侯超眾 ， 侯超群

(1.安徽國(guó)防科技職業(yè)學(xué)院 電氣技術(shù)學(xué)院，安徽 六安 237011；2.安徽移動(dòng)通信有限公司 臨泉分公司，安徽 臨泉 236400)

拋丸自動(dòng)線是重要的鐵路機(jī)車清理裝備，經(jīng)良好的拋丸清理，機(jī)車更易涂裝，并大幅提高耐蝕性能及使用壽命。對(duì)于拋丸自動(dòng)線的過(guò)程控制，以PLC和HMI結(jié)合的工控組合應(yīng)用最為廣泛[1-3]，但該系統(tǒng)只適合拋丸的中短距離管理，實(shí)時(shí)性較差，要實(shí)現(xiàn)拋丸及其他過(guò)程的遠(yuǎn)距離監(jiān)控，還需另裝工控機(jī)，增加額外成本[4]。隨著嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化，功耗低、高性價(jià)比、實(shí)時(shí)性優(yōu)越使嵌入式Web服務(wù)功能日益完善。本文在分析機(jī)車拋丸自動(dòng)線工藝路線的基礎(chǔ)上，對(duì)拋丸清理自動(dòng)線進(jìn)行嵌入式設(shè)計(jì)，通過(guò)嵌入式Web提高監(jiān)控的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)拋丸清理的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

1 機(jī)車的拋丸清理

1.1 拋丸清理流程

鐵路機(jī)車拋丸自動(dòng)線包括上料裝置、拋丸及其控制系統(tǒng)。開(kāi)始清理前，手動(dòng)設(shè)施機(jī)車型號(hào)：若為篷車、罐車或平板車，機(jī)車由直通行車牽引；若為敞車，機(jī)車先由直通牽引到翻轉(zhuǎn)位置，然后起吊車體，與行進(jìn)水平垂直方向呈45°角，并在直通牽引下通過(guò)拋丸室，清理結(jié)束后，放正車體，在直通牽引下離開(kāi)。在拋丸清理過(guò)程，拋丸器將丸料拋出，清除車身銹蝕。與此同時(shí)，為確保拋丸清理的連續(xù)性，丸料拋出后利用輸送帶回收，并通過(guò)補(bǔ)償裝置將回收丸料配給拋丸器。由于清理過(guò)程粉塵和鐵銹較多，利用除塵和清掃裝置清除塵銹和未收集的丸料[5]。

1.2 拋丸清理過(guò)程的電控模型

機(jī)車拋丸清理過(guò)程等效如圖1所示(為方便，只標(biāo)注一個(gè)拋丸器)，控制過(guò)程為：

1)YV1得電，機(jī)車由水平驅(qū)動(dòng)M1牽引，準(zhǔn)備進(jìn)入拋丸室，SQ1有效，YV1失電，牽引暫停。

2)若為敞車，YV2得電，傾轉(zhuǎn)M2動(dòng)作，提升機(jī)車約45°(SQ2到位限制)；YV2失電，機(jī)車陸續(xù)進(jìn)入拋丸室。

3)機(jī)車進(jìn)入拋丸室后，SQ1失效，除塵M3、回收M4、清掃M(jìn)5和M6、拋丸器開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)車在M1牽引下，以適當(dāng)速度行進(jìn)。若丸料位置檢測(cè)SQ3失效，表明丸料需補(bǔ)償，補(bǔ)償器得電，補(bǔ)足丸料。

4)SQ4有效，表明機(jī)車離開(kāi)拋丸室，除塵M3、回收M4、清掃M(jìn)5和M6、拋丸器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

5)SQ4失效，機(jī)車完整離開(kāi)拋丸室，YV1失電(牽引暫停)，YV3得電；機(jī)車擺正后，YV1得電，YV3失電，機(jī)車牽引離開(kāi)拋丸區(qū)。

圖1 拋丸過(guò)程原理圖Fig.1 Shot-blast process principle

2 嵌入式Web分析與設(shè)計(jì)

2.1 硬件分析

拋丸自動(dòng)線的遠(yuǎn)程監(jiān)控由現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)(包括PLC、拋丸過(guò)程檢測(cè)及執(zhí)行元件如圖1)、嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)(嵌入式控制器、HMI、Web服務(wù)器)和遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)與嵌入式Web服務(wù)器通過(guò)交換機(jī)相連，用戶在計(jì)算機(jī)的Web瀏覽器中輸入交換機(jī)IP地址，在線訪問(wèn)嵌入式監(jiān)控Web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)拋丸過(guò)程監(jiān)控。嵌入式控制器與現(xiàn)場(chǎng)控制PLC由串口連接，根據(jù)圖1中感應(yīng)信號(hào)給PLC發(fā)出控制指令，并把感應(yīng)信號(hào)及指令控制存儲(chǔ)在Web服務(wù)器。硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 拋丸嵌入式監(jiān)控硬件結(jié)構(gòu)Fig.2 Hardware structure of shot-blast embedded monitoring

