应用于铁道客车电气行业的OMRON自动化产品

1.引言

原有的电气监控系统仅是普通的继电接触控制系统，各个电气监控部分分散独立，如供电电源选择控制部分、空调机组控制部分、客车照明转换控制部分、应急电源控制部分等都是独立的低压电气屏柜，布线量大，走线复杂，电磁兼容性差，自动化程度低，空调控制精度不高，系统集成度差、生产成本高、操作不便、维护困难等，已无法满足铁道客车电气监控系统快速发展的需要，铁道客车电气监控系统的设计改进势在必行。

在铁道客车电气行业领导机构的大力组织协调下，相关行业设计工厂与科研院所共同研发设计了新型的铁道客车电气监控系统，即铁道客车低压电气综合控制屏柜（以下简称综合控制柜）。控制柜用于AC380V或DC600V供电的空调旅客列车，将客车老式电气监控系统的各个电气监控部分进行了优化整合，集成到统一的低压电气屏柜内。典型的综合控制柜采用OMRON的PLC（CPM2A-CPU61）、PLC的I/O扩展模块CPM1A-20EDR1、通讯适配器CPM1-CIF01、NT系列可编程终端NT31或NT631等构成控制核心，采用NS系列可编程终端NS10作为列车网络的集中监控终端，实现了以下以几点主要设计工艺：

（1）客车供电电源的选择、转换、故障判断保护等自动控制、手动控制；

（2）客车空调机组的工况选择、转换、故障判断保护等自动控制、手动控制；

（3）客车应急供电电源的监控保护、转换控制；

（4）客车照明系统的转换控制；

（5）客车车载网络智能监控系统的实现。

根据不同铁道客车类型，实际的综合控制柜控制核心硬件配置还采用过OMRON的PLC主机CPM2A-30CDR-D，模拟量扩展模块CPM1A-DA001等。

综合控制柜的PLC通过微型可编程序终端NT31（以下简称触摸屏）接受各种指令并自动执行相应的操作步骤，对电气系统运行中出现的各种故障及时进行诊断、指示并保护，综合控制柜具有检测、控制、诊断保护、信息提示、联网通讯功能，实现供电及控制系统的综合控制，PLC通过适配器与车载网络设备的串行通讯实现与本车装备的智能电气设备的通讯及实现客车与客车之间的相互联网通讯，并为逐步实现车对地、地对车的计算机联网通讯打下了技术基础。

2.新型电气监控系统的系统构成

新型铁道客车电气监控系统以OMRON的CPM2A-CPU61可编程控制器、12/8点的I/O扩展模块（CPM1A-20EDR1）、触摸屏（NT31-ST122-EV2或NT31-ST123-EV3）、通讯适配器CPM1-CIF01等为控制核心，采用NS系列可编程终端NS10作为列车网络的集中监控终端，由供电电源控制部分、空调机组控制部分、应急电源控制部分、照明控制部分、联网通讯部分等几大功能单元有机结合而成，其系统结构框图如附图所示，各个功能单元的控制方案分析如下：

2.1 控制核心部分

（1）PLC主机CPM2A-CPU61CPM2A-CUP61主机对整个电气系统进行自动控制，实时监测电气系统运行过程中的参数并对其进行分析，对出现故障自动处理，通过显示触摸屏NT31实现人机对话，响应显示触摸屏输入的命令、参数，将故障信息、运行记录通过显示触摸屏显示等。其硬件配置情况如下：

• 模拟量输入点： 17点（0～10V）;

• 温度输入点： 1点（PT100）;

• 开关量输入点： 12点（直流24V，8mA）;

• 开关量输出点： 16点（继电器输出）;

• 输出端最大开关能力：2A，250VAC（cosφ=1），2A，24V;

• 输出端最小开关能力：10mA，5VDC。

 

（2）触摸屏NT31NT31采用全中文液晶显示触摸屏（带背光），具有字符类型和图象类型显示，由通讯接口和PLC的外设接口进行通讯。主要功能是现场参数设定，电源转换、空调机组等功能单元运行工况的人为控制，运行工况状态与电气参数的显示与记录，实时报告各功能单元的故障现象、记录故障参数等。其技术规格如下：

• 字符、图象类型显示：20×15个汉字；

• 液晶显示器规格： 320×240点；

• 有效显示面积： 122×92mm2。。

（3）开关量扩展I/O单元CPM1A-20EDR1CPM1A-20EDR1可提供12点的开关量输入点、8点的继电器输出点，可扩展系统的控制点数，根据不同客车类型可选择一块或两块。

（4）适配器CPM1-CIF01CPM1-CIF01是通讯转换模块，实现PLC与车载网络设备的串行通讯。

（5）可编程终端NS10NS系列触摸屏是工业级的IT人机界面，具有高亮度、宽视角；多语言支持（16种）、用于梯形图监控和数据传送、存储的CF卡；丰富的宏语言功能；具有Ethernet和Controller Link网络接口，USB打印驱动；增强网络功能等特点。在电气监控系统中，选用NS10作为列车网络的终端实现对车载网络的集中监控。

2.2 供电电源控制部分

综合控制柜的供电电源取自两路贯通全列客车的供电母线，可实现手动或自动选择其中一路供电，实时监测供电电源的电压、电流、漏电电流等电气参数。在PLC自动控制供电的情况下，可实现根据车厢编号的均衡供电，保证电气负载基本均衡分配到两路供电母线上，同时可实现供电电源的输出过压、输出欠压、输出三相电压不平衡等故障的判断、保护转换、报警提示、故障数据记录等控制功能与客车电气系统的在线绝缘监测保护控制功能。

2.3 空调机组控制部分

客车供电实现后，综合控制柜可手动或自动控制空调机组选择“弱风”、“强风”、“半冷”、“半暖”、“全冷”、“全暖”等工况及在各个工况之间进行转换，同时可实时监测车内温度、外界环境温度、空调压缩机或空气预热器的工作电流、机组工作时间等运行参数并进行记录，同时可实现通风机与冷凝风机的过载故障、压缩机的压力故障与过流故障、空气预热器的内部超温故障等故障的判断、保护转换、报警提示、故障数据记录等功能。

在PLC自动控制空调机组的情况下，PLC根据供电状态、车内温度实测值与在NT31触摸屏参数设定界面预先设定的“制冷”、“制暖”温度设定值的比较结果，控制空调机组自动选择各个工况，根据自动控制温度曲线、温度回差等控制机组在各个工况之间转换，同时可实现空调压缩机与预热器的过流故障、过载故障、三相电流不平衡故障、缺相故障等故障的电子软保护与报警提示、转换控制功能，还可根据压缩机与预热器的运行时间自动调节其工作时间的均衡性。