本站小編為你精心準備了火車站智能上水栓系統研制參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《電氣傳動自動化雜志》2014年第三期

1上水栓功能及主要芯片選型

每個股道中上水栓作為從站，其作用是執行股道機發出的上水指令、收管指令、防止收管電機因堵轉而損壞、維持上水栓內部溫度在冰點以上、向股道機返回從站的狀態信息（上水狀態、收管狀態、溫度是否異常等）。本設計中采用S7-300與S7-200相結合組成股道管理機，從站采用新一代STC11系列的STC11F08XE芯片作為從站控制器，而非傳統的遠程I/O模塊，這樣既滿足了控制的要求又大大節約了整個系統的成本。STC11F08XE單片機是增強型8051內核單片機，相對于傳統的8051內核單片機，它在片內資源、性能以及工作速度上都有很大的改進，尤其采用了基于Flash的在線系統編程（ISP）技術，使得單片機應用系統的開發變得更加簡單，無需仿真器或專用編程器就可進行單片機應用系統的開發。STC11F08XE是STC11系列單片機的典型產品，集成了以下資源：增強型8051CPU、8KBFlash程序存儲器、1280B字節RAM、32KB數據Flash(EEPROM)、兩個16位定時器/計數器、全雙工異步串行口（UART）、最多40根I/O口線、MAX810專用復位電路和硬件看門狗。上水栓與股道管理機之間通過一塊485芯片進行信號轉換，其型號為ADM2587E，該芯片能將485信號轉換成單片機能識別的TTL電平，集成度高，自帶隔離電路，能防止單片機受到總線的信號干擾［2］。其外圍電路只需8個匹配電容和2個匹配電阻即可。ADM2587E芯片與單片機的連接如圖2所示。

2上水栓與股道管理機的通信設計

每個股道上有30個上水栓、一個遙控器接收板、兩個流量計、兩個水壓表，總計有35個從站。股道管理機放置于股道的一端，遙控器接收板放置于15號上水栓的箱體內，股道左右側的流量計及壓力表與兩端的上水栓放在一起，每兩個上水栓之間的直線距離為25米，所以上水栓與股道機之間的最遠通信距離為725米?？紤]到每個股道的從站數量較多、通訊距離較遠，因此本設計中股道管理機與上水栓之間采用RS485總線通信，并遵循MODBUS-RTU通信協議。RS485標準是由EIA（電子工業協會）和TIA（通訊工業協會）共同制訂和開發，已有多年歷史，其通信簡單、可靠、成熟,已成為應用最廣泛的通信標準之一［3］。理論上,RS485總線上面最多能夠接入128個站點（根據芯片驅動能力的大小有所不同）,其最大傳輸距離可達1219m，極限通信速率約為10Mbps。股道管理機與上水栓之間的RS485通信線使用平衡雙絞線作為傳輸介質，這種雙絞線的信號傳輸距離與通信速率成反比，當通信速率為20kbps以下時,才能夠實現1219m的最大通信距離。而本設計中所使用的通信速率為僅為9600bps，完全能夠滿足傳輸距離的要求。由于485總線是半雙工通信，每次只能由一個站點來使用總線，為了避免各個從站在通過485總線傳輸信號的過程中總線數據出現沖突，本設計將股道管理機作為主站來管理485總線，上水栓及其他設備作為從站。正常工作時股道管理機24小時不間斷對各個從站進行掃描以檢測從站的工作狀態（如溫度是否異常等），股道管理機每掃描一個上水栓就掃描一次遙控器接收板，掃描一個從站所需時間約為500ms，被掃描的從站及時將各自狀態信息返回給股道機。當股道機掃描到遙控器接收板的數據區有遙控指令時，股道機將立即中斷掃描并將遙控指令以廣播的形式下發給總線上的每個從站，地址相匹配的從站將執行遙控指令。這種掃描方式的優點是任意時刻按下遙控器，都能確保指令及時傳給對應的上水栓，保證了指令的執行速度。在MODBUS-RTU該協議下主站對從站的指令主要分兩種：一種是掃描指令即讀指令，用來查詢上水栓的工作狀態，上水栓收到與其地址匹配的讀指令后將及時向股道機返回當前狀態值；另一種是寫指令，用來控制上水栓執行遙控器命令，上水栓收到對其操作的寫指令后執行相應動作并及時向股道機返回動作執行情況。股道管理機發給上水栓兩種指令的數據格式分別如表1、2所示。上水栓響應股道機的讀寫指令后返回數據的格式分別如表3、4所示。

3上水栓軟件流程圖

上水栓在完成程序初始化后，主程序先調用手動命令子程序，這樣處理的優點是當上位機由于故障不能對上水栓進行控制時仍可以通過手動按鈕進行控制。單片機通過檢測手動按鈕被按下時所產生的脈沖跳變來判斷是否有手動操作指令，并且設計通過軟件延時的方法對手動按鈕進行了消抖處理。上水栓每隔5秒會通過溫度傳感器讀一次溫度以檢測上水栓內溫度是否在設定范圍內，當溫度低于設定溫度下限時，單片機將控制加熱片進行調溫。每次接收到485總線上的指令（股道管理機查詢指令、寫指令）后，單片機將判斷該指令是否為本從站指令，并進行相應處理。需要出的是每當單片機執行動作后都會將指令執行情況存儲于特定的數據區，方便股道管理機再次查詢該從站時將從站狀態反饋給監控室。上水栓的程序流程如圖3所示。

4測試結果及分析

根據設計方案，每個股道中分別接入不同數目的上水栓并與遙控器、股道管理機在某火車站進行聯機調試，測試結果如表5所示。每組經過200組測試誤動作次數都為0，控制非?？煽?，平均動作時間控制在2秒內，保證了指令執行的實時性。在測試過程中指令執行有快慢之分主要是因為部分從站未接入，股道管理機在掃描空從站時會連續掃描3次，這樣延長了整個掃描時間。當股道機在掃描遙控接收板且接收板剛好有遙控指令時，指令執行速度就快。從測試結果來看，股道中空站點越多指令執行的平均速度越慢，驗證了上述分析。測試中發生了丟包現象，有指令未能執行，通過串口調試軟件對485總線上的數據監測發現丟包主要是遙控器無線數據未能傳到股道管理機?？偟膩碚f該控制方案沒有誤動作，反應速度快，能夠滿足控制要求。本文所設計的上水栓控制板與股道管理機實物連接圖如圖4所示。

5結束語

本文設計了一套基于S7-300的火車站智能上水栓，該上水栓采用單片機作為主控芯片，大大節約了成本，通過一根485總線與股道管理機通信，減少了布線、便于維護，克服了傳統上水栓控制不便、不利于車站統計等缺點，它具有通信可靠、反應速度快、控制方便等優點。該智能上水栓已在某火車站投入使用，從使用效果來看，達到了預定目標，完全能滿足現代火車站對上水系統的要求。

作者：卜志東吳新開文麗謝聰單位：湖南科技大學信息與電氣工程學院