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摘 要：公司为MAN32/40批量化生产，预计新建柴油机试验台位5座。一期投入建设水冷系统一套，试验台位2座，主要用于性能测试，兼顾出厂试验。本文介绍了该台位电气控制系统的硬件及软件设计方案。
关键词：可编程控制器（PLC）；人机界面（HMI）；工控机（IPC）；分布式控制系统（DCS）
一、控制方案
各系统（5座试验台位、1套公共水冷系统）使用独立控制系统，其中5座台位采用PLC+HMI+IPC形式控制方案；公共水冷系统使用PLC+HMI形式控制方案。在硬件结构中，HMI实现人机对话功能，PLC实现动作控制功能，IPC实现程序控制、数据采集、数据分析、数据记录功能，三者之间实现相互通信，数据共享。其中，水冷系统与各台位之间通过PLC通信模块，实现远程逻辑控制，实验台位可根据自身需要，远程控制水冷系统。
二、硬件设计
1、HMI系统
使用三菱GT系列12.1寸、65536色触摸屏，型号为GT1585-STBD；配套PLC总线连接模块及人机通信电缆20米，实现与PLC通信功能，该通信模式为三菱专用总线通信模式，具有高响应速度以及高可靠性等特点。通信模块型号为GT15-QBUS，电缆型号为型号GT15-QC200BS。将HMI嵌入操作台上，另外在操作台上设置少量控制按钮（包括急停、手动/自动切换、总电源开关等），主要实现各设备的手动操作功能。
2、PLC系统
单个台位使用三菱Q系列PLC系统，包括PLC基板1块，型号为Q38B-E，该基板有8个I/O槽数，可以使用8个I/O模块；PLC电源模块1块，型号Q63P，为PLC系统供电；PLC CPU 1块，型号Q01CPU，该CPU程序容量：14k步，输入输出软元件数：2048点，输入输出点数：1024点；PLC输入模块2块，型号QX42（64点）；PLC输出模块3块，型号QY42P（64点）2块，型号QY41P（32点）1块；PLC串行通信模块1块，型号QJ71C24N，实现与IPC系统通信；端子排5块，型号Q6TBXY36，配套端子排电缆，型号AC10TB，实现PLC I/O模块与外部设备的连接；CCLINK远程输入模块及输出模块各1块，型号分别为AJ65SBTB1-32D及AJ65SBTB1-32T，配套通信电缆，型号GT01-C50R2-6P，实现与公共系统通信。公共系统需要CCLINK通信模块，型号QJ61BT11N，实现与各台位的远程通信，CCLINK模块使用RS485接口连接。
3、IPC系统
设计两套独立IPC，每套IPC各有22寸液晶显示器一台，放在操作台上，操作人员可在操作台上，对台位数据进行实时监控，同时可以在操作台上通过IPC系统，编制台位自动运行流程。IPC之间实现数据共享，之中一套主要用于台位自动控制，另一套主要用于数据处理、打印等功能。
4、数据采集系统
台位设计为性能试验台，兼顾出厂试验台，具有大量的模拟量采集点。单个台位使用泓格数据采集模块14块，型号7017z，该模块最多可采集10个4-20mA模拟信号，精度0.1%，采样速率最高可达60次/秒；使用泓格通信模块，型号i-7561，将7017z的RS485硬件接口转化为USB硬件接口，与IPCUSB接口连接，将所有采集量传输至IPC系统。另外，与PLC串行模块通信也需要使用i-7561模块将RS485接口转换为USB接口以便PLC与IPC的通信。
三、软件设计
1、HMI+PLC软件设计
使用三菱GT Designer软件对HMI进行初始化、页面设计；使用GX Designer对PLC进行参数设置，逻辑、通信编程。另外，可使用GT Simulator及GX Simulator软件在PC上进行模拟调试。由于HMI与PLC均使用三菱平台，HMI与PLC之间通信使用三菱独有的总线通信方式，只需将HMI设置为总线通信即可，系统可以自己完成数据交换。
