摘要 ： 本文介紹了以ADAM-5510KW為監(jiān)控核心的青藏鐵路旅客用列車真空集便監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用，以及Modbus RTU協(xié)議在此系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。由臺(tái)灣研華公司推出的PC-Based軟邏輯控制器ADAM-5510KW系列產(chǎn)品，符合IEC61131-3 PLC編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)及多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)ProConOS，支持靈活的通信接口和Modbus協(xié)議功能，具有系統(tǒng)擴(kuò)展靈活、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定、軟件編程簡(jiǎn)單、縮短開(kāi)發(fā)周期等特點(diǎn)。
系統(tǒng)介紹
該系統(tǒng)是青藏鐵路旅客列車用真空集便系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鐵路旅客列車廁所污物的收集，避免了廁所污物對(duì)鐵路沿線的污染。
系統(tǒng)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(tǒng)、電器監(jiān)控系統(tǒng)組成。
其中電器監(jiān)控系統(tǒng)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(dòng)作（包括真空的形成、排空等）和污物箱的動(dòng)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(tǒng)的故障顯示、存儲(chǔ)和對(duì)外（車上、觸摸屏終端設(shè)備）等信號(hào)輸出的功能。
電器監(jiān)控系統(tǒng)組成
真空集便系統(tǒng)電器監(jiān)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(jī)界面設(shè)備采用Proface公司的GP37W2-BG41-24V型觸摸屏，內(nèi)嵌組態(tài)軟件，支持Modbus協(xié)議。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能框圖如圖1所示。
圖1. 列車真空集便監(jiān)控系統(tǒng)的組成及架構(gòu)
系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)介紹
1. 人機(jī)界面接口
采用Proface公司的GP37W2型觸摸屏，有兩個(gè)串口：一個(gè)為編程口，通過(guò)主機(jī)配置觸摸屏的設(shè)置、通過(guò)組態(tài)軟件編寫(xiě)人機(jī)界面并下載到觸摸屏中運(yùn)行；另一個(gè)為通信口，觸摸屏通過(guò)此通信口采用Modbus RTU Master協(xié)議和ADAM-5510KW的COM1*換數(shù)據(jù)、傳遞信息。觸摸屏的功能：顯示目前系統(tǒng)的狀態(tài)：待機(jī)、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(tài)；顯示所有計(jì)時(shí)器及其設(shè)定值同時(shí)可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置并下傳到ADAM-5510KW中；顯示故障狀態(tài)及沖洗的次數(shù)；能通過(guò)觸摸屏對(duì)各種動(dòng)作進(jìn)行手動(dòng)操作，例如打開(kāi)某個(gè)閥等等。
2. ADAM-5510KW
作為軟邏輯控制器，ADAM-5510KW有很多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)講，實(shí)時(shí)多任務(wù)功能，應(yīng)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(xié)議，COM4口的ModBus RTU master協(xié)議外掛ADAM-4055模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，大容量存儲(chǔ)空間，電池備份區(qū)，可以存儲(chǔ)Source files，功能豐富的庫(kù)函數(shù)…等等。
作為控制的核心部分，通過(guò)在主機(jī)上的Multiprog軟件進(jìn)行編程、編譯，并下載到ADAM-5510KW中運(yùn)行，根據(jù)程序流程控制，對(duì)輸入模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)輸出模塊進(jìn)行控制，對(duì)遠(yuǎn)程模塊進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，和觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等。
3. ADAM-5000 I/O模塊
本系統(tǒng)采用了數(shù)字量輸入模塊ADAM-5051S、數(shù)字量輸入/輸出模塊ADAM-5055S、數(shù)字量輸出模塊ADAM-5056S、繼電器模塊ADAM-5068。
ADAM-5051S，帶光電隔離，輸入信號(hào)支持高電壓到50V，帶LED輸入指示燈。
ADAM-5055S，帶光電隔離，既有輸入也有輸出，輸入支持干節(jié)點(diǎn)和濕節(jié)點(diǎn)，輸出是集電極開(kāi)路可提供40V/200mA電流輸出。帶LED輸入指示燈。
ADAM-5056S，帶光電隔離，輸出是集電極開(kāi)路可提供40V/200mA電流輸出。帶LED輸入/輸出指示燈。
ADAM-5068，8路A型繼電器通道，觸點(diǎn)容量支持AC:120V@0.5A, DC：30V@1A
數(shù)字量輸入模塊在系統(tǒng)中接各種功能按鈕如復(fù)位按鈕、污物箱手動(dòng)排空、防凍排空等；接開(kāi)關(guān)信號(hào)如中間箱液位信號(hào)、污物箱液位信號(hào)、各種壓力信號(hào)、灰水收集模塊的輸入信號(hào)等。
數(shù)字量輸出模塊在系統(tǒng)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(tǒng)報(bào)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。
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。
4. 遠(yuǎn)程模塊
本系統(tǒng)采用了ADAM-4055，8路數(shù)字量輸出和8路數(shù)字量輸入，輸入支持干節(jié)點(diǎn)和濕節(jié)點(diǎn)，濕節(jié)點(diǎn)支持高電壓到50V；數(shù)字量輸出是集電極開(kāi)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(xié)議和Modbus RTU slave協(xié)議兩種協(xié)議。在本系統(tǒng)中采用ModBus協(xié)議。遠(yuǎn)程模塊采用RS-485串口方式和ADAM-5510KW的COM4口連接，由ADAM-5510KW對(duì)其進(jìn)行控制。
遠(yuǎn)程模塊用來(lái)監(jiān)控沖洗模塊，輸入信號(hào)接便盆高液位信號(hào)輸入、排泄閥磁性開(kāi)關(guān)輸入、沖洗按鈕；輸出信號(hào)控制電磁換向閥（沖洗控制）、故障指示燈等。因?yàn)闆_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(guò)道頂部，兩者距離較遠(yuǎn)，所以通過(guò)RS-485進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而在ADAM-5510KW系統(tǒng)中對(duì)ADAM-4055的配置及編程實(shí)現(xiàn)也尤其方便。
ADAM-5510KW支持的協(xié)議及方式
在本系統(tǒng)中，對(duì)ADAM-5510KW使用了三種協(xié)議：COM1口Modbus RTU slave協(xié)議，COM2口Multiprog協(xié)議，COM4口Modbus RTU master協(xié)議.
