專利名稱：一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，尤其是涉及一種適用于鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械的分布式電氣控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著全車的各種作業(yè)及輔助控制任務(wù)，是整車的大腦，直接指揮各種作業(yè)、走行及制動(dòng)等。從電氣控制而言，它涉及到模擬控制、數(shù)字控制、計(jì)算機(jī)軟件、硬件及電氣控制、激光技術(shù)等多個(gè)方面。在現(xiàn)有技術(shù)中，電氣系統(tǒng)的作業(yè)控制多以模擬控制為主，而且所用控制技術(shù)不是上個(gè)世紀(jì)80年代以來國產(chǎn)化的模擬控制技術(shù)，就是全部進(jìn)口國外電氣控制系統(tǒng)，一直沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。隨著網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn)化的模擬控制技術(shù)越來越凸顯其控制弊端。傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)中給定輸入、測量傳感器均是采用電位器來實(shí)現(xiàn)，對應(yīng)的輸入零點(diǎn)、當(dāng)量都要靠手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器才能實(shí)現(xiàn)，存在著以下方面的缺陷(I)模擬控制系統(tǒng)中的電路板種類繁多,包括各種電源板、程控板、起道板、撥道板，功率放大板、信號轉(zhuǎn)換板等已有三百多種電路板；(2)模擬系統(tǒng)中均是采用運(yùn)算放大器、電位器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種作業(yè)的數(shù)值運(yùn)算、邏輯運(yùn)算及軌道幾個(gè)參數(shù)測量傳感器的電氣零點(diǎn)調(diào)整和當(dāng)量調(diào)整；(3)邏輯控制多用開關(guān)、按鈕、繼電器來實(shí)現(xiàn)；(4)模擬系統(tǒng)中各儀表、報(bào)警指示等全部使用物理儀表、發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)；(5)多路顯示采用撥碼開關(guān)來逐次顯示；(6)模擬系統(tǒng)中各信號的傳遞均采用導(dǎo)線連接來傳遞電壓信號或電流信號，使得系統(tǒng)極易受外界干擾；(7)部分系統(tǒng)中氣閥及液壓系統(tǒng)建立由手動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有技術(shù)的模擬電氣控制系統(tǒng)控制板種類多，不利于備料和產(chǎn)品維護(hù)升級，給廠家?guī)磔^大的人力和物力的浪費(fèi)；運(yùn)放和電位器的大量使用使系統(tǒng)在調(diào)試過程和維護(hù)過程中極為不便；各種按鈕、開關(guān)、物理儀表、發(fā)光二極管、撥碼開關(guān)的大量使用，使得操作面板布局凌亂，不直觀，且易誤操作；信號的模擬傳輸，使系統(tǒng)極易受外界干擾，作業(yè)質(zhì)量不高；執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手動(dòng)控制、調(diào)節(jié)使得技術(shù)落后陳舊，不適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的需要。因此，研制出一種數(shù)字化的控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，打破大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法一直沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)狀成為當(dāng)前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，該系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法是基于網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)進(jìn)行鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械電氣控制，具有抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了通用電氣控制系統(tǒng)對各種大型養(yǎng)路機(jī)械作業(yè)、走行、制動(dòng)等功能的分散控制。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)，包括分別為單個(gè)的網(wǎng)絡(luò)始端電阻、脈沖識(shí)別模塊、系統(tǒng)主控模塊和網(wǎng)絡(luò)終端電阻，分別為一個(gè)或一個(gè)以上的電源模塊、人機(jī)交互模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和模擬量輸入模塊。電源模塊、數(shù)字量輸出模塊和數(shù)字量輸入模塊與電源端相連。網(wǎng)絡(luò)始端電阻與電源模塊相連，網(wǎng)絡(luò)終端電阻與數(shù)字量輸出模塊相連。