括真空的形成、排空等）和污物箱的动作；便器冲洗模块主要控制便盆的冲洗和排空；灰水收集模块主要控制灰水的排放；主控制模块还具有系统的故障显示、存储和对外（车上、触摸屏终端设备）等信号输出的功能。

　　电器监控系统组成

　　真空集便系统电器监控部分主要由研华软逻辑控制器ADAM-5510KW、ADAM-5051S+ADAM-5056S+ADAM-5055S+ADAM-5068、ADAM-4055模块组成；终端人机界面设备采用Proface公司的GP37W2-BG41-24V型触摸屏，内嵌组态软件，支持Modbus协议。

　　系统结构功能框图如图1所示。

图1. 列车真空集便监控系统的组成及架构

　　系统功能实现介绍

　　1. 人机界面接口

　　采用Proface公司的GP37W2型触摸屏，有两个串口：一个为编程口，通过主机配置触摸屏的设置、通过组态软件编写人机界面并下载到触摸屏中运行；另一个为通信口，触摸屏通过此通信口采用Modbus RTU Master协议和ADAM-5510KW的COM1*换数据、传递信息。触摸屏的功能：显示目前系统的状态：待机、冲水和各种故障；显示各控制模块的所有输入、输出及其状态；显示所有计时器及其设定值同时可以进行参数设置并下传到ADAM-5510KW中；显示故障状态及冲洗的次数；能通过触摸屏对各种动作进行手动操作，例如打开某个阀等等。

　　2. ADAM-5510KW

　　作为软逻辑控制器，ADAM-5510KW有很多优点，对于本系统来讲，实时多任务功能，应用KW公司的Multiprog软件采用梯形图（LD）/功能块（FBD）编程，COM1口的ModBus RTU Slave协议，COM4口的ModBus RTU master协议外挂ADAM-4055模块进行远程控制，大容量存储空间，电池备份区，可以存储Source files，功能丰富的库函数…等等。 [p]

　　作为控制的核心部分，通过在主机上的Multiprog软件进行编程、编译，并下载到ADAM-5510KW中运行，根据程序流程控制，对输入模块进行监测，对输出模块进行控制，对远程模块进行状态监控，和触摸屏进行数据交换等。

　　3. ADAM-5000 I/O模块

　　本系统采用了数字量输入模块ADAM-5051S、数字量输入/输出模块ADAM-5055S、数字量输出模块ADAM-5056S、继电器模块ADAM-5068。

　　ADAM-5051S，带光电隔离，输入信号支持高电压到50V，带LED输入指示灯。

　　ADAM-5055S，带光电隔离，既有输入也有输出，输入支持干节点和湿节点，输出是集电极开路可提供40V/200mA电流输出。带LED输入指示灯。

　　ADAM-5056S，带光电隔离，输出是集电极开路可提供40V/200mA电流输出。带LED输入/输出指示灯。

　　ADAM-5068，8路A型继电器通道，触点容量支持AC:120V@0.5A,  DC：30V@1A

　　数字量输入模块在系统中接各种功能按钮如复位按钮、污物箱手动排空、防冻排空等；接开关信号如中间箱液位信号、污物箱液位信号、各种压力信号、灰水收集模块的输入信号等。

　　数字量输出模块在系统中接各种指示灯，包括中间箱压力指示灯、真空压力指示灯、污物箱满度指示灯、防冻排空指示灯、系统报警指示灯、灰水故障指示灯、冲洗按钮故障、通信连接指示灯等等。

　　继电器模块控制各种电磁换向阀，分别控制便盆排泄阀、灰水收集罐排放阀、压缩空气输入阀、输出阀等等。

　　4. 远程模块

　　本系统采用了ADAM-4055，8路数字量输出和8路数字量输入，输入支持干节点和湿节点，湿节点支持高电压到50V；数字量输出是集电极开路可提供40V/200mA电流输出。带LED输入/输出指示灯。支持Advantech的ADAM ASCII协议和Modbus RTU slave协议两种协议。在本系统中采用ModBus协议。远程模块采用RS-485串口方式和ADAM-5510KW的COM4口连接，由ADAM-5510KW对其进行控制。

　　远程模块用来监控冲洗模块，输入信号接便盆高液位信号输入、排泄阀磁性开关输入、冲洗按钮；输出信号控制电磁换向阀（冲洗控制）、故障指示灯等。因为冲洗模块分别安装在列车厕所便池旁，而ADAM-5510KW主控模块安装在列车的过道顶部，两者距离较远，所以通过RS-485进行远程控制。而在ADAM-5510KW系统中对ADAM-4055的配置及编程实现也尤其方便。

　　ADAM-5510KW支持的协议及方式

　　在本系统中，对ADAM-5510KW使用了三种协议：COM1口Modbus RTU slave协议，COM2口Multiprog协议，COM4口Modbus RTU master协议.

