張迪哲，安志凱

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610031）

隨著鐵路的提速，以及客運(yùn)量與貨運(yùn)量的增長(zhǎng)，對(duì)鐵路上的基礎(chǔ)設(shè)施的要求提高了，其中也包括了道岔。在天氣寒冷等惡劣條件下會(huì)產(chǎn)生由于道岔結(jié)冰從而導(dǎo)致道岔無法正常工作的問題。傳統(tǒng)人工掃雪方式雖然比較可靠，但存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低等問題，會(huì)影響車輛正常運(yùn)行，同時(shí)還容易對(duì)維護(hù)人員的人生安全造成威脅。道岔融雪系統(tǒng)，專門用于在寒冷天氣下融化會(huì)影響道岔正常工作的結(jié)冰，以確保道岔的正常工作。

現(xiàn)存多種道岔融雪系統(tǒng)，包括燃?xì)饧訜?、熱水循環(huán)、管道輸送熱空氣、鹽水噴射以及電加熱方式。在本設(shè)計(jì)中采用的是電加熱方式，操作方式主要由車站控制終端下達(dá)指令給道岔融雪機(jī)柜進(jìn)而控制道岔融雪設(shè)備，操作方式分為人工或者自動(dòng)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

道岔融雪系統(tǒng)項(xiàng)目中，系統(tǒng)主要由以下3個(gè)部分構(gòu)成：車站控制終端、車站控制箱、道岔融雪設(shè)備。其中車站控制終端是采用VC++編寫的控制軟件，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警、狀態(tài)記錄、數(shù)據(jù)記錄、故障記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。

系統(tǒng)的整體框架如圖1。

1.1 控制方式

圖1 道岔融雪系統(tǒng)框圖

道岔融雪系統(tǒng)主要采用的是車站終端自動(dòng)控制方式，但為了保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，一共設(shè)置了3種控制方式，其他兩種分別是PLC自動(dòng)控制、手動(dòng)控制。3種工作狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換。

（1） 在車站控制終端和融雪控制箱通信完好的情況下，優(yōu)先采用車站控制終端控制，操作員可以參與決策。此時(shí)的控制箱中的PLC不參與任何控制，只負(fù)責(zé)采集和處理信息。

（2） 若車站控制終端和融雪控制箱通信產(chǎn)生故障，則此時(shí)控制箱內(nèi)的PLC會(huì)依據(jù)事先設(shè)置好的參數(shù)對(duì)融雪設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，此時(shí)操作員無法參與決策。

（3） 在車站控制終端和融雪控制箱通信出現(xiàn)故障時(shí)，操作員需要對(duì)融雪設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制時(shí)，可在控制箱內(nèi)把智能儀表切換到手動(dòng)控制檔，則此時(shí)會(huì)斷開控制箱內(nèi)的PLC電源，操作員此時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)控制。

1.2 通信方式

車站控制終端和融雪控制箱的PLC之間采用通信方式是半雙工的傳輸模式，它們是基于串口通信的。采用這種通信方式可以有效的降低設(shè)備的成本。

由于半雙工的的傳輸模式是一種要求在同一時(shí)刻只能發(fā)送或只能接受數(shù)據(jù)的傳輸方式，所以需要設(shè)計(jì)一種通信協(xié)議以確保通信線路的暢通。

在本設(shè)計(jì)中通信協(xié)議采用的是主從模式，即車站控制終端為主導(dǎo)信息傳輸?shù)囊环?，PLC屬于從屬方。車站控制終端發(fā)出命令以后，PLC應(yīng)及時(shí)響應(yīng)，接受到PLC的響應(yīng)命令后才能確認(rèn)此次發(fā)送成功。根據(jù)融雪系統(tǒng)的要求，需要通信的主要有3種信息：采集請(qǐng)求、采集信息以及控制命令。

通信協(xié)議也是依據(jù)這3種通信信息的要求來制定的，通信過程中采用了一定的校驗(yàn)方法用以確保信息的正確性。

2 硬件配置

道岔融雪系統(tǒng)的車站控制終端由兩臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成，其中一臺(tái)運(yùn)行，另外一臺(tái)熱備。工控機(jī)的具體配置如下處理器 Pentium IV，主頻2.4 G Hz，內(nèi)存1 G，硬盤80 GB（硬盤要求能夠保存近3個(gè)月內(nèi)的融雪系統(tǒng)的運(yùn)行信息），Windows XP 操作系統(tǒng)，液晶顯示器19 inrch，UPS電源（防止斷電造成信息丟失）。

本設(shè)計(jì)，融雪控制箱里的智能單元采用的是西門子S7-314 型PLC，PLC的主要功能是對(duì)融雪設(shè)備的信息采集，接收和執(zhí)行車站控制終端的命令。

