（机械电子工程专业论文）基于plc的东风11型内燃机车逻辑控制系统的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 铁路运输是最有效的陆上交通方式，具有运输速度快、运量大、成本低及 安全可靠等特点，是我国经济发展的大动脉。在我国铁路运输中，内燃机车有 着不可替代的地位，在国家建设、国民经济的发展中发挥着重要作用。随着我 国社会经济的发展，铁路运输对内燃机车盼质量也会有更高的要求。表现在机 车的高速、重载、高可靠性、耐久性以及防止污染、降低噪声等方面。我国现 有内燃机车仍然大量采用传统的继电器逻辑控制方式，继电器联锁触头过多， 布线复杂，控制电路繁杂，可靠性差，维修不便，触头的频繁动作很容易烧损。 这些都影响到机车的使用效率。 p l c 是现代工业控制系统常用的控制器，它功能丰富、可靠性高、使用方便。 本文以我国客运准高速东风。型内燃机车为研究对象，采用p l c 技术对机车控 制系统进行改造。本文主要探讨了采用p l c 控制系统代替传统的继电控制系统， 用“软一继电器代替传统继电器，建立基于p l c 的机车逻辑控制系统，以提高机 车控制的可靠性和稳定性：建立上位链接系统，实现上位机对控制系统的监控 设计，以提高机车的可靠性。目前学习内燃机车逻辑控制原理主要是通过电路 图和电路示教板的方式，效果不理想。不利于学生对机车电路控制过程的理解。 为了改进教学效果，加深学生对机车控制过程的了解，同时探讨对内燃机车控 制系统改造的可行性，建立模拟实验台，模拟机车的控制过程。 关键词：内燃机车；可编程控制器；逻辑控制；机车控制系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s tr a c t r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ni st h em o s ta v a i l a b i l i t yl a n dt r a n s p o r t v e h i c l e sw h i c hw i t ha d v a n t a g eo ff a s t ，h e a v y l o a d ，l o wc o s ta n ds a f t y ， a n di tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h en a t i o n a lc o n s t r u c t i o na n dt h e d e v e l o p m e n to fe c o n o m y ，w it ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y ， r a il w a y t r a n s p o r t a t i o n n e e d s h i g hq u a l i t y d i e s e ll o c o m o t i v ew i t h h i g h s p e e d ，h e a v y l o a da n dh i g hr e l i a b i l i t y ，p e r d u r a b l e ，l o wp o l l u t i o n a n dl o w e rn o i s e a tp r e s e n t ，m o s to ft h ed i e s e ll o c o m o t i v es t i l lu s i n g t h et r a d it i o n a lr e l a yi nd i e s e ll o g i c a lc o n t r o l s y s t e m ，f o rr e l a y i n t e r l o c kh a st o om a n yc o n t a c tp a r t s ，i ti sc o m p li c a t e df o rc o n t r o l c i r c u i ta n dt oc o n n e c t1 i n e s ，i tm a k e st h ec o n t r o ls y s t e mu n r e l i a b l ea n d i n c o n v e n i e n tt or e p a i r e ，a n ds o m eo ft h ec o n t a c t sw i1 1b eb u r n e df o r f r e q u e n t l ym o v e m e n t s a l lo ft h i s w i l lm a k ed i e s e ll o c o m o t i v el o w e f f i c i e n c y t h ep l ct e c h n o l o g yi sv e r yi m p o r t a n ti nm o d e r ni n d u s t r yc o n t r o l s y s t e m , i ti se f f i c i e n t ，d e p e n d a b l ea n dc o n v e n i