網(wǎng)絡(luò)中的電源模塊、脈沖識(shí)別模塊、人機(jī)交互模塊，系統(tǒng)主控模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和模擬量輸入模塊相互之間通過現(xiàn)場總線相連，現(xiàn)場總線為與其相連的各個(gè)模塊進(jìn)行供電、通信，以及傳送同步脈沖信號。作為本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)中電源模塊、脈沖識(shí)別模塊、人機(jī)交互模塊，系統(tǒng)主控模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和 模擬量輸入模塊的總個(gè)數(shù)不超過256個(gè)。作為本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，電源模塊為系統(tǒng)中的5 6個(gè)非電源模塊提供網(wǎng)絡(luò)電源。作為本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，現(xiàn)場總線為CAN總線或PR0FIBUS總線，電源端連接24V直流電源，24V直流電源為電源模塊提供網(wǎng)絡(luò)電源，并為數(shù)字量輸出模塊和數(shù)字量輸入模塊提供外部負(fù)載工作電源。作為本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，人機(jī)交互模塊為帶觸摸屏的工控機(jī)，人機(jī)交互模塊可連接鍵盤，數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊均具有CAN2接口和/或RS232接口，可以實(shí)現(xiàn)與基于CAN通信協(xié)議和/或RS232通信協(xié)議的數(shù)字設(shè)備通信。作為本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，電源模塊采用隔離電源，電源模塊包括CAN IN接口和CAN OUT接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于電源模塊之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于電源模塊之后的下一個(gè)模塊，CAN IN接口和CAN OUT接口均包括DC+24V供電電源線、地線、兩芯通信線，以及同步脈沖信號線。作為本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，數(shù)字量輸出模塊包括CAN IN接口、CAN OUT接口、電源輸入接口、CAN2接口、RS232接口和8通道輸出信號接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸出模塊之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸出模塊之后的下一個(gè)模塊，電源輸入接口用于提供現(xiàn)場電源，CAN2接口用于連接基于CAN通信的外部設(shè)備，RS232接口用于連接基于RS232通信的外部設(shè)備，8通道輸出信號接口的通道信號包括+24V電源輸出，受邏輯控制輸出的+24V高電平，同時(shí)可以根據(jù)程序控制輸出幅值為+24V的PWM脈沖信號。作為本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，數(shù)字量輸入模塊包括CAN IN接口、CAN OUT接口、電源輸入接口、CAN2接口、RS232接口和8通道16路輸入信號接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸入模塊之前的上一個(gè)模塊，CANOUT接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸入模塊之后的下一個(gè)模塊，電源輸入接口用于提供現(xiàn)場輸出電源，CAN2接口連接基于CAN通信的外部設(shè)備，RS232接口用于連接基于RS232通信的外部設(shè)備，8通道16路輸入信號接口的每個(gè)通道信號包括+24V電源輸出信號，可以采集2路外部高低電平信號。
作為本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，模擬量輸入模塊包括CAN IN接口、CAN OUT接口、CAN2接口和8通道輸入信號接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于模擬量輸入模塊之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于模擬量輸入模塊之后的下一個(gè)模塊，CAN2接口連接基于CAN通信的外部設(shè)備，RS232接口用于連接基于RS232通信的外部設(shè)備，8通道輸入信號接口的I 6通道輸出土 10. 000V電源信號，并采集土 10. 000V以內(nèi)的模擬量輸入信號，7 8通道輸出土 15. 000V電源信號，并采集±15. 000V以內(nèi)的模擬量輸入信號。