DF8BJ交流传动内燃机车机车级控制单元设计

2014-04-07黄波

黑龙江科学 2014年6期

黄波

（江苏今创车辆有限公司，江苏常州 213164）

1 LCU功能描述和硬件结构

1.1 功能描述

机车级控制单元在DF8BJ型机车控制系统中占有重要的位置。机车内部各个功能的实现主要是由微机网络控制系统进行操控。在新型的DF8BJ型机车上，机车级控制单元控制以下几个主要的机车运行功能：机车逻辑控制、直流环节中直流电压的控制，对直流电压的控制主要是依靠主发励磁完成的。此外，还包括机车的牵引特性控制、机车自负荷特性控制、动力采油机恒功率控制。对于机车相应的故障检测，轴温检测、电气系统的相关保护等功能也受到机车级控制单元的操控。

1.2 硬件构成

机车级控制单元（LCU）的研制成功离不开它的前身——控制单元基础。LCU的成功研制离不开DF8B型内燃机车微机控制系统。DF8BJ型机车的机车控制单元是经过DF8B型内燃机车微机控制系统的改进、发展，演化过来的。LCU控制系统中的相应子系统已经在DF8B型内燃机车微机控制系统中使用，且已经积累了较多关于该系统中子系统在内燃机车运行中的相关技术运行操作经验。因此DF8BJ交流传动内燃机车的机车级控制单元沿用了该系统，保留了原系统中的相关功能，比如柴油机恒功励磁功能。在原有的基础上新增加了机车逻辑控制功能，新型控制系统的设计原则体现了通用化、模块化的设计原则，使得该系统在应用中不是非常的陌生，对于操作员有很好的帮助，可以节省较多了解该机车新型控制系统的时间。

在机车级控制单元的内部机箱中有很多的插件，其中电源开关插件的主要作用是为其他插件与机车级控制单元连接的传感器提供电源支持。机车逻辑控制数字量输出控制功能，由数字量输入插件完成。机车各部分轴温检测传感器的数据是通过轴温检测插件传输到机车级控制系统的内部，再由RS232串行通信系统将数据上传到CPU处理插件，然后又通过CPU插件传输给CLDLCU。系统将数据进行分析研究后，如果发现问题会自动报警，如果数据显示机车运行的各个部件正常，系统会自动记录相关的数据并进行保存。机车级控制单元中的励磁控制插件，主要作用是控制主发动机在指令的指引下进行励磁机励磁控制。转化控制插件的作用可以使两个相同的控制系统在人为的情况下进行相互间的数据转化，在特殊的情况下保证数据可以完成必要的备份保存。控制系统中的模拟量采集工作分别由模拟量扩展插件和传感器插件共同完成。

2 在LCU软件研发设计中需注意的几个关键部分

2.1 机车中间直流环节直流电压的控制

交流传动内燃机车在运行或是启动中由电压控制动力电流，机车由牵引工况转化成惰转工况，实现机车的启动或是停车。机车中间直流环节直流电压的控制是LCU软件控制系统中重要的组成部分。在系统的控制中，将电压值的相关数据经过PID运算后，经中间电压限制环节处理后产生励磁电流信号，由主发电机励磁机、主发电机、整流器、中间直流环节电容共同形成电压产生环节，由变流器机组提供中间直流电压。在实际的研究运行过程中，我们的工作人员注意到机车在启动时往往会因为欠压导致启动失灵，这主要因变流器的运行不正常导致，同时我们还发现，使用两台变流器可以减缓这种现象的发生。为了解决上述问题，我们采用了预励磁技术、预负载技术和异步启动技术。

2.2 牵引性控制

在机车运行实验中，机车在高速、低速的情况下，相对的效率并不相同，机车牵引力变化率的折算功率与机车运行时的速度密切相关。运行调试中，机车轴重转移与机车速度有关系，柴油机电喷控制器、LCU和DCU间的运行配合也存在一定的迟滞间隙。这些因素的出现都会影响机车的各个组件间的密切配合，导致机车运行不稳定，容易出现故障。为此，研究人员根据不同的问题，采取了不同的技术保障措施。比如，加强恒功环节的调节作用，依据机车的运行情况对牵引电机效率进行随时的控制保护。对机车的轴重进行实时的监测控制，保证轴重转移与机车的运行速度达到一个和谐的状态。对于柴油机电喷控制器处出现的问题，我们要进行定期的人工检测，以减少出现故障的几率。

2.3 机车逻辑控制环节

机车的逻辑控制环节主要控制机车内部相应的电器系统部件间的控制联系。控制柴油机的启机、停机、运行速度的把握，保护相应的控制器不受到损害。机车的逻辑控制环节主要是受到LCU的控制，利用相应的继电器和接触器形成对机车电气系统的逻辑控制。另外，在机车电路分布中，尽量减少电路的分布，将不必要的电路进行拆除，以保证电路运行的通常性，简化主电路，提高机车内部的安全性和各个电器使用的可靠性，同时也提高了工作效率。