一种基于PLC的铁路计轴系统的设计与应用
摘要：文章以可编程控制器(PLC)数据采集和通讯的研究为理论基础,提出了一种可以应用于铁路现场的计轴系统。

通过对相关理论和技术的分析、应用,设计出了程序方案,开发了通信程序。

在现场应用的情况表明,这种计轴系统完全满足了现场需求，具有良好的经济效益。

关键词：PLC 计轴轨道电路主站从站
计轴系统是一种重要的铁路设备，世界各大铁路公司都有相应的计轴产品。

计轴系统集传感器，通信传输，故障-安全计算机等技术为一身，可谓麻雀虽小五脏俱全。

可以展望如果列控系统发展到C4，机车信号不再从轨道接收信息，轨道电路则可以被计轴完全取代来实现列车占用检查。

所以，计轴产品的应用前景很广阔。

但是现在的大多数厂家的计轴产品对于一些地方铁路企业来说比较昂贵。

为了推广计轴产品的应用，本文设计出一套成本较为低廉的计轴系统。

实践表明，完全符合要求。

1 PLC的优点
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。

PLC是高新科技发展的产物，对工业的发展起着重大的推动作用，让工业的发展进程更快速稳步便捷。

随着技术的发展，
这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。

PLC已经应用到了各种各样的控制现场，PLC具有如下优点。

1.1 PLC采集性能好
PLC的采集频率一般在2KHZ左右，如果采用更快的采集频率，可以达到20KHZ。

可以看出，采集频率符合计轴信号采集的条件。

1.2 PLC控制反应快
PLC的数据采集和控制输出的反应时间加起来在0.1ms之内，PLC的计算时间一般在10ms之内，所以整个控制过程的时间在10ms 左右，完全可以满足实时性，实现快速的控制。

1.3 PLC通讯快
PLC可以和光纤通讯相结合，从而使得信息可以快速传递。

1.4 PLC安全性能高
可编程控制器（Programmable Controller）为了工业控制应用而设计制造的控制器，其安全性和可靠性都达到了工业级的水平。

结合PLC的快速采集性能、快速控制输出、较快的传输性能和很高的安全性，我们完全可以将之应用到计轴控制系统中。

2 系统设计方案
系统的总体方案如图1。

从图1可知，系统分为三层，分别是人机会话层、传输层和采集层。

2.1 系统最高层功能描述
系统的最上层是人际会话层，它获得下面各个计轴点的信息，进行区段占用空闲判断；并且同时提供一个人机交互的界面，可以清晰的看到现场的实际情况。

Firtide controller服务器，用于管理全线mesh子网和机车移动mesh节点。

工控机和打印机等设备放在各个车站，作为各个车站的硬件设备。

2.2 系统传输层功能描述
系统的传输层负责将最底层PLC采集到信息传送给人际会话层，并且将人机会话层的命令传递到采集层。

人机会话层的命令有复位，清零等。

2.3 系统采集层功能描述
系统的最下层是采集设备，主要用于采集现场传感器的信息。

3 系统各层设计与实现
3.1 系统人机会话层的设计与实现
3.1.1 系统人机会话层的设计
系统人际会话层主要负责系统信息汇总和计算，同时也要保证系统的故障-安全性。

3.1.2 系统人机会话层的硬件实现
系统人机会话层的硬件包括一个工控机和两个作为MODBUS主站的PLC。

工控机提供人机交互的平台；两个PLC进行双机热备，以保证安全；同时两个PLC上的输出节点可以控制继电器的吸起和落下。

联锁系统采集继电器的吸起和落下状态，从而判断区段的占用和空闲。

3.1.3 系统人机会话层的软件实现
系统人际会话层的软件包括三部分，分别是倒切模块，系统核心处理模块，人机会话层模块。

系统核心处理模块下装在两个作为MODBUS主站的PLC中，主要用于实现站场整个计轴轴数的收集和区段空闲占用的判断。

人机会话层模块在工控机中运行，主要是提供一个人机进行交互
的界面。

从界面上可以看到现场的实时状态，同时操作人员也可以进行复位和清零等操作。

倒切模块在工控机中运行，主要是为了保证系统的安全。

如果两个双机热备的PLC出现问题，立即倒切到另外一个上面，并且发出语音报警提示。

3.2 系统传输层的设计与实现
3.2.1 系统传输层的设计
系统传输层主要是为了收集下面采集的所有信息并将之传递到人机会话层。

3.2.2 系统传输层的硬件实现
系统传输层采用了多个PLC，这些PLC采用MODBUS协议，设置为MODBUS主站。

3.2.3 系统传输层的软件实现
传输层的PLC设置为主站后，即可通过MODBUS协议来收集下面各个对应从站的信息。

程序流程图框架如图2。

3.3 系统采集层的设计与实现
3.3.1 系统采集层的设计
系统采集层主要用于采集现场传感器的信息。

本层包括多个PLC，本层PLC也采用MODBUS协议，且本层中的PLC作为从站。

3.3.2 系统采集层的实现
系统采集层的PLC采用20KHZ的采集速度，同时程序里使用高速计数器，可以对250km/h的的速度进行信号采集，完全可以满足现场的需要。

本层作为MODBUS协议中的从站，可以通过MODBUS 协议将采集到的信息发送到传输层。

4 系统运行情况
经过了长时间的运行，系统运行稳定，基本上满足了现场的需求，在个别现场中完全可以替代轨道电路，提高了企业的经济效益和生产效率。

参考文献
[1] 丁莉君．PLC通信技术在行车装置中的应用[J]．组合机床与自动化加工技术，2009，12（5）：14-15.。