作為本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠驑湫尉W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 本發(fā)明還另外具體提供了一種對上述大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，該方法包括以下步驟S10:根據(jù)所要應(yīng)用的車型控制功能羅列出包括數(shù)字量輸出信號、模擬量輸出信號，數(shù)字量輸入信號、模擬量輸入信號在內(nèi)的輸入/輸出信號的種類和數(shù)量；Sll :根據(jù)系統(tǒng)信號數(shù)量的配置控制系統(tǒng)各種人機(jī)交互模塊、系統(tǒng)主控模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊的具體數(shù)量；S12:根據(jù)系統(tǒng)中人機(jī)交互模塊、系統(tǒng)主控模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊的具體數(shù)量來配置電源模塊的數(shù)量；S13 :將系統(tǒng)中數(shù)字量輸出信號(包括模擬量輸出信號)分配到數(shù)字量輸出模塊中，將系統(tǒng)中數(shù)字量輸入信號分配到數(shù)字量輸入模塊中，將系統(tǒng)模擬量輸入信號分配到模擬量輸入模塊中；S14 :將系統(tǒng)的儀表顯示信號、各種報(bào)警指示信號分配到人機(jī)交互模塊；S15 :編寫數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)各種輸入/輸出的邏輯關(guān)系；S16 :編寫人機(jī)交互模塊的應(yīng)用程序、實(shí)現(xiàn)各種儀表的指示、報(bào)警信號的指示；S17 :編寫系統(tǒng)主控模塊的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主控模塊對數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊的各種控制操作和診斷操作。通過實(shí)施上述本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法的技術(shù)方案，具有以下技術(shù)效果I、采用數(shù)字化控制系統(tǒng)后的減少很多電路板，只是有幾種通用的模塊來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能，使備件的數(shù)量減少了 95%。采用數(shù)字化控制系統(tǒng)，可以使用虛擬儀表代替多種物理儀表，減少了昂貴的成本；2、傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)中給定輸入、測量傳感器均是采用電位器來實(shí)現(xiàn)，對應(yīng)的輸入零點(diǎn)、當(dāng)量都要靠手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器才能實(shí)現(xiàn)；采用數(shù)字化控制系統(tǒng)后給定輸入、測量傳感器的零點(diǎn)可以采用數(shù)字輸入相反的偏置來實(shí)現(xiàn)調(diào)零，當(dāng)量也可以直接通過數(shù)值來給定，均不需要手動(dòng)去調(diào)節(jié)電位器。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發(fā)明大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)一種具體實(shí)施方式
的系統(tǒng)原理框圖；圖2是本發(fā)明大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)一種具體實(shí)施方式
的網(wǎng)絡(luò)連接框圖；圖3是本發(fā)明大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)輸入/輸出部分一種具體實(shí)施方式
的控制結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用在搗固車分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖5是本發(fā)明大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用在搗固車分布式控制系統(tǒng)的行車顯示模塊顯示界面；圖6是本發(fā)明大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用在搗固車分布式控制系統(tǒng)的前端作業(yè)輸入/輸出顯示界面；圖7是本發(fā)明大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用在搗固車分布式控制系統(tǒng)的后端作業(yè)輸入/輸出顯示界面；圖中，1、5-電源模塊,2-脈沖識(shí)別模塊,3-人機(jī)交互模塊,4-數(shù)字量輸入模塊，6-系統(tǒng)主控模塊，7-模擬量輸入模塊，8-數(shù)字量輸出模塊，9-網(wǎng)絡(luò)始端電阻，10-網(wǎng)絡(luò)終端電阻，11-鍵盤模塊，12-模擬量輸出轉(zhuǎn)換模塊，13-執(zhí)行模塊。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如附圖1、2和3所示，給出了本發(fā)明一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)及其控制方法的具體實(shí)施例，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如附圖I所示為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖，整個(gè)分布式的控制系統(tǒng)采用了從底層模塊I到底層模塊n的n個(gè)底層模塊，以及從顯示模塊I到顯示模塊m的m個(gè)顯示模塊，各個(gè)模塊之間采用CAN總線進(jìn)行互聯(lián)。底層模塊進(jìn)一步包括數(shù)字量輸入模塊4、模擬量輸入模塊7和數(shù)字量輸出模塊8 ;顯不模塊為人機(jī)交互模塊,包括人機(jī)交互模塊3和系統(tǒng)主控模塊6。如附圖2所示，一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)，包括分別為單個(gè)的網(wǎng)絡(luò)始端電阻9、脈沖識(shí)別模塊2、系統(tǒng)主控模塊6和網(wǎng)絡(luò)終端電阻10，分別為一個(gè)或一個(gè)以上的電源模塊I、人機(jī)交互模塊3、數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4和模擬量輸入模塊7。其中，網(wǎng)絡(luò)始端電阻9與電源模塊I相連，網(wǎng)絡(luò)終端電阻10與數(shù)字量輸出模塊8相連。電源模塊I、數(shù)字量輸出模塊8和數(shù)字量輸入模塊4與DC+24V電源端相連。網(wǎng)絡(luò)中的電源模塊
