低恒速机车控制系统说明

DF5B 遥控低恒速机车控制系统的设计、调试及应用总结 DF5B 遥控低恒速机车是根据用户（晋城矿务局）的要求而设计的，用户要求该 机车具有遥控低恒速功能，可以用遥控器控制机车的换向、加载、卸载及常用制动 等功能，同时要求机车能在给定速度下低恒速运行，给定速度的范围要求为 0.53Km/h。 一 DF5B 遥控低恒速机车控制系统 DF5B 遥控低恒速机车的控制系统由微机控制系统和遥控控制系统两部分组成。 (一)微机控制系统 DF5B 遥控低恒速机车的微机控制系统是在我厂开发的内燃机车控制器 DLC 基 础上研制改造的，该微机控制系统是一个以 Intel 80C196KC 为核心的内燃机车多功 能实时控制系统，由于该系统的软硬件均为开放式设计，因此在原有的控制功能， 包括柴油机转速控制、恒功率控制、辅助发电（110V ）控制、过渡控制及实时异步 串行通讯等功能基础上，又增加了低恒速控制功能。 1微机控制系统硬件 微机控制系统硬件包括一个四槽 DLC 主机箱和一个信号装置。 DLC 主机箱由机箱、底板和四块插件板组成。在正常情况下，只有两块插件板 处 于工作状态（左边两块或右边两块） ，另两块板处于备用状态，每两块板又分为主板 和辅板。 机车低恒速工作模式信号（110V 信号）通过 KZZH 开关传送到辅板的开关量输 入通道，同时机车速度给定信号（05V 对应 03Km/h）通过操纵台上的速度给定电 位器或接收器上的速度给定端口传送到辅板的模拟量输入通道，然后，辅板把这些 信号通过串行通讯传递到主板。低恒速工况下的主发电流与常用制动减压量信号传 送到主板的模拟量通道，机车速度和柴油机转速反馈信号同时传送到主板和辅板。 主板根据所获得的信号通过 HSO 口控制 PWM 占空比，从而控制机车主发电机的励 磁。 信号装置包括三块电路板，一块是柴油机转速及机车速度隔离变换板，一块是电 源电流板，另一块是电压板。信号装置的作用是把传感器采集来的信号经过隔离变 换变成微机所能识别的信号，然后再把这些信号传递给微机。 2低恒速控制系统的控制原理 机车的低恒速控制系统是典型的无静差调速系统，采用电流、转速比例积分调节 器，利用电流闭环控制和机车速度闭环控制，实现对机车的低恒速控制。在这里面 电流闭环控制的作用是：在不同柴油机转速下限定牵引电机的最大牵引电流，同时 限定牵引电机电流加载率，使机车平稳起动。机车速度闭环控制的作用是：实现机 车速度的无差调速控制，保证机车在某一给定速度下低恒速运行。 由于机车在大负荷、低速状态下运行，牵引电机的电流一直非常大，因此需要增 大柴油机转速来增大牵引电机的通风量，当司机把 KZZH 开关扳到司机控制低恒速 位或遥控低恒速位时，柴油机转速自动升到 600 转/ 分钟。柴油机转速为 600 转/ 分钟 时，牵引电机的限流值为 648A，当牵引电机的电流大于 645A 且持续 1 秒钟，机车 柴油机转速自动升到 800 转/分，一方面增大牵引电机的散热量，另一方面，牵引电 机的限流值增大到 864A，增大牵引电机的牵引力。 在遥控低恒速状态下，机车可以实现遥控常用制动功能。当遥控器发出常用制动 信号后，接收器把制动信号送到微机控制器，当减压量小于 110Kpa 时，机车开始常 用制动，当减压量大于 150Kpa 时，机车停止常用制动。 根据上述原理，编写了低恒速控制系统的控制软件，同时，在控制软件中增加了 许多保护功能，如采用了限流、限速等保护，从而保证机车的安全运行。 (二)遥控控制系统 DF5B 机车的遥控控制系统采用的是美国 Control Chief 公司生产的遥控器， Control Chief 公司是一家以生产无线电和红外线遥控产品为主的公司，在设计、加 DF5B 遥控低恒速机车控制系统的设计、调试及应用总结 2002 年 4 月 第 3 页 共 9 页 工、和安装远程控制系统方面，已经有超过三十年的经验。 遥控器由发射器和接收器两部分组成。 发射器通过所发出的射频信号控制接收器的开关量输出和模拟量输出信号，这些 信号用来控制机车的换向、加载、卸载、常用制动和机车速度给定。发射器的电源 为 12V 直流电源。接收器的电源为 24V 直流电源。 遥控器控制机车的系统控制原理图如 3 所示。 