（安全技术及工程专业论文）机车重联方式研究.pdf

a b s t r a c t a st h ed e v e l o p 忸e n to fl l i g h s p e e d 勰dh e a v y - d u t ym m 忸y ，t h e 诧盯e m o r ed e m a n d sf o fd o u b l e - h e a d e dl o c o m o t 主v e s ，e s p c c i a u yf o rt h o s cw i t h h 诎r e l i a b i l i t y n i sp 印e rm a i n l ys t u d i e st h ec 0 印l i n gd 髂i 印so ft h e d o u b l c h e a d e d1 0 c o m o t i v e s 1 bt e s tt h ep e 哟姗蛐c eo fd f l o c o m o 廿v e s ，w h i c h 枇血em a i n f b r c co fd o u b l e i h c a d e dl 0 0 0 m 嘶v 髓i na i i l l a ，t h i sp a p e rp m b c si n t ot h c e l e c 删ct i l e o r yo fd f l ll o c 咖o 廿v e s ，柚dt h e ni t d 髂i 髓sa s t i m u l 锄t t e s t b e da c c o r d i n gt ot h ed 0 i l b l e - h e a d e dc i r c u i t r y0 fd f l ll o c o m o t i st o t e s t t h ea d v 锄t a g c s 柚dd i s a d v 卸t a l g e so ft h e i rc o u p l i n gd e s i 印a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o u p l ed e s i g no fd f l l ，t h i st c s t - b e dn c e d st o t e s tt l l ee l e c t r j c a ll i n e sf o rm ec o 叩l i n g d e s i 弘，锄dt oc 0 衄u n i c a t ew i t h o t h e rl o m o t i v e sb ye x pa sw e l l 1 1 1 e r e f o r e ，t h et e s t _ b c di sm a d eu po f t w op a r t s ：t h eu p p e rm a c h i m s 柚dt h el o w e ro n e s t h eh d w e rm a c h i m s n e e dn o to n l yt oi n s p e c tt h es t a t eo ft h ec o u p l e dc o n t r o l l i n c sb u tt os e n d t h em e s s a g c st ot h eu p p e rm a c h i n e s t h e nt h eu p p e rm a c l l i n e sd e v i s e l o 画c a lj u d 舯锄l sb a s e do nt h cm e s s a g 鹪勰de x c h 观g em e s s a g e s 缸胁 o t h e rl o c o m o t i v e s 舳e rt h et e s t - b e dw a sp u ti l i t o u s e ，i th a st e s t e dq u 柚t i t i e so f l o c o m o t i v e s 1 ti sf o u n dt l l a tt h ec o u p l ed e s i g n so fm a n yl o c o m o t i v e sa r e o f1 0 wr e l i a b i l i t y 1 1 l e nt h j sp a p e rc a l c u l a t 瞄m cr e l i a b i l i t yo fl l i ec o u p l 妯g d e s i 弘o fd f l lq u 柚t i t a t i v e l yu s i n gt l l et h e o r yo fr e l i a b i l i t y 蛐dt h er e 辄l t s a r et h es a m ew i t ht h ef a c t s t 0e i l h a n c et l l ef e l i a b i l i t yo ft h ec o u p l i n g d e s i g n ，w er a i