I、脈沖識(shí)別模塊2、人機(jī)交互模塊3、系統(tǒng)主控模塊6、數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4和模擬量輸入模塊7相互之間通過CAN總線相連，CAN總線為與其相連的各個(gè)模塊進(jìn)行供電、CAN通信，以及傳送同步脈沖信號。網(wǎng)絡(luò)中的電源模塊I、脈沖識(shí)別模塊2、人機(jī)交互模塊3、系統(tǒng)主控模塊6、數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4和模擬量輸入模塊7的總個(gè)數(shù)不超過256個(gè)。在本發(fā)明附圖2所示的實(shí)施例中是單個(gè)網(wǎng)絡(luò)，總節(jié)點(diǎn)數(shù)小于等于32個(gè)。電源模塊I為系統(tǒng)中的5 6個(gè)非電源模塊提供網(wǎng)絡(luò)電源。當(dāng)系統(tǒng)中的非電源模塊增多時(shí)，通過增加和擴(kuò)展電源模塊為更多的非電源模塊提供網(wǎng)絡(luò)電源，如附圖2所示實(shí)施例中除了電源模塊1，電源模塊5即為擴(kuò)展的電源模塊。電源端連接24V直流電源，24V直流電源為電源模塊I提供網(wǎng)絡(luò)電源，并為數(shù)字量輸出模塊8和數(shù)字量輸入模塊4提供外部負(fù)載工作電源。人機(jī)交互模塊3為帶觸摸屏的工控機(jī)。系統(tǒng)主控模塊6在整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)，人機(jī)交互模塊3、數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4、模擬量輸入模塊7可有多個(gè)，并且沒有連接順序要求,系統(tǒng)主控模塊6和人機(jī)交互模塊3均可連接鍵盤，數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4和模擬量輸入模塊7均具有CAN2接口和/或RS232接口，可以實(shí)現(xiàn)與基于CAN通信和/或RS232通信的數(shù)字設(shè)備通信。電源模塊I采用隔離電源，電源模塊I包括CAN IN接口和CAN OUT接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于電源模塊I之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于電源模 塊I之后的下一個(gè)模塊，CAN IN接口和CAN OUT接口均包括DC+24V供電電源線、地線、兩芯通信線，以及同步脈沖信號線。數(shù)字量輸出模塊8進(jìn)一步包括CAN IN接口、CAN OUT接口、電源輸入接口、CAN2接口、RS232接口和8通道輸出信號接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸出模塊8之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸出模塊8之后的下一個(gè)模塊，電源輸入接口用于提供現(xiàn)場電源，CAN2接口用于連接基于CAN通信的外部設(shè)備，RS232接口用于連接基于RS232通信的外部設(shè)備，8通道輸出信號接口的通道信號包括+24V電源輸出，受邏輯控制輸出的+24V高電平，同時(shí)可以根據(jù)程序控制輸出幅值為+24V的PWM脈沖信號。 數(shù)字量輸入模塊4進(jìn)一步包括CAN IN接口、CAN OUT接口、電源輸入接口、CAN2接口、RS232接口和8通道16路輸入信號接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸入模塊4之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸入模塊4之后的下一個(gè)模塊，電源輸入接口用于提供現(xiàn)場輸出電源，CAN2接口連接基于CAN通信的外部設(shè)備，RS232接口用于連接基于RS232通信的外部設(shè)備，8通道16路輸入信號接口的每個(gè)通道信號包括+24V電源輸出信號，可以采集2路外部高低電平信號。模擬量輸入模塊7進(jìn)一步包括CAN IN接口、CAN OUT接口、CAN2接口、RS232接口和8通道輸入信號接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于模擬量輸入模塊7之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于模擬量輸入模塊7之后的下一個(gè)模塊，CAN2接口連接基于CAN通信的外部設(shè)備，RS232接口用于連接基于RS232通信的外部設(shè)備，8通道輸入信號接口的I 6通道輸出±10. 000V電源信號，并采集±10. 000V以內(nèi)的模擬量輸入信號,7 8通道輸出±15. 000V電源信號，并米集±15. 000V以內(nèi)的模擬量輸入信號。如附圖3所示，數(shù)字量輸入模塊4、人機(jī)交互模塊3、模擬量輸入模塊7和數(shù)字量輸出模塊8之間通過CAN總線進(jìn)行連接。其中，人機(jī)交互模塊3進(jìn)一步通過CAN2接口與鍵盤模塊11相連；數(shù)字量輸出模塊8進(jìn)一步通過模擬量輸出轉(zhuǎn)換模塊12與執(zhí)行模塊13相連，用模擬量信號來控制執(zhí)行器件。一種對上述大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法的具體實(shí)施方式
