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摘 要：MCGS工业控制组态软件和PLC主机、铁路机车低压电器控制设备相结合，可以便捷地开发出高速铁路动车组电气控制仿真系统。文章针对CRH380A动车组电气控制系统，结合相关软件设备，提出了自主开发动车组电气控制仿真实训系统的可行方案。
关键词：MCGS嵌入版;组态;电气控制系统
中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）01-030-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.012
1 动车组电气控制现状
目前，铁路机车电气系统仿真实训设备在日常一体化教学与职工培训中得到广泛的应用，这些实训设备多为专业化厂商提供，受制于成本，客户无法大量采购。一体化教学需要有学员大量的“学”“做”结合课程环节，仅靠少量几套设备远远不能满足需要，在一定程度上影响了一体化教学质量。
CRH380动车组电气系统仿真实训设备相比模拟驾驶系统，无需3D场景，仅用简单的二维动画即可实现对电气系统逻辑关系的模拟。同时，结合工业控制软件以及相关硬件来自主开发、仿真列车逻辑控制系统，减少了继电器的使用，增加了系统的可靠性，降低了开发成本，适合大面积装备。此外，还可以根据现场教学需要对设备自主进行改造升级维护。
2 项目方案
针对CRH380A型动车组，只需要模拟一个动力单元的配置，即T2-8、M6-7车、M5-6车三个车的电气系统。
2.1 设备组成
主要有以下设备，如表1所示：
2.2 软件仿真系统
2.2.1 窗口配置
对每辆车设置一个窗口，集中放置虚拟电气设备及相关电路图，采用列车地图的方式，以按钮来链接进入对应车辆的窗口，如图1所示。
2.2.2 开关按钮等元件动作动画设计
首先，断路器、空气开关、旋钮动画设计。如受电弓VCB断路器，EGS接地开关等，设计过程如下：
准备断路器开与关状态两张图，通过两张图的切换达到断路器开断的效果。在实时数据库内对开关定义变量，类型为开关型，赋初值为1。在开画面动画组态中设置按钮动作和可见度，按钮动作中选取数据对象操作取反，对可见度设置：开关变量为1时，显示开画面，为0时不显示开画面。在关画面动画组态设计中，按钮动作设计与上同，可见度设置相反。其他开关元器件动画动作的实现可参考上述做法，如图2所示。
其次，自复位按钮设计：适用各种自复位旋钮、带灯自复位按钮的设计。如主断合按钮、受电弓升旋钮，设计过程如下。
自复位按钮用绘图工具箱绘制彩色圆，在实时数据库内对按钮定义变量，类型为开关型，赋初值为0。在动画组态中设置填充颜色与按钮设置。填充颜色表達式为按钮变量，分段点颜色设置为暗明两种色调的颜色，模拟开关按下时显示灯亮。在按钮动作设置中，数据对象值操作选取变量置1。然后在运行策略中建立一条事件策略。关联数据对象为该自复位按钮变量名，事件内容设置为“数据对象值正跳变时，执行一次”。延时时间为1 000ms，添加一条脚本策略，给自复位按钮变量置1。用以模拟按下3s后，自复位按钮回位，同时按钮灯熄灭，如图3所示。
自复位旋钮设计可参考上述方法，利用旋钮开断状态的两张图切换显示，设置可见度动画，按键动作给变量置1，利用事件策略延时3000ms清零。模拟升弓按钮右旋3S后升弓指令发出。
最后，制动手柄、牵引手柄、网压表、蓄电池电压表，均可利用MCGS内置的对象元件库中的旋钮、滑块、电压表等元件，通过外形、刻度、颜色修改，关联相关变量来适应需要。
2.3 电路图关联
对CRH380A动车组电路图进行精简。加大开关、按钮、触点的显示比例，缩小线路长度，便于嵌入式终端显示。将升降弓、合断VCB等需要在司机室的指令发出电路，进行合并。方便和相关器件动作时电路状态同步显示。
将CRH380A动车组列车整备电路：直流电源电路、司机室激活电路、受电弓控制电路、VCB控制电路、经过精简后利用MCGS元件库新建继电器线圈、常开触点、常闭触点、断路器开关等基本元器件电路符号，绘制出相关电路图，如图4所示。
将电路元器件符号和相关电气元件关联，实现联动，利用线路、电气元件符号的变色模拟通电断电。对不同窗口的电路，通过将供电线路设置关联线路变量，继电器关联继电器状态变量，实现电路图之间的交互。
对电路逻辑进行梳理，按照梳理后的逻辑关系，对MCGS组态软件中绘制的电路图电路符号元件、线路等边线颜色、填充颜色进行动画组态编程设计，如图5所示。
如：对于按下降弓按钮后，降弓指令线107线得电。
梳理出电路逻辑：102·PanN·102B·VCBRR·PanDS·107
对MCGS中元件进行编程。
添加“线107”变量（开关变量），设置循环策略，延时2 000ms后执行模拟线路传输中的时间消耗，添加脚本程序：
if 线102=1 and 受电弓VCB空开=1 and 降弓按钮=1 and VCBRR8车=1 then
线107=1
else
线107=0
endif
通过各元件的开关变量状态变化，关联边线颜色变化的动画，实现电路图与电气元件的联动及电路动画显示。
如果有自锁线路，只需将继电器自锁触点所在支路的逻辑通过or语句加入程序中。
3 技术路线
技术路线如图6所示[1]。
4 方案所能实现的功能
列车整备电路电气调试仿真。可以模拟电路故障，如设置主断不闭合条件，通过设置牵引手柄不在0位、MON切除6车VCB、EGS接地开关闭合、断开主变压器油流开关等方式，让实训者参照电路图仿真动画，排除故障，帮助实训者更好地理解列车电路。
参考文献
[1] 刘长国，黄俊强.MCGS嵌入版组态应用技术[M].北京：机械工业出版社，2020.