e n tt ou s e t h i st h e s i s r e s e a r c h e do nd i e s e ll o c o m o t i v ed o n g f e n g l la n dg i v e nt h ei m p r o v e m e n to f t e c h n o l o g ys o l u t i o nb a s e do np l c t h et h e i s er e a s e a r c ht h ep l cl o g i c a l c o n t r o ls y s y e mw h i c hr e p l a c et h et r a d i t i o n a lr e l a yc o n t r o ls y s t e mb y p l c si n t e r i o rr e l a yr e p l a c et h er e a lr e l a y ，e s t a b l i s h i n gl o g i c a l c o n t r o ls y s t e ma n dh o s tl i n ks y s t e mt oi m p r o v et h er e l i a b i l i t ya n d s t a b i l i t yo ft h es y s t e ma n da c h i e v et h ec o m p u t e rm o n i t o r i n g a tp r e s e n t ， s t u d e n t ss t u d yt h ed i e s e ll o c o m o t i v eb yt r a d i t i o n a lw a y ，i ti sb o r i n g a n dd i f f ic u l tt ou n d e r s t a n d ， f o r i m p r o v e m e n tt h et e a c he f f e c ta n d i m p r e s s i o ns t u d e n t s u n d e r s t a n d i n g ，t h e t h i s e sd i s c u s s e dt h e p o s s i b i l i t yo ft h ei m p r o v e m e n to fc o n t r o ls y s t e ma n db u i l dt h es i m u l a t i o n e x p e r i m e n tp l a t f o r mt os i m u l a t et h ec o n t r o lp r o c e s so ft h el o c o m o t i v e k e yw o r d ：d i e s e ll o c o m o t i v e ：p l c ( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) ： l o g i c a lc o n t r o l ；l o c o m o t i v ec o n t r o ls y s t e m 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密日，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打搿，一) 学位论文作者签名：截缉玖指导老师签名：部p 彳心 日期：毒嘴，日期：缈彦6 厂 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 本文针对我国现有内燃机车仍然大量采用传统的继电器逻辑控制方式，继 电器联锁触头过多，布线复杂，控制电路繁杂，可靠性差，维修不便的情况， 提出基于p l c 的机车逻辑控制系统设计，利用p l c 的高可靠、易扩展的特性， 采用p l c 控制系统代替传统的继电控制系统，用“软一继电器代替传统继电器， 建立基于p l c 的机车逻辑控制系统，以提高机车控制的可靠性和稳定性； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 课题背景 第1 章绪论 随着我国社会经济的发展，铁路运输事业得到了飞速的发展，据2 0 0 6 年统 计，我国内燃牵引线路营业里程3 9 9 7 6 3 公里，占营业里程6 3 4 1 1 7 公里的6 3 o ：内燃机车拥有量为1 1 3 4 8 台，占机车拥有量的6 7 1 嘲。虽然近年来我国 铁路电气化率不断提高，但由于内燃牵引线路投资少、高可靠，特别是在电气 化线路故障断电的情况下可由内燃机车担当运输任务，例如今年春节期间我国 南方地区发生的严重雪灾，内燃机车发挥不可替代的应急作用。可以预测在以 后相当长的时间内，内燃机车仍将是我国铁路运输的主要牵引动力。随着我国 社会经济的发展，铁路运输事业得到了飞速的发展，这也对铁路机车提出了更 高的要求。表现为在提高机车的可靠性、耐久性和经济性，以及防止污染、降 低噪声等。 近几十年微电子和计算机技术的迅猛发展，国内外都开始加大对机车控制 技术的研制。