，包括以下步驟
SlO :根據(jù)不同車型的控制功能羅列出包括數(shù)字量輸出信號、模擬量輸出信號，數(shù)字量輸入信號、模擬量輸入信號在內(nèi)的輸入/輸出信號的種類和數(shù)量；Sll :根據(jù)系統(tǒng)控制信號的種類和數(shù)量配置控制系統(tǒng)中人機(jī)交互模塊3、系統(tǒng)主控模塊6、數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4和模擬量輸入模塊7的具體數(shù)量；S12 :根據(jù)控制系統(tǒng)中人機(jī)交互模塊3、系統(tǒng)主控模塊6、數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4和模擬量輸入模塊7的具體數(shù)量來配置電源模塊I的數(shù)量；S13 :將控制系統(tǒng)中的數(shù)字量輸出信號(包括模擬量輸出信號)分配到數(shù)字量輸出模塊8中，將系統(tǒng)中數(shù)字量輸入信號分配到數(shù)字量輸入模塊4中，將系統(tǒng)模擬量輸入信號分配到模擬量輸入模塊7中；
S14 :將控制系統(tǒng)中的儀表顯示信號、各種報(bào)警指示信號分配到人機(jī)交互模塊3 ；S15 :編寫數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4和模擬量輸入模塊7的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)各種輸入/輸出的邏輯關(guān)系；S16 :編寫人機(jī)交互模塊3的應(yīng)用程序、實(shí)現(xiàn)各種儀表的指示、報(bào)警信號的指示；S17 :編寫系統(tǒng)主控模塊6的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主控模塊6對數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4和模擬量輸入模塊7的控制操作和診斷操作。如附圖4所示，為本發(fā)明進(jìn)一步應(yīng)用在大型養(yǎng)路機(jī)械-搗固車分布式控制系統(tǒng)上的具體實(shí)施方式
。以08-32型搗固車為例，08-32型搗固車分布式控制系統(tǒng)功能包括行車控制，搗固作業(yè)控制，起道作業(yè)控制，撥道作業(yè)控制，夾鉗控制等多種控制功能。經(jīng)分解系統(tǒng)功能需要有模擬量輸入信號41路，數(shù)字量輸入信號73路，數(shù)字量輸出信號86路，模擬量輸出7路，2個(gè)行車位及3個(gè)作業(yè)位需人機(jī)交互模塊5個(gè)?？紤]冗余設(shè)計(jì)要求，搗固車電氣分布式控制系統(tǒng)實(shí)施方案是6個(gè)系統(tǒng)配置模擬量輸入模塊7，6個(gè)數(shù)字量輸入模塊4，14個(gè)數(shù)字量輸出模塊8 (其中7路模擬量輸出信號也由數(shù)字量輸出模塊通過軟件控制來實(shí)現(xiàn))，5個(gè)電源模塊1，4個(gè)人機(jī)交互模塊3，I個(gè)系統(tǒng)主控模塊6。搗固車分布式控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)始端電阻跨接在電源模塊I上，也就是模塊Pl的CAN_IN的2、3腳，其中每種模塊的CAN_0UT與其連接的下一模塊的CAN_IN之間采用5芯總線電纜來實(shí)現(xiàn)供電、網(wǎng)絡(luò)通訊、及同步信號接收。其結(jié)構(gòu)關(guān)系是供電DC+24V電源、地線，兩芯通信線及同步脈沖信號。模塊J24作為分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)主控模塊6。在系統(tǒng)中用軟件編程來區(qū)分人機(jī)交互模塊3和系統(tǒng)主控模塊6，網(wǎng)絡(luò)終端電阻10跨接在數(shù)字量輸出模塊8上，也就是模塊J3的CAN_0UT的2、3腳。分布式控制系統(tǒng)中除電源模塊I和脈沖識(shí)別模塊2外，每一個(gè)模塊都是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，單網(wǎng)絡(luò)中總節(jié)點(diǎn)數(shù)不大于32個(gè)。網(wǎng)絡(luò)中的電源模塊I、脈沖識(shí)別模塊2、人機(jī)交互模塊3，系統(tǒng)主控模塊6、數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4、模擬量輸入模塊7相互之間采用基于CAN總線的現(xiàn)場總線連接，即附圖中所示的CAN總線是一根包括對各節(jié)點(diǎn)供電、CAN通信及傳送同步脈沖信號的專用總線電纜。每個(gè)電源模塊I可向網(wǎng)絡(luò)中5 6節(jié)點(diǎn)提供網(wǎng)絡(luò)電源，DC+24V是向電源模塊I提供網(wǎng)絡(luò)電源、向數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4提供外部負(fù)載工作電源。一種對上述的搗固車分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法的具體實(shí)施方式
