DF8BJ交流傳動內燃機車機車級控制單元設計

黃波

（江蘇今創(chuàng)車輛有限公司，江蘇 常州 213164）

1 LCU功能描述和硬件結構

1.1 功能描述

機車級控制單元在DF8BJ型機車控制系統(tǒng)中占有重要的位置。機車內部各個功能的實現(xiàn)主要是由微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)進行操控。在新型的DF8BJ型機車上，機車級控制單元控制以下幾個主要的機車運行功能：機車邏輯控制、直流環(huán)節(jié)中直流電壓的控制，對直流電壓的控制主要是依靠主發(fā)勵磁完成的。此外，還包括機車的牽引特性控制、機車自負荷特性控制、動力采油機恒功率控制。對于機車相應的故障檢測，軸溫檢測、電氣系統(tǒng)的相關保護等功能也受到機車級控制單元的操控。

1.2 硬件構成

機車級控制單元（LCU）的研制成功離不開它的前身——控制單元基礎。LCU的成功研制離不開DF8B型內燃機車微機控制系統(tǒng)。DF8BJ型機車的機車控制單元是經過DF8B型內燃機車微機控制系統(tǒng)的改進、發(fā)展，演化過來的。LCU控制系統(tǒng)中的相應子系統(tǒng)已經在DF8B型內燃機車微機控制系統(tǒng)中使用，且已經積累了較多關于該系統(tǒng)中子系統(tǒng)在內燃機車運行中的相關技術運行操作經驗。因此DF8BJ交流傳動內燃機車的機車級控制單元沿用了該系統(tǒng)，保留了原系統(tǒng)中的相關功能，比如柴油機恒功勵磁功能。在原有的基礎上新增加了機車邏輯控制功能，新型控制系統(tǒng)的設計原則體現(xiàn)了通用化、模塊化的設計原則，使得該系統(tǒng)在應用中不是非常的陌生，對于操作員有很好的幫助，可以節(jié)省較多了解該機車新型控制系統(tǒng)的時間。

在機車級控制單元的內部機箱中有很多的插件，其中電源開關插件的主要作用是為其他插件與機車級控制單元連接的傳感器提供電源支持。機車邏輯控制數(shù)字量輸出控制功能，由數(shù)字量輸入插件完成。機車各部分軸溫檢測傳感器的數(shù)據(jù)是通過軸溫檢測插件傳輸?shù)綑C車級控制系統(tǒng)的內部，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CPU插件傳輸給CLDLCU。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行分析研究后，如果發(fā)現(xiàn)問題會自動報警，如果數(shù)據(jù)顯示機車運行的各個部件正常，系統(tǒng)會自動記錄相關的數(shù)據(jù)并進行保存。機車級控制單元中的勵磁控制插件，主要作用是控制主發(fā)動機在指令的指引下進行勵磁機勵磁控制。轉化控制插件的作用可以使兩個相同的控制系統(tǒng)在人為的情況下進行相互間的數(shù)據(jù)轉化，在特殊的情況下保證數(shù)據(jù)可以完成必要的備份保存?？刂葡到y(tǒng)中的模擬量采集工作分別由模擬量擴展插件和傳感器插件共同完成。

2 在LCU軟件研發(fā)設計中需注意的幾個關鍵部分

2.1 機車中間直流環(huán)節(jié)直流電壓的控制

交流傳動內燃機車在運行或是啟動中由電壓控制動力電流，機車由牽引工況轉化成惰轉工況，實現(xiàn)機車的啟動或是停車。機車中間直流環(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，將電壓值的相關數(shù)據(jù)經過PID運算后，經中間電壓限制環(huán)節(jié)處理后產生勵磁電流信號，由主發(fā)電機勵磁機、主發(fā)電機、整流器、中間直流環(huán)節(jié)電容共同形成電壓產生環(huán)節(jié)，由變流器機組提供中間直流電壓。在實際的研究運行過程中，我們的工作人員注意到機車在啟動時往往會因為欠壓導致啟動失靈，這主要因變流器的運行不正常導致，同時我們還發(fā)現(xiàn)，使用兩臺變流器可以減緩這種現(xiàn)象的發(fā)生。為了解決上述問題，我們采用了預勵磁技術、預負載技術和異步啟動技術。

2.2 牽引性控制

在機車運行實驗中，機車在高速、低速的情況下，相對的效率并不相同，機車牽引力變化率的折算功率與機車運行時的速度密切相關。運行調試中，機車軸重轉移與機車速度有關系，柴油機電噴控制器、LCU和DCU間的運行配合也存在一定的遲滯間隙。這些因素的出現(xiàn)都會影響機車的各個組件間的密切配合，導致機車運行不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)故障。為此，研究人員根據(jù)不同的問題，采取了不同的技術保障措施。比如，加強恒功環(huán)節(jié)的調節(jié)作用，依據(jù)機車的運行情況對牽引電機效率進行隨時的控制保護。對機車的軸重進行實時的監(jiān)測控制，保證軸重轉移與機車的運行速度達到一個和諧的狀態(tài)。對于柴油機電噴控制器處出現(xiàn)的問題，我們要進行定期的人工檢測，以減少出現(xiàn)故障的幾率。

2.3 機車邏輯控制環(huán)節(jié)

機車的邏輯控制環(huán)節(jié)主要控制機車內部相應的電器系統(tǒng)部件間的控制聯(lián)系?？刂撇裼蜋C的啟機、停機、運行速度的把握，保護相應的控制器不受到損害。機車的邏輯控制環(huán)節(jié)主要是受到LCU的控制，利用相應的繼電器和接觸器形成對機車電氣系統(tǒng)的邏輯控制。另外，在機車電路分布中，盡量減少電路的分布，將不必要的電路進行拆除，以保證電路運行的通常性，簡化主電路，提高機車內部的安全性和各個電器使用的可靠性，同時也提高了工作效率。

3 結語

DF8BJ型機車是我國目前最為先進的貨運機車，它在技術上實現(xiàn)了創(chuàng)新，同時利用積累的經驗完善了機車內部的管理系統(tǒng)，這將會大大提高我國的貨運能力，為經濟建設提供保障。

［1］劉連根，赤川英爾.NJ1型機車用 IPM牽引逆變器［J］.機車電傳動，2000，（4）：57-58.

［2］姚曉陽.交流傳動內燃機車微機控制系統(tǒng)設計［J］.機車電傳動，2000，（4）：19-20.