机车控制系统经历过三个阶段：第一代模拟控制、第二代数字模 拟混合控制、第三代是以计算机技术为代表的控制技术旧。七十年代微机诞生 以后，工业控制系统带发生了革命性的变革，大量传统的模拟技术被数字所代 替。随着微机技术的迅速发展以及现在控制要求的越来越高，越来越多的控制 系统采用了微机控制。微机控制系统由处理器、存储器、输入输出设备等硬件 可控制软件构成。与传统的模拟控制相比，微机控制系统有如下几个方面的优 势： ( 1 ) 硬件的通用性好：一种模块化的设计思想，只需对硬件电路做少量修 改，就能够适用多种控制要求。 ( 2 ) 控制精度高：微机控制采用离散的数字信号，数字量不受环境温度的 影响，控制精度不易受环境条件( 如温度) 的影响。 ( 3 ) 软件的灵活性好：对不同的控制要求，可用改变软件的方法来实现。 只要处理器工作正常，软件执行就不会出错，保持系统硬件与软件有机的结合， 系统可靠性就能大大的提高。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ( 4 ) 具有智能化的特点：微机控制系统都具有记忆功能，可以存储大量的 系统信息和某些特殊情况的信息，可以进行逻辑判断，实现复杂的控制，具有 高度智能化的特点。 由于微机控制系统的优越性，在二十世纪七十年代，日本首先将微机控制 系统用于内燃机车上。随后，美国、英国、加拿大、匈牙利、前苏联等国家也 陆续将微机系统用到内燃机车上。我国从八十年代开始了这方面的研究，并于 1 9 8 5 年前后把微机应用到车载上，于1 9 8 9 年制造出第一台装备较完善的微机多 功能控制系统的的东风。型内燃机车。2 0 0 3 年生产的东风。嵋准高速客运内燃机 车是目前国内控制功能最完善的内燃机车。该机车微机控制系统是一个多处理 器控制系统，实现机车的重联控制、逻辑控制、牵引特性控制、电阻制动特性 控制、防空转滑行控制和故障诊断及处理，控制电路如附图六。该机车逻辑控 制、励磁控制等功能全部由微机完成，微机及显示系统均采用冗余设计，极大 地提高了机车的可靠性。 除东风。外，国内的内燃机车多采用继电器触头联锁方式，以形成电器线 圈得电的逻辑关系。这种触头联锁方式触头多，接线复杂，特别是在众多的逻 辑。与力电路中，就需要串联许多触头。如图i - i 所示励磁机励磁电路接触器 l l c 控制电路，串联在电路中的电气触头多达1 1 个。在电路的维修过程中，查 找故障困难、维修不便。在机车的启动运行过程中，触头的频繁动作容易使触 头烧损。这种控制方式使控制系统的可靠性和安全性比较低，这直接影响到机 车的使用效率。 图1 - 1l l c 控制电路 可编程控制器( p l c ) 是基于电子计算机且专为工业控制设计的电控制器。 它依靠运行存储于p l c 内存中的程序，把输入的物理信息送入p k c 中进行变换， 进而通过输出电路的物理过程去实现控制。它具有高可靠性和适应恶劣的工业 环境等特点。目前有的工矿内燃机车已经采用p l c 进行控制。但在干线机车上 主要还是采用逻辑电路控制。随着铁路运输安全性要求的提高和目前内燃机车 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 的逐渐老化，特别是对于九十年代以前进口的内燃机车，由于时间久远，电气 设备已经老化，进口零配件困难。故急需对目前的内燃机车进行改造。因此， 本论文以我国铁路干线的主型内燃机车东风。型机车为研究对象，研究基于p l c 的东风。内燃机车逻辑控制系统。 铁路建设的快速发展对铁路机车车辆人才的培养也提出了更高的要求。内 燃机车电传动是机车车辆专业的重要专业课程。目前学习内燃机车逻辑控制原 理主要是通过电路图和电路示教板的方式，效果不理想。不利于学生对机车电 路控制过程的理解。为了改进教学效果，加深学生对机车控制过程的了解，回 时探讨对内燃机车控制系统改造的可行性，通过建立模拟实验台，模拟机车的 控制过程。 1 2 东风1 1 型内燃机车概述 东风。型内燃机车是戚墅堰机车车辆厂根据铁道部的安排，为满足广深准 高速铁路的需要而开发研制的准高速客运内燃机车。它装用1 6 v 2 8 0 z j a 型大功 率柴油机，装车功率3 6 1 0 k w 。采用轮对空心轴式牵引电动机架悬装置、微机控 制、速度分级控制系统、电阻制动装置、电空制动系统等许多高新技术。最高 运行速度1 7 0 k m h n 们。东风。型内燃机车的研制成功填补了我国大功率准高速客 运内燃机车的空白，为我国铁路大提速作出了重大贡献。 机车主传动采用三相交直传动。同步主发电机的交流电经过主硅整流后， 将直流电输送给6 台并联的牵引电动机，系统具有以下特性： ( 1 ) 采用微机控制系统，能在机车各种工况( 牵引、电阻制动) 运行时，综 合分析来自各系统的信号，并使机车运行于最佳状态。 ( 2 ) 采用微机恒功励磁控制系统和防空转、打滑控制系统，使柴油机能在 工作范围内恒率功运行。 、 ( 3 ) 故障诊断显示装置，对机车各系统的运行参数进行监控和进行保护及 记录。 1 3 本文的主要工作 在保持东风。型内燃机车电路结构基本不变的情况下，把控制电路的模拟 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 控制改为数字控制，用p l c 代替电路中的中间继电器、时间继电器等，并实现 上位机的监控。