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201O
第二届国际大会关于工业和信息系统的研究

基于
PROFIBUS- DP
上
电力机车运行安全监测网络系统的设计

摘要
-
考虑实际电力机车运行情况和使用准备在我们国家的要求，我们基于
该系统实现主类和第三方之
PROFIBUS-DP
上设计了一个安全的网络控制系统。
间的通信设备以及从
PL C
的交互操作和非接触式
IC
卡单片机系统之间的联系。
我们描述了多任务调 度机制和数据的安全性通信监控网络系统的详细信息。最
后，我们对这个网络控制系统做了一个完美的实 验室调试，我们得到了令人满意
的成果，

为在铁路系统的推广和应用奠定了良好基础。

关键词：电力机车
; PROFIBUS- DP
的监测网络多任务调度机制
;
数据安全
一．引言

近年 来，中国电气化铁路在超载领域已取得高速且显着的发展和进步。但核
心技术，设计
;
标准化，以及项目管理是远远不及世界先进技术水平，尤其是低
的水平落后的设备，检测和维修方法。到 目前为止，国内（包括电力机车动车组）
和运行控制系统的重组取得了不少成果，和所有使用，这些传统 集中数字控制系
统或
DCS
（集散控制系统，
DCS
系统）。他们可 以集中管理，分散控制，但这
些系统不与分布式控制系统互通。闭幕式通信网络价格昂贵，难以推广。< br>

为了改变落后的情况下检测和保养方法，并降低系统成本，我们基于现场总< br>线技术的电力机车准备操作设计和开发的安全网络控制系统，它是开放的，分散
的和可以做的数字 沟通。我们用图论，构建了记号环的综合分析，这将有效地降
低了系统延迟，并为铁路系统的推广奠定了 良好的基础。这一次，我们改变了传
统的手工操作模式，我们相信，系统将具有很好的实用价值和推广前 景。


二。电动
LCOMOTIVE
准备工作

A. RequestAnalysis
和电力机车
worliflow
准备操作。

控制要求和工作流程是监控网络系统的设计的基础，它也是一个我们选择的
系统程序的主要参考 ，因此分析和控制要求和工作流程的改善尤为重要。


控制要求如下：

首先，在操作之前，确保隔离已分为开关门状态，并且接地棒隔离开 关后，
应立即停止断开。


其次，隔离开关切换，我们必须确保没有维修人员在屋顶上，接地棒已被断
开。

该系统的工作流程如下：


首先，我们应该检查是否有停车的位置 是合适的，如果这样做，我们应该输
入的机车数量，申请维护。否则，我们应继续检查的停车位置。

然后，工人将看到分闸是否条件是合适的，并决定是否输入分闸命令。接到命令，维修人员会攀登到顶部，并做维修工作。当工作完成后，值班的人将再次
检查，如果他

她肯定该设备是正常的，维护人员已经下车，他会打开开关。然
后机车是离开，库存的道路系 统待机。

B.
安全监测网络模型

监测网络系统的安全使用
PROFIBUS-DP
的
S7-300PLC作为它的命令者，
和
S7-200PLC
通过
EM277
模块作 为它的听从者，然后从类站可以与第三方设备通讯。
监
控层，控制层包括网络模型和执行层。在 监控层，有工业以太网和
IPC
的接口，
他们成立了监控系统。控制层是核心系统，使 用的
PROFIBUS-DP
，让运营商实
现集中管理和分散控制每个从站。而执行层 从控制层接收命令，实现各职能模块。

