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电力机车整备作业安全监控控制系统的设计与开发

2020-11-30阅读(608)

电力机车整备作业安全监控控制系统的设计与开发

论文摘要

电力机车（包括动车组）每次运行回库后,必须在段内进行整备作业。在整备作业过程中,作业区必须是被隔离的无电区,即在整备作业前通过隔离开关将额定电压为27.5KV的接触网断开,并另挂接地线,作业完毕,先拆除接地线然后闭合隔离开关。如何实现这一过程的网络化自动控制,做到确保登顶检修人员的人身安全、设备安全和作业人员的身份确认,是本论文研究的主要内容。本论文从课题概述,系统方案、流程,系统硬件设计及实现,系统的软件设计,系统调试五个方面介绍基于现场总线的电力机车整备作业安全监控网络控制系统。首先依据现场总线理论建立了基于PROFIBUS-DP的单主站监控系统网络模型,采用S7-315-2DP做主站、S7-226PLC通过EM277模块连接在DP总线作从站。采用故障导向安全的设计思想建立了包含监控层、控制层、执行层三级网络结构的系统总体方案,并设计了整备作业的在线和离线两种工作流程。其次,开发了基于PROFIBUS-DP协议的网络控制硬件系统,设计并开发了机车停车位置检测,射频ID卡作业申请管理模块,语音提示、键盘输入及LCD显示子系统,隔离开关、接地杆之间安全联锁控制子系统,隔离开关的输出控制及车顶图像采集模块等6个子系统或模块;并在此基础上对主从站的功能、通信,系统网络组态,DP总线的循环时间进行详细的分析和阐述。接下来对电力机车整备作业安全监控网络控制系统的软件设计进行了研究。实现了主从站的网络组态;开发ID卡作业管理模块软件系统;采用S7-300PLC的中断机制实现了系统的多任务调度机制;建立了软件系统中的主从站通信、从站PLC与ID作业申请的通信、从站PLC与单片机系统的通信的相关通信协议;最后对电力机车整备作业软件系统的数据安全性进行了讨论。最后对系统的软、硬件进行了实验室联合调试,调试结果表明基于PRIFIBUS-DP协议电力机车整备作业安全监控网络控制系统能够实现课题的开发目的。在一定程度上确保了电力机车整备作业过程中的安全性和高效性。研究成果的成功应用将会彻底改变目前绝大多数的机务段在电力机车整备作业时对隔离开关、接地杆的操作仍然是采用传统的手动作业模式的局面。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 电力机车整备作业安全监控系统提出背景及国内外发展状况
  • 1.1.1 电力机车整备作业安全监控系统提出背景
  • 1.1.2 国内外发展状况
  • 1.2 电力机车整备作业安全监控系统研究目的及意义
  • 1.2.1 安全监控系统研究目的
  • 1.2.2 安全监控系统研究意义
  • 1.3 本文研究主要内容和主要解决的关键问题
  • 1.3.1 课题研究主要内容
  • 1.3.2 课题解决的关键问题
  • 2 安全监控系统总体方案设计及构成
  • 2.1 监控系统网络模型及配置
  • 2.1.1 系统网络模型
  • 2.1.2 控制系统网络软、硬件需求
  • 2.2 安全控制系统总体方案
  • 2.2.1 上位机监控系统实现方案
  • 2.2.2 下位机控制系统实现方案
  • 2.3 系统控制要求及工作流程
  • 2.3.1 系统控制要求
  • 2.3.2 系统工作流程
  • 3 基于PROFIBUS-DP协议控制系统硬件设计
  • 3.1 基于PROFIBUS-DP的网络组态
  • 3.1.1 PROFIBUS总线系统
  • 3.1.2 PROFIBUS-DP版本
  • 3.1.3 PROFIBUS的GSD文件及PROFIBUS-DP的第三方设备通信
  • 3.1.4 PROFIBUS-DP主/从站功能及通信
  • 3.1.5 DP总线和信息的循环时间估计
  • 3.1.6 控制系统网络组态
  • 3.1.7 PROFIBUS-DP系统的接线及安装
  • 3.2 机车停车位置检测
  • 3.2.1 机车停车位置检测的必要性
  • 3.2.2 机车停车位置检测的方法
  • 3.3 非接触式ID卡作业申请模块
  • 3.3.1 非接触式ID卡工作原理
  • 3.3.2 WM-02型读卡器的特点及相关技术参数
  • 3.3.3 ID卡作业申请实现方案
  • 3.4 语音提示及键盘输入、LCD显示子系统
  • 3.4.1 语音提示方案的设计
  • 3.4.2 键盘输入方式的设计
  • 3.4.3 LCD显示方案的设计
  • 3.5 输出控制模块
  • 3.5.1 车顶门钥匙盒与隔离开关间的互锁控制要求
  • 3.5.2 隔离开关、接地杆之间安全联锁控制系统
  • 3.5.3 隔离开关的输出控制
  • 3.6 车顶图像采集模块
  • 3.6.1 车顶图像采集方案
  • 3.6.2 图像采集实现方法
  • 4 控制系统软件设计的与实现
  • 4.1 控制系统软件结构设计与实现
  • 4.1.1 主/从站网络组态软件设计
  • 4.1.2 ID卡作业管理模块软件实现
  • 4.1.3 从站PLC与单片机系统的软件设计
  • 4.2 监控网络多任务调度机制
  • 4.3 通信协议
  • 4.3.1 主战PLC与组态王之间的通信
  • 4.3.2 从站PLC与非接触式ID卡之间的通信
  • 4.3.3 从站PLC与单片机系统的通信
  • 4.4 监控网络数据安全性讨论
  • 4.4.1 Profisafe安全技术
  • 4.4.2 电力机车整备作业数据安全性的实现
  • 5 系统调试
  • 5.1 系统调试的一般步骤与实例
  • 5.1.1 分布式控制系统调试的一般步骤
  • 5.1.2 整备作业安全监控控制系统调试实例
  • 5.2 系统调试结果
  • 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读学位期间的研究成果

    • 相关论文文献

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