s ean e wc 叫p l ed e s i g ni nt h e o f y ，w h i c hc o m b i m sl o c a l eb u s u n i ta n dp l c 1 k sd e s i 鲷啪r c d u c et h en u m b c fo fd o u b l e - h e a d c d e q u i p m e n t ，e l l | l a n c et i l er e l i 曲i l i t yo fi t 姐d 讪a t sm o r c ，t l i i sd e s i 酗c a n i m p l e m e n tt h ec o u p l j n go fm 0 i e1 0 c o m o t i v e s t h i sn e w o o u p l i n gd e s i g nm a i n l yu s e s1 0 c a l eb p su i t 柚dp i c ，b o t h o fw h j c ha r ep o p u l a rn a w a d a y s nc a nb e p r e d i c t e dt h a tt l l e s e 咖 t e c h n i q u e s 甜ec e n a i l lt ob e 细曲e fu s e d 赫di i i l p r o v e di nd o u b l 争h e a d e d l o c o n l o t i v e si l lt h ef l l t u r e k b yw o r d s ：d o u b l “l e a d e dl o c l 嘲o t i v e s ；d h l ；蒯a b n 姆；啪d o w sc e ； 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 当前，世界备国铁路发展呈现着两大趋势，即客运高速和货运重 载，这是铁路运输发展的方向，也是随着时代的进步和科学的发展， 高科技在铁路应用的体现【1 】。 重载运输是指在一定的铁路技术装备的条件下【孙，扩大列车编组 长度，大幅度地提高列车重量，采用大功率内燃( 或电力) 机车( 单机、 双机或多机1 牵引的重载列车的运输方式。此种方式能够充分发挥铁路 集中、大宗、长距离、全天候的运输优势，从而加速机车车辆的周转， 加快货物的输送速度，达到提高线路的通过和输送能力、降低运营成 本、获得更大经济和社会效益的目的。这已为北美、前苏联等国外铁 路的实践和我国铁路几年来开行组合列车试验及所取摄的效益证明 1 2 j 。 发展铁路重载运输和提高列车运行速度是缓和我国铁路运能与 运量矛盾的主要途径【3 1 ，也是铁路运营管理由粗放型向集约型转化的 一个方向。我国铁路运输能力能不能适应运量的要求，是今后面临的 主要矛盾。开行重载和高速列车必须有与之相适应的线路、机车车辆、 供电、站场等设备。线路是重载和高速列车开行的基础设备，主要指 线路的承载能力、几何尺寸、站线长度、线路坡度等。要实现重载运 输和高速列车对于我们来说还是有很长的路要走真正要达到1 万吨 到2 万吨的重载和2 5 眦m h 的速度，对线路，机车，货车车辆和管理调度 都要有不小的要求1 4 】。 p = p s ( 式1 1 ) p 表示机车牵引功率，f 表示机车牵引力，s 表示机车速度。 对于提高列车速度而言，目的是要增加速度s ，在f 一定的前提 北京交通大学硕士学位论文 下只能通过增加p 来解决。对于重载运输而言，目的是要增加牵引f ， 可以通过开发大功率牵引机车来解决，当机车的牵引力大于轮对与钢 轨之间的最大摩擦力时机车就会出现空转打滑，不能前进，所以机车 牵引力一定要小于轮对与钢轨之间的摩擦力。牵引力的增加主要由轴 重和粘着系数来决定。下面就简要分析一下牵引力与轴重和粘着系数 的关系。在理想状态下机车的牵引力和轮对与钢轨之间的摩擦力是大 小相等方向相反的。，摩擦力可用下面公式表示 f = p n ( 式1 2 ) f 表示摩擦力，表示摩擦系数也就是机车的粘着系数，n 表示 正向压力也就是轴重 图1 1 轮对钢轨接触模型 从上面公式我们可知增加摩擦力f 可以通过增大肛或者n 来实 现。在轴数量不增加的情况下，由于机车车头本身已经很重再增加轴 重会增加铁轨在单位长度内的负担，目前我国的很多铁轨已经是满负 荷，要想增加轴重只能是更换铁轨。粘着系数p 钢轨轮对不变的情况 第一章绪论 下也是不变的，就我国目前的情况再普及大功率机车在短时间内是不 现实的，所以实际中就要双台或多台机车重联来提高牵引力。 这里需要解释一下，所谓机车重联控制，是指司机在一台机车上 同时操纵两台或多台机车，实现两台或多台机车的同步控制。 1 2 机车重联技术的发展与现状 1 2 1 现状 重联机车的发展大致经历了以下三个阶段， 机重联并存，微机重联【5 1 。 这个三个阶段代表了重联机车的发展过程， 式都在使用。 线重联，线重联和微 目前我国三种重联方 使用线重联的机车有d f l d 等1 6 】，它的原理如图1 2 。