（机械电子工程专业论文）基于devicenet的编组站峰尾远程管理控制停车系统.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 尾的停车则多采用手闸以及制动铁鞋。依靠手闸和制动铁鞋，不但效率低， 劳动强度大，而且制动效果差，事故隐患多。尤其在天气状况不好( 雨、雪、 雾) 或晚间作业时，很容易造成制动失效或人身伤害等重大安全事故a 因此， 在驼峰其它部分自动化程度得到不同程度提高后，国内外已经越来越注重峰 尾制动系统的研制开发。 图1 1 驼峰组成示意图 1 2 国内外编组站峰尾停车系统现状 峰尾停车系统顾名思义，就是安装在溜放部分的尾部，使车组在警冲标 前能有效制停的系统。国外具有代表性的停车器有：日本盐滨编组站l 4 型 直线电机停车器，美国的非重力弹簧夹板式和杠杆输入式停车器，以及德国 研制的大电流强磁力式停车器。近年，我国加大了对峰尾停车器的研制，其 驱动方式主要有风压式、液压式、机械式等。有代表性的是沈阳铁路局吉林 科技研究所研制出的t t k - 9 2 型液压式峰尾可控停车器，已投入使用。 这些国内外的研究成果，有效地取代了铁鞋、手闸制动，减少了人工操 作，增大了安全系数，但整体 x 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 染严重。面临国内峰尾停车系统自动化程度依然不高的现状，我们多次深入 编组站，对编组站作业流程和现有停车器的应用情况进行了充分调研，研制 丌发了基于d e v i c e n e t 的编组站峰尾远程管理控制停车系统。这对提高停车 器的自动化水平，保证铁路作业安全，提高驼峰车列编组效率，加强铁路整 体运输能力，减轻人工作业强度无疑具有重要意义。 1 3 基于d e c iv e n e t 的编组站峰尾停车系统简介 本停车系统是基于d e v i c e n e t 现场总线，p l c 可控的半自动化装置，具 有对溜放车辆制动，缓解调车和自动上鞋等功能。 1 3 1 停车系统机械原理 该停车系统包括两部分：停车器和自动上鞋机构。停车器有两种工作状 态：制动到位、缓解到位。当制动未到位和缓解未到位时为中间状态。 停车器为机电驱动式可控停车器，如图1 2 所示，采用非重力式，内侧 双轨条制动，弹簧加压。驱动装置由电机，丝杠，传动梁等组成。 图1 2 停车器机构图 如图1 - 2 所示，电机提供驱动力，由丝杠和传动梁传到凸轮，控制凸轮 行程，从而控制停车器的制动、缓解。减震器安装在凸轮和另一侧轨条之间 在停车器缓解过程中，凸轮克服“死点”，具有很大的瞬间转动速度，容易破 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 坏传动梁。减震器利用液压油吸收瞬时冲击能量的原理，缓解瞬时速度冲击， 保护传动梁，对整个系统具有至关重要的减震作用。 停车器初始状态为制动态，此时两根制动轨作用面靠弹簧的张力保持在 1 3 6 5 2 m m 的距离，大于两车轮内侧的距离( 1 3 6 3 3 m m ) 。溜放车辆以不超 过停车器制动能力允许的速度进入停车器的入口，车轮内侧挤压两根制动轨 而压缩支承臂上的弹簧，由于入口成楔形，车轮越进越紧，弹簧压力变大， 制动轨作用面与车轮内侧面产生摩擦制动力随之变大，迫使溜放车辆减速停 车，实现溜放车辆制动。 当被制停的车辆需要牵引、连挂车辆或调车机车需要通过停车器时，弹 簧在驱动机构的作用下进一步压缩，此时两根制动轨作用面之间的距离小于 1 3 5 0 m m ，并且脱离车轮内侧面，摩擦制动力消失，这时停车器处于缓解状 态，机车、车辆可以顺利通过。避免了对车轮和停车器的磨损，实现缓解调 车。 自动上鞋机构安装在停车器前方的一定位置。当减速器、减速顶、停车 器单部位失效，或遇雨雪等恶劣天气，轮缘摩擦制动力减小，停车器未能将 车辆制动住，车辆将继续前溜。一旦车轮挤压到自动上鞋机构的齿轮齿条装 置时，利用传动杆将位于轨侧的铁鞋翻到铁轨上，实现自动上鞋。车轮运行 到铁鞋处，自动滑上铁鞋的楔面，最终被铁鞋制动停止。可见，自动上鞋机 构是保证峰尾安全可靠停车的最后防线。 1 3 2 停车系统工作原理 该系统采用o m r o n 公司的p l c ( 可编程逻辑控制器) 、n s 系列触摸屏， 应用d c v i ce n e t 现场总线实现可扩展、开放的自动化控制，如图1 3 所示。 该系统充分发挥p l c 与现场设备之间信息的有效传递以及逻辑控制的功能， 同时应用d e v i c e n e t 现场总线可以免除p l c 点对点通信需要的大量通信线， 为工业现场设备的扩充和维护带来了极大的便利，并与其它智能设备如触摸 屏或p t ( 可编程终端) 一起完成现场设备的控制、监控、报告和诊断任务。 该系统置于峰尾线段，整套设备由一台主p l c ( 型号：c j l m ，主节点) 和 多台从p l c ( 型号：c p m 2 a h ，从节点) 构成，智能设备包括触摸屏或p t ( 可编程终端) 。其中主p l c 和智能设备置于峰尾控制室，便于人员的操作 和设备的维护。从p l c 可置于主控室也可置于股道附近，便于信号采集和就 近设备维护。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 2 2 远程管理控制停车系统工作原理 如图2 1 所示，其中主p l c 通过外设口与触摸屏进行信息的传递，主p l c 与上位p c 机的远程通信均使用r s 2 3 2 串行口通信，通过光纤接口转换器， 使光电信号相互转换，实现p c 机与主p l c 双向远程通信。 在驼峰控制楼里有多台p c 机，它们分别承担着不同的职责和任务，也 具有一定的联锁关系。