2、IPC软件设计
IPC使用windows XP操作系统，可以使用开放性软件进行页面、逻辑设计。使用Delphi软件进行页面组态，逻辑、通信编程。通过PLC串行通信模块上的RS485接口，使用Modbus RTU协议与PLC进行数据交换，通过PLC对所有设备进行监控。可在IPC上人工编辑控制流程，通过PLC进行实验流程控制。
需要注意的是IPC与数据采集系统间以及IPC与PLC间的通信问题。由于数据采集系统由很多模块组成，通信方式为RS485下的Modbus RTU协议，因此需要对各模块进行地址设置。而IPC与PLC间由于是不同系统之间的通信，使用Delphi软件编制通信程序与PLC串行模块交换数据时，是将数据包先放在PLC串行模块的缓冲区内，再由PLC将串行模块中缓冲区内的数据传输至预先设置好的软元件中，PLC在做逻辑编程时，可直接调用该软元件的数据。在IPC上可实现人工编辑控制流程，经过数据传输后，通过PLC进行实验流程控制。
四、结语
在整个设计过程中，需要着重关注各系统之间的通信问题，三菱系统间的通信需要注意硬件的配置、软件的参数设置；而不同系统之间的通信则需要注意接口的转换、通信程序的编写、以及数据的传输路径。
由于使用了PLC+HMI+IPC系统配置，在实际使用中，从功能上来说已经接近于一套DCS系统，只是在冗余功能上与DCS系统有一定差距。除了满足台位自身需求外，该系统还可以与其他系统进行连接。实际使用中，我们实现了与发动机控制系统间的通信以及水力测功系统间的通信。总之，这是一套实用、经济、灵活的控制系统。
参考文献：
[1]李浩军，徐正喜，吴大立，魏华.负载电动机保护断路器整定值研究[J].船电技术，2011，（8）.
[2]正泰电器科技创新结硕果"N"系列产品--NM8系列塑料外壳式断路器[J].机床电器.2011，（4）.
[3]路晓冰.富士电机征战"标准"[N].中国电力报，2008-03-25.
[4]陶波.RMQ1系列双万能断路器一体式自动转换开关的应用[N].电子报，2010-05-09.
作者简介：宋宇（1980-），四川资阳市人，西南交大毕业，本科。
关键词：可编程控制器（PLC）；人机界面（HMI）；工控机（IPC）；分布式控制系统（DCS）
一、控制方案
各系统（5座试验台位、1套公共水冷系统）使用独立控制系统，其中5座台位采用PLC+HMI+IPC形式控制方案；公共水冷系统使用PLC+HMI形式控制方案。在硬件结构中，HMI实现人机对话功能，PLC实现动作控制功能，IPC实现程序控制、数据采集、数据分析、数据记录功能，三者之间实现相互通信，数据共享。其中，水冷系统与各台位之间通过PLC通信模块，实现远程逻辑控制，实验台位可根据自身需要，远程控制水冷系统。
二、硬件设计
1、HMI系统
使用三菱GT系列12.1寸、65536色触摸屏，型号为GT1585-STBD；配套PLC总线连接模块及人机通信电缆20米，实现与PLC通信功能，该通信模式为三菱专用总线通信模式，具有高响应速度以及高可靠性等特点。通信模块型号为GT15-QBUS，电缆型号为型号GT15-QC200BS。将HMI嵌入操作台上，另外在操作台上设置少量控制按钮（包括急停、手动/自动切换、总电源开关等），主要实现各设备的手动操作功能。
2、PLC系统
单个台位使用三菱Q系列PLC系统，包括PLC基板1块，型号为Q38B-E，该基板有8个I/O槽数，可以使用8个I/O模块；PLC电源模块1块，型号Q63P，为PLC系统供电；PLC CPU 1块，型号Q01CPU，该CPU程序容量：14k步，输入输出软元件数：2048点，输入输出点数：1024点；PLC输入模块2块，型号QX42（64点）；PLC输出模块3块，型号QY42P（64点）2块，型号QY41P（32点）1块；PLC串行通信模块1块，型号QJ71C24N，实现与IPC系统通信；端子排5块，型号Q6TBXY36，配套端子排电缆，型号AC10TB，实现PLC I/O模块与外部设备的连接；CCLINK远程输入模块及输出模块各1块，型号分别为AJ65SBTB1-32D及AJ65SBTB1-32T，配套通信电缆，型号GT01-C50R2-6P，实现与公共系统通信。公共系统需要CCLINK通信模块，型号QJ61BT11N，实现与各台位的远程通信，CCLINK模块使用RS485接口连接。
