基于現場總線的鐵路大型養路機械電氣控制系統
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圖1：傳統的接線方式
普拉塞―陶依爾公司的模擬集中式控制系統存在以下不足：
（1）監視儀表、指示及報警燈安裝位置分散；模擬儀表信號僅用作顯示而未進入過程控制；
（2）插裝式電路板的抗振性能、抗沖擊性能、防塵性能均不好；模擬電路板的調整（如校“0”、標定）由多個電位器來完成，比較復雜；控制系統中采用模擬量對傳輸及控制信號進行轉換、傳遞，其精度差、受干擾信號影響大，因而整個控制系統的控制效果及系統穩定性都較差；
（3）集中控制模式使得作業主控制柜體積較大；I/O信號傳統的接線方式，使作業主控制柜中有大量連接電纜，使斷點和接點增加而增加故障點，使檢修和維護變得復雜。
3 系統要求
針對上面列舉的不足，有必要設計一種新的電氣控制系統，它應滿足以下要求。
3.1 基本要求
新的大型養路機械電氣控制系統應具有統一的顯示、指示及報警，具有過程控制功能；具有較高的可靠性和穩定性，具有較好的抗振性能、抗沖擊性能、防塵性能，能經受高溫、高濕的環境。
3.2 具體要求
新的鐵路大型養路機械電氣控制系統主要針對柴油機監視控制子系統、高速走行監視控制子系統、作業監視控制子系統進行重新設計，而對于整車電源子系統和輔助設備子系統，它們都是點對點的簡單控制，不作重新設計。下面詳細介紹這三個子系統的各種輸入輸出信號。
3.2.1 柴油機監視控制子系統
3.2.1.1 柴油機監視部分
輸入DI信號：油壓開關信號、缸蓋溫度（水溫）開關信號、空氣濾清器開關信號、直流發電機發電狀態開關信號等；
輸入AI信號：轉速傳感器信號、油壓傳感器信號、缸蓋溫度（水溫）傳感器信號、電瓶電壓信號、柴油油位傳感器信號等；
輸出DO信號：預熱指示信號等；
3.2.1.2 柴油機控制部分
輸入DI信號：怠速位感應開關信號、高速走行位感應開關信號、作業位感應開關信號等。
輸出DO信號：油門電機驅動信號等；
3.2.2 高速走行監視控制子系統（靜液壓傳動模式）
3.2.2.1 高速走行監視部分
輸入DI信號：各軸掛、脫擋感應開關信號等；
輸入AI信號：速度―里程傳感器信號等；
3.2.2.2 高速走行控制部分
輸入DI信號：掛擋開關信號，點動掛擋開關信號，向前、向后走行開關信號，走行手柄位置信號等。
輸入AI信號：走行手柄電位器信號等。
輸出DO信號：向前、向后閥驅動信號，掛擋閥驅動信號等。
輸出AO信號：走行泵比例閥驅動信號等。
3.2.3 作業監視控制子系統（以新型穩定車為例）
輸入DI信號：各種開關、行程開關、感應開關信號共125個；
輸入AI信號：左、右抄平傳感器信號，前、后電子擺信號，正矢傳感器信號，測量輪信號，加速度傳感器信號，振頻傳感器信號共7個；
輸出DO信號：各種開關電磁閥驅動信號共82個；
輸出AO信號：比例電磁閥驅動信號共4個。
4 系統設計
4.1 INTERBUS現場總線簡介
INTERBUS現場總線于1984年推出，其主要技術開發者為德國的Phoenix Contact公司。INTERBUS現場總線采用非常獨特的集總幀傳輸協議，有效數據傳輸率高達52%，具備強大的故障診斷功能；采用雙絞線無中繼器傳輸距離長達12.8公里；單主站可連接最多達255個從站；掃描8192個I/O點的時間僅為7.8毫秒（500Kbps）。由于該總線的快速發展和廣泛使用，INTERBUS 已先后成為DIN19258德國標準、EN50254歐洲標準、IEC61158現場總線國際標準和中國機械工業標準JB/T 10308.8所規定的標準現場總線。INTERBUS在全球有1000多家總線設備生產商，提供多達2500種產品。到目前為止，INTERBUS現場總線在世界各地的節點安裝突破750萬，在各種現場總線中名列第二。
今天，作為現場總線、PC-Based、工業以太網技術的先導，菲尼克斯又率先提出了Fieldbus+Ethernet這一新型自動化方案，構造了完善的工業企業管理控制網絡。
INTERBUS總線包括遠程總線網絡和本地總線網絡，兩種網絡傳送相同的信號但電平不同。遠程總線網絡用于遠距離數據傳送，采用RS-485傳輸，遠程網絡采用全雙工方式進行通訊，通訊速率為500kb/s。本地總線網絡連接到遠程網絡上，網絡上的總線終端BT（BUSTerminal）上的BK模塊負責將遠程網絡數據轉換為本地網絡數據。INTERBUS總線上的主要設備有總線終端BT（BUSTerminal）上的BK模塊、I/O模塊和安裝在PC或PLC等上位主設備中的總線控制板。總線控制板是INTERBUS總線上的主設備，用于實現協議的控制、錯誤的診斷、組態的存儲等功能。I/O模塊實現在總線控制板和傳感器/執行器之間的接收和數據傳輸，可處理的數據類型包括機械制造和流程工業的所有標準信號。
INTERBUS的主要應用在汽車、造紙、煙草、印刷、倉儲、船舶、食品、冶金、木材、紡織、化工等行業。歐洲汽車工業80%的車身廠和焊接車間，均采用INTERBUS系統的控制方案。在上海大眾的帕薩特生產線、一汽大眾的Audi A6生產線上、紅塔集團玉溪卷煙廠新的生產線，均全面采用了INTERBUS作控制方案。
4.2 系統網絡結構
根據鐵路大型養路機械控制系統的特點，基于PPC工業控制計算機、PLC及現場總線INTERBUS的鐵路大型養路機械控電器制系統的系統網絡結構如圖2所示，它分為兩層：監控層和現場控制層。
4.2.1 監控層
監控層由高速以太網Ethernet、PPC工業控制計算機、TP觸摸屏顯示器以及連接在PPC上的打印機組成。監控層主要完成以下功能：
（1）柴油機監視控制子系統中柴油機轉速、油壓、缸蓋溫度（水溫）、電瓶電壓、柴油油位的顯示；低油壓、高缸蓋溫度（水溫）、空氣濾清器堵塞狀態、直流發電機發電狀態的報警指示；預熱指示；怠速位、高速走行位、作業位的指示等。
（2）高速走行監視控制子系統（靜液壓傳動模式）中速度―里程，各軸掛、脫擋狀態的顯示；掛擋開關，點動掛擋開關，向前、向后走行開關，走行手柄電位器，走行手柄位置的顯示等。
（3）作業監視控制子系統（以新型穩定車為例）中各種開關，作業機構的各種行程開關、感應開關狀態的顯示；左、右抄平傳感器信號，前、后電子擺信號，正矢傳感器信號，加速度傳感器信號，振頻傳感器信號，作業速度的顯示。
（4）系統參數的設置。
（5）系統故障診斷。
（6）軌道參數的記錄及打印輸出。
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