　　1．COM1口使用Modbus RTU slave协议和触摸屏进行连接，采用RS-232方式。

　　2．COM2口使用Multiprog协议和主机上的Multiprog软件进行连接，编程下载、在线监控等。如图2所示：

图2. COM1口通过ModbusRTU slave协议连接触摸屏

　　COM2口通过Multiprog协议和主机连接

　　注意：ADAM-5510KW的拨码开关设置如下（无需软件设置）：

　　3．COM4口使用Modbus RTU master协议和ADAM-4055远程模块进行连接。如图3所示：

图3. COM4口通过Modbus RTU master协议和远程ADAM-4000模块连接 [p]

　　只需先在ADAM-4000utility中将adam-4055的协议更改为Modbus协议，然后在Multiprog软件的IO Configuration中进行如图4所示配置即可（无需硬件设置）。

图4. 在Multiprog中设置ADAM-4055模块

　　软件系统编程：

　　分为两部分，第一部分是在主机上编写Proface触摸屏的监控软件，并下载到Proface触摸屏中运行。编写如图5所示，运行在触摸屏上的一些界面如图6所示：

图5. 在Drawing Board中编辑触摸屏界面

图5. 在Drawing Board中编辑触摸屏界面

图6. 运行在触摸屏上的画面（适时和ADAM-5510KW通信）

　　第二部分是ADAM-5510KW的软件编程。在主机上运行MULTIPROG软件，在此软件中编辑程序、编译、并下载到ADAM-5510KW中运行，同时可以在MULTIPROG软件中在线监控程序的执行。MULTIPROG编程软件遵循IEC61131-3标准，同时支持IL、ST、FBD、LD和SFC五种编程语言，支持多任务同时运行。 [p]

　　软件编程步骤：

　　1. 新建Project，选择ADAM-5510模板、资源设置(resource setting)、配置系统I/O模块(IO configure).配置系统I/O模块指根据选用的本地I/O模块和远程I/O模块分别加载。配置好所有参数后，就可以通过Project Control Dialog下载所有配置。

　　2.在Logic POU中进行编程，可以选用IL、ST、FBD、LD和SFC五种编程语言中的一种，其中FBD、LD和SFC可以在同一个POU中混合编程。本系统中采用FBD、LD和ST语言进行编程。

　　3.在Task中添加任务，并关联相关程序。在本系统中使用了Default Task、Cyclic Task、Event Task和System Task，四种task形式全部使用。

　　4．程序编写完成后，进行编译，如果出现Error和Warning，支持错误定位并修改程序。

　　5. 通过Project Control Dialog下载程序，并运行，可以选择Debug来在线调试程序、监控程序的运行。

　　6.当系统程序开发完毕，还可以将源程序（包括工程文件、库、POU和Task等等）下载到ADAM-5510KW中进行备份保存；以后还可以通过Multiprog软件将源文件上传上来。

　　在Multiprog软件中操作如图7所示：

　图7. Multiprog软件中的功能实现

　　在青藏铁路列车上进行系统调试工作时拍到的照片

           雪山                       火车                       控制系统机箱            洗脸池                 卫生间

（灰水收集）   （集便系统）

真空集便系统控制箱                                    ADAM-5510KW在控制箱中

　　总结：

　　列车真空集便监控系统以前采用的是单片机控制，但单片机系统存在系统维护不方便、运行速度慢、系统扩展功能差、开发周期长等缺点。采用ADAM-5510KW，不仅有效解决了上述问题，而且系统运行的可靠性、稳定性得到提高，更为可贵的是ADAM-5510KW很方便支持Modbus RTU Master/slave协议，编程简单、明了，架构开放性好，减少了系统开发调试的时间，得到一致好*。