其中监控峰尾停车系统的p c 上位机，安装本设计开 发的管理控制软件。工作时，系统先发送控制、查询、初始化停车器信息等 命令，经光纤传输到主p l c 。主p l c 接到命令后，对从节点进一步发送命令 或直接做出相应操作。当主p l c 接收到来自各从节点的处理信息后，返回信 息，经光纤传输到p c 机。主p l c 也可自动上传来自从节点的停车器和上鞋 机构状态变化和报警信息。 位于峰尾控制室里的触摸屏，可同时显示并控制主p l c 接收的来自各从 节点的处理信息，但其控制命令受到上位机限制，上位机具有最高权限。这 主要是便于在尾部直接控制和操作，也适合于一些小型站不需要驼峰控制的 简便直接的控制手段。 驼峰信号楼 1 ，c 机1p c 机l 一 1 触摸屏h 停车器远程 l 外设口 管理控制系 统软件网 电擅量罔黼光纤 c 穗熹刨 1 壁1l ! 叫户“。 p c 机 大于2 公里 图2 1 远程管理控制停车系统总框图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 3 1 触摸屏简介 第3 章触摸屏界面设计 触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的 一种人机交互方式。随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易 于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，在多媒体交互设备中具 有相当大的优势。触摸屏操作简单，易学易用，具有很大的市场潜力。即使 目前为止价格偏高，但触摸屏在工业领域的广泛普及仍是一种巨大的趋势。 3 1 1 触摸屏原理及分类 触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示 器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；而触摸屏控 制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐 标，再送给c p u ，它同时能接收c p u 发来的命令并加以执行。 按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它 们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。每一类触摸屏都 有其各自的优缺点，其中电阻式触摸屏不怕灰尘和水汽，它可以用任何物体 来触摸，可以用来写字画画，比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使 用。从性价比和功能方面考虑，本设计选择该类型的触摸屏 3 1 2 电阻式触摸屏原理 电阻式触摸屏原理是利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是 一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以 一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属( 透明的导电 电阻) 导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层，它的 内表面也涂有一层涂层，在他们之间有许多细小的( 小于1 1 0 0 0 英寸) 的透 明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 1 页 位置就有了接触，电阻发生变化，在x 和y 两个方向上产生信号，然后送触 摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出( x ，y ) 的位置，再根据模拟 鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。电阻类触摸屏的 关键在于材料科技，常用的透明导电涂层材料有：氧化铟，镍金涂层。 3 20 m r o n 触摸屏 o m r o n 公司的n s 系列p t ( p r o g a m m a b l et e r m i n a l ) 可编程终端，是电阻 触摸式可编程终端，也就是我们所说的触摸屏。在工业控制方面与同类产品 比较都具有领先的优势。 3 2 1 软硬件优点 l 、高分辨率 2 、大容量图像数据 3 、更高的绘图速度 4 、灵活的系统配置：拥有以一个以太网接口、两个串行端口和视频输入 口，它们均支持与p l c 的各种连接方式，如：l ：1 ，l ：2 ，1 ：n ，以及 m ：n 。 5 、支持多种语言 6 、生成w i n d o w s 风格的画面 7 、使用通用软件。使用e x c e l 来分析数据，例如，警报事件的历史记录， 操作日志，以及错误日志，并生成每日报告；兼容多种文本编辑工具； 可生成系统相关文档。 8 、操作开发简便。通过拖放智能控件( 从设备库中) 为机器定制界面； 利用智能控件可以直接访问各种设备，包括：p l c 系统控件，位置控 制控件，d e v i c e n e t 控件，c o n t r o l l e r “n k 网络控件。 从本设计的实际出发，该系列触摸屏能较好的满足对股道的实时监控并 为今后的系统扩展提供了方便。从性价比方面考虑，选用n s 1 0 型号，即屏 幕尺寸为1 0 英寸。本设计选用o m r o n 提供的n s 系列触摸屏，型号为 n s l 0 一v 1 。 