关键词：MCGS嵌入版;组态;电气控制系统
中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）01-030-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.012
1 动车组电气控制现状
目前，铁路机车电气系统仿真实训设备在日常一体化教学与职工培训中得到广泛的应用，这些实训设备多为专业化厂商提供，受制于成本，客户无法大量采购。一体化教学需要有学员大量的“学”“做”结合课程环节，仅靠少量几套设备远远不能满足需要，在一定程度上影响了一体化教学质量。
CRH380动车组电气系统仿真实训设备相比模拟驾驶系统，无需3D场景，仅用简单的二维动画即可实现对电气系统逻辑关系的模拟。同时，结合工业控制软件以及相关硬件来自主开发、仿真列车逻辑控制系统，减少了继电器的使用，增加了系统的可靠性，降低了开发成本，适合大面积装备。此外，还可以根据现场教学需要对设备自主进行改造升级维护。
2 项目方案
针对CRH380A型动车组，只需要模拟一个动力单元的配置，即T2-8、M6-7车、M5-6车三个车的电气系统。
2.1 设备组成
主要有以下设备，如表1所示：
2.2 软件仿真系统
2.2.1 窗口配置
对每辆车设置一个窗口，集中放置虚拟电气设备及相关电路图，采用列车地图的方式，以按钮来链接进入对应车辆的窗口，如图1所示。
2.2.2 开关按钮等元件动作动画设计
首先，断路器、空气开关、旋钮动画设计。如受电弓VCB断路器，EGS接地开关等，设计过程如下：
准备断路器开与关状态两张图，通过两张图的切换达到断路器开断的效果。在实时数据库内对开关定义变量，类型为开关型，赋初值为1。在开画面动画组态中设置按钮动作和可见度，按钮动作中选取数据对象操作取反，对可见度设置：开关变量为1时，显示开画面，为0时不显示开画面。在关画面动画组态设计中，按钮动作设计与上同，可见度设置相反。其他开关元器件动画动作的实现可参考上述做法，如图2所示。
其次，自复位按钮设计：适用各种自复位旋钮、带灯自复位按钮的设计。如主断合按钮、受电弓升旋钮，设计过程如下。
自复位按钮用绘图工具箱绘制彩色圆，在实时数据库内对按钮定义变量，类型为开关型，赋初值为0。在动画组态中设置填充颜色与按钮设置。填充颜色表達式为按钮变量，分段点颜色设置为暗明两种色调的颜色，模拟开关按下时显示灯亮。在按钮动作设置中，数据对象值操作选取变量置1。然后在运行策略中建立一条事件策略。关联数据对象为该自复位按钮变量名，事件内容设置为“数据对象值正跳变时，执行一次”。延时时间为1 000ms，添加一条脚本策略，给自复位按钮变量置1。用以模拟按下3s后，自复位按钮回位，同时按钮灯熄灭，如图3所示。
自复位旋钮设计可参考上述方法，利用旋钮开断状态的两张图切换显示，设置可见度动画，按键动作给变量置1，利用事件策略延时3000ms清零。模拟升弓按钮右旋3S后升弓指令发出。
最后，制动手柄、牵引手柄、网压表、蓄电池电压表，均可利用MCGS内置的对象元件库中的旋钮、滑块、电压表等元件，通过外形、刻度、颜色修改，关联相关变量来适应需要。
2.3 电路图关联
对CRH380A动车组电路图进行精简。加大开关、按钮、触点的显示比例，缩小线路长度，便于嵌入式终端显示。将升降弓、合断VCB等需要在司机室的指令发出电路，进行合并。方便和相关器件动作时电路状态同步显示。
将CRH380A动车组列车整备电路：直流电源电路、司机室激活电路、受电弓控制电路、VCB控制电路、经过精简后利用MCGS元件库新建继电器线圈、常开触点、常闭触点、断路器开关等基本元器件电路符号，绘制出相关电路图，如图4所示。
将电路元器件符号和相关电气元件关联，实现联动，利用线路、电气元件符号的变色模拟通电断电。对不同窗口的电路，通过将供电线路设置关联线路变量，继电器关联继电器状态变量，实现电路图之间的交互。
对电路逻辑进行梳理，按照梳理后的逻辑关系，对MCGS组态软件中绘制的电路图电路符号元件、线路等边线颜色、填充颜色进行动画组态编程设计，如图5所示。
如：对于按下降弓按钮后，降弓指令线107线得电。
梳理出电路逻辑：102·PanN·102B·VCBRR·PanDS·107
对MCGS中元件进行编程。
添加“线107”变量（开关变量），设置循环策略，延时2 000ms后执行模拟线路传输中的时间消耗，添加脚本程序：
if 线102=1 and 受电弓VCB空开=1 and 降弓按钮=1 and VCBRR8车=1 then
线107=1
else
线107=0
endif
通过各元件的开关变量状态变化，关联边线颜色变化的动画，实现电路图与电气元件的联动及电路动画显示。
如果有自锁线路，只需将继电器自锁触点所在支路的逻辑通过or语句加入程序中。
3 技术路线
技术路线如图6所示[1]。
4 方案所能实现的功能
列车整备电路电气调试仿真。可以模拟电路故障，如设置主断不闭合条件，通过设置牵引手柄不在0位、MON切除6车VCB、EGS接地开关闭合、断开主变压器油流开关等方式，让实训者参照电路图仿真动画，排除故障，帮助实训者更好地理解列车电路。
参考文献
[1] 刘长国，黄俊强.MCGS嵌入版组态应用技术[M].北京：机械工业出版社，2020.