DF8BJ交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)機(jī)車(chē)級(jí)控制單元設(shè)計(jì)

黃波

（江蘇今創(chuàng)車(chē)輛有限公司，江蘇 常州 213164）

1 LCU功能描述和硬件結(jié)構(gòu)

1.1 功能描述

機(jī)車(chē)級(jí)控制單元在DF8BJ型機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)中占有重要的位置。機(jī)車(chē)內(nèi)部各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)主要是由微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行操控。在新型的DF8BJ型機(jī)車(chē)上，機(jī)車(chē)級(jí)控制單元控制以下幾個(gè)主要的機(jī)車(chē)運(yùn)行功能：機(jī)車(chē)邏輯控制、直流環(huán)節(jié)中直流電壓的控制，對(duì)直流電壓的控制主要是依靠主發(fā)勵(lì)磁完成的。此外，還包括機(jī)車(chē)的牽引特性控制、機(jī)車(chē)自負(fù)荷特性控制、動(dòng)力采油機(jī)恒功率控制。對(duì)于機(jī)車(chē)相應(yīng)的故障檢測(cè)，軸溫檢測(cè)、電氣系統(tǒng)的相關(guān)保護(hù)等功能也受到機(jī)車(chē)級(jí)控制單元的操控。

1.2 硬件構(gòu)成

機(jī)車(chē)級(jí)控制單元（LCU）的研制成功離不開(kāi)它的前身——控制單元基礎(chǔ)。LCU的成功研制離不開(kāi)DF8B型內(nèi)燃機(jī)車(chē)微機(jī)控制系統(tǒng)。DF8BJ型機(jī)車(chē)的機(jī)車(chē)控制單元是經(jīng)過(guò)DF8B型內(nèi)燃機(jī)車(chē)微機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)、發(fā)展，演化過(guò)來(lái)的。LCU控制系統(tǒng)中的相應(yīng)子系統(tǒng)已經(jīng)在DF8B型內(nèi)燃機(jī)車(chē)微機(jī)控制系統(tǒng)中使用，且已經(jīng)積累了較多關(guān)于該系統(tǒng)中子系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)車(chē)運(yùn)行中的相關(guān)技術(shù)運(yùn)行操作經(jīng)驗(yàn)。因此DF8BJ交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的機(jī)車(chē)級(jí)控制單元沿用了該系統(tǒng)，保留了原系統(tǒng)中的相關(guān)功能，比如柴油機(jī)恒功勵(lì)磁功能。在原有的基礎(chǔ)上新增加了機(jī)車(chē)邏輯控制功能，新型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則體現(xiàn)了通用化、模塊化的設(shè)計(jì)原則，使得該系統(tǒng)在應(yīng)用中不是非常的陌生，對(duì)于操作員有很好的幫助，可以節(jié)省較多了解該機(jī)車(chē)新型控制系統(tǒng)的時(shí)間。

在機(jī)車(chē)級(jí)控制單元的內(nèi)部機(jī)箱中有很多的插件，其中電源開(kāi)關(guān)插件的主要作用是為其他插件與機(jī)車(chē)級(jí)控制單元連接的傳感器提供電源支持。機(jī)車(chē)邏輯控制數(shù)字量輸出控制功能，由數(shù)字量輸入插件完成。機(jī)車(chē)各部分軸溫檢測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)是通過(guò)軸溫檢測(cè)插件傳輸?shù)綑C(jī)車(chē)級(jí)控制系統(tǒng)的內(nèi)部，再由RS232串行通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)上傳到CPU處理插件，然后又通過(guò)CPU插件傳輸給CLDLCU。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究后，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題會(huì)自動(dòng)報(bào)警，如果數(shù)據(jù)顯示機(jī)車(chē)運(yùn)行的各個(gè)部件正常，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行保存。機(jī)車(chē)級(jí)控制單元中的勵(lì)磁控制插件，主要作用是控制主發(fā)動(dòng)機(jī)在指令的指引下進(jìn)行勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁控制。轉(zhuǎn)化控制插件的作用可以使兩個(gè)相同的控制系統(tǒng)在人為的情況下進(jìn)行相互間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，在特殊的情況下保證數(shù)據(jù)可以完成必要的備份保存。控制系統(tǒng)中的模擬量采集工作分別由模擬量擴(kuò)展插件和傳感器插件共同完成。