在古代，除了夏天有九九歌，冬天也有九九歌：“一九二九，縮腳縮手；三九四九，凍死豬狗；五九六九，沿河插柳；七九八九，搖腳擺手：九九八十一，老農(nóng)田中犁。”從冬至開始算起，第一個(gè)九天叫“一九”，以此類推，直到第九個(gè)九天，冬天才算過去。古人為了熬過寒冬，對(duì)應(yīng)著發(fā)明了“九九消寒圖”。這其中最常見的是梅花圖：畫上有九朵梅花，每朵梅花有九片花瓣，每過一天就染紅一瓣。當(dāng)梅花被全部染紅，則迎來了春暖花開。當(dāng)然，如果不喜歡畫花，寫字也成——“亭前垂柳珍重待春風(fēng)”這九個(gè)字的繁體都是九畫，每天描一畫，當(dāng)九個(gè)字都描完后，就是春回大地的時(shí)候。

3 軟件配置

道岔融雪系統(tǒng)的軟件主要分3個(gè)部分組成：車站控制終端軟件、融雪控制箱PLC編程軟件以及輔助設(shè)計(jì)用的融雪CAD軟件。

對(duì)于融雪控制箱PLC編程軟件，主要采用的是西門子公司出的STEP 7.0 進(jìn)行編寫的, 采用的梯形圖的編程方式。

車站控制終端軟件和融雪CAD軟件均是VS 2008。

3.1 車站控制終端軟件

車站終端控制軟件是集成了人機(jī)界面系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)，是面向Windows 32位操作的一個(gè)控制軟件。車站終端控制軟件中的顯示界面、數(shù)據(jù)庫(kù)記錄、閉環(huán)控制以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)均是由VC++實(shí)現(xiàn)的，降低了開發(fā)的成本。

融雪系統(tǒng)主要監(jiān)控的對(duì)象有環(huán)境溫度、加熱狀態(tài)、融雪設(shè)備的電流電壓等模擬量參數(shù)，按照暫行技術(shù)條件在主界面上設(shè)置了菜單。在主界面上可以顯示各個(gè)具體道岔融雪設(shè)備的電流和功率、環(huán)境溫度、3項(xiàng)智能儀表的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、柜門狀態(tài)、報(bào)警信息等。子界面主要用于查詢各種具體狀態(tài)以及記錄。報(bào)警信息主要是根據(jù)控制終端從PLC獲取的信息進(jìn)行綜合分析，查看各項(xiàng)數(shù)值有沒有超過預(yù)計(jì)范圍，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

圖2為軟件運(yùn)行的流程圖。

圖2 軟件運(yùn)行的流程圖

車站控制終端主要由以下模塊組成：

（1）用戶管理：對(duì)控制終端的用戶設(shè)定了不同的操作權(quán)限，防止非法用戶的操作。

（2）顯示界面：控制終端對(duì)環(huán)境溫度、道岔加熱狀態(tài)、道岔位置、加熱電流，功率，以及車站控制箱的相電壓、相電流、功率、頻率等進(jìn)行直觀的顯示，這樣使得終端用戶使用起來更為方便。

（3）故障報(bào)警：當(dāng)?shù)啦砣谘┫到y(tǒng)的某些設(shè)備的狀態(tài)或者參數(shù)超過預(yù)計(jì)范圍內(nèi)的值時(shí)，控制終端可以采用警示燈以及提示框的方式進(jìn)行報(bào)警，并把產(chǎn)生報(bào)警的原因和報(bào)警的發(fā)生時(shí)間記錄下來以備查閱。操作人員也可依據(jù)故障報(bào)警提示的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的處理，以排除安全隱患。

（4）數(shù)據(jù)記錄：控制終端記錄的內(nèi)容包括：時(shí)間、設(shè)備（道岔、交流接觸器、空開）、電流、電壓、功率、溫度等所顯示內(nèi)容均以坐標(biāo)曲線形式表現(xiàn)。

（5）狀態(tài)查詢：控制終端允許操作員對(duì)當(dāng)前所有融雪加熱設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行詳細(xì)的查詢。

3.2 融雪CAD軟件

融雪CAD軟件主要是用于輔助車站控制終端軟件的，通過融雪CAD軟件可以很方便的生成一個(gè)XML格式的站場(chǎng)配置文件，控制終端軟件只需要去讀取這個(gè)XML格式的站場(chǎng)配置文件即可用于不同的站場(chǎng)，這樣可以大大的提高開發(fā)效率。

融雪CAD軟件生成部分XML文件。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文討論了基于VC++的道岔融雪系統(tǒng)的車站控制終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本控制系統(tǒng)已在一些車站得到了實(shí)際的應(yīng)用，較好的解決了鐵路上的道岔融雪問題。經(jīng)實(shí)踐測(cè)試S7-314 即能夠滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。VC++的使用也靈活多變，易于對(duì)不同的車站進(jìn)行系統(tǒng)的微調(diào)，提高了效率。

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