西门子6ES7307-1BA01-0AA0使用手册

　1 引言

　　在列车中，风缸是制动系统的动力储备元件，如果风缸应用时没有经过严格检验，其储备的气体压力将无法确保证达到列车行驶中的制动要求，不能使列车准确及时的制动，将会造成严重事故，所以风缸出厂前要经过严格的检测，以防漏泄，确保列车行驶安全。铁道部的标准：通过微机检测，给风缸内打水压900kPa以上，观察5min是否漏泄;给风缸充气压600kPa以上，观察5min是否漏泄，要求漏泄量均为0。传统的检测方式只是通过肉眼观察压力表的指针来观察其是否漏泄，存在误差;且由于人为因素，检测时间也无法保证，为此我们设计了风缸自动检测系统。

　　风缸如图1所示，风缸有两个接口。法兰口A端用于进水和进气，法兰口B用于排水排气，由于接口标准不一，我们均采用软管试连接的方法。采用循环水箱供水。水密性试验时先用水泵供水，注满水后则用高压泵打水压至900kPa以上进行试验。气密性试验用风炮进风，至压力到600kPa以上。先进行水密性试验，然后通过气压使水排净再进行气密性试验。全过程除手动翻转缸排水外，其余均可由电脑控制完成。

　　2 系统硬件组成

　　本检测系统的硬件部分由下位机(西门子PLCS7-200)和上位机(华硕工控机和mcgs组态软件)组成。两者通过PPI转换线连接。为使压力能够平滑快速的上升到要求值，采用PLC控制变频器，利用PID控制器原理，从而控制水泵的转速。采用量程为20MPa传感器通过PLC转换后上传给上位机。上位机对取到的压力值信号进行处理，得出缸内压力的曲线，根据曲线的形状判断辨别气缸是否漏泄。

　　3 系统流程的设计

　　本系统可以在手动与自动两种方式下工作，手动状态即可进行传统式检测。将旋钮打到自动挡位就可以进行自动操作。系统自动操作流程如图2 所示。

　　4 系统软件设计

　　系统软件设计有两部分组成，一是上位机监控软件编程，一是下位机PLC编程。

　　4.1 系统上位机设计

　　图3为上位机监控界面。本系统有良好的人机界面，可实现对PLC的运行情况以及执行机构进行实时监视和控制，实现实时数据采集和历史数据打印功能，具有登录权限和帮助窗口，告诉用户操作方法和机器维护方式，能完美的完成检测任务和数据报表输出，满足检测要求。

　　历史数据窗口中设置了数据查询和打印报表功能，试验前操作员必须填写风缸号码，操作人员可以根据风缸号进行查询，也可以根据日期进行查询。显示该风缸的试验结果。若发现该风缸不合格则可以重新检测，也可以单独做水密性试验或者气密性试验，不影响其他信息。如果该编号已经存在，则提示用户该编号已经存在是否重新检测。打印报表这一项，操作人员可以点击打印报表安钮然后选择按照风缸号或者日期打印。就可以打印出关于该风缸的检测信息。

　　4.2 系统下位机设计

本系统选用西门子公司生产的S7-200 系列PLC，S7-200 系列它的结果紧凑，拥有良好的扩性，指令功能强大，既能完成控制功能，还具有输入输出功能，并且它的价格低廉，非常适合各种小型控制工程。完全能达到我们的使用要求。其设计步骤如图4 所示。

　　通过对风缸检测流程的分析和研究，把PLC的I/O点进行了合理的分配，其分配点如表1所示。

　　由输入输出点的分配，可以得出本系统需要数字量信号2 个输入点，6 个输出点;模拟量信号1 个输入点，1 个输出点.考虑到适用性和经济性，选取PLC 的型号S7-224(8 输入6 输出)和S7-235(模拟信号4 输入1 输出)。

　　在进行水密性试验时，注水过程采用PID 调节控制水泵使压力缓慢的上升。本系统中采用PLC 中的PID 参数，将微分控制器命为零，比例控制器的参数基本调节为1.05，积分控制器的参数经多次试验取3 佳，得到了很好的效果使压力曲线平滑的上升，从而避免了压力在900kPa 附近振荡。节省了水压稳定时间，提高了效率。

　　排水过程在水密性试验结束后需要将风缸的排水口向下，接着靠缸内气压排水，排水结束后关闭排水阀紧接着进行气密性试验。排水是否完毕靠压力传感器的变化上位机智能的分析，来自动的关闭排水阀。这样排水过程就由电脑自动的完成，减少了人工排水的麻烦。

　　5 问题

　　5.1 效率问题

　　由于铁道部要求水密性试验要进行测试5min，气密性试验要进行5min。加上注水时间(此过程与缸的大小有关)，排水时间以及试验的稳定时间，整个检查过程至少20min。改善方法可选用更多输入输出点的PLC同时控制多个检测台位，监控界面增加多个窗口，各个台位检测流程相互独立，互不干扰。

　　5.2 衰减问题

　　水密性试验和气密性试验在打压后关闭阀门时，压力值随着时间的推移会缓慢的下降，其压力曲线如图5 所示。由于完全等待水压或者气压趋于平稳所需要的时间很长，设计时采用了截取某个时间进行检测将其压力曲线下降斜率进行监控。如果在特定的时间内超过下降的斜率，就对系统进行报警，提示用户发生漏泄。

　　6 结论

　　利用风缸压力检测系统，在保证风缸质量的前提下，提高了风缸检测效率。很好地避免了传统检测的不准确，效率低下等问题。由于全过程实现了自动控制，界面形象简洁，操作简单，只需经过简单培训，便可以操作，节省了人力资源，提高了生产的经济性。