電力機車輔助電機PID控制研究

3 軟件設計
軟件設計包括HMI軟件設計和PLC軟件設計。HMI軟件設計是借助文本顯示器專用軟件開發工具設計主界面、參數設置界面、記錄查詢界面、曲線顯示界面及系統管理界面。主界面是系統正常工作時顯示的界面，也是系統開機后默認進入的界面，主要分牽引電機溫度、風機參數、環境溫度和機車型號、操作按鈕、系統日期和時間顯示區域。牽引電機溫度顯示區域依次顯示每臺牽引電機的實時溫度。風機參數顯示區域顯示每臺風機的當前轉速和風量參數。主界面底部顯示環境溫度和機車型號，環境溫度也是實時的，機車型號是在系統管理界面預先設置的。為了在主界面中實現其他界面的切換，在主界面中設計了參數、記錄、曲線和系統四個按鈕，用手觸摸即可進入相應界面進行操作。此外，主界面還顯示系統的當前日期和時間。主界面運行結果如圖2所示。

參數設置界面是設置PID控制器的自動控制方式、作用控制方式、設定值、比例系數、積分時間、微分時間、取樣時間、調節死區、輸入上限、輸入下限、輸出上限、輸出上限等系統參數的界面，機車型號不同，電機的型號也不盡相同，對應的PID的控制參數也不同，機車型號在本界面中用下拉菜單選擇，PID控制器的每一個參數都有上限值和下限值，輸入的參數超出上下限則設置無效。
記錄查詢界面是查詢歷史記錄的界面，在系統運行過程中，出現牽引電機溫升異常，溫度過高，風機電機轉速異常甚至停轉，傳感器開路，以及更改參數等情況時，系統立即啟動事件相應，記錄發生的異常事件日期和時間、事件名稱及恢復時間等信息，并保存在存儲器中，這些歷史記錄既可以在本界面中查看，也可以以只讀文件的形式存儲在U盤中，在PC上用專用的軟件處理生成EXCEL格式的文件。曲線顯示界面實時顯示牽引電機隨時間連續變化的溫度，1臺電機對應1條曲線，所有曲線在一屏中顯示，以不同的顏色相互區別。系統管理界面用來設置系統的日期和時間，操作密碼的設置和更改。
PLC軟件設計在PLC專用軟件設計工具中用梯形圖編程實現，主要內容包括PLC型號的選擇，開關量輸入的濾波時間、模擬量輸入輸出的上限和下限、數據的采集和處理以及以PID控制器的參數自動調節為主要功能的主程序設計嘲。PLC和HMI的通信采用應用廣泛的Modbus通信協議實現，通信參數設置為：波特率19 200，無校驗位，8位數據為，2位停止位。為了滿足故障導向安全原則，在系統故障的情況下保證機車正常工作，在PLC軟件中設計了故障診斷功能，一旦出現系統故障，本控制系統將立即停止工作，同時PLC的數字量輸出接通相應的邏輯控制電路，切換到由機車工況決定的人工控制。

4 結束語
通過分析控制對象的特點和要求，在滿足故障導向安全原則的前提下，提出了利用PID控制作為控制策略，設計了硬件實現方案，分別編制了PLC和HMI的軟件，通過模擬運行，實現了文中提出的控制功能。