，其步驟為
(I)根據(jù)系統(tǒng)功能所列出的輸入、輸出信號及類型(模擬量輸入信號41路，數(shù)字量輸入信號73路，數(shù)字量輸出信號86路，模擬量輸出7路)及要控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置來將輸A/輸出信號分布到不同的模塊；(2)如附圖4中所示，將走行輸出控制功能劃分到模塊J28，將搗固作業(yè)控制功能劃分到模塊J11，起道作業(yè)控制功能劃分到模塊J10，撥道作業(yè)控制功能劃分到模塊J13，夾鉗控制功能劃分到模塊J9來實(shí)現(xiàn)；
(3)前行車顯示功能劃分到實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊3功能的模塊JOl來實(shí)現(xiàn)，后行車顯示功能劃分到實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊3功能的模塊J25來實(shí)現(xiàn)；(4)前作業(yè)輸入/輸出功能劃分到實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊3功能的模塊JOO來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)主控模塊6劃分到模塊J24來實(shí)現(xiàn)，后作業(yè)輸入/輸出功能劃分到實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互模塊3功能的模塊J23來實(shí)現(xiàn)；(5)將73路數(shù)字量輸入信號根據(jù)檢測器件的實(shí)際位置分別劃分到實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸入模塊4功能的模塊J03、J07、J15、J16、J20、J29來實(shí)現(xiàn)；(6)將41路模擬量輸入信號根據(jù)檢測器件的實(shí)際位置分別劃分到實(shí)現(xiàn)模擬量輸入模塊7功能的模塊J02、J06、J14、J18、J22、J30來實(shí)現(xiàn)；(7)將其他輔助數(shù)字量輸出信號根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置分別劃分到實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出模塊 8 功能的模塊 J04、J05、J08、J12、J17、J19、J21、J26、J27 來實(shí)現(xiàn)；(8)前端軌道參數(shù)計(jì)算機(jī)給出作業(yè)參數(shù)通過CAN通信連接到模塊J04的CAN2接口來實(shí)現(xiàn)；(9)編寫數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4、模擬量輸入模塊7的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)各種輸入/輸出的邏輯關(guān)系；(10)編寫人機(jī)交互模塊3的應(yīng)用程序、實(shí)現(xiàn)各種儀表的指示、報(bào)警信號的指示；(11)編寫系統(tǒng)主控模塊6的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主控模塊6對數(shù)字量輸出模塊8、數(shù)字量輸入模塊4和模擬量輸入模塊7的各種控制操作和診斷操作。實(shí)施例中行車顯示界面如圖5所示,作業(yè)顯示模塊顯示界面如圖6、7所示。本發(fā)明具體實(shí)施方式
所描述的技術(shù)方案中，可以采用其他現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)其控制方法，比如使用PR0FIBUS現(xiàn)場總線，采用專用的可編程的I/O模塊來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊的替代。模擬量輸入模塊7有8個(gè)輸入通道，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)±10V/±15V模擬信號的采集，并且可以提供±10. 000V或±15. 000V電壓的輸出；數(shù)字量輸入模塊4有8通道16路輸入信號，可以實(shí)現(xiàn)0 4V低電平輸入信號的檢測，同時(shí)8通道中具有+24V電源輸出；數(shù)字量輸出模塊8有8通道輸出信號，可以輸出+24V高電平，同時(shí)可以根據(jù)程序控制輸出幅值為+24V的PWM脈沖信號。本發(fā)明具體實(shí)施方式
采用CAN總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型養(yǎng)路機(jī)械分布式電氣系統(tǒng)的數(shù)字控制技術(shù)，具有以下方面的技術(shù)效果I、可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場工作程序的自動(dòng)下載；2、可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)系統(tǒng)測量傳感器的數(shù)字采集，并可以通過偏置、當(dāng)量等參數(shù)來調(diào)傳感器電氣零點(diǎn)和放大倍數(shù)；3、實(shí)現(xiàn)了作業(yè)儀表和報(bào)警信號的虛擬顯示；4、采用數(shù)字化控制系統(tǒng)后的減少很多電路板，只是有幾種通用的模塊來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能，使備件的數(shù)量減少了 