COM DLC 110VDC 110VDC 3/3 3/2 01000 R 0-5V 250 4-20mA 24VDC 图 3 遥控器控制机车的系统控制原理图 由原理图可知，当控制转换开关扳到遥控低恒速位，DLC 接到低恒速控制指令， 同时，接收器得电开始工作，并接收发射器发出的控制指令。 接收器的加载继电器开关闭和相当于操纵台主手柄提到一位（加载） ，前进或后 退继电器开关闭和相当于操纵台方向手柄扳到前进或后退的位置。所以遥控器可以 控制机车的向前牵引和向后牵引。 当发射器发出速度给定射频信号后，接收器可以产生 0-20mA 的模拟量信号，通 过阻值位为 250 的电阻，产生 0-5V 对应 0-3Km/h 的速度信号送给 DLC，DLC 根 据速度给定信号控制机车速度。 当发射器发出常用制动的控制指令后（机车应处于卸载状态） ，接收器的常用制 动继电器开关闭和，把常用制动指令信号送给 DLC，DLC 根据减压量反馈信号的大 小控制机车进行常用制动。 二 DF5B 遥控低恒速机车控制系统的功能 DF5B 遥控低恒速机车具备以下性能： 1在大负荷（机车处于常用制动状态下，减压量为 300Kpa） 、机车给定速度为 0.6 公里/小时的情况下，机车的主发电机电流可平稳的升到 5000A，满足了机车的起 动性能。 2机车可以在给定速度为 0.53 公里/小时，负荷为 5000 吨的情况下低恒速运 行，起动时，机车速度超调量低于 20%，稳定到给定速度的时间小于 3 秒钟。 3机车在转为低恒速工况下，柴油机转速自动升到 600 转/分，以满足在低恒速 状态下牵引电机的散热。柴油机转速为 600 转/分时，牵引电机的限流值为 648A，当 牵引电机的电流大于 645A 且持续 1 秒钟，机车柴油机转速自动升到 800 转/分，一 方面增大牵引电机的散热量，另一方面，牵引电机的限流值增大到 864A，增大牵引 电机的牵引力。 4机车在给定速度为 1 公里/小时，负荷为 4000 吨的情况下低恒速运行，牵引 电机最大起动电流为 580A，平均电流为 500A。 5机车的低恒速调速系统是典型的无静差调速系统，采用电流、转速比例积分 调节器，实现对牵引电机转速的控制，系统可获得良好的动态性能和抗干扰性，在 负载扰动下，系统由原稳态过渡到新稳态所经历的时间非常小。 6机车在低恒速状态下运行时，采用了限流、限速保护，保证机车的安全运行。 DF5B 遥控低恒速机车控制系统的设计、调试及应用总结 2002 年 4 月 第 5 页 共 9 页 三 DF5B 遥控低恒速机车控制系统的应用 截止 4 月 16 日之前，DF5B 遥控低恒速控制机车已经正式应用在装煤现场，应 用效果良好，附录中记录的是其中一次装煤时每节车厢的装煤时刻及所装的载荷， 由于装煤站有时供煤不及时，中间机车停了很多次。其中从 23：580：10 时间内， 煤供应充足，装煤时机车一直以低恒速运行，由此可以看出，大约每 45 秒钟装完一 节车厢。 应用遥控低恒速机车装煤的优点： 1提高了装煤速度和装煤质量，降低了工作人员的劳动强度； 应用没有遥控低恒速功能的机车装煤时，由于很难控制机车的速度，有时装一节 车厢需要停几次车，控制塔上的操作人员通过对讲机不停的指挥司机控制机车前进、 后退、停车，所以控制塔上的投煤斗只能分两次或三次将一斗 60 吨重的煤投到车厢 里，这样使得装完煤的车厢出现一个个象驼峰一样的突起，需要大量人员花很长时 间上车平煤。 应用遥控低恒速机车装煤时，司机不需要做任何操作，一切操作均由控制塔上的 操作人员完成，他们可以在 0.53Km/h 范围内任意设定机车的速度，控制机车的前 进、制动和后退，车厢以恒速经过控制塔前时，操作人员根据投煤斗与车厢的相对 位置控制投煤，当车厢的首部刚经过投煤斗时，操作人员控制投煤斗下降，同时开 始投煤，车一边走，投煤斗一边往下漏煤，当投煤斗即将碰到车厢的尾部时，投煤 斗自动升起，这样一斗煤刚好装完一节车厢，接着连续装下一节车厢。装完的煤非 常平整，不需要人工平煤。 由此可以看出，应用遥控低恒速机车装煤不但节省大量的时间，而且操作人员的 劳动强度大大降低，免去了人工平煤的麻烦。 2应用遥控低恒速机车装煤，有利于生产安全； 控制塔