3、IPC系统
设计两套独立IPC，每套IPC各有22寸液晶显示器一台，放在操作台上，操作人员可在操作台上，对台位数据进行实时监控，同时可以在操作台上通过IPC系统，编制台位自动运行流程。IPC之间实现数据共享，之中一套主要用于台位自动控制，另一套主要用于数据处理、打印等功能。
4、数据采集系统
台位设计为性能试验台，兼顾出厂试验台，具有大量的模拟量采集点。单个台位使用泓格数据采集模块14块，型号7017z，该模块最多可采集10个4-20mA模拟信号，精度0.1%，采样速率最高可达60次/秒；使用泓格通信模块，型号i-7561，将7017z的RS485硬件接口转化为USB硬件接口，与IPCUSB接口连接，将所有采集量传输至IPC系统。另外，与PLC串行模块通信也需要使用i-7561模块将RS485接口转换为USB接口以便PLC与IPC的通信。
三、软件设计
1、HMI+PLC软件设计
使用三菱GT Designer软件对HMI进行初始化、页面设计；使用GX Designer对PLC进行参数设置，逻辑、通信编程。另外，可使用GT Simulator及GX Simulator软件在PC上进行模拟调试。由于HMI与PLC均使用三菱平台，HMI与PLC之间通信使用三菱独有的总线通信方式，只需将HMI设置为总线通信即可，系统可以自己完成数据交换。
2、IPC软件设计
IPC使用windows XP操作系统，可以使用开放性软件进行页面、逻辑设计。使用Delphi软件进行页面组态，逻辑、通信编程。通过PLC串行通信模块上的RS485接口，使用Modbus RTU协议与PLC进行数据交换，通过PLC对所有设备进行监控。可在IPC上人工编辑控制流程，通过PLC进行实验流程控制。
需要注意的是IPC与数据采集系统间以及IPC与PLC间的通信问题。由于数据采集系统由很多模块组成，通信方式为RS485下的Modbus RTU协议，因此需要对各模块进行地址设置。而IPC与PLC间由于是不同系统之间的通信，使用Delphi软件编制通信程序与PLC串行模块交换数据时，是将数据包先放在PLC串行模块的缓冲区内，再由PLC将串行模块中缓冲区内的数据传输至预先设置好的软元件中，PLC在做逻辑编程时，可直接调用该软元件的数据。在IPC上可实现人工编辑控制流程，经过数据传输后，通过PLC进行实验流程控制。
四、结语
在整个设计过程中，需要着重关注各系统之间的通信问题，三菱系统间的通信需要注意硬件的配置、软件的参数设置；而不同系统之间的通信则需要注意接口的转换、通信程序的编写、以及数据的传输路径。
由于使用了PLC+HMI+IPC系统配置，在实际使用中，从功能上来说已经接近于一套DCS系统，只是在冗余功能上与DCS系统有一定差距。除了满足台位自身需求外，该系统还可以与其他系统进行连接。实际使用中，我们实现了与发动机控制系统间的通信以及水力测功系统间的通信。总之，这是一套实用、经济、灵活的控制系统。
参考文献：
[1]李浩军，徐正喜，吴大立，魏华.负载电动机保护断路器整定值研究[J].船电技术，2011，（8）.
[2]正泰电器科技创新结硕果"N"系列产品--NM8系列塑料外壳式断路器[J].机床电器.2011，（4）.
[3]路晓冰.富士电机征战"标准"[N].中国电力报，2008-03-25.
[4]陶波.RMQ1系列双万能断路器一体式自动转换开关的应用[N].电子报，2010-05-09.
作者简介：宋宇（1980-），四川资阳市人，西南交大毕业，本科。