CRH380A動車組電氣控制系統MCGS組態技術仿真

牛為民

摘 要：MCGS工業控制組態軟件和PLC主機、鐵路機車低壓電器控制設備相結合，可以便捷地開發出高速鐵路動車組電氣控制仿真系統。文章針對CRH380A動車組電氣控制系統，結合相關軟件設備，提出了自主開發動車組電氣控制仿真實訓系統的可行方案。

關鍵詞：MCGS嵌入版;組態;電氣控制系統

中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）01-030-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.012

1 動車組電氣控制現狀

目前，鐵路機車電氣系統仿真實訓設備在日常一體化教學與職工培訓中得到廣泛的應用，這些實訓設備多為專業化廠商提供，受制于成本，客戶無法大量采購。一體化教學需要有學員大量的“學”“做”結合課程環節，僅靠少量幾套設備遠遠不能滿足需要，在一定程度上影響了一體化教學質量。

CRH380動車組電氣系統仿真實訓設備相比模擬駕駛系統，無需3D場景，僅用簡單的二維動畫即可實現對電氣系統邏輯關系的模擬。同時，結合工業控制軟件以及相關硬件來自主開發、仿真列車邏輯控制系統，減少了繼電器的使用，增加了系統的可靠性，降低了開發成本，適合大面積裝備。此外，還可以根據現場教學需要對設備自主進行改造升級維護。

2 項目方案

針對CRH380A型動車組，只需要模擬一個動力單元的配置，即T2-8、M6-7車、M5-6車三個車的電氣系統。

2.1 設備組成

主要有以下設備，如表1所示：

2.2 軟件仿真系統

2.2.1 窗口配置

對每輛車設置一個窗口，集中放置虛擬電氣設備及相關電路圖，采用列車地圖的方式，以按鈕來鏈接進入對應車輛的窗口，如圖1所示。

2.2.2 開關按鈕等元件動作動畫設計

首先，斷路器、空氣開關、旋鈕動畫設計。如受電弓VCB斷路器，EGS接地開關等，設計過程如下：

準備斷路器開與關狀態兩張圖，通過兩張圖的切換達到斷路器開斷的效果。在實時數據庫內對開關定義變量，類型為開關型，賦初值為1。在開畫面動畫組態中設置按鈕動作和可見度，按鈕動作中選取數據對象操作取反，對可見度設置：開關變量為1時，顯示開畫面，為0時不顯示開畫面。在關畫面動畫組態設計中，按鈕動作設計與上同，可見度設置相反。其他開關元器件動畫動作的實現可參考上述做法，如圖2所示。

其次，自復位按鈕設計：適用各種自復位旋鈕、帶燈自復位按鈕的設計。如主斷合按鈕、受電弓升旋鈕，設計過程如下。

自復位按鈕用繪圖工具箱繪制彩色圓，在實時數據庫內對按鈕定義變量，類型為開關型，賦初值為0。在動畫組態中設置填充顏色與按鈕設置。填充顏色表達式為按鈕變量，分段點顏色設置為暗明兩種色調的顏色，模擬開關按下時顯示燈亮。在按鈕動作設置中，數據對象值操作選取變量置1。然后在運行策略中建立一條事件策略。關聯數據對象為該自復位按鈕變量名，事件內容設置為“數據對象值正跳變時，執行一次”。延時時間為1 000ms，添加一條腳本策略，給自復位按鈕變量置1。用以模擬按下3s后，自復位按鈕回位，同時按鈕燈熄滅，如圖3所示。

自復位旋鈕設計可參考上述方法，利用旋鈕開斷狀態的兩張圖切換顯示，設置可見度動畫，按鍵動作給變量置1，利用事件策略延時3000ms清零。模擬升弓按鈕右旋3S后升弓指令發出。

最后，制動手柄、牽引手柄、網壓表、蓄電池電壓表，均可利用MCGS內置的對象元件庫中的旋鈕、滑塊、電壓表等元件，通過外形、刻度、顏色修改，關聯相關變量來適應需要。

2.3 電路圖關聯

對CRH380A動車組電路圖進行精簡。加大開關、按鈕、觸點的顯示比例，縮小線路長度，便于嵌入式終端顯示。將升降弓、合斷VCB等需要在司機室的指令發出電路，進行合并。方便和相關器件動作時電路狀態同步顯示。

將CRH380A動車組列車整備電路：直流電源電路、司機室激活電路、受電弓控制電路、VCB控制電路、經過精簡后利用MCGS元件庫新建繼電器線圈、常開觸點、常閉觸點、斷路器開關等基本元器件電路符號，繪制出相關電路圖，如圖4所示。

將電路元器件符號和相關電氣元件關聯，實現聯動，利用線路、電氣元件符號的變色模擬通電斷電。對不同窗口的電路，通過將供電線路設置關聯線路變量，繼電器關聯繼電器狀態變量，實現電路圖之間的交互。

對電路邏輯進行梳理，按照梳理后的邏輯關系，對MCGS組態軟件中繪制的電路圖電路符號元件、線路等邊線顏色、填充顏色進行動畫組態編程設計，如圖5所示。

如：對于按下降弓按鈕后，降弓指令線107線得電。

梳理出電路邏輯：102·PanN·102B·VCBRR·PanDS·107

對MCGS中元件進行編程。

添加“線107”變量（開關變量），設置循環策略，延時2 000ms后執行模擬線路傳輸中的時間消耗，添加腳本程序：

if 線102=1 and 受電弓VCB空開=1 and 降弓按鈕=1 and VCBRR8車=1 then

線107=1

else

線107=0

endif

通過各元件的開關變量狀態變化，關聯邊線顏色變化的動畫，實現電路圖與電氣元件的聯動及電路動畫顯示。

如果有自鎖線路，只需將繼電器自鎖觸點所在支路的邏輯通過or語句加入程序中。

3 技術路線

技術路線如圖6所示[1]。

4 方案所能實現的功能

列車整備電路電氣調試仿真?？梢阅M電路故障，如設置主斷不閉合條件，通過設置牽引手柄不在0位、MON切除6車VCB、EGS接地開關閉合、斷開主變壓器油流開關等方式，讓實訓者參照電路圖仿真動畫，排除故障，幫助實訓者更好地理解列車電路。

參考文獻

[1] 劉長國，黃俊強.MCGS嵌入版組態應用技術[M].北京：機械工業出版社，2020.