基于軟邏輯控制器ADAM-5510KW的 列車真空集便監控系統的實現與應用
邊群星 蔡勤
摘要： 在“2010研華自動化整體解決方案應用案例大賽“火熱進行之際，呈以往屆獲獎文章。本文介紹了以ADAM-5510KW為監控核心的青藏鐵路旅客用列車真空集便監控系統的實現與應用，以及Modbus RTU協議在此系統中的典型應用。由臺灣研華公司推出的PC-Based軟邏輯控制器ADAM-5510KW系列產品，符合IEC61131-3 PLC編程語言標準及多任務實時操作系統ProConOS，支持靈活的通信接口和Modbus協議功能，具有系統擴展靈活、系統可靠穩定、軟件編程簡單、縮短開發周期等特點。
Abstract：
Key words :
注：本文為”研華自動化整體解決方案應用案例大賽“獲獎文章。“2010研華自動化整體解決方案應用案例大賽“報名火熱進行中。獎金總金額超過2萬元。
摘要 ： 本文介紹了以ADAM-5510KW為監控核心的青藏鐵路旅客用列車真空集便監控系統的實現與應用，以及Modbus RTU協議在此系統中的典型應用。由臺灣研華公司推出的PC-Based軟邏輯控制器ADAM-5510KW系列產品，符合IEC61131-3 PLC編程語言標準及多任務實時操作系統ProConOS，支持靈活的通信接口和Modbus協議功能，具有系統擴展靈活、系統可靠穩定、軟件編程簡單、縮短開發周期等特點。
關鍵字： 列車真空集便系統 ADAM-5510KW ModBUS協議 PLC編程語言 Multiprog軟件
Development and Application of
Vacuum Collecting Dejecta on Train Monitor and Control System
Based on Soft-Logic Controller ADAM-5510KW
Jinan Tonglida Engineer Bian Qunxing
Advantech IAG Application Engineer Cai Qin
Abstract: This paper presents a vacumm collecting dejecta on train monitor and control system based on Soft-Logic Controller ADAM-5510KW, and the typical using with Modbus RTU protocol in this system. ADAM-5510KW series are PC-Based Soft-Logic Controllers of Advantech Corp., which according with IEC61131-3 standard and with a multitask ProCon OS, Supporting flexible communication and Modbus protocol functions. It has much great advantages, such as flexibility in system extending, high reliability and stability, simple programming and shortening the developing periods，etc.
Key Words: Vacumm Collecting Dejecta on Train Monitor and Control System ADAM-5510/KW
Modbus Protocol PLC Programming Language Multiprog Software
系統介紹
該系統是青藏鐵路旅客列車用真空集便系統。該系統實現了鐵路旅客列車廁所污物的收集，避免了廁所污物對鐵路沿線的污染。
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。
其中電器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。
電器監控系統組成
真空集便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
系統功能實現介紹
1. 人機界面接口
采用Proface公司的GP37W2型觸摸屏，有兩個串口：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。
2. ADAM-5510KW
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. 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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.
1．COM1口使用Modbus RTU slave協議和觸摸屏進行連接，采用RS-232方式。
2．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）：
3．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IO 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
軟件系統編程：
分為兩部分，第一部分是在主機上編寫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）
第二部分是ADAM-5510KW的軟件編程。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(IO 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，還可以將源程序（包括工程文件、庫、POU和Task等等）下載到ADAM-5510KW中進行備份保存；以后還可以通過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
在青藏鐵路列車上進行系統調試工作時拍到的照片
雪山 火車 控制系統機箱 洗臉池 衛生間
（灰水收集） （集便系統）
真空集便系統控制箱 ADAM-5510KW在控制箱中
總結：
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，得到一致好評。
參考文獻：
1、Advantech ADAM-5510KW Series Manual Ed-1.pdf（英文版）
2、Advantech ADAM5510KW系列手冊ver1.0.pdf（中文版）
3、KW ProConOS manual.PDF
4、KW Quickstart_MWT.pdf
5、KW Multiprog manual.pdf
6、Pro-face Touch Screen gpwplc_ma.pdf
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