基于軟邏輯控制器ADAM-5510kW的列車真空集污監控系統

1 引言
列車用真空集污系統該系統用于對鐵路旅客列車廁所污物的收集，避免沿路外排對鐵路沿線的污染。系統主要由蹲便器、坐便器、中間箱、污物箱、灰水(洗漱用水等)收集系統、電器監控系統組成。其中監控系統由主控制模塊、便器沖洗控制模塊和灰水收集控制模塊組成。主控制模塊控制中間箱的動作(包括真空的形成、排空等)和污物箱的動作;便器沖洗模塊主要控制便盆的沖洗和排空;灰水收集模塊主要控制灰水的排放;主控制模塊還具有系統的故障顯示存儲和對外(車上、觸摸屏終端設備)等信號輸出的功能。

2 監控系統組成
真空集污系統電器監控部分主要由研華軟邏輯控制器ADAM-5510kW、ADAM-5051S+ADAM-5056S+ADAM-5055S+ADAM-5068、ADAM-4055模塊組成;終端人機界面設備采用Proface公司的GP37W2-BG41-24V型觸摸屏，內嵌組態軟件，支持Modbus協議。系統結構功能框圖如圖1所示:

圖1 列車真空集便監控系統的組成及架構

3 系統功能實現
3.1 人機界面接口
采用Proface公司的GP37W2型觸摸屏，有2個串口:一個為編程口，通過主機配置觸摸屏的設置、通過組態軟件編寫人機界面并下載到觸摸屏中運行;另一個為通信口，觸摸屏通過此通信口采用Modbus RTU Master協議和ADAM-5510kW的COM1口交換數據、傳遞信息。觸摸屏的功能:顯示目前系統的狀態:待機、沖水和各種故障;顯示各控制模塊的所有輸入、輸出及其狀態;顯示所有計時器及其設定值同時可以進行參數設置并下傳到ADAM-5510kW中;顯示故障狀態及沖洗的次數;能通過觸摸屏對各種動作進行手動操作，例如打開某個閥等等。
3.2 ADAM-5510kW軟邏輯控制器
作為軟邏輯控制器，ADAM-5510kW有很多優點，對于本系統來講，實時多任務功能，應用kW公司的Multiprog軟件采用梯形圖(LD)/功能塊(FBD)編程，COM1口的ModBus RTU Slave協議，COM4口的ModBus RTU Master協議外掛ADAM-4055模塊進行遠程控制，大容量存儲空間，電池備份區，可以存儲Source files，功能豐富的庫函數…等等。
作為控制的核心部分，通過在主機上的Multiprog軟件進行編程、編譯，并下載到ADAM-5510kW中運行，根據程序流程控制，對輸入模塊進行監測，對輸出模塊進行控制，對遠程模塊進行狀態監控，和觸摸屏進行數據交換等。
3.3 ADAM-5000 I/O模塊
本系統采用了數字量輸入模塊ADAM-5051S、數字量輸入/輸出模塊ADAM-5055S、數字量輸出模塊ADAM-5056S、繼電器模塊ADAM-5068。
(1) ADAM-5051S，帶光電隔離，輸入信號支持高電壓到50V，帶LED輸入指示燈。
(2) ADAM-5055S，帶光電隔離，既有輸入也有輸出，輸入支持干節點和濕節點，輸出是集電極開路可提供40V/200mA電流輸出。帶LED輸入指示燈。
(3) ADAM-5056S，帶光電隔離，輸出是集電極開路可提供40V/200mA電流輸出。帶LED輸入/輸出指示燈。
(4) ADAM-5068，8路A型繼電器通道，觸點容量支持AC:120V@0.5A，DC:30V@1A數字量輸入模塊在系統中接各種功能按鈕如復位按鈕、污物箱手動排空、防凍排空等;接開關信號如中間箱液位信號、污物箱液位信號、各種壓力信號、灰水收集模塊的輸入信號等。
(5) 數字量輸出模塊在系統中接各種指示燈，包括中間箱壓力指示燈、真空壓力指示燈、污物箱滿度指示燈、防凍排空指示燈、系統報警指示燈、灰水故障指示燈、沖洗按鈕故障、通信連接指示燈等等。
(6) 繼電器模塊控制各種電磁換向閥，分別控制便盆排泄閥、灰水收集罐排放閥、壓縮空氣輸入閥、輸出閥等等。