对于n s 系列p t 来说，它单个工程的开发，是通过安装在计算机上的 n s - d e s i g n e r 软件实现的。n s d e s i 弘e r 是产生p t 屏幕，并传输给p t 的软 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 件。 3 2 2 工程配置 首先通过计算机上的n s - d e s i g n e r 软件，创建工程，进行界面的设计开 发，如图3 1 所示，图中各部位的名称解释见表3 1 。 图3 一l 工程配置图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 表3 1 名称解释 名称解释 工程包括所有数据，如屏幕数据和设置文件。 屏幕自动分配屏幕号，一个工程最多包含4 0 0 0 个屏幕。 功能同屏幕。当相同的图像显示在不同的屏幕中时，可以利 表单 用表单显示在不同屏幕上，避免重复工作。 包括按钮，灯，数字显示和输入对象，字符串显示和输入对 功能对象象。可通过功能对象的对话框设置它们的属性，产生各种屏 幕。 包括直线，圆，椭圆，弧，扇形，折线，多边形和正方形。不 固定对象具有功能对象的监视和输入功能，有时可设置成固定闪烁状 态。 表格 表格可包含多个功能对象。 框架框架对象能够产生切换屏幕时不变的区域。 背景显示在屏幕但不能显示在表单上的图像。 用来浏览字符串和显示在列表选择对象，文本对象及位图对 文本文件 象的屏幕文件名。 将设计好的工程，通过r s 一2 3 2 或以太网传输给p t 。p t 也可以通过 r s 一2 3 2 与p l c 相连，同时通过以太网与装有计算机相连n s d e s i g n e r 软件进 行工程的在线开发和调试。 3 3 触摸屏主要界面 主界面如图3 2 所示，分为两部分，左边为命令操作及报警信息部分， 右边为车辆位置和停车器状态实时显示部分。命令操作包括对股道溜车、调 车操作，对停车器制动、缓解、取消操作。右边一屏显示4 股道，通过触摸 键可换屏查看其他股道。车辆显示位置为圆形示意按钮，车辆未到均为灰色， 车辆到时按钮点亮。停车器为矩形示意按钮，制动到位为红色，缓解到位为 绿色，中间状态为黄色。换屏按钮有报警历史、上一页、下一页。 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 图3 2 主界面 报警历史界面如图3 - 3 所示，包括报警时间，取消报警时间和报警详细 信息。 图3 - 3 报警晁面 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 第4 章光纤远程通信 4 1 通信系统分析 通信是指各种“消息”的传递和交换，即互通信息，将信息从一个地方 到另一个地方的传输。这种传输允许信号随时间的某种方式变化，而这种变 化方式对接收端来说不是预知的。通信包括信号的采集、分析、变换、放大、 发送、传输，直至接收、检测、反变换、加工处理，还有复接和交换等全过 程。传递信息所需要的一切技术设备的总和称为通信系统。 4 1 1 通信模型 通信系统的一般模型如图4 1 所示。对于一个通信系统而言，信源是产 生并发出消息的单元，提供传递消息的人或设备是发送方。发送设备由采集 器、编码器、调制器、放大器和复用器等组成，完成将消息变成能在传输介 质上传输的信号。而接收设备则由解码器、解调器、解复用器等组成，除了 完成将信号损伤进行补偿，以便尽可能地恢复原始信号，还要将传输介质上 的信号转换成信宿可识别的消息。信宿是指消息的归宿或消息的接收方，它 可以是人，也可以是设备，通信系统模型中的信源与信宿是相对而言的。在 通信系统中，传输介质是关键的环节，它是传递信号的通路( 也称信道) 。它 的选择直接关系到传输的可靠性、稳定性。传输介质可以包括对流层、自由 空间、传输设备，或者仅仅是传输线。无论哪种传输介质，都会引入衰减、 失真及在传输介质中和发送及接收设备中产生的各种噪声信号，也就是干扰。 本系统需要进行驼峰信号楼里的p c 上位机和峰尾控制室里的主p l c 之 间的双向通信，它们互为信源和信宿。系统的远程数据通信主要是研究用什 么通信技术和通信介质使信息在上下位机间准确的传递。下面将从现有的通 信方式、接口标准、传输介质等三方面进行比较，从而确定最优系统方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 4 1 2 通信方式 图4 1 通信系统的一般模型 从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信。并行通信 是把一个字符的各数位用几条线同时进行传输，传输速度快，信息率高。但 它比串行通信所用的电缆多，故常用在传输距离较短( 几米至几十米) 、数据 传输率较高的场合。串行通信是指数据一位一位地依次传输，每一位数据占 据一个固定的时间长度，只要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适 用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。基于串行通信的诸 多优点，广泛应用于现代过程控制中的现场总线领域。 根据传输线路不同，串行通信可分为单工、半双工、全双工方式。单工 方式：数据只能单方向传送。半双工方式：数据可以双方向传送，但不能同 时双向传送。全双工方式：数据可以同时双方向传送。 串行通信又分为同步方式和异步方式。同步方式是指在数据之前加入某 些表示传送开始的控制信号( 一些二进制位或字节) ，当接收一方收到这些 表示传送开始的控制信息后，即把控制信息后面的内容作为数据接收下来。 