本发明属于机车保温
技术领域：
，涉及一种基于PLC的火车停车保温系统。
背景技术：
：火车是我国的主要交通运输工具之一，是人类历史上最重要的机械交通工具。目前我国主要的的火车是柴油机车，柴油机车又称内燃机车，是指以柴油发动机为动力来源的机车。相比与蒸汽机车，柴油机车内燃机稳定，不易出故障，速度快，启动快，拉力大，已经广泛应用于世界大部分地区。火车作为主要的交通运输工具，遍布于全国各地，因此，火车不仅要保证本身快速、安全、便捷的运输能力，还要克服一系列的困难，而在低温环境下运行就是一大挑战。在低温的环境下，柴油会变得更加粘稠，流动性变差，导致柴油在进入气缸时，压缩雾化的不彻底，存在难以燃烧的小颗粒，燃烧的不彻底，不能有效的提供动力，同时温度过低，启动时需要克服的阻力增大，就需要更大的动力来启动。为了保证低温环境下柴油内燃机能正常启动运行，需要在火车停车时维持循环水、柴油与机油的温度，使其稳定在一定的范围内，这样我们就需要一套能给火车预热的保温系统，保温系统需要在火车停止运行的时候，通过循环水来加热柴油与滑油，并保持在一定的温度范围内，这样在火车启动时，柴油滑油温度都满足要求，点火顺利，柴油机启动顺利，才能保证火车安全、迅速的启动。同时采用火车停车保温系统后，火车不再需要通过空转柴油机来维持所需要的温度，这样不仅减少了资源的消耗，还减少了废气的排放，降低了对环境的污染，同时没有空转时的噪声污染，减少柴油机空转的损耗，提升经济效益。技术实现要素：为了克服火车停车保温系统现有不足，本发明提供了一种火车停车保温系统及方法，通过对机车在低温环境下运行困难的情况进行分析，设计出了火车停车保温系统的方案，该系统通过对循环水的加热，进一步加热柴油与滑油，来满足火车启动时所需要的温度。火车停车保温系统的目的保证火车正常启动，也就是需要在火车停车时，对火车内部的柴油、滑油进行加热，并且保持在给定温度的范围内，这样火车在启动时，不会因为柴油、滑油温度过低，而出现启动困难，甚至是无法启动的现象。加热柴油和滑油时利用循环水进行加热，先用加热器将循环水加热，然后通过换热器加热柴油和滑油，并且利用温度传感器、PLC控制系统来检测并控制柴油和滑油的温度，使其稳定在给定值附近，保证火车的正常启动。一种基于PLC的火车停车保温系统，由监控终端、火车停车保温系统和火车停车保温控制系统三大部分构成，其特征在于：监控终端即上位机作为人机交互界面与火车停车保温控制系统通过连接线相连，火车停车保温控制系统包括PLC控制设备，PLC选用西门子公司研制的S7-200系列，其的硬件模块包括CPU222模块、第一个EM231扩展模块、第二个EM231扩展模块；CPU222模块一端连接触摸屏，CPU222模块另一端与第一个EM231扩展模块的一端连接；第一个EM231扩展模块的另一端与第二个EM231扩展模块的一端连接。火车停车保温控制系统也连接着水温传感器、柴油温度传感器和滑油温度传感器，会将检测到的信号传给PLC控制系统，从而实现了停车保温系统对水温、柴油温度和滑油温度的监控，同时控制水泵、柴油泵、滑油泵、水箱、柴油箱、滑油箱、第一加热器以及第二加热器的运行状态，满足了系统对温度的控制。软件部分分为上位机和下位机两部分，选用维控(LEVI777A)触摸屏作为上位机，可以通过触摸屏对下位机PLC进行控制。同时设计出了一个组态界面，该组态界面能够显示实时的水温、柴油温度胡滑油温度，还能检测水泵、柴油泵、滑油泵和加热器的工作状态，并利用STEP7软件编写了停车保温系统的PLC程序。停车保温系统对水温的要求如下，当温度传感器检测到水温低于30摄氏度时，两个加热器将会同时工作，这时温度传感器一直都在工作，直到水温到达35摄氏度，停止其中一个加热器，只用一个加热器进行加热，当水温达到40摄氏度时，唯一工作的加热器也停止加热，预热循环水泵在加热前1分钟开始运行，加热停止后延时1分钟停止，当水温大于40摄氏度时，每隔5分钟运行1分钟。滑油温度传感器检测到滑油温度低于24摄氏度时，滑油泵一直运行，当滑油温度大于或者等于24摄氏度时，滑油泵在运行1分钟后停止，停止5分钟后重新运行1分钟，之后再停止5分钟，一直循环下去。柴油温度传感器检测到柴油温度小于15摄氏度时，柴油泵一直运行，温度大于或者等于15摄氏度时，柴油泵在运行1分钟后将会停止5分钟，原理和滑油泵类似，之后将会一直循环下去。