以提高机车的可靠性。 本文的主要工作如下： ( 1 ) 东风。型内燃机车电路原理、电器逻辑关系及电气故障分析。 ( 2 ) 可编程逻辑控制器( p l c ) 的功能分析及开发。 ( 3 ) p l c 选型，确定p l c 输入输出。 ( 4 ) 建立p l c 上位链接系统，实现p l c 上位机控制。 ( 5 ) 设计p l c 程序，并对程序进行仿真、调试。 ( 6 ) 系统抗干扰设计。 ( 7 ) 提出模拟实验台的设计方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章东风1 1 型内燃机车电气线路分析 东风。型内燃机车采用交直电力传动装置。由柴油机直接驱动一台同步主 发电机f ，同步主电机f 发出的三相交流电，经整流柜1 z l 整流后，供给直流牵 引电动机，通过牵引齿轮，使动轮转动，从而驱动机车前进。 东风型机车电气线路图表明了机车上全部电机、电器、仪表等电器装置的 电气联接关系。电气线路图分为：主电路、辅助设备供电电路、励磁电路、控 制电路、计算机接口电路、照明电路、以及电空制动电路等。 在机车的电气线路图中，方向转换开关h k f 位置相应于机车前进方向，工 况开关h k g 对应于牵引工况，各控制器均处于断电状态，电机、电器及仪表都 表示无电状态。 2 1 机车主电路分析 机车主电路是进行能量的传递与转换、实现机车牵引或电阻制动的电路。 东风。，型机车主电路包括主发电机向牵引电动机的供电电路、机车前进后退电 路、牵引电动机磁场削弱电路、牵引电动机励磁回路、电阻制动工况电路、自 负荷工况电路以及主回路保护电路等( 见附图一) 。 东风。型机车主电路包括一台同步主发电机f ，一台主硅整流装置1 z l ，组 合接触器x c ，电阻制动用制动电阻柜i r g 、2 r g ，直流牵引电动机l d 印，制动 失风保护继电器f s j ，用于接通牵引电动机电路的电空接触器1 c - - ，6 c ，用于接 通电阻制动励磁回路的电空接触器z c ，用于改变机车运行方向的转换开关h k f ， 用于机车牵引和电阻制动工况转换的转换开关h k g ，用于调节机车运行速度的磁 场削弱电阻1 r x 、2 r x ，用于制动电阻柜散热的两台轴流式通风电机1 r g d 、2 r g d ， 用于机车自负荷试验的开关z f k ，用于检测电枢回路电流和电阻制动励磁电流的 电流传感器l l h 7 l h ，检测主发电机输出电流的交流电流互感器9 l h 、1 0 l h ， 此外，还包括一个外接电源插座y c z 以及其它检测和保护用仪表、元器件等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 1 1 牵引发电机向牵引电动机的供电电路 主发电机发出的三相交流电经其输出端d 1 、d 2 、d 3 ，送至三相整流装置1 z l ， 经1 z l 整流后的电流通过1 0 1 5 号导线送至电空接触器1 c 6 c 的主触点，供 给牵引电动机1 d 6 d 。以第一台电机l d 为例，如图2 一l 所示，牵引电机供电 电路路径为： 1 z l ( + ) 一1 c l d 电枢一电流传感器1 l h 一工况转换开关h k g 一方向转换开关 h k f 一励磁绕组1 d 一方向转换开关胍f 一工况转换开关h k g - - - 1 z l ( 一) 当接通电空接触器1 c ，其主触头闭合，牵引电动机1 d 得电转动，带动机车 前进。其余牵引电动机的通电回路与1 c 相似。 2 1 2 机车前进与后退转换电路 改变直流串励电动机的电枢两端 电压或励磁电流的方向，都可以达到改 变电机转向的目的。东风。型机车通过 改变牵引电动机励磁电流的方向，使牵 引电动机正转或反转，从而使机车前进 或后退。 ( 1 ) 前进工况 司机控制器换向手柄置于牵引前 进位时，以牵引电机l d 为例，电流路 径为； 1 z l ( + ) 一1 c l d 电枢一1 l h h k g - - - h k f i d 励磁绕阻c ，一l d 励磁绕 组c 2 一h l ( f h k g 一1 z l ( 一) 。 ( 2 ) 后退工况 z f k 当司机控制器换向手柄置于牵图 引后退位时，电流路径为：2 一l 牵引电动机励磁及磁场削弱电路 1 z l ( + ) 一i c - - * i d 电枢一1 l h h k g h k f l d 励磁绕阻c 2 一l d 励磁绕组c 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 一h l ( f h k g 一1 z l ( 一) 。 从图2 一l 可以看出，在前进时，电动机励磁绕组中的电流从c l 流向 c 2 ，而后退时，电流由c 2 流向c 1 ，电流方向与前进工况相反，电动机磁场也随 之改变，从而实现电机的反转。 2 1 3 牵引电动机磁场削弱电路 为了充分利用柴油机功率，扩大机车恒功率运行范围，东风。型机车采用牵 引电动机磁场一级削弱( 磁场削弱系数为5 5 ) 。