基于软逻辑控制器ADAM-5510KW的 列车真空集便监控系统的实现与应用
边群星 蔡勤
摘要：在“2010研华自动化整体解决方案应用案例大赛“火热进行之际，呈以往届获奖文章。本文介绍了以ADAM-5510KW为监控核心的青藏铁路旅客用列车真空集便监控系统的实现与应用，以及Modbus RTU协议在此系统中的典型应用。由台湾研华公司推出的PC-Based软逻辑控制器ADAM-5510KW系列产品，符合IEC61131-3 PLC编程语言标准及多任务实时操作系统ProConOS，支持灵活的通信接口和Modbus协议功能，具有系统扩展灵活、系统可靠稳定、软件编程简单、缩短开发周期等特点。
Abstract：
Key words :
注：本文为”研华自动化整体解决方案应用案例大赛“获奖文章。“2010研华自动化整体解决方案应用案例大赛“报名火热进行中。奖金总金额超过2万元。
摘要 ：本文介绍了以ADAM-5510KW为监控核心的青藏铁路旅客用列车真空集便监控系统的实现与应用，以及ModbusRTU协议在此系统中的典型应用。由台湾研华公司推出的PC-Based软逻辑控制器ADAM-5510KW系列产品，符合IEC61131-3PLC编程语言标准及多任务实时操作系统ProConOS，支持灵活的通信接口和Modbus协议功能，具有系统扩展灵活、系统可靠稳定、软件编程简单、缩短开发周期等特点。
关键字：列车真空集便系统 ADAM-5510KW ModBUS协议 PLC编程语言
Multiprog软件
Development and Application of
VacuumCollecting 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
系统介绍
该系统是青藏铁路旅客列车用真空集便系统。该系统实现了铁路旅客列车厕所污物的收集，避免了厕所污物对铁路沿线的污染。
系统主要由蹲便器、坐便器、中间箱、污物箱、灰水（洗漱用水等）收集系统、电器监控系统组成。
其中电器监控系统由主控制模块、便器冲洗控制模块和灰水收集控制模块组成；主控制模块控制中间箱的动作（包括真空的形成、排空等）和污物箱的动作；便器冲洗模块主要控制便盆的冲洗和排空；灰水收集模块主要控制灰水的排放；主控制模块还具有系统的故障显示、存储和对外（车上、触摸屏终端设备）等信号输出的功能。
电器监控系统组成
真空集便系统电器监控部分主要由研华软逻辑控制器ADAM-5510KW、ADAM-5051S+ADAM-5056S+ADAM-5055S+ADAM-5068、ADAM-4055模块组成；终端人机界面设备采用Proface公司的GP37W2-BG41-24V型触摸屏，内嵌组态软件，支持Modbus协议。
系统结构功能框图如图1所示。
图1. 列车真空集便监控系统的组成及架构
系统功能实现介绍
1.人机界面接口
采用Proface公司的GP37W2型触摸屏，有两个串口：一个为编程口，通过主机配置触摸屏的设置、通过组态软件编写人机界面并下载到触摸屏中运行；另一个为通信口，触摸屏通过此通信口采用Modbus RTU Master协议和ADAM-5510KW的COM1口交换数据、传递信息。触摸屏的功能：显示目前系统的状态：待机、冲水和各种故障；显示各控制模块的所有输入、输出及其状态；显示所有计时器及其设定值同时可以进行参数设置并下传到ADAM-5510KW中；显示故障状态及冲洗的次数；能通过触摸屏对各种动作进行手动操作，例如打开某个阀等等。
2.ADAM-5510KW
作为软逻辑控制器，ADAM-5510KW有很多优点，对于本系统来讲，实时多任务功能，应用KW公司的Multiprog软件采用梯形图（LD）/功能块（FBD）编程，COM1口的ModBus RTU Slave协议，COM4口的ModBus RTU Master协议外挂ADAM-4055模块进行远程控制，大容量存储空间，电池备份区，可以存储Source files，功能丰富的库函数…等等。
作为控制的核心部分，通过在主机上的Multiprog软件进行编程、编译，并下载到ADAM-5510KW中运行，根据程序流程控制，对输入模块进行监测，对输出模块进行控制，对远程模块进行状态监控，和触摸屏进行数据交换等。
3.ADAM-5000 I/O模块
本系统采用了数字量输入模块ADAM-5051S、数字量输入/输出模块ADAM-5055S、数字量输出模块ADAM-5056S、继电器模块ADAM-5068。
ADAM-5051S，带光电隔离，输入信号支持高电压到50V，带LED输入指示灯。
ADAM-5055S，带光电隔离，既有输入也有输出，输入支持干节点和湿节点，输出是集电极开路可提供40V/200mA电流输出。带LED输入指示灯。
ADAM-5056S，带光电隔离，输出是集电极开路可提供40V/200mA电流输出。带LED输入/输出指示灯。
ADAM-5068，8路A型继电器通道，触点容量支持AC:120V@0.5A, DC：30V@1A
数字量输入模块在系统中接各种功能按钮如复位按钮、污物箱手动排空、防冻排空等；接开关信号如中间箱液位信号、污物箱液位信号、各种压力信号、灰水收集模块的输入信号等。
数字量输出模块在系统中接各种指示灯，包括中间箱压力指示灯、真空压力指示灯、污物箱满度指示灯、防冻排空指示灯、系统报警指示灯、灰水故障指示灯、冲洗按钮故障、通信连接指示灯等等。
继电器模块控制各种电磁换向阀，分别控制便盆排泄阀、灰水收集罐排放阀、压缩空气输入阀、输出阀等等。