异步传送方式是以字符为单位传送数据的。每个字符前有起始位，表示字符 开始在字符结束时有停止位，表示字符结束。由于异步传输方法简单，通 常用于数据量不大的情况。 4 1 3 串行通信接口标准比较 r s 一2 3 2 、r s - 4 2 2 与r s 4 8 5 都是串行数据接口标准，其主要技术参数见 表4 1a r s - 2 3 2 、r s 一4 2 2 与r s - 4 8 5 标准只对接口的电气特性做出规定，而 不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 表4 一lr s 4 8 5 、r s 4 2 2 、r s 2 3 2 c 的主要技术参数 规范 r s 2 3 2 cr s 一4 2 2r s 4 8 5 1 2 0 0 m ( 速率1 2 0 0 m ( 速率 最大传输距离 1 5 m 1 0 0 k b i t ，s )1 0 0 k b s ) 1 0 m b i “s ( 距l o m b i 讹( 距离 最大传输速度 2 0 k b i “s 离1 2 m )1 2 m ) 驱动器最小输出v 521 5 驱动器最大输出v 1 51 06 接收器敏感度v 30 2o 2 最大驱动器数量 1l 3 2 单位负载 最大接收器数量 ll o 3 2 单位负载 传输方式单端差分差分 r s 2 3 2 被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。 r s 2 3 2 采取非平衡传输方式，即所谓单端通讯，如图4 3 ( a ) 所示。缺点 是传输距离短，有效距离最大仅为1 5 m ，并且是点对点通信。r s 4 2 2 采用两 对差分平衡线路。如图4 3 ( b ) 所示，由于在它的两根信号线上传递着大小 相同、方向相反的电流，而噪声电压往往在两根导线上同时出现，一根导线 上出现的噪声电压会被另一根导线上出现的噪声电压抵消，可见差分线路可 以有效地抑制噪声，并且不受节点间接地电平差异的影响。因此r s 4 2 2 传 输距离可达1 2 0 0 m 。r s 4 8 5 实际上是r s 4 2 2 的变型，差分电路只用一对， 为半双工，故价格比较便宜，应用更为广泛，适用于多节点，远距离传输。 目前r s 一2 3 2 是p c 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口，尤其在工业 现场r s 一2 3 2 c 的应用更为常见。m m p c 及兼容机系列都有r s 2 3 2 的适配器， 操作系统也提供了编程接口。本系统中，上位p c 机和p l c 上均有r s 2 3 2 接口，而r s 一4 2 2 和r s 4 8 5 需加接口转换器才能使用。 ( a ) 非平衡 图4 3 两种信号传输方式 ( b ) 平衡 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 4 1 4 传输介质的比较 传输介质是指发射机和接收机之间的物理路径。分为导向介质和非导向 介质。从造价和系统应用环境方面考虑，本系统不适合非导向介质传输，如 无线电和微波。因此下面主要介绍双绞线、同轴电缆和光纤三种导向介质， 并从它们的传输特性方面进行比较。传输特性见表4 2 。 双绞线( t p ：t w i s t e dp a i 朋i r e ) 是综合布线工程中最常用的一种传输介质。 双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密 度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波 会被另一根线上发出的电波抵消。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、 信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。目前， 双绞线可分为非屏蔽双绞线( u r p ：u h s l l i l d e dt w i s t e dp a i r ) 和屏蔽双绞线 ( s t p ：s h i e l d e dt w i s t e dp a i r ) 。虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的， 但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。在传输期 间，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变。 同轴电缆( c o a r i a lc a b l e ) 的得名与它的结构相关。同轴电缆也是局域 网中最常见的传输介质之一。它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式 的外导体套在内导体( 一根细芯) 外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的 结构制成的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以叫做同轴 电缆，同轴电缆之所以设计成这样，也是为了防止外部电磁波干扰异常信号 的传递。 同轴电缆能够有效地使用在更高的频率，因此有更高的数据传输率。由 于它的屏蔽作用以及中心对称结构，同轴电缆比双绞线有更小的干扰和串音。 同轴电缆根据其直径大小可以分为：粗同轴电缆与细同轴电缆。