一种如上所述的基于PLC的火车停车保温智能控制系统的控制方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：设置火车停车保温系统操作台人机界面彩色触摸屏界面的菜单栏上功能键的访问用户名和密码；步骤二：火车停车后，传感器将测得的水温、柴油温度、滑油温度信号送入PLC专用模块进行A/D转换以及数据处理，实现对水泵、柴油泵和滑油泵的自动启停，达到预热的效果。步骤三：火车停车保温系统运行后，传感器将测得的谁恩、柴油温度、花有温度信号送入PLC专用模块进行A/D转换以及数据处理，PLC结合模糊算法完成对水温、柴油温度、滑油温度控制系统的自动测量控制，实现对水泵、柴油泵、滑油泵、加热器1和加热器2的控制；其运行工况信息也会经过数据处理，再通过RS232串口传送到触摸屏计算机上，显示出停车保温运行状态的现场画面。基于PLC的火车停车保温智能控制系统的控制方法，水泵、柴油泵和滑油泵都通过PLC通讯模块与显示终端可以交互，水温、柴油温度和滑油温度可以实时显示。火车停车保温的PLC控制设备，所述的手动控制可以直接对各种负载设备进行操作。所述的自动控制采用模糊控制器，控制系统的各种相关参数。本发明的有益效果：(1)以柴油为动力源的内燃机车在寒冷环境下运行时会变得困难，因为柴油在寒冷的条件下会变得更加粘稠，为了是火车在寒冷环境下能够正常安全的运行，需要对火车停车时进行温度控制，这也是停车保温系统设计的初衷，停车保温系统对寒冷情况下的火车安全运行有重要意义。(2)火车停车保温系统需要在火车停止运行的时候，通过循环水来加热柴油与滑油，并保持在一定的温度范围内，这样在火车启动时，柴油滑油温度都满足要求，点火顺利，柴油机启动顺利，才能保证火车安全、迅速的启动。同时采用火车停车保温系统后，火车不再需要通过空转柴油机来维持所需要的温度，这样不仅减少了资源的消耗，还减少了废气的排放，降低了对环境的污染，同时没有空转时的噪声污染，减少了柴油机空转的损耗，提升经济效益。附图说明图1为本发明的总体结构图。图2为本发明的组成图。图3为本发明的系统主电路图(图中M1、M2、M3、M4分别表示水泵、滑油泵和柴油泵)。图4为本发明的PLC硬件模块接线图。图中：10监控终端；20火车停车保温系统；30PLC控制系统；40水温传感器；50柴油温度传感器；60滑油温度传感器；70水泵；80柴油泵；90滑油泵；100水箱；110柴油箱；120滑油箱；130第一加热器；140第二加热器；150PLC控制设备160CPU222模块；170第一个EM221扩展模块；180第二个EM221扩展模块。具体实施方式基于PLC的火车停车保温智能控制系统，既将显示终端与PLC工业自动化相结合，又能够根据水温、柴油温度、滑油温度等实际工况，对水泵、柴油泵滑油泵、第一加热器、第二加热器进行控制，从而能够实现火车停车保温系统自动、高效、平稳、可靠的运行。在原有停车保温系统上加以简单的改造，增加一些模块，再添加一台监控设备，就能够构成该控制系统，成本较低，构建方便，控制效果好，是控制火车停车温度的理想装置。本发明在停车保温控制系统能够有效解决系统运行动态大幅度变化所带来的系统运行不稳定的问题，而传统停车保温方法是达不到这样的效果的。下面结合附图对本发明做进一步的说明：本发明提出了一种基于PLC的火车停车保温智能控制系统，如图2所示，有监控终端10、火车停车保温控制系统30和火车停车保温系统20构成，其特征在于：监控终端10即上位机作为人机交互界面与下位机PLC控制系统30通过连接相连，PLC控制系统30也连接着水温传感器40，水温传感器40会将检测到的信号传给PLC控制系统30，由PLC控制系统30控制水泵70的运行和停止；柴油温度传感器50会检测到柴油温度，之后送到PLC控制系统30，PLC控制系统30来控制柴油泵80的运行和停止；滑油温度传感器60检测滑油温度，送到PLC控制系统30，PLC控制滑油泵90的运行和停止，从而实现了停车保温系统对水温40、柴油温度50和滑油温度60的监控，同时控制水泵70、柴油泵80、滑油泵90、第一加热器130、第二加热器140的运行状态，满足了系统对温度的控制。如图1，2所示，火车停车保温系统20包括传感器、水箱100、柴油箱110、滑油箱120、第一加热器130、第二加热器140、水泵70、柴油泵80、滑油泵90等；水泵控制、柴油泵控制、滑油泵控制、第一加热器和第二加热器分别与CPU222160的输出节点相连；滑油泵90与继电器KM0相连；柴油泵80与继电器KM1相连；水泵70与继电器KM2相连；第二加热器140与继电器KM3相连；第一加热器130与继电器KM4相连；传感器包括水温传感器40、柴油温度传感器50和滑油温度传感器60；水温传感器40与第一个EM231扩展模块170的AIW0相连；滑油温度传感器60与第一个EM231扩展模块170的AIW2相连；柴油温度传感器50与第二个EM231扩展模块180的AIW4相连。