1)嵌入式監(jiān)控平臺(tái)

嵌入式控制器采用ARM9內(nèi)核的32位RISC微處理器S3C2410A，片上集成16kB指令和數(shù)據(jù)cache，配有256kB的二級(jí)緩存，含有3通道UART、8通道10位ADC、117個(gè)通用I/O、2個(gè)I2C和SPI接口等。嵌入式操作系統(tǒng)采用源代碼公開(kāi)、運(yùn)行資源小的Linux系統(tǒng)。嵌入式服務(wù)器采用Linux系統(tǒng)下支持CGI開(kāi)源Web服務(wù)器boa[6]。

2)嵌入式控制器與PLC的連接[7-8]

S3C2410A與PLC之間通過(guò)OPC通信，如圖3，主要包括OPC Server和Client。

圖3 基于OPC的S3C2410A與PLC連接Fig.3 Connection between S3C2410A and PLC based on OPC

OPC Server中包含多個(gè)OPC Item，例如在拋丸清理中，同一時(shí)段要對(duì)多個(gè)拋丸器監(jiān)控，按位置標(biāo)定，可包含拋丸器1、拋丸器2等多個(gè)目標(biāo)狀態(tài)參數(shù)。OPC Client主要是對(duì)用戶Server、Group以及Item的連接、添加與生成。

3)嵌入式控制器與HMI的連接

S3C2410A內(nèi)部具有HMI接口，包含1個(gè)外部晶體管控制邏輯、1個(gè)帶中斷的ADC接口。在S3C2410A CPU中使用控制信號(hào)nYPON、YMON、nXPON以及XMON控制并選擇觸摸屏面板，使用模擬信號(hào)AIN[7]和AIN[5]分別連接X(jué)、Y方向外部晶體管如圖4所示[9]。

圖4 HMI與S3C2410A的連接Fig.4 Connection between HMI and S3C2410A

2.2 軟件分析

拋丸清理嵌入式Web的軟件部分主要是在Linux操作系統(tǒng)下，軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。在ARM9嵌入式Linux系統(tǒng)中，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)boa通過(guò)CGI程序與Web Server交互。

圖5 嵌入式Web軟件結(jié)構(gòu)Fig.5 Software structure of embedded web

Linux系統(tǒng)中源代碼是開(kāi)源的，因此數(shù)據(jù)庫(kù)boa的源碼可從網(wǎng)絡(luò)下載。將boa源碼存放在宿主PC的指定目錄，編譯運(yùn)行，生成對(duì)應(yīng)的boa文件。對(duì)于拋丸清理嵌入式Web，在boa數(shù)據(jù)庫(kù)中需做對(duì)應(yīng)的修改，包括用戶訪問(wèn)權(quán)限、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類、服務(wù)器類等。Web Server中的CGI主要響應(yīng)用戶需求，包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)的html以及boa上的CGI，對(duì)于用戶請(qǐng)求獲取拋丸過(guò)程變量，boa將資源定位并執(zhí)行對(duì)應(yīng)程序，獲得各拋丸器的工作狀態(tài)參量，在用戶端Web在線監(jiān)控拋丸自動(dòng)線過(guò)程。

3 結(jié)論

1)簡(jiǎn)化機(jī)車拋丸清理的電控模型，并給出基于嵌入式Web的在線監(jiān)控方案。

2)利用圖2所示的監(jiān)控方案，可實(shí)現(xiàn)拋丸過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，并且開(kāi)發(fā)較為簡(jiǎn)單，接口連接容易實(shí)現(xiàn)，軟件編程量較小，為工業(yè)過(guò)程監(jiān)控和管理提供了新的思路。

3)嵌入式Web的硬件研究方面，在源代碼公開(kāi)、運(yùn)行資源小的Linux操作系統(tǒng)中，利用S3C2410A、boa分別作為嵌入式控制器和服務(wù)器，通過(guò)HMI、采集數(shù)據(jù)，利用OPC通信實(shí)現(xiàn)S3C2410A與PLC、boa與PLC過(guò)程變量的監(jiān)控。

4)嵌入式Web的軟件研究方面，僅給出一種較實(shí)用的軟件結(jié)構(gòu)。對(duì)于源代碼開(kāi)源的Linux平臺(tái)，仍需不斷優(yōu)化，確保嵌入式Web軟件的合理性。