粗缆适用于 比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高，由于安装时不需要切断 电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置，但粗缆网络必须安装 收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。相反，细缆安装则比较简单， 造价低，但由于安装过程要切断电缆，两头须装上基本网络连接头( b n c ) ， 然后接在t 型连接器两端，所以当接头多时容易产生不良的隐患，这是目前 运行中的以太网所发生的最常见故障之一。由此可见，同轴电缆，无论粗缆 细缆，组网性能比双绞线好，但相对难弯曲，难安装。 光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤在通信网、广播电 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 距离远，电磁干扰强的难题。通过以上几种电缆的比较，可知，双绞线的抗 干扰能力最差，而同轴电缆要较好地满足本系统中的距离需加放大器。光纤 作为传输媒体，与同轴电缆和双绞线相比具有一系列优点：频带宽、速率高、 体积小、重量轻、衰减小、能电磁隔离、误码率低等，但成本较高。结合本系 统的特点，选用光纤传输是最佳方案。 本系统为点对点全双工异步串行通信，r s 2 3 2 能满足要求，并且各主要 设备均有该接口，不用另行安装转换器。采用光纤解决远距离传输问题。 4 3 光纤通信简介 光纤通信( o p t i c a lf i b e rc o m m l l l l i c a t i o n ) 是以激光为光源，以光导纤维 为传输介质进行的通信。具有传输容量大、抗电磁干扰能力强等突出优点， 是构成未来信息高速公路骨干网的主要通信方式。从2 0 世纪7 0 年代初至今， 尤其是近2 0 年来，光纤通信迅猛发展，现已在长途干线网中逐步取代同轴电 缆、微波等而成为主要传输手段。可以预计，在不久的将来，光纤通信将进 入用户网，逐步取代用户网中的音频电缆，从而走进千家万户。所谓光纤通 信，是指将要传送的语音、图像和数据信号等调制在光载波上，以光纤作为 传输媒介的通信方式。光纤是迄今为止发现的最适合传导光的传输媒介，是 光纤通信系统中不可缺少的组成部分。 光纤通信的优点如下： 容许频带很宽，传输容量很大 损耗很小，中继距离很长且误码率很小 重量轻、体积小 抗电磁干扰性能好 泄漏小，保密性能好 节约金属材料，有利于资源合理使用 光纤通信系统是以光纤为传输媒质传送信息的一种通信系统。如图4 4 所示，为单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本 光纤传输系统。光纤即可以传送数字信号，也可以传送模拟信号，但以数字 通信为主。根据本设计，下面主要介绍数字光纤通信系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 3 页 目前市场上出售的光纤接收发器很多，并且有专用的r s 一2 3 2 串口转光 纤( 单模多模) 双向转换器，如北京海华联机电技术有限公司生产的型号为 f t s l 2 1 9 ，r s 2 3 2 串口转光纤双向转换器，故直接使用成品即可。 4 4 通信协议 在串行通信中，参与通信的两台或多台设备通常共享一条物理通路。发 送者依次逐位发送一串数据信号，按一定的约定规则为接收者所接收。由于 串行端口通常只是规定了物理层的接口规范，所以为确保每次传送的数据报 文能准确到达目的地，确保串行通信的可靠性，需要定制串口通信协议。本 系统主要实现计算机与p l c 之间的通信。计算机与p l c 进行通信时，任何 厂牌的机器均会定义通信协议，即伺服端和客户端二者的通信语言及定义。 4 4 1 数据交换格式 r s 2 3 2 的传输是通过一定格式的数据交换实现的，通信双方要根据这一 定的数据格式针对所传输的数据进行解析。计算机与p 乙c 的数据交换一般有 如下3 个步骤，如图4 8 所示，说明如下： 1 、p l c 请求发送数据时，计算机会发送一组字符串过去；此字符串的第 一个字符是前导码，设备通过前导码辨认是否应该读取此字符串、此 字符串属于哪个命令群，以及用什么样的格式去解读此字符串等。前 导码不会是一般的常用字符，通常是一些不可见字符或极少被使用的 符号字符，例如o m r o n 中p l c 使用的前导码为 ，原因在于避免 数据字符与前导码一样发生误判。在前导码之后是站号，通常是以两 个字符代表；单纯以r s 一2 3 2 连接的单一p l c 允许不设置站号。 2 、当p l c 收到请求字符串，并经判读确定后，便会送出计算机所请求 的数据。同样的，数据被送出时会在数据之前加上前导码与站号，计 算机也以此前导码与站号辨别数据来自何处。 3 、计算机端收到p l c 发送回来的字符串会进行解读检查的动作，当检 查完成后，便再送一个确定的字符串给设备，用以说明计算机端已成 功收到字符串；而若发送失败，计算机也在返回的字符串中要求设备 重送数据。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 本系统上位机采用事件驱动来检测、接收串口信息。串口无事件，上位 机系统运行自身程序；串口有事件，系统对串口事件进行处理。 请求 竺! 竺兰竺! 。 第2 段字符串 接收_ = 二二一 确认 兰! 竺竺竺 - 图4 8 通信字符串流动情形 4 4 2 上位链接通信( h o s t l in k ) f = = 刁 巳三_ 本设计中选用0 m r o n 公司的p l c ，因此要使用o m r o n 公司定义的上 位链接通信协议格式。