如图4所示，PLC控制系统30包括PLC控制设备120，PLC选用西门子公司研制的S7-200系列，其的硬件模块包括CPU222模块160、第一个EM231扩展模块170、第二个EM231扩展模块150；CPU222模块160一端连接触摸屏，CPU222模块160另一端与第一个EM231扩展模块170的一端连接；第一个EM231扩展模块170的另一端与第二个EM231扩展模块180的一端连接。软件部分分为上位机和下位机两部分，选用维控(LEVI777A)触摸屏作为上位机，可以通过触摸屏对下位机PLC进行控制。同时设计出了一个组态界面，该组态界面能够显示实时的水温、柴油温度胡滑油温度，还能检测水泵、柴油泵、滑油泵和加热器的工作状态，并利用STEP7软件编写了停车保温系统的PLC程序。停车保温系统对水温的要求如下，当温度传感器检测到水温低于30摄氏度时，两个加热器将会同时工作，这时温度传感器一直都在工作，直到水温到达35摄氏度，停止其中一个加热器，只用一个加热器进行加热，当水温达到40摄氏度时，唯一工作的加热器也停止加热，预热循环水泵在加热前1分钟开始运行，加热停止后延时1分钟停止，当水温大于40摄氏度时，每隔5分钟运行1分钟。滑油温度传感器检测到滑油温度低于24摄氏度时，滑油泵一直运行，当滑油温度大于或者等于24摄氏度时，滑油泵在运行1分钟后停止，停止5分钟后重新运行1分钟，之后再停止5分钟，一直循环下去。柴油温度传感器检测到柴油温度小于15摄氏度时，柴油泵一直运行，温度大于或者等于15摄氏度时，柴油泵在运行1分钟后将会停止5分钟，原理和滑油泵类似，之后将会一直循环下去。一种如上所述的基于PLC的火车停车保温智能控制系统的控制方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：设置火车停车保温系统操作台人机界面彩色触摸屏界面的菜单栏上功能键的访问用户名和密码；步骤二：火车停车后，传感器将测得的水温、柴油温度、滑油温度信号送入PLC专用模块进行A/D转换以及数据处理，实现对水泵、柴油泵和滑油泵的自动启停，达到预热的效果。步骤三：火车停车保温系统运行后，传感器将测得的谁恩、柴油温度、花有温度信号送入PLC专用模块进行A/D转换以及数据处理，PLC结合模糊自适应PID控制器完成对水温、柴油温度、滑油温度控制系统的自动测量控制，实现对水泵、柴油泵、滑油泵、加热器1和加热器2的控制；其运行工况信息也会经过数据处理，再通过RS232串口传送到触摸屏计算机上，显示出停车保温运行状态的现场画面。上述的用于智能化的火车停车保温控制系统当中的PLC控制部分的工作流程如下：(1)系统运行后，停车保温控制系统中的传感器将测得的水温、滑油温度和柴油温度信号通过通讯系统送入PLC专用模块进行A/D转换和数据处理。(2)PLC按照预置程序结合相应的模糊制器完成对水温、柴油温度和滑油温度控制系统的自动测量控制，实现对水泵、柴油泵、滑油泵、第一加热器和第二加热器的控制，使得温度维持在给定值附近。本发明的工作原理如下：所有监测开关量和模拟量被送入PLC输入口，传感器将测得的水温、滑油温度和柴油温度信号通过通讯系统送入PLC专用模块进行A/D转换和数据处理。PLC按照预置程序结合相应的模糊自适应PID控制器完成对水温、柴油温度和滑油温度控制系统的自动测量控制，实现对水泵、柴油泵、滑油泵、第一加热器和第二加热器的控制，使得温度维持在给定值附近。逻辑控制模块(使用PLC为西门子S7-PLC，S7-200非常可靠，不仅便于操作，指令丰富，还拥有极强的通讯能力和丰富的扩展模块，非常适合本次停车保温系统的设计。该PLC所采用CPU的开关量输出点数为5点，4-20mA模拟量输入为3点，扩展了2个模块，具体配置情况见表1-表2，表1为本发明的CPU222的I/O接点分配表，表2为本发明的PLC模拟量扩展模块I/O接点分配表)，显示模块(由人机界面彩色触摸屏和连接线构成，用于现场监控的人机界面彩色触摸屏，通过RS232通讯设备与PLC进行实时通信，实现数据交换，并且能够显示在屏幕上)。表1CPU222的I/O接点分配表表2PLC模拟量扩展模块I/O接点分配表序号I/O端口功能备注1AIW0水温传感器EM231-12AIW2滑油温度传感器3AIW4柴油温度传感器EM231-2当前第1页1 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