95% ；5、采用數(shù)字化控制系統(tǒng)，可以使用虛擬儀表代替多種物理儀表，減少了昂貴的成本；6、傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)中給定輸入、測量傳感器均是采用電位器來實(shí)現(xiàn)，對應(yīng)的輸入零點(diǎn)、當(dāng)量都要靠手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器才能實(shí)現(xiàn)；7、采用數(shù)字化控制系統(tǒng)后給定輸入、測量傳感器的零點(diǎn)可以采用數(shù)字輸入相反的偏置來實(shí)現(xiàn)調(diào)零，當(dāng)量也可以直接通過數(shù)值來給定，均不需要手動(dòng)去調(diào)節(jié)電位器；8、將傳統(tǒng)的開關(guān)、手動(dòng)減壓閥等改為按鍵控制，使操作界面美觀便于操控。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，包括分別為單個(gè)的網(wǎng)絡(luò)始端電阻(9)、脈沖識(shí)別模塊(2)、系統(tǒng)主控模塊(6)和網(wǎng)絡(luò)終端電阻(10)，分別為一個(gè)或一個(gè)以上的電源模塊(I)、人機(jī)交互模塊(3)、數(shù)字量輸出模塊(8)、數(shù)字量輸入模塊(4)和模擬量輸入模塊(7)，所述網(wǎng)絡(luò)中的電源模塊(I)、脈沖識(shí)別模塊(2)、人機(jī)交互模塊(3)、系統(tǒng)主控模塊(6)、數(shù)字量輸出模塊(8)、數(shù)字量輸入模塊(4)和模擬量輸入模塊(7)相互之間通過現(xiàn)場總線相連，所述的現(xiàn)場總線為與其相連的各個(gè)模塊進(jìn)行供電、通信，以及傳送同步脈沖信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)始端電阻(9)與電源模塊⑴相連，所述網(wǎng)絡(luò)終端電阻(10)與數(shù)字量輸出模塊⑶相連；所述的電源模塊(I)、數(shù)字量輸出模塊(8)和數(shù)字量輸入模塊(4)與電源端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)中的電源模塊(I)、脈沖識(shí)別模塊(2)、人機(jī)交互模塊(3)、系統(tǒng)主控模塊(6)、數(shù)字量輸出模塊(8)、數(shù)字量輸入模塊(4)和模擬量輸入模塊(7)的總個(gè)數(shù)不超過256個(gè)；所述的電源模塊⑴為系統(tǒng)中的5 6個(gè)非電源模塊提供網(wǎng)絡(luò)電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)，其特征在于所述的現(xiàn)場總線為CAN總線或PROFIBUS總線，所述的電源端連接直流電源，所述直流電源為電源模塊(I)提供網(wǎng)絡(luò)電源，并為數(shù)字量輸出模塊(8)和數(shù)字量輸入模塊(4)提供外部負(fù)載工作電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng),其特征在于所述的人機(jī)交互模塊(3)為帶觸摸屏的工控機(jī)，所述的人機(jī)交互模塊(3)連接鍵盤，數(shù)字量輸出模塊(8)、數(shù)字量輸入模塊(4)、模擬量輸入模塊(7)均具有CAN2接口和/或RS232接口，實(shí)現(xiàn)與基于CAN通信協(xié)議和/或RS232通信協(xié)議的數(shù)字設(shè)備通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng),其特征在于所述的電源模塊⑴采用隔離電源，電源模塊⑴包括CAN IN接口和CAN OUT接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于電源模塊(I)之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于電源模塊(I)之后的下一個(gè)模塊，CAN IN接口和CAN OUT接口均包括+24V供電電源線、地線、兩芯通信線，以及同步脈沖信號線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)字量輸出模塊⑶包括CAN IN接口、CAN OUT接口、電源輸入接口、CAN2接口、RS232接口和8通道輸出信號接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸出模塊(8)之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸出模塊(8)之后的下一個(gè)模塊，電源輸入接口用于提供現(xiàn)場電源，CAN2接口用于連接基于CAN通信的外部設(shè)備，RS232接口用于連接基于RS232通信的外部設(shè)備，8通道輸出信號接口的通道信號包括+24V電源輸出，受邏輯控制輸出的+24V高電平，同時(shí)可以根據(jù)程序控制輸出幅值為+24V的PWM脈沖信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)字量輸入模塊⑷包括CAN IN接口、CAN OUT接口、電源輸入接口、CAN2接口、RS232接口和8通道16路輸入信號接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸入模塊(4)之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于數(shù)字量輸入模塊(4)之后的下一個(gè)模塊，電源輸入接口用于提供現(xiàn)場輸出電源，CAN2接口連接基于CAN通信的外部設(shè)備，RS232接口用于連接基于RS232通信的外部設(shè)備，8通道16路輸入信號接口的每個(gè)通道信號包括+24V電源輸出信號，可以采集2路外部高低電平信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一權(quán)利要求所述的一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng),其特征在于所述的模擬量輸入模塊(7)包括CAN