3.4 遠程模塊
本系統采用了ADAM-4055，8路數字量輸出和8路數字量輸入，輸入支持干節點和濕節點，濕節點支持高電壓到50V;數字量輸出是集電極開路可提供40V/200mA電流輸出。帶LED輸入/輸出指示燈。支持Advantech的ADAM ASCII協議和Modbus RTU slave協議兩種協議。在本系統中采用ModBus協議。遠程模塊采用RS-485串口方式和ADAM-5510kW的COM4口連接，由ADAM-5510kW對其進行控制。
遠程模塊用來監控沖洗模塊，輸入信號接便盆高液位信號輸入、排泄閥磁性開關輸入、沖洗按鈕;輸出信號控制電磁換向閥(沖洗控制)、故障指示燈等。因為沖洗模塊分別安裝在列車廁所便池旁，而ADAM-5510kW主控模塊安裝在列車的過道頂部，兩者距離較遠，所以通過RS-485進行遠程控制。而在ADAM-5510kW系統中對ADAM-4055的配置及編程實現也尤其方便。

4 ADAM-5510kW支持的協議及方式
在本系統中，對ADAM-5510kW使用了三種協議:COM1口Modbus RTU slave協議，COM2口Multiprog協議，COM4口Modbus RTU master協議。
4.1 COM1口
COM1口使用Modbus RTU slave協議和觸摸屏進行連接，采用RS-232方式。
4.2 COM2口
COM2口使用Multiprog協議和主機上的Multiprog軟件進行連接，編程下載、在線監控等，如圖2所示:

圖2 COM1口通過ModbusRTU slave協議連接觸摸屏
COM2口通過Multiprog協議和主機連接

注意:ADAM-5510kW的撥碼開關設置如下(無需軟件設置):

4.3 COM4口
COM4口使用Modbus RTU master協議和ADAM-4055遠程模塊進行連接，如圖3所示:

圖3 COM4口通過Modbus RTU master協議和遠程ADAM-4000模塊連接
只需先在ADAM-4000utility中將adam-4055的協議更改為Modbus協議，然后在Multiprog軟件的I/O Configuration中進行如圖4所示配置即可(無需硬件設置)。

圖4 在Multiprog中設置ADAM-4055模塊

5 軟件系統編程
5.1 Proface觸摸屏的監控軟件
在主機上編寫Proface觸摸屏的監控軟件，并下載到Proface觸摸屏中運行。編寫如圖5所示，運行在觸摸屏上的一些界面如圖6所示。

圖5 在Drawing Board中編輯觸摸屏界面

圖6 運行在觸摸屏上的畫面(適時和ADAM-5510kW通信)

5.2 ADAM-5510kW軟件編程
在主機上運行MULTIPROG軟件，在此軟件中編輯程序、編譯、并下載到ADAM-5510kW中運行，同時可以在MULTIPROG軟件中在線監控程序的執行。MULTIPROG編程軟件遵循IEC61131-3標準，同時支持IL、ST、FBD、LD和SFC五種編程語言，支持多任務同時運行。軟件編程分為6個步驟。
(1) 新建Project，選擇ADAM-5510模板、資源設置(resource setting)、配置系統I/O模塊(I/O configure).配置系統I/O模塊指根據選用的本地I/O模塊和遠程I/O模塊分別加載。配置好所有參數后，就可以通過Project Control Dialog下載所有配置。
(2) 在Logic POU中進行編程，可以選用IL、ST、FBD、LD和SFC五種編程語言中的一種，其中FBD、LD和SFC可以在同一個POU中混合編程。本系統中采用FBD、LD和ST語言進行編程。
(3) 在Task中添加任務，并關聯相關程序。在本系統中使用了Default Task、Cyclic Task、Event Task和System Task，四種task形式全部使用。
(4) 程序編寫完成后，進行編譯，如果出現Error和Warning，支持錯誤定位并修改程序。
(5) 通過Project Control Dialog下載程序，并運行，可以選擇Debug來在線調試程序、監控程序的運行。
(6) 當系統程序開發完畢，還可將源程序(包括工程文件、庫、POU和Task等)下載到ADAM-5510kW中進行備份保存;也可通過Multiprog軟件將源文件上傳上來。
在Multiprog軟件中操作如圖7所示。

圖7 Multiprog軟件中的功能實現

6 結束語
列車真空集便監控系統以前采用的是單片機控制，但單片機系統存在系統維護不方便、運行速度慢、系統擴展功能差、開發周期長等缺點。采用ADAM-5510kW，不僅有效解決了上述問題，而且系統運行的可靠性、穩定性得到提高，更為可貴的是ADAM-5510kW很方便支持Modbus RTU Master/slave協議，編程簡單、明了，架構開放性好，減少了系統開發調試的時間，得到各方一致好評。