4.远程模块
本系统采用了ADAM-4055，8路数字量输出和8路数字量输入，输入支持干节点和湿节点，湿节点支持高电压到50V；数字量输出是集电极开路可提供40V/200mA电流输出。带LED输入/输出指示灯。支持Advantech的ADAM ASCII协议和Modbus RTU slave协议两种协议。在本系统中采用ModBus协议。远程模块采用RS-485串口方式和ADAM-5510KW的COM4口连接，由ADAM-5510KW对其进行控制。
远程模块用来监控冲洗模块，输入信号接便盆高液位信号输入、排泄阀磁性开关输入、冲洗按钮；输出信号控制电磁换向阀（冲洗控制）、故障指示灯等。因为冲洗模块分别安装在列车厕所便池旁，而ADAM-5510KW主控模块安装在列车的过道顶部，两者距离较远，所以通过RS-485进行远程控制。而在ADAM-5510KW系统中对ADAM-4055的配置及编程实现也尤其方便。
ADAM-5510KW支持的协议及方式
在本系统中，对ADAM-5510KW使用了三种协议：COM1口Modbus RTU slave协议，COM2口Multiprog协议，COM4口Modbus RTU master协议.
1．COM1口使用Modbus RTU slave协议和触摸屏进行连接，采用RS-232方式。
2．COM2口使用Multiprog协议和主机上的Multiprog软件进行连接，编程下载、在线监控等。如图2所示：
图2. COM1口通过ModbusRTU slave协议连接触摸屏
COM2口通过Multiprog协议和主机连接
注意：ADAM-5510KW的拨码开关设置如下（无需软件设置）：
3．COM4口使用Modbus RTU master协议和ADAM-4055远程模块进行连接。如图3所示：
图3. COM4口通过Modbus RTU master协议和远程ADAM-4000模块连接
只需先在ADAM-4000utility中将adam-4055的协议更改为Modbus协议，然后在Multiprog软件的IO Configuration中进行如图4所示配置即可（无需硬件设置）。
图4. 在Multiprog中设置ADAM-4055模块
软件系统编程：
分为两部分，第一部分是在主机上编写Proface触摸屏的监控软件，并下载到Proface触摸屏中运行。编写如图5所示，运行在触摸屏上的一些界面如图6所示：
图5. 在Drawing Board中编辑触摸屏界面
图6. 运行在触摸屏上的画面（适时和ADAM-5510KW通信）
第二部分是ADAM-5510KW的软件编程。在主机上运行MULTIPROG软件，在此软件中编辑程序、编译、并下载到ADAM-5510KW中运行，同时可以在MULTIPROG软件中在线监控程序的执行。MULTIPROG编程软件遵循IEC61131-3标准，同时支持IL、ST、FBD、LD和SFC五种编程语言，支持多任务同时运行。
软件编程步骤：
1. 新建Project，选择ADAM-5510模板、资源设置(resource setting)、配置系统I/O模块(IO configure).配置系统I/O模块指根据选用的本地I/O模块和远程I/O模块分别加载。配置好所有参数后，就可以通过Project Control Dialog下载所有配置。
2.在Logic POU中进行编程，可以选用IL、ST、FBD、LD和SFC五种编程语言中的一种，其中FBD、LD和SFC可以在同一个POU中混合编程。本系统中采用FBD、LD和ST语言进行编程。
3.在Task中添加任务，并关联相关程序。在本系统中使用了Default Task、Cyclic Task、Event Task和System Task，四种task形式全部使用。
4．程序编写完成后，进行编译，如果出现Error和Warning，支持错误定位并修改程序。
5. 通过Project Control Dialog下载程序，并运行，可以选择Debug来在线调试程序、监控程序的运行。
6.当系统程序开发完毕，还可以将源程序（包括工程文件、库、POU和Task等等）下载到ADAM-5510KW中进行备份保存；以后还可以通过Multiprog软件将源文件上传上来。
在Multiprog软件中操作如图7所示：
图7. Multiprog软件中的功能实现
在青藏铁路列车上进行系统调试工作时拍到的照片
雪山 火车 控制系统机箱 洗脸池 卫生间
（灰水收集） （集便系统）
真空集便系统控制箱 ADAM-5510KW在控制箱中
总结：
列车真空集便监控系统以前采用的是单片机控制，但单片机系统存在系统维护不方便、运行速度慢、系统扩展功能差、开发周期长等缺点。采用ADAM-5510KW，不仅有效解决了上述问题，而且系统运行的可靠性、稳定性得到提高，更为可贵的是ADAM-5510KW很方便支持Modbus RTU Master/slave协议，编程简单、明了，架构开放性好，减少了系统开发调试的时间，得到一致好评。
参考文献：
1、Advantech ADAM-5510KW Series Manual Ed-1.pdf（英文版）
2、Advantech ADAM5510KW系列手册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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