具体的应用中跟上面三个步骤有区别。由于有一个功 能是p l c 自动发送数据，此时计算机就没有必要每次发送确认帧。一般所见 的数据都是字符。通常中文字符为双字节，英文字符为单字节。由于p l c 发 送的可见字符均为英文和数字，所以下面所提到的字符为单字节。下面详细 说明它的通信协议格式，包括帧的发送接收，命令帧、响应帧格式。 1 、帧的发送接收 一次通信送出的一级数据称作“帧”，一帧由少于1 3 1 个字符的数据构成， 送出帧的权限叫“发送权”，帧可由持有发送权的一方送出。每送出一帧，上 位机或p l c 就将发迭权交给另一方。在上位枫链接通 x 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 p l c 方 帧命令 帧命令 机结 号 头 终 n o码 柬 正文 f c s 码 端 帧响应 图4 9 帧的发送接收示意图 2 、命令、响应格式 命令帧格式如图4 一l o 所示，响应帧格式如图4 1 1 所示，出现1 0 3 1 0 。表示1 0 进制数据，出现1 6 3 1 6 。表示1 6 进制数据。 厂_ t t 厂 t 一( ) l 竺地塾b 。， 识别码 s 一 正文 图4 1 0 命令帧格式 识别码 s 一( 、 正文 ( ) ( 、 图4 1 l 响应帧格式 ) 一 f c s ， 终端 ) f c s + c r ， 终端 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 ：必须以 开始。 - 机号n o ( 1 0 进制) ：上位机识别所连接p c 的机号。在p l c 系统中( d m 6 6 5 3 ) 设定机号。 识别码：设定2 个字符的命令码。本设计中用到的识别码见表4 3 ： 表4 3 命令识别码含义 识别码 命令名称 s c写入状态 w d写入数据内存( d m ) 区 r d读出数据内存( d m ) 区 e xp l c 自动上传命令 结束码：返回命令的执行状态( 有无错误等) 。本设计中主要用到的结束码 见表4 4 ： 表4 4 结束码含义 结束码结束码意义产生原因 o o 正常结束 0 1 由于在运行模式，不能执行传送在运行模式不能执行的命令 0 2 由于在监视模式，不能执行传送在监视模式不能执行的命令 f c s 错误f c s 有错误 1 3 f c s 计算错误或干扰等影响 1 4 格式错误命令的格式错误 正文( 1 6 进制) ：对于命令格式，正文内容由具体命令决定；对于响应格 式，仅在读数据时有正文返回。下面章节将详细说明。 f c s ：设定2 个字符的f c s 。f c s ( 帧检查序列) 把从一帧的开始到f c s 前面的数据进行逻辑异或得到的8 位数据变换成2 个字符的a s c i i 码。对接 收信息的各帧计算f c s ，并同附加在帧后的f c s 进行对照校核，就能检查数 据错误。 终端：表示命令结束的2 个字符，设定“+ ”和c r 码( 回车) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 第5 章停车系统管理控制软件开发 5 1 开发软件选择 目前用于开发管理控制的软件很多，如v c + + ，d e l p h i ，c + + b u i l d e r ，组 态软件等。c + + b u i l d e r 与v c + + 相比具有组件拖放优势，开发周期短；而与 d e l p h i 相比是面向c + + 的可视化开发环境。因此主要对后两种软件进行比较。 5 1 1 组态软件 “组态”的概念是伴随着集散式控制系统( d i s t r i b u t e e dc o n t r o ls y s t e m ， d c s ) 的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟悉的。组态软件 为自动化工程技术人员提供了一种采用搭积木的方式制作现场控制过程和控 制界面的工具。组态软件具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、 运行可靠等特点。 自动化工程设计技术人员在使用组态软件时只需填写一些实现设计的表 格，再利用图形功能把被控对象( 如反应罐、温度计、锅炉、趋势曲线、报 表等) 形象地画出，通过内部数据连接把被控对象的属性与i 0 设备的实时 数据进行逻辑连接。当由组态软件生成的应用系统投入运行后，与被控对象 相连的i o 设备的数据发生变化，会直接带动被控对象的属性变化。若要对 应用系统进行修改，也十分方便。 正是组态软件的方便、易操作的优点决定了它的局限性。组态软件针对 性较强，无法修改源代码，多用于工业现场控制。所以本系统选择组态软件 的开发工具之一c + + b u i l d e r 进行开发。 5 1 2c + + b u ii d e r 软件 作为c + + 语言发展的一个重要的里程碑b o r l a n dc + + b u i i d e r ，是b o r l a l l d 公司在成功推出d e l p h i 之后，又推出的一个基于c + + 语言的全新的可视化编 程环境。c + 斗b u i l d e r 是最早推出的、面向c + + 的真正r a d ( 快速应用程序) 工具之一，也是惟一提供真正基于组件的拖放方式编程的r a d 工具。因此， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 9 页 实现溜车调车安全作业。 5 2 1 开发背景介绍 停车器有两种工作状态：制动到位、缓解到位。