电力机车辅助电机PID控制研究

3 软件设计
软件设计包括HMI软件设计和PLC软件设计。HMI软件设计是借助文本显示器专用软件开发工具设计主界面、参数设置界面、记录查询界面、曲线显示界面及系统管理界面。主界面是系统正常工作时显示的界面，也是系统开机后默认进入的界面，主要分牵引电机温度、风机参数、环境温度和机车型号、操作按钮、系统日期和时间显示区域。牵引电机温度显示区域依次显示每台牵引电机的实时温度。风机参数显示区域显示每台风机的当前转速和风量参数。主界面底部显示环境温度和机车型号，环境温度也是实时的，机车型号是在系统管理界面预先设置的。为了在主界面中实现其他界面的切换，在主界面中设计了参数、记录、曲线和系统四个按钮，用手触摸即可进入相应界面进行操作。此外，主界面还显示系统的当前日期和时间。主界面运行结果如图2所示。

参数设置界面是设置PID控制器的自动控制方式、作用控制方式、设定值、比例系数、积分时间、微分时间、取样时间、调节死区、输入上限、输入下限、输出上限、输出上限等系统参数的界面，机车型号不同，电机的型号也不尽相同，对应的PID的控制参数也不同，机车型号在本界面中用下拉菜单选择，PID控制器的每一个参数都有上限值和下限值，输入的参数超出上下限则设置无效。
记录查询界面是查询历史记录的界面，在系统运行过程中，出现牵引电机温升异常，温度过高，风机电机转速异常甚至停转，传感器开路，以及更改参数等情况时，系统立即启动事件相应，记录发生的异常事件日期和时间、事件名称及恢复时间等信息，并保存在存储器中，这些历史记录既可以在本界面中查看，也可以以只读文件的形式存储在U盘中，在PC上用专用的软件处理生成EXCEL格式的文件。曲线显示界面实时显示牵引电机随时间连续变化的温度，1台电机对应1条曲线，所有曲线在一屏中显示，以不同的颜色相互区别。系统管理界面用来设置系统的日期和时间，操作密码的设置和更改。
PLC软件设计在PLC专用软件设计工具中用梯形图编程实现，主要内容包括PLC型号的选择，开关量输入的滤波时间、模拟量输入输出的上限和下限、数据的采集和处理以及以PID控制器的参数自动调节为主要功能的主程序设计嘲。PLC和HMI的通信采用应用广泛的Modbus通信协议实现，通信参数设置为：波特率19 200，无校验位，8位数据为，2位停止位。为了满足故障导向安全原则，在系统故障的情况下保证机车正常工作，在PLC软件中设计了故障诊断功能，一旦出现系统故障，本控制系统将立即停止工作，同时PLC的数字量输出接通相应的逻辑控制电路，切换到由机车工况决定的人工控制。

4 结束语
通过分析控制对象的特点和要求，在满足故障导向安全原则的前提下，提出了利用PID控制作为控制策略，设计了硬件实现方案，分别编制了PLC和HMI的软件，通过模拟运行，实现了文中提出的控制功能。