1．COM1口使用Modbus RTU slave協(xié)議和觸摸屏進(jìn)行連接，采用RS-232方式。
2．COM2口使用Multiprog協(xié)議和主機(jī)上的Multiprog軟件進(jìn)行連接，編程下載、在線監(jiān)控等。如圖2所示：
圖2. COM1口通過(guò)ModbusRTU slave協(xié)議連接觸摸屏
COM2口通過(guò)Multiprog協(xié)議和主機(jī)連接
注意：ADAM-5510KW的撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置如下（無(wú)需軟件設(shè)置）：
3．COM4口使用Modbus RTU master協(xié)議和ADAM-4055遠(yuǎn)程模塊進(jìn)行連接。如圖3所示：
圖3. COM4口通過(guò)Modbus RTU master協(xié)議和遠(yuǎn)程ADAM-4000模塊連接
只需先在ADAM-4000utility中將adam-4055的協(xié)議更改為Modbus協(xié)議，然后在Multiprog軟件的IO Configuration中進(jìn)行如圖4所示配置即可（無(wú)需硬件設(shè)置）。
圖4. 在Multiprog中設(shè)置ADAM-4055模塊
軟件系統(tǒng)編程：
分為兩部分，第一部分是在主機(jī)上編寫(xiě)Proface觸摸屏的監(jiān)控軟件，并下載到Proface觸摸屏中運(yùn)行。編寫(xiě)如圖5所示，運(yùn)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5. 在Drawing Board中編輯觸摸屏界面
圖6. 運(yùn)行在觸摸屏上的畫(huà)面（適時(shí)和ADAM-5510KW通信）
第二部分是ADAM-5510KW的軟件編程。在主機(jī)上運(yùn)行MULTIPROG軟件，在此軟件中編輯程序、編譯、并下載到ADAM-5510KW中運(yùn)行，同時(shí)可以在MULTIPROG軟件中在線監(jiān)控程序的執(zhí)行。MULTIPROG編程軟件遵循IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)支持IL、ST、FBD、LD和SFC五種編程語(yǔ)言，支持多任務(wù)同時(shí)運(yùn)行。
軟件編程步驟：
1. 新建Project，選擇ADAM-5510模板、資源設(shè)置(resource setting)、配置系統(tǒng)I/O模塊(IO configure).配置系統(tǒng)I/O模塊指根據(jù)選用的本地I/O模塊和遠(yuǎn)程I/O模塊分別加載。配置好所有參數(shù)后，就可以通過(guò)Project Control Dialog下載所有配置。
2.在Logic POU中進(jìn)行編程，可以選用IL、ST、FBD、LD和SFC五種編程語(yǔ)言中的一種，其中FBD、LD和SFC可以在同一個(gè)POU中混合編程。本系統(tǒng)中采用FBD、LD和ST語(yǔ)言進(jìn)行編程。
3.在Task中添加任務(wù)，并關(guān)聯(lián)相關(guān)程序。在本系統(tǒng)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(xiě)完成后，進(jìn)行編譯，如果出現(xiàn)Error和Warning，支持錯(cuò)誤定位并修改程序。
5. 通過(guò)Project Control Dialog下載程序，并運(yùn)行，可以選擇Debug來(lái)在線調(diào)試程序、監(jiān)控程序的運(yùn)行。
6.當(dāng)系統(tǒng)程序開(kāi)發(fā)完畢，還可以將源程序（包括工程文件、庫(kù)、POU和Task等等）下載到ADAM-5510KW中進(jìn)行備份保存；以后還可以通過(guò)Multiprog軟件將源文件上傳上來(lái)。
在Multiprog軟件中操作如圖7所示：
圖7. Multiprog軟件中的功能實(shí)現(xiàn)
在青藏鐵路列車上進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試工作時(shí)拍到的照片
雪山 火車 控制系統(tǒng)機(jī)箱 洗臉池 衛(wèi)生間
（灰水收集） （集便系統(tǒng)）
真空集便系統(tǒng)控制箱 ADAM-5510KW在控制箱中
總結(jié)：
列車真空集便監(jiān)控系統(tǒng)以前采用的是單片機(jī)控制，但單片機(jī)系統(tǒng)存在系統(tǒng)維護(hù)不方便、運(yùn)行速度慢、系統(tǒng)擴(kuò)展功能差、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。采用ADAM-5510KW，不僅有效解決了上述問(wèn)題，而且系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性得到提高，更為可貴的是ADAM-5510KW很方便支持Modbus RTU Master/slave協(xié)議，編程簡(jiǎn)單、明了，架構(gòu)開(kāi)放性好，減少了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試的時(shí)間，得到一致好*。