IN接口、CAN OUT接口、CAN2接口、RS232接口和8通道輸入信號接口，CAN IN接口用來連接系統(tǒng)中位于模擬量輸入模塊(7)之前的上一個(gè)模塊，CAN OUT接口用來連接系統(tǒng)中位于模擬量輸入模塊(7)之后的下一個(gè)模塊,CAN2接口連接基于CAN通信的外部設(shè)備，RS232接口用于連接基于RS232通信的外部設(shè)備，8通道輸入信號接口的I 6通道輸出±10. 000V電源信號，并采集±10. 000V以內(nèi)的模擬量輸入信號，7 8通道輸出±15. 000V電源信號，并米集±15. 000V以內(nèi)的模擬量輸入信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至3、5至8中任一權(quán)利要求所述的一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)，其特征在于所述的大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或星型 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠驑湫尉W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
11.一種對權(quán)利要求I至3中任一權(quán)利要求所述的大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟 S10:根據(jù)不同車型的控制功能羅列出包括數(shù)字量輸出信號、模擬量輸出信號，數(shù)字量輸入信號、模擬量輸入信號在內(nèi)的輸入/輸出信號的種類和數(shù)量； 511:根據(jù)系統(tǒng)控制信號的種類和數(shù)量配置控制系統(tǒng)中人機(jī)交互模塊(3)、系統(tǒng)主控模塊(6)、數(shù)字量輸出模塊(8)、數(shù)字量輸入模塊(4)和模擬量輸入模塊(7)的具體數(shù)量； 512:根據(jù)控制系統(tǒng)中人機(jī)交互模塊(3)、系統(tǒng)主控模塊(6)、數(shù)字量輸出模塊(8)、數(shù)字量輸入模塊(4)和模擬量輸入模塊(7)的具體數(shù)量來配置電源模塊(I)的數(shù)量； 513:將控制系統(tǒng)中數(shù)字量輸出信號，包括模擬量輸出信號分配到數(shù)字量輸出模塊(8)中，將系統(tǒng)中數(shù)字量輸入信號分配到數(shù)字量輸入模塊(4)中，將系統(tǒng)模擬量輸入信號分配到模擬量輸入模塊(7)中； 514:將控制系統(tǒng)中的儀表顯示信號、各種報(bào)警指示信號分配到人機(jī)交互模塊(3)； 515:編寫數(shù)字量輸出模塊(8)、數(shù)字量輸入模塊(4)和模擬量輸入模塊(7)的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)各種輸入/輸出的邏輯關(guān)系； 516:編寫人機(jī)交互模塊(3)的應(yīng)用程序、實(shí)現(xiàn)各種儀表的指示、報(bào)警信號的指示； S17:編寫系統(tǒng)主控模塊(6)的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主控模塊(6)對數(shù)字量輸出模塊(8)、數(shù)字量輸入模塊⑷和模擬量輸入模塊(7)的控制操作和診斷操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型養(yǎng)路機(jī)械分布式控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，包括分別為單個(gè)的網(wǎng)絡(luò)始端電阻、脈沖識(shí)別模塊、系統(tǒng)主控模塊和網(wǎng)絡(luò)終端電阻，分別為一個(gè)或一個(gè)以上的電源模塊、人機(jī)交互模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和模擬量輸入模塊，電源模塊、數(shù)字量輸出模塊和數(shù)字量輸入模塊與電源端相連，網(wǎng)絡(luò)中的電源模塊、脈沖識(shí)別模塊、系統(tǒng)主控模塊，人機(jī)交互模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和模擬量輸入模塊相互之間通過現(xiàn)場總線相連，現(xiàn)場總線電纜為各個(gè)模塊進(jìn)行供電、通信，以及同步信號傳送。本發(fā)明所描述的系統(tǒng)及其控制方法抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，實(shí)現(xiàn)了通用電氣控制系統(tǒng)對各種大型養(yǎng)路機(jī)械作業(yè)、走行功能的分散控制。
文檔編號G05B19/418GK102650878SQ20121006641
公開日2012年8月29日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者伍啟天, 吳慶立, 李懿, 陳平松, 馬世宏 申請人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司, 株洲時(shí)代電子技術(shù)有限公司