2 在LCU軟件研發(fā)設(shè)計(jì)中需注意的幾個(gè)關(guān)鍵部分

2.1 機(jī)車(chē)中間直流環(huán)節(jié)直流電壓的控制

交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)在運(yùn)行或是啟動(dòng)中由電壓控制動(dòng)力電流，機(jī)車(chē)由牽引工況轉(zhuǎn)化成惰轉(zhuǎn)工況，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)的啟動(dòng)或是停車(chē)。機(jī)車(chē)中間直流環(huán)節(jié)直流電壓的控制是LCU軟件控制系統(tǒng)中重要的組成部分。在系統(tǒng)的控制中，將電壓值的相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后，經(jīng)中間電壓限制環(huán)節(jié)處理后產(chǎn)生勵(lì)磁電流信號(hào)，由主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)、主發(fā)電機(jī)、整流器、中間直流環(huán)節(jié)電容共同形成電壓產(chǎn)生環(huán)節(jié)，由變流器機(jī)組提供中間直流電壓。在實(shí)際的研究運(yùn)行過(guò)程中，我們的工作人員注意到機(jī)車(chē)在啟動(dòng)時(shí)往往會(huì)因?yàn)榍穳簩?dǎo)致啟動(dòng)失靈，這主要因變流器的運(yùn)行不正常導(dǎo)致，同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)，使用兩臺(tái)變流器可以減緩這種現(xiàn)象的發(fā)生。為了解決上述問(wèn)題，我們采用了預(yù)勵(lì)磁技術(shù)、預(yù)負(fù)載技術(shù)和異步啟動(dòng)技術(shù)。

2.2 牽引性控制

在機(jī)車(chē)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中，機(jī)車(chē)在高速、低速的情況下，相對(duì)的效率并不相同，機(jī)車(chē)牽引力變化率的折算功率與機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)的速度密切相關(guān)。運(yùn)行調(diào)試中，機(jī)車(chē)軸重轉(zhuǎn)移與機(jī)車(chē)速度有關(guān)系，柴油機(jī)電噴控制器、LCU和DCU間的運(yùn)行配合也存在一定的遲滯間隙。這些因素的出現(xiàn)都會(huì)影響機(jī)車(chē)的各個(gè)組件間的密切配合，導(dǎo)致機(jī)車(chē)運(yùn)行不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)故障。為此，研究人員根據(jù)不同的問(wèn)題，采取了不同的技術(shù)保障措施。比如，加強(qiáng)恒功環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用，依據(jù)機(jī)車(chē)的運(yùn)行情況對(duì)牽引電機(jī)效率進(jìn)行隨時(shí)的控制保護(hù)。對(duì)機(jī)車(chē)的軸重進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)控制，保證軸重轉(zhuǎn)移與機(jī)車(chē)的運(yùn)行速度達(dá)到一個(gè)和諧的狀態(tài)。對(duì)于柴油機(jī)電噴控制器處出現(xiàn)的問(wèn)題，我們要進(jìn)行定期的人工檢測(cè)，以減少出現(xiàn)故障的幾率。

2.3 機(jī)車(chē)邏輯控制環(huán)節(jié)

機(jī)車(chē)的邏輯控制環(huán)節(jié)主要控制機(jī)車(chē)內(nèi)部相應(yīng)的電器系統(tǒng)部件間的控制聯(lián)系。控制柴油機(jī)的啟機(jī)、停機(jī)、運(yùn)行速度的把握，保護(hù)相應(yīng)的控制器不受到損害。機(jī)車(chē)的邏輯控制環(huán)節(jié)主要是受到LCU的控制，利用相應(yīng)的繼電器和接觸器形成對(duì)機(jī)車(chē)電氣系統(tǒng)的邏輯控制。另外，在機(jī)車(chē)電路分布中，盡量減少電路的分布，將不必要的電路進(jìn)行拆除，以保證電路運(yùn)行的通常性，簡(jiǎn)化主電路，提高機(jī)車(chē)內(nèi)部的安全性和各個(gè)電器使用的可靠性，同時(shí)也提高了工作效率。

3 結(jié)語(yǔ)

DF8BJ型機(jī)車(chē)是我國(guó)目前最為先進(jìn)的貨運(yùn)機(jī)車(chē)，它在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，同時(shí)利用積累的經(jīng)驗(yàn)完善了機(jī)車(chē)內(nèi)部的管理系統(tǒng)，這將會(huì)大大提高我國(guó)的貨運(yùn)能力，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供保障。

［1］劉連根，赤川英爾.NJ1型機(jī)車(chē)用 IPM牽引逆變器［J］.機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2000，（4）：57-58.

［2］姚曉陽(yáng).交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2000，（4）：19-20.