当制动未到位和缓解未 到位时为中间状态。 自动上鞋机构有四种状态：有鞋正常状态，有鞋非正常状态，无鞋正常 状态，无鞋非正常状态。有鞋正常状态是保证车辆溜出停车器，自动上鞋机 构能够正常工作。有鞋非正常状态，是在车辆溜出停车器，自动上鞋机构有 鞋但不能正常工作，如铁鞋没上到位等。无鞋正常状态，是在调车时需取下 铁鞋，方便机车将车辆牵引出。无鞋非正常状态，是在菲调车时，铁鞋不在 自动上鞋机构上，如被偷盗。 溜车时，停车器应处于制动到位状态，自动上鞋机构应处于有鞋正常状 态；调车时，停车器应处于缓解到位状态，自动上鞋机构应处于无鞋正常状 态。 5 2 2 软件功熊概述 为提高编组站自动化控制和保证安全可靠作业，本远程控制调度系统应 具有远程控制及查询停车器和自动上鞋机构状态，远程实时监控和调度股道 作业，及时记录信息和发送预警、报警信息等功能。主要包括以下具体功能 描述： 1 、实现身份验证，用户登录功能； 光发射机的作用是把从电端机送来的信号， 例如，在数字光纤通信系统中脉冲编码调制(pcm)信号，经过编码、调制， 再由光源变为光信号最后送入光纤。当然，实际的机器中还有许手“理崾9 联辨鹜j 孓算参囊；銎zg 年。 疟j f 笛继柘插善龠韩蔽型虱剩州萋? i 海 x 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 1 页 表5 2 事件列表 表5 3 方法列表 i方法名称 功能说明 o u t p u 国”e 输出字节数据到串行端口 r e a d 脚u t b ”e以字节方式读取缓冲区内的数据 事件的引发是某一参数或条件成立而形成。在本设计中，当接收缓冲区 接收到一个字节，即触发串口接收数据事件r e c e i v e d a t a 。因此组件必须时刻 地检查接收缓冲区内是否按到数据，以便引发事件。为了实时查询接收缓冲 区，在c + + b u i l d e r 中通常用定时器( t i m e r ) 。在本设计中将定时器的i n t c r v a l 属性设为1 0 ，也就是每1 0 m s 检查一次串口。 打开串行通信端口流程图如图5 - 1 所示。调用a p i 函数c r e a t i i l e ，打开 通信端口。若出错，显示出错信息，询问是否继续操作。打开成功之后，调 用a p i 函数s e t c o m m s t a t e 进行通信端口参数配置，然后执行其他函数操作。 所有操作执行完，调用a p i 函数c l o s e h a n d l e 关闭通信端口，结束程序。 图5 1 打开串行通信端口流程图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 3 页 5 3 2 上位链接通信命令详解 p l c 中都是以通道( c h ) 为单位写入数据内存( d m ) ，一个通道占4 个字节，一个字节占4 位。下面详细说明本设计中主要用到的4 种命令的正 文内容。 1 、s c 命令 改变p l c 模式。正文内容：模式数据，占用两个字节。模式数据为：o o 、 0 1 、0 2 ，分别表示：编程方式、监视方式、运行方式。 2 、w d 命令 以通道为单位从内存指定通道开始写入数据。正文内容：通道首地址， 写入数据。如图5 3 所示。本设计中通道首地址为d m ( o o o o ) ，通道1 写入 数据内容及说明如图5 4 和表5 4 所示。通道2 写入数据内容及说明如图5 5 和表5 5 所示。 ) ) ：豫i| 机号n o w dooo o 卜i 一写 数据叫- 写 数据叫 p c s x l o 。i l 矿 l 旷l i 矿jx l o 。i l 矿l i 6 ，j 1 矿l 1 6 1 l l 矿i， 图5 3 w d 命令格式 图5 4 通道1 写入数据内容 表5 4 通道1 写入数据说明 位名称解释 最多有1 6 种命令 命令 l 表示制动，2 表示缓解，3 表示取消 一个d e v i c e n e t 从节点控制的4 股道 股道号o 表示第1 股道，1 表示第2 股道，2 表示第3 股道，3 表示第4 股遵 d e v i c e n e t 网络节 最多6 4 个从节点 点编号 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 4 页 2l2 l l 股道 取消取消缓解缓解制动制动 选通 号 765 4 321 0 1 6 ， l 铲1 6 l1 6 0 图5 5 通道2 写入数据内容 表5 5 通道2 写入数据说明 位数解释 o 操作股道号 1 操作选通标志 2 停车器1 制动 3 停车器2 制动 4 停车器1 缓解 5 停车器2 缓解 6 停车器1 取消 7 停车器2 取消 3 、r d 命令 读出内存区数据内容，指定通道开始的指定通道数量的内容。命令格 式正文内容：通道首地址，通道数量，占用两个通道，如图5 6 所示。响 应格式正文内容：通道首地址，读出数据，如图5 7 所示。本设计中通道 首地址为d m ( 1 0 0 0 ) 。 图5 6 r d 命令格式 旧 机号n o rd结束码 1 o0 o 卜嘈数据- + 读“ 1 0 1 lx i 旷 1 6 l 1 6 l 护l 1 0 1 l t o i 1 妒1 l 矿l l 矿l l l 1 铲i， 图5 7 r d 响应格式 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 5 页 4 、e x 命令 自动上传命令，是当i o 点某些值改变后，自动向上位机发送命令。 正文内容：上传数据。如图5 8 所示。