第三。硬件
TY
监测网络


A.
组成
SAF
的
ETY
监测网络硬件

使用纯主
-
从网络安全监测系统，监测网络，可以实现数据各种模块和主
机之间的交换。
所有的通讯，包括之间的通讯主站
PLC
和
PC
配置 软件，从站
PLC
非接
触式
IC
卡，从站
PLC
和
SCM.
主站
PLC
（
S7-315-2DP
）和
PC
之间的通信组态软
件仅用于当
KingView6.51
明确设备，选 择
PLC
西门子
S7-300
系列
（
PROFI- BUS
）
DP
，然后定义变量作为
PLC
的
I 0
在的
KingView6.51
数据字
典中的变量。由从站
PLC
和
IC
卡之间的通信，监控系统可以自动获取就业信息
运营商。
PLC
和单片机可以通过输入机车号，语音提示实现之间的通信
.
我们选择了
S7-315 -2DP[4
，
5]
作为主站，
S7-226
作为从属。
S 7-266
的两个
RS485
通讯口非接触式
IC
卡读写器和单片机 系统连接。
CPU226
的
VO
端口连接到执行电
机。
我们 的系统使用
OLM
（光链路模块）模块组成冗余环的玻璃纤维，增强了
网络的可靠性。
我们选择
OLMGl2
类型
OLM
的模块，其传输距离是
3 000
米
….
硬件

配置和模块的功能如下：摩托车停车位置检测 模块使用两个通用限位开关，
1.5
米除了在轨道上，安装的方向，当车位适当的情况下，语音 输出“请停止”
;

使
用
80C320
单片机和液晶显示屏 ，可实现输入机车的数量和操作技巧。有屋顶

工业相机，图像和显示控制接口，它可以帮助检查是否打开或关闭交换机。

B.
分析的难度和实施

第一个困难是，

无法达到顶峰情 况隔离开关已分门和接地棒接地我们才可
以确保维修人员，做好本职工作。考虑到这一点，我们设计了一 种特殊的

多用键，可以打开很多锁，关键是放在在地面上的钥匙箱，如果设备是确定的，关键框可以自动打开，维修人员可以得到键，在屋顶上做修复工作。

而其他的困难是，机 车后维护，只有当我们确保没有人在屋顶上接地棒已与
大地断开，然后隔离开关可以关闭。为了解决这一 困难，我们工业相机使用的屋
顶获得屋顶图像，然后我们可以将它发送到监控机通过工业以太网，监控人 可以
理解在任何时候的情况。系统检测到如果用电设备多，然后输出关闭命令。

四。安全监测的软件设计网络系统

A.
结构设计软件

软 件结构设计的安全监控网络系统包括：主

从网络配置模块，非接触式
IC
卡运 营管理数据交换模块，从站
PLC
和模块之间供应链管理系统，实施电机控
制模块。主

从网络配置模块的功能是
PLC
主站和从站之间实现数据的变化在
P LC
中。
非接触式
IC
卡操作管理模块包括认证维修人员，操作记录，接近或 开放隔离开
关。
和机车数量输入。液晶显示和语音提示操作步骤实现了从站
PLC和
SCM
系
统之间的数据交换模块。通过最后一个模块，
PLC
控制“联锁，联动”的隔离
开关和接地棒。

B.
设计的通信协议
[6]

主

从网络配置后，被分配的地址分配和数据格式。它显示表一。

表一主

从配置非地址分配和数据格式

由从站
PLC
和
IC
之间的通信卡，操作员可以自动操作的信息，其数据交换格式
如表
2
所示。

表
II
数据格式之间的从属
PLCWITH IC
卡

PLC
和单片机之间的通信，实现了机车数量的输入和语音提示，和 其数据交换
格式，如表
3
所示。

PLC
与单片机之间的从属表的
ILL
数据格式系统

C.
多任务调度机制的设计

突破限制的
DCS
现场总线控 制系统
;
系统使用的通讯网络，并克服由一个封
闭的系统的缺陷造成的困难。对其他一 方面，它有新的全分布式体系结构
[7]
。

该系统采用多任务数据处理制度 ，使安全监控网络系统，可满足更复杂的实时数
据处理的要求。多任务实时数据处理模块包括：机车位置 ，屋顶的图像数据采集，
数据处理，数据存储，控制输出，采取单链通道数据处理的例子，显示调度的基
础在图
1
。

由主站
PLC
的中断机制，我们实现 多任务调度。
PLC
的定时器被用作时钟管理，
定时器将产生的时间段，然后系统分配 他们到不同的任务。
根据
PLC
源中断，我们可
以决定任务的优先级。
当交换机打开根据默认的初始化。
此外，我们还可以修改调
度的形式，通过监控系统信息，进 而实现实时的数据处理整个系统。