以1 c 为例，如图2 1 所示，组 合接触器x c 闭合后，电流一部分流向磁场削弱电阻1 r x ，流过牵引电动机1 d 励 磁绕组的电流被分流，流过励磁绕组c 。、c 。的电流减少，从而实现电机磁场削弱。 2 1 4 电阻制动电路 ( 1 ) 电阻制动工况主电路 使用电阻制动时，首先将换向开关置于制动位，牵引电动机的电枢绕组和 励磁绕组分开，牵引电动机转为他励发电机运行，将列车运行的动能转变为电 能，消耗在制动电阻带上。以1 d 为例，其电机电路路径为：l d 电枢( h 2 ) 一l l h h k g 一1 r z ( z 2 ) 一1 c 一1 d 电枢( s 1 ) 。1 d 6 d 电枢轴上所产生的电磁转矩作用于 机车动轮，产生制动力，对机车实施制动。 ( 2 ) 牵引电动机励磁回路 制动工况时，工况转换开关h k g 处制动位将直流电动机改接成他励发电机， 并将1 d - - 6 d 的励磁绕组全部串接起来( 如附图一所示) 其电路路径为： 1 e l ( + ) 一z c 主触头一电流传感器7 l h h l ( f ( 6 d ) 一6 d 励磁绕组c 。、c ：一 h l 【f h k g ( 6 d ) 一h k g ( 5 d ) 一5 d 励磁绕组c 、c z 一一l d 励磁绕组c 。、c 2 一h k g ( 1 d ) 一 h k g ( 6 d ) 一1 z l ( 一) 2 1 5 自负荷试验电路 自负荷试验是将制动电阻作为柴油发电机的负载，直接接在牵引整流柜l z l 的输出端，将其能量消耗在制动电阻上，通过电阻检查柴油机的输出功率，电 西南交通大学硕士研究生学位论文、第8 页 阻产生的热量通过直流电机1 r g d 、2 r g d 吹散到大气中去。 机车进行自负荷试验时，工况转换开关h k g 置“牵引一位，自负荷开关置 “闭合 位，“运转一故障一试验一万能开关1 g k - - 6 g k 置“试验一位，其电路路 径为下( 以1 d 为例) 。 1 z l ( + ) 一1 r g h k g z f k l l h h k g - - h k f - - , - 1 d 励磁绕组一i - i k f - - 腿g 一 1 z l ( 一) 为了使机车进行自负载试验时，保证机车不动，在l c - - 6 c 电空接触器线圈 回路中串接了“运转一故障一试验一万能开关，当开关置搿试验时一，切断1 c - - 6 c 的电源。 ， 2 1 6 主电路保护电路 ( 1 ) 接地保护 机车在运行中，若有不同电位的两点发生接地时就会产生很大的短路电流 而造成事故。因此有必要对主电路中有一点接地时就采取保护措施。东风。型机 车采用桥式整流电路和接地继电器d j 线圈组成的接地检测电路，当主电路接地 时，接地点和电枢绕组中心点有电位差，使d j 线圈有电流通过，当流过接地继 电器的电流超过5 0 0 m a 时，d j 线圈动作，串联在励磁接触器l c 及l l c 线圈回路 中的d j 常闭触头断开，l c 、l l c 失电，切除主发电机励磁，柴油机卸载。同时 d j 常开触头闭合，接地信号显示，二极管亮阱。 机车正常运行时，万能转换开关d k 置。运转”位，此时7 8 触头闭合，如附 图一所示，电路路径为：主发电机中性点n x 2 ：7 一d k ( 7 删- - * 4 z l - - * - 人为接地点。 ( 2 ) 主电路过电流保护 为防止主回路短路或牵引电动机环火造成主回路电流过大而损坏电气设 备，东风。型机车设有主电路过电流保护装置。 从附图一可以看到，主发电机的输出端设有v 形接法的两个电流互感器9 l h 和l o l h ，其原副边比值为5 0 0 0 比5 ，v 形联结的两个互感器的输出经三相桥式 整流( 3 z l ) 后供给过电流继电器l j 线圈，当主电路电流达到7 5 0 0 a 时，l j 线 圈中的电流为7 5 a ，此时l j 动作，其常闭触头断开，切除励磁接触器l c 及l l c 线圈电源，机车卸载。同时，l j 常开触头闭合，发光二极管“总过流一亮。 当机车运行在微机励磁工况时，微机检测到总电流超过7 5 0 0 a 时，将使主发 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 电机输出功率限制为零，同时在微机显示屏d i d 显示“主发电机过流捧，发光二 极管“微机报警 亮。 ( 3 ) 制动电阻失风保护电路 制动电阻1 r g 、2 r g 在通过制动电流时，其上会产生大量的热，为使电阻带 的温度不超过允许值，必须把热量散出，因此在制动电阻柜的下方设有通风机， 一旦风机发生故障，制动带产生的热量不能得到及时散发，制动电阻带会被烧 损。为了确保风机正常工作，在风机电机1 r g d ，2 r g d 电路中分别接入差动继电 器f s j 两个线圈回路。当1 r g d 和2 r g d 工作正常时，它们之间的电流基本相同， f s j 不动作。一旦由于某种原因导致1 r g d 或者2 r g d 的电枢电流有较大差别时， 比如其中一台不转，则两台电机的电枢电流有较大的差别，当电流差接近3 0 a 时，继电器f s j 动作，其常闭触点断开，切断励磁接触器l c 线圈电源，l c 主触 头断开，牵引发电机停止发电，无制动力。 