本设计中，通道1 上传数据内容及 说明如图5 9 和表5 6 所示。 卜 机号n o e ：x 幽卜一匕传数据叫卜上传数据叫 f c s+ 氓 1 0 1 i 1 0 0 l 1 6 3 l 1 6 2 l 1 6 1 l 1 6 0 ir f 图5 8e x 命令格式 l 命令( 1 6 种) 股道号( o 3 ) d e v i c e n e t 网络节点编号( 0 6 3 ) 1 6 1 6 。 1 6 11 6 0 图5 9 通道l 上传数据内容 表5 6 通道1 上传数据说明 位名称解释 最多有1 6 种命令 命令l 表示制动，2 表示缓解，3 表示取消，4 表 示溜车，5 表示调车，o 表示第2 种命令 一个d e v i c e n e t 从节点控制的4 股道 股道号o 表示第1 股道，1 表示第2 股道，2 表示第 3 股道，3 表示第4 股道 d e 、，i c e n e t 网 络节点编号 最多6 4 个从节点 通道2 上传命令分为两种。 a ) 第1 种命令上传停车器、传动梁、减震器状态数据，占用1 个 通道。通道2 上传数据内容及说明如图5 1 0 和表5 7 所示。 b ) 第2 种命令上传4 股道的车辆位置信息、自动上鞋机构状态和 入口速度报警数据，占用4 个通道。通道2 上传数据内容及说 明如图5 1 l 和表5 - 8 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 6 页 2l22 1l221 l221l 超时超时 粱坏蕞篇粱坏 减震正在正在正在正在缓解 制动疆解制动 嚣坏 嚣坏缓解 制动 缓解制动到位到位到位 到位 1 51 41 3 1 21 1 1 09 8765 4 3210 1 6 3 1 6 2x 1 6 、 x 1 铲 图5 1 0 第1 种命令通道2 上传数据内容 表5 7 第1 种命令通道2 上传数据说明 位数解释 0 停车器l 制动到位 l 停车器l 缓解到位 2停车器2 制动到位 3 停车器2 缓解到位 4 停车器1 正在制动 5停车器1 正在缓解 6 停车器2 正在制动 7 停车器2 正在缓解 8 停车器1 减震器故障 9 停车器1 传动梁故障 1 0 停车器2 减震器故障 1 1 停车器2 传动梁故障 1 2 停车器1 操作超时 1 3 停车器2 操作超时 临近 两制 l 制动 铁鞋 进口 警冲 铁鞋 动器 嚣入不在速度 标 位置 之间 口 报警报警 1 51 41 31 2 1 i l o9 87 6 5 43 2l0 x 1 护 x 1 6 21 6 ix 1 6 0 图5 1 l 第2 种命令通道2 上传任一股道数据内容 表5 8 第2 种命令通道2 上传任一股道数据说明 位数解释 o 进口速度超过限定速度 1 股道铁鞋不在报警 4 停车器l 入口位置 5 两停车器之间位置 6 自动上鞋机构位置 7 临近警冲标位置 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 7 页 5 3 3 程序实现 本系统软件从串口接收到数据后，按帧分开存储，通过串口主程序进行 分类处理，最后通过各子程序实现。串口主程序流程图如图5 1 2 所示。 图5 一1 2 串口主函数流程图 5 4 图形图像功能设计 为了让操作人员能够实时直观她监控停车系统状态和车辆运行位置，本 系统主要通过图形图像功能来实现。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 8 页 5 4 1c + + b u il d e r 绘图系统 w i n d o w s 是一个基于图形用户界面( g u i ) 的操作系统，使用图形设备 接口g d i ( g r a 口h i c sd c 、r i c e sh l t e r f k e ) 以及设备驱动程序来实现设备无关性。 这使得w i n d o w s 应用程序有既整洁又统一的用户界面，并且w i n 3 2 中的图形 显示实现了设备无关性。所以，传统的v ，i d a w s 程序设计方法在处理有关图 形设计时，多是使用g d i 方法来进行图形编程的。这对于早期曾经在d o s 下进行图形编程的程序员来说，通过图形设备接口的绘图方式容易了很多， 但g d i 对象的建立、使用和删除等仍十分庞杂。而在c + + b u i l d e r 中，t c a l l v a s 对象的出色封装使得使用g d i 变得非常容易。同时c + + b u i l d e r 还提供了一 系列用于处理和显示图形图像的类和组件，如t g a p h i c 类、t p i c t u r e 类、t i m a g e 组件、t s h a p e 组件。下面对这些类和组件分别进行简要说明： 1 、t c a v a s 对象 t c a n v a s 是一个用于绘图的表面，它相当于g d i 的设备描述表。就像画 家用于打草稿、构思和绘图的画布一样。在这个区域上，程序可实现各种绘 图功能，而无需了解、矾n d o w s 的g d i 在内部的工作。很多组件( 如t i m a g e 、 t f o 衄) 的画布( c a n v a s ) 属性都是一个t c a i l v a s 对象。 2 、t h i l a g e 组件 t i m a g e 组件是c + + b u i l d e r 中使用频率极高的组件，主要功能是图像显 示。它可以方便载入多种格式的图像文件。包括j p e g 图像文件( j p g 、 + j p e g ) 、位图文件( + b n l p ) 、图标文件( i c o ) 、图元文件( w m f ) 、增强 图元文件( e m f )