摘要：以磁懸浮列車為對象，采用SIEMENS公司的PLC，研究了列車信號監測系統，提出了智能式和非智能式兩種方案，并對兩種分布式網絡、MPI網絡和CP340與上位機的通信進行了研究，給出了具體的實現方法。

關鍵詞：磁懸浮 監測系統 分布式網絡

磁懸浮列車突破了普通鐵路交通系統中使用車輪和軌道的傳統技術界限，是沒有車輪的、無接觸的新型軌道交通工具，被譽為二十一世紀理想的交通工具。對于交通運輸系統，安全是第一因素。因此，本文以磁懸浮列車為對象，主要研究基于PLC的列車信號監測系統（Maglev Train Monitoring System，簡稱MTMS）。

PLC現已成功運用在國內外大量的輕軌車系統中，如德國SIEMENS公司DUEWAG AG （Krefeld-Verdingen）制造動力分散型輕軌車RegioSprinter，實現了多功能的分散控制，操作方便、容易監視。本文采用SIEMENS公司的S7-300系列小型PLC來實現車載監測系統。

1 MTMS的分析和設計

1.1 系統分析

MTMS主要實現對計算機聯鎖系統和車體信號設備進行監視和故障診斷，主要完成對車載3×16臺懸浮控制器、3×2臺推進用逆變器、3×1臺DC-DC變換器及備用電池、3×1臺空調逆變器以及其它輔助電源（以三輸車為例）的工作狀態、故障信息的檢測和記錄，并將獲得的信息傳給上位機去處理并顯示。由于列車速度快、信號量較多、環境復雜，因此MTMS系統必須有較強的實時性、可靠性，并且可以采集大量的開關量和模擬量信號。經比較，本文選擇了SIEMENS公司的S7-300型PLC組成PLC網絡來實現。

1.2 方案設計

本文以三輛車為例，分別稱首車、中間車、尾車。各節車廂通過各種傳感器獨立完成各自的信號檢測，通過PROFIBUS總線將信息匯總于首、尾兩車，進行顯示。各節車廂的PLC組成遠程分布式I/O系統，各個站之間采用DP協議進行通信。該系統分為智能的和非智能的兩種。MTMS的系統組成如圖1所示。

各站采用S7-300的十個槽的導軌、PS307（5A）的電源，用SM321（DI）、SM331（AI）實現A/D轉換。主站均采用CPU315-2，智能的從站也用CPU315-2，但非智能的從站則用ET200（IM153-1）。首尾兩車各加一個CP340模塊，用于與上位機進行通信。主站的多點通信接口（MPI口）與駕駛系統進行通信。在選模塊的時候，應注意選擇的模塊要滿足列車所在地的溫度要求，保證各個模塊能夠正常工作。

2 分布式網絡實現

智能和非智能主要指從站是否具有獨立的數據處理能力，用SIEMENS公司的STEP7 5.0進行網絡設計時，二者有很大的區別。

2.1 智能分布式I/O系統

對于智能分布式I/O系統而言，各站相對獨立。將首車配置成主站，中間車和尾車設成從站，用PROFIBUS總線進行連接。

2.1.1 具體步驟

（1）創建項目，獨立配置各站。其中模擬模塊要進行參數設置，根據要接收的信號種類，選擇信號類型以及測量范圍。

(2)加入PROFIBUS子網，配置網絡，界面如圖2所示。然后插入Dp Master，連接從站（將各CPU取到PROFIBUS之后，點擊DP MASTER，從組件中拖進CONFIGURATION STATIONS，在彈出的界面中選擇要連接的站，單擊CONNCT）。

（3）在DP SLAVE中定義數據交換的類型、緩沖區和長度。類型選擇MS方式，長度不能超過32個字節。如果傳輸的數據大于32個字節，可以組態多行，但最多不能超過242個字節，如圖3所示。而主站的這些內容是不能定義。

（4）在BLOCK中添加OB82診斷模塊。系統運行之前，OB82模塊要對系統進行診斷，并將結果報告給CPU。如果沒有錯誤，系統將正常地工作，否則不能進行工作。

（5）保存并編譯。這樣，就完成了智能型分布式I/O的組態。

2.1.2 通信程序

在OB塊中調用系統功能塊SFC14（OPRD-DAT）和SFC15（DPWDDAT）進行通信。

CALL “DPWR_DAT” CALL “DPRD_DAT”

LADDR：= LADDR：=

RET_VAL：= RECORD：=

RECORD：= RET+VAL：=

二者的參數“LADDR”表示發送和接收緩沖區起始地址，“RET-VAL”表示返回狀態值，“RECORD”表示存放數據和讀取數據的起始地址，詳細編程略。

2.2 非智能分布式I/O網絡

非智能分布式I/O系統必須以主站為依靠，利用PROFIBUS連接各站，具體如圖4所示。主站可以直接從從站的A/D端口讀取所需要的信息。

具體步驟為：

（1）創建項目，組態主站。

（2）加入PROFIBUS子網，連入ET200。

（3）在主站的硬件組態中，對ET200進行組態。

（4）編程，在主站的OB塊中可以直接對從站的各個端口進行操作，無需額外調用功能塊。

（5）保存并編譯，將程序下載到CPU中。

2.3 MPI網絡通信

列車的MTMS系統是一個完整的系統，它與列車駕駛系統的PLC采用MPI網絡連接，進行全局數據通信。將主站和駕駛系統的PLC組成MPI網絡，進行少量的全局數據通信。

具體步驟為：

（1）在分布式網絡組態中加入MPI子網，并將與駕駛系統通信的PLC連入MPI網絡中。

（2）組態全局數據包。右鍵單擊MPI，進入CPNFIGURE GLOBAL DATA。加入要進行通信的CPU，并填入要交換的數據，注意一個GD包不能大于24個字節。將GD包編譯兩次（以可組多個GD包，但是需要多個循環才能執行完畢）。編譯之后如圖5所示。

在CPU的每次循環中，兩個PLC之間都進行了一次數據交換，在循環的結束時處理發送，開始時處理接收。這樣就實現了與駕駛系統之間的通信。

3 PLC與上位機的通信

主站最終要把獲取的信息傳給上位機進行顯示，由CP340來完成這項工作。CP340是具有RS232和RS485兩種接口的智能通信模塊，它可以使PLC與計算機進行對點通信。它的RS485接口采用差動輸出，具有遠距離通信的能力（1100m），能夠滿足需要。它對上位機的串口進行操作，使用ASCII協議。在組態的時候要對它進行參數設置，包括通信的波物率、幀的長度、有無奇偶校驗以及校驗類型。程序中對CP340的操作主要由CP軟件包提供的FB2（P-RCV）和FB3（P-SEND）完成，它發送和接收的數據必須要放在數據塊中。這樣上位機可以在串口發送或接收數據，通信數據的數量則沒有限制。

對于兩種網絡，它們各有優缺點。智能的組態和編程都很方便，便于擴展，速度比較快，但是造價較高；而非智能的擴展時的變動很大，要牽扯到整個系統，速度相對慢一睦，但是它比較便宜。