2 2 辅助设备供电电路 辅助电路就是机车辅助设备的供电电路。柴油机工作时，柴油机是机车能 量的来源，在柴油机未工作之前，机车上的能源只有蓄电池，由于蓄电池不能 长期放电，且在启动完成后需要充电，故机车上需安装起动发电机，起动发电 机有两个功能：一是启动柴油机，作为电动机来用；第二是当柴油机起动完成 后，它作为发电机运转，向蓄电池充电，同时还要向空压机电机、通风机电机、 以及控制电路等供电。同时为了使机车安全运行，机车辅助电路也设有保护电 路。( 见附图- - ) 1 柴油机起动前辅助设备用电 柴油机起动之前，合上蓄电池闸刀开关】( 1 ( 后，蓄电池x d c 可以向起动发电 机q d 、起动机油泵电机q b d 、燃油泵电机i 一2 r b d 以及控制电路供电。 ( 1 ) 当机油泵接触器o b c 动作时，蓄电池向启动泵电机供电，其电路为： x d c ( + ) - - - x k 峭：一3 r d - - - 起动机油泵接触器q b c x 1 0 ：4 一起动机油泵电机 o b d 电枢一x 1 6 ：l 一】( 1 ( 一x d c 启动机油泵电机q b c 旋转，起动机油泵向柴油机运动部件提供润滑油。 ( 2 ) 当燃油泵接触器r b c 闭合时，蓄电池向燃油泵供电电路为： 、 x d c ( + ) 一) ( 1 ( 一3 f l 一1 r d r c r b c x 1 0 ：7 1 r b d 或2 r b d x 1 6 ：5 一】( 1 【一 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ) ( d c 燃油泵电机1 r b d 或2 r b d 转动，燃油泵电机向柴油机提供燃油。 ( 3 ) 当起动接触器q c 动作时，蓄电池向起动发电机q d 供电电路为： x d c ( + ) 一) ( 1 【一q c 一起动绕组q ，q 2 一q d 电枢一) ( 1 【一x d c 起动发电机由蓄电池供电，起动发电机作为串励电动机带动柴油发电机组 旋转，当达到柴油机发火转速以上时，柴油机点火开始工作，q c 触点断开，柴 油机起动完毕。 ( 4 ) 柴油机起动前，控制电路供电由蓄电池提供，其路径为为： x d c ( + ) 一) 【l 【一3 f l 一1 r d r c x 1 2 ：i - - 3 ( 控制正端) 控制负端- - x k - - x d c 2 柴油机起动后辅助设备供电电路 柴油机起动完成后，柴油机带动起动发电机q d 旋转。 ( 1 ) 当f l c 接触器动作，起动发电机励磁绕组中有电流通过，其电路为： x d c ( + ) 一x k - - 3 f l - - - 1 r d - 1 d z - - , - f l c - - - r 1 l f l c - - x i o ：3 - - q d 励磁绕组t l ， t 2 一x 1 1 ：3 一f l k ( 9 ，1 1 ) 一f l k ( 1 0 ) 一x i i ：i i e x p ( 1 0 5 _ n 3 ，p 3 ) 一x 1 6 ：5 一】( 1 【一 x d c 东风。型机车起动发电机是通过电压调整器d y t 或微机辅机板e x p 控制其励 磁电流，维持其输出电压恒定为l l o v 4 - 2 v ，向低压用电设备及控制电路供电。 ( 2 ) 起动发电机正常发电后，当发电机端电压高于蓄电池组电压时，起动 发电机向蓄电池充电，其电路路径为： q d ( q 2 ) 一2 r d n l r c l 劝一3 f l 一】( 1 【一x d c 一) 【l ( 一q d ( s 。) 当起动发电机电压低于蓄电池组电压时，由于二极管n l 的存在，蓄电池不 会向起动发电机q d 放电。 ( 3 ) 起动发电机正常发电后，一旦接触器i y c 、2 y c 闭合，空压机电机1 y d 、 2 y d 工作，其供电电路为： q d ( + ) 一4 r d l y c 一1 y d ( b 。，b 2 ) 一q d 由于东风。型机车空压机为直流串励电动机，不需降压，可以直接起动。 ( 4 ) 起动发电机正常工作后，燃油泵电机1 r b d 、2 r b d 改由起动动发电机 q d 供电，合上自动开关2 d z 、3 d z ，当燃油泵接触器r b c 一 j j 合，燃油泵电机i r b d 、 2 r b d 即行工作。其电路路径( 以1 r b d 为例，如附图二) 为： u ( + ) 一2 r d n l r b c 一2 d z x 1 0 ：7 1 r b d - - x 1 6 ：5 ( - ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 ( 5 ) 考虑到电压调整器和微机辅助板同时发生故障时，为使空压机等电气 设备能继续工作，起动发电机励磁绕组电路中设有固定励磁电路。当电压调整器 和微机辅助板同时发生故障时，接触器f l c 不动作，而接触器g f c 动作。此时， 起动发电机励磁绕组电路改为： x d c ( + ) 一) 【i ( 一3 f l 一1 r d 一1 d z g f c r 1 0 x 1 0 ：3 - * 励磁绕组t 1 ，t 2 一 x 1 l ：3 一g f c x 1 6 ：1 一x k - * x d c 通过调整r i o ，使柴油机转速为1 0 0 0 r m i n 时，起动发电机端电压为1 1 0 + 1 0 v ， 此时起动发电机励磁电流固定。