D.
监测网络数据的安全性
[8
，
9]

作为一个主
-
从网络系统，安全监控网络是基于
PROFIBUS-DP
上，
实时和数据安全的要求是很高的。隔离开关的故障可能导致设备的破坏，甚至可
能 会导致人员死亡。同时
PROFIBUS
和
PROFINET
使用的挥霍安全 技术。目
前，安全级别可以得到
SIL3
，并可能会超过这个水平
.
安全监控网络是一个纯粹的主
-
从站的
DP
网络系统，
PROFI-
总线技
术的驱动器使用可实现利润总线为基础的安全技术
[11]
。该系统采用安全输入

输出模块，以推动电机实施，以确保数据的安全性传输。不改变该软件 ，设备在
第六段运行，要通过
SIL2
可以得到的安全级别。

E.
软件系统测试

软件系统测试是必不可少的正常该软件的操作。为了实现 现场监测网络系统的安
装和测试，我们已开发的通信仿真程序测试程序。通过接受来自主机的说明

计算机，模块接收操作命令控制程序。操作员输入指令后，实验室模拟系统将响
应操作。如 果通信状态是脱线，操作员也可以手动输入命令。无论是硬件和软件
测试，或化验，结果均正常和系统的 稳定性是非常好的。

五，监控软件的设计


软件体系结 构设计，以减少软件工程设计和实现的复杂性软件可以提高系
统的可靠性。整个电力机车安全的制备监测 网络操作系统软件架构设计包括：主

从网络配置模块，非接触式
ID
卡业务管 理模块，从站
PLC
单片机系统数据交
换模块，执行站
PLC
电机控 制模块，和几个主要功能模块设计。

A.
平台
-
组态

主机监控软件用于国王认为
6.52[10
，
11]
发展，在
Windows XP
平台上运
行。在组态软件的选项，分析和比较 应用自动化控制软件技术公司组态组态软件。
它是简单和可视化界面，操作灵活，实时，良好的并行处理 能力，丰富的多媒体
生动的画面，完善的安全机制，报警等功能，更多元化的好处。

通过合理配置后，在自动控制模式在电脑主机视觉显示，方便观察整个过
程机车维修，实时监测和控制。 因此，在引进工业控制过程组态软件是必不可少
的，它使更直观控制，更安全。
把重点放在在实 现以下四个方面：
设置，绘制各种
图形符号
;
实现图形和控制接口之间的物理 状态数据库动态生成的，相应的设置
;
历史记录，报表等，实现实时监测能力。

B.
系统配置

为了实现安全监控网络系统各模块和
PC
之间的数据交换相关沟通是：主

站
PLC
与
PC
从站的组态软件通信LC
和非接触式
IC
卡通信之间从站
PLC
之间
的通信 微控制器。主站
PLC
（
S7-315-2DP
）和
PC
只 有在组态软件通信
kingview6.52
高清设备选型
PLC
西门子 S7-300
系列的
Profibus-DP
，然后
kingview 6.52
在数据字典中定义的
PLC
变量和相应的
I0
的变量。
PLC
通信主站，主站选择
S7-300 PLC
，
S7- 300
系列
MPI
与西门子
PLC
的协议支持协议的
S7- 300
系列
PLC
通信在监控软件。需要您的计算机上安装
或使用
M PI
的
PC
卡适配器。

六。结论

考虑到实际情 况和使用要求电力机车，我们设计安全监控网络系统。传统
的技术问题手工操作，工作效率低，如安全隐 患等等，都得到了解决。使用的
PROFIBUS- DP
总线技术，我们实现自锁和联动控制电力机车运行准备，并把

提出了一种新的运 作程序，这是不同于手动操作。随之而来的监护职责转移，所
以我们可以减少现场工作人员的位置。我们 讨论了相关的网络硬件的选择，从配
置，通信协议，并进行更详细分析实时数据处理和安全性
[ 12
，
13]
。最后，我们
做一个相对完整的功能测试整个软件系统，并取得 了良好的效果。

参考文献

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）人民铁道。
2006
年
9
月
16
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