当柴油机转速下降时，吣将成比例下降。 3 辅助电路保护电路 当电压调整器或微机辅助板都发生故障时，将导致起动发电机端电压过 高，为此，东风。型机车设有过电压保护电路。 当万能转换开关f l k 置”e x p ”位时，微机辅助板过压保护电路路径为： x 1 2 ：1 5 ( 1 1 0 v ) - f l k ( 1 3 1 4 ) - * x l l ：8 - e x p ( 1 0 5 - k 。，k 2 ) - * g f c - * x 1 6 ：3 当发生过电压时，微机辅助板接通接触器g f c ，起动发电机改为固定发电励 磁。 当万能转换开关f l k 置”d y t ”位时，若发生过电压时，电压调整器内过压继 电器吸合，即d y t ( 3 ，1 3 ) ，d y t ( 4 ，1 4 ) 接通4 5 4 ，4 6 9 导线，使g f c 得电吸合，起 动发电机改为固定发电励磁，其电路路径为： x 1 2 ：1 5 ( + 11 0 v ) 一f l k ( 1 5 1 6 ) 一d y t ( 3 ，1 3 ) 一d y t ( 4 ，1 4 ) 一g f c x 1 6 ：3 。 2 3 励磁电路 东风。型机车同步主发电机的励磁电流由专用的感应子励磁机l 供电。感应 子励磁机l 发出的三相交流电经励磁整流柜2 z l 整流后，为东风，。型机车同步主 发电机f 提供励磁电流。感应子励磁机l 的励磁控制有两种实现方法：微机 8 0 c 1 8 6 c p u 为核心的控制系统；直流测速发电机1 c f 提供的控制系统。 1 微机励磁控制电路 如附图三所示，万能转换开关w z k 置“励磁一一位，中间继电器5 z j 、6 z j 得电吸合。6 z j 常开触点接通4 5 3 、2 1 2 4 导线，短接1 c f 励磁绕组b ，b 2 ；6 z j 常 开触点接通5 1 9 、5 9 2 导线，使1 g l c 线圈得电吸合，其常开触点闭合，接通微 机励磁电路，其电路路径为： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 e x p ( 1 0 1 一l 3 、l 4 ) 一x 1 1 ：6 - i g l c l l c r 1 1 1 2 - - 7 z j ( 常闭触点) 一 1 i d z x l o ：1 6 一励磁机励磁绕组l l ，l 2 一x l o ：1 7 2 f l 一1 g l c x l l ：7 一 e x p ( 1 0 l 卅l ，m 2 ) 。 当励磁接触器l c 、l l c 线圈得电吸合后，其主触头接通励磁电路，励磁绕 组l 1 、l 2 有电流流过。 2 测速发电机控制励磁电路 当万能转换开关w z k 置”励磁二”位，5 z j 、6 z j 线圈失电，2 g l c 线圈得电吸 合，2 g l c 主触头接通了励磁机绕组l 1 、l 2 与测速发电机i c f 输出回路，其电路 路径为： u 。口( + ) - * x l o ：1 3 一l l c r 9 一r 7 r 8 2 g l c 一7 z j ( 常闭) 一1 l d z x 1 0 ：1 6 一 励磁机励磁绕组l 1 、l 2 一x 1 0 ：1 7 2 f l 一2 g l c - x i o ：1 4 一u 。口 而测速发电机i c f 励磁绕组电路为： x l l ：2 3 - - 2 4 ( + l l o v ) 一r 4 一r g t - * x l o ：1 2 一l c f 励磁绕组b l 、b 2 一x 1 6 ：6 由于测速发电机i c f 转子由柴油机带动，一旦测速发电机励磁绕组有电流 流过，测速发电机就将发电。当励磁接触器l l c 动作，i c f 就向励磁机励磁绕组 l l 、l 2 供电，励磁机转子也由柴油机带动。当接触器l c 动作后，主发电机立即 发电，所发出的三相交流电，经三相桥式整流柜1 z l 整流，向六台牵引电动机 供电。 2 4 机车控制电路 控制电路主要用于控制主电路、励磁电路、辅助电路的工作状态。东风。 型机车控制电路主要由柴油机起动、机车起动、机车调速、电阻制动、机车保 护电路组成。见附图四、附图五。 在柴油机未启动前，控制电路由蓄电池供电。而柴油机起动后，控制电路 改由起动发电机q d 供电。 2 4 i 柴油机起动 1 柴油机起动前的准备 ( 1 ) 机车状态应整备良好。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 ( 2 ) 油水管路中各阀应处于正常运转时规定的位置。 ( 3 ) 合上蓄电池开关) 【l ( ，蓄电池组电压应为9 6 v 左右。 ( 4 ) 油水温度不低于2 0 。 ( 5 ) 柴油机盘车装置应脱开。 ( 6 ) 司机控制器手柄处于“0 位，换向手柄处于中立位。 、( 7 ) 打开总控制开关锁，闭合机车总控开关1 k 。 ( 8 ) 合上微机电源自动开关2 3 d z 及微机控制柜上的电源开关。 2 柴油机起动前机油泵电机控制电路 如果机车停放时间较长，机车运动部位的油膜已破坏，为防止柴油机轴承 烧损，在起动柴油机前应先起动机油泵，向柴油机各润滑部位输送机油，机油 泵电机控制电路如图2 - - 2 所示。 闭合3 k ，接触器q b c 线圈得电，其主触头接通起动机油泵电机q b d 电路， 机油泵电机带动机油泵工作，向柴油机各润滑部位输送机油。控制电路路径为： 1 k ( + l l o v ) 一3 k 一】( 2 3 ( 4 3 ) ：1 一x 1 2 ：1 3 - r b c ( 常闭) 一q b c 线圈 - * x 1 6 ：8 q b c 线圈回路中串入r b c 常闭触点，保证柴油机正常工作时起动机油泵电机 停止工作，改由柴油机机油泵提供润滑油。 + 1 1 0 v + l l o v + 1 1 0 v + 1 1 0 v 图2 2 起动滑油泵电机控制电路 3 柴油机起动前甩车电路 如果柴油机停转时间较长，需将柴油机气缸内的油、水等污物从示功阀口 排出。工作过程为：先打开示功阀，按下起动按钮1 q a ，经过4 5 - - - ，6 0 s 后，接触 器q c 线圈得电，其主触头接通起动发电机q d 电路，起动电机带动柴油机转动 几圈，待气缸内的污物排出后松开1 q a ，关闭示功阀。甩车控制电路如图2 2 ， 其电路路径为： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 i k ( + l l o v ) 一l q a x 2 2 ：1 8 一x 1 7 ：1 2 一x 6 1 ：1 2 一z l s x 6 1 ：1 3 一x 1 7 ：1 5 一 f l c 一溅_ - - s j ( 2 ) - * s j ( 3 ) - - x 1 6 ：7 电路中有两个联锁触点：z l s 保证柴油机盘车装置脱开时才能甩车；f l c 保证起动发电机不是在发电工况，才能当串励电动机使用。 4 启动燃油泵 合上燃油泵开关4 k ，接触器l i b ( ；线圈得电吸合，其主触头接通燃油泵电机 i r b d 、2 r b d 电路，燃油泵旋转，向柴油机提供燃油。如附图二所示，控制电路 路径为： i k ( + ii o v ) 一4 k x 2 3 ：2 一x 1 2 ：1 4 4 z j ( 常闭) - - - 8 z j ( 常闭) - - - r b c 线圈一 x 1 6 ：3 接触器r b c 的辅助触点功能及作用见表2 1 表2 一lp , b c 辅助触头 编图中两端线常开触头所在电路说明 号位置号常闭 1e i o5 3 9 ，常闭q b c 线圈电路在柴油及正常工作时，起动机油 4 9 7泵停止工作。 2g l o4 9 3 ，常开q b c 线圈电路正联锁、柴油机起动前先打4 5 - 5 0 16 0 秒钟滑油 5 柴油机起动电路 当燃油压力达到1 5 0 3 5 0 k p a 时，按下起动按钮1 q a 后，接触器q b c 和时 间继电器i s j 将同时得电。由于起动接触器q c 线圈回路中串入了时间继电器s j ， 4 5 - - 6 0 s 后才接通q c 线圈，即q c 得电前起动机油泵电机工作，其电路路径为： l o a ( + 1 1 0 v ) 一x 2 2 ：1 8 一x 1 7 ：1 2 一x 6 l ：1 2 一z l s x 1 7 ：1 5 一r b c q c ( 常闭) - - 0 b c ( 线圈) 一x 1 6 ：8 当按下1 q a4 5 - - 6 0 s 后，时间继电器s j 的2 、3 端子接通q c 线圈电路，q c 动作，其常闭触点断开q b c 线圈电路，其常开触点接通电磁联锁d l s 线圈电路， 柴油机联合调节器投入工作，并使高压油泵处于相应的供油位，电路如图2 - - 3 所示。在基于p l c 的电路改造过程中，该时间继电器设为中间值5 0 s 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 图2 3 柴油机起动电路 起动接触器主触头q c 接通起动发电机q d 电枢回路，q d 作为串励电动机带 动柴油机旋转，直至柴油机发火，松开柴油机起动按钮1 q a ，柴油机起动完毕。 q c 接触器的辅助触点其功能如表2 - - 2 。 表2 2q c 辅助触头 编图中两端线常开触头所在电说明 号位置号常闭路 le i o 5 0 1 ，5 0 0常闭q b c 线圈电路反联锁，柴油机本身有润滑油， 所以一旦柴油机起动，用q c 的常 闭触点停掉电机q b d 2f 7 5 9 0 ，5 5 0常开d i e s 线圈电路接通联合调节器中电磁联锁d i e s 线圈电路。d e s 得电后，柴油机 联合调节器建立油压 柴油机起动完后，接触器r b c 线圈和电磁联锁d l s 线圈维持吸合状态。其 电路路径分别为： 控制( 控制) 一4 k x 2 3 ：2 一x 1 2 ：1 4 4 z j 一8 z j r b c x 1 6 ：4 控制( + ) 一4 k 一r 1 8 一x 1 2 ：2 3 一x 6 1 ：6 1 y j x 6 1 ：7 2 y j x 6 1 ：8 一d l s x 6 1 ：9 一x 1 6 ：6 在机车运行过程中