两台机车的 电气控制系统用重联导线( 电缆) 经重联插座相连接，空气制动系统的 总风管、平均管和制动管也分别相连接，确定本务机车和非本务机车， 并由本务机车司机控制机车组牵引列车运行。 本车他车 重联控制线一 叵! 图1 2d f 4 d 重联模型 线重联和微机重联结合使用的机车有d f l l 【4 7 】等，它的原理如图1 3 。 两台机车的电气控制系统用重联导线经重联插座相连接，空气制动系 统的总风管、平均管和制动管也分别相连接。主计算机e x p 通过通讯 线相连，进行本务车和他务车的信息传递。信息包括：1 ) 机车状态 信息，2 ) 轴温信息，3 ) 监控装置信息。确定本务机车和非本务机车， 北京交通大学硕士学位论文 并由本务机车司机控制机车组牵引列车运行。 本车 他车 曰 一l u h 2 一 三 网 重联控制线 卜磊 ： 图1 。3d f l l 重联模型 只使用微机重联的机车，也是国内最先进的重联机车有d f l l g 【8 】 等，它的原理如图1 4 。重联车之间只有通讯线相连，通过通讯线能 进行本务车和他务车的信息传递，信息包括：1 ) 机车状态信息，2 ) 轴温信息，3 ) 发电系统信息，4 ) 监控装置信息，5 ) 控制命令的传 递，这个信息的传递也是d f “g 先进性的主要体现。 本车 厂_ 1 一一s 黼! 刖 圈1 4d f l l 重联模型 由于是多台机车重联，其实对单机的功率并不要求很高，而是对 重联的可靠性要求很高，重联可靠性差会导致同步性差，易导致车 轴齿轮箱断齿、液力传动箱泄漏、柴油机活塞烧熔等机破事故，几台 车头不同步在爬坡或加速时所产生的牵引力也很容易就把车辆的车 钩拉断造成事故。所以机车重联的可靠性在铁路重载运输中扮演着十 分重要的作用。选择什么样的重联方式来提高可靠性就变得十分重要 了。 4 第一章绪论 1 2 2 趋势 重联方式网络化是机车重联的发展方向。重联发展的趋势就是把 一个车头看成一个节点，把贯穿整列火车的现场总线看作一个列车网 络，车头可以随意挂接到列车网上，挂接重联的车头数量因总线挂接 节点的数量不同而不同。目前国际国内使用的列车总线有 l o n w o r x s 、t c n 等，铁标也把u m o r k - s 和t c n 纳入了体系。国 内最先进的重联机车d f l l g 就使用了l o m o r k s 现场总线，但还 没有把现场总线的优势完全发挥出来。把一台车头按照总线的规定看 成一个节点，那么d f l l g 重联也只是两个紧挨着的节点，但它并没有 发挥节点应该有的灵活性，它们必须连在一起才能运行。下面简单介 绍一下u ) n o r k s 和t c n 。 ( 1 ) t c n 技术p j 欧洲在列车通信网络方面采取了具有前瞻性的举措，一些著名的 铁路大公司组成联合开发组( j d p ) ，联合开发列车通信网络技术，国 际电工协会( i e c ) 组成标准化工作组w g 2 2 ，经过长达1 1 年的工作，制 订了列车通信网络的国际标准i e c 6 1 3 7 5 1 ，开发了支持这一国际标 准的芯片。i e c 6 1 3 7 5 1 国际标准其协议公开，也可以开发自己的协 议处理器。为了保证兼容，1 e c 还组成了一致性测试工作组w g 3 8 。t c n 技术在国外的干线机车、车辆、地铁车、城市轻轨车等轨道交通工具 上得到了广泛的应用，已有几十种车型，成千辆车。t c n 技术得到了 牵引、制动、车门、仪表等方面许多部件供应商的支持，解决了机车、 车辆、列车灵活编组，车载设备的互换性等问题。 ( 2 ) l o n w o r k s 技术1 1 0 j l o n w o r k s ( l o c a lo p e r a t i n gn e t w o r k ) 网络，简称l o n 网，是由美 国e c h l o n 公司推出的一种现场总线产品，它为集散式监控系统的实现 提供了强有力的手段。基于l o n w o r k s 的现场总线技术以其高度的开 放性、互操作性以及对现场环境的适应性，使它成为众多现场总线产 北京变通大学硕士学位论文 品中的佼佼者，正被越来越多的从事测控网络开发的技术人员采纳。 1 3 本文的主要内容 戚墅堰机车车辆厂要求我们实验室设计d f l l 型机车的重联模拟 试验台，实现对d f l l 型重联机车电气线路的状态检测和重联线的状 态监测。在模拟试验台的设计和安装调试过程中遇到了很多问题，给 我印象最深的是为了检验试验台的功能，要找一辆功能正常的d f l l 机车和试验台连接测试，这台机车是刚通过验收的，但连接上试验台 后始终通讯通不上，再换一辆d f l l 就能通上。类似很多向题都让我 怀疑d f l l 重联的可靠性，在完成了这个试验台的验收后，实验窒的 老师建议我重新研究一下国内各种重联方式的可靠性。于是我在研究 了d f l l 型机车重联可靠性的基础上提出了国内还未使用的重联方式， 设计了通过使用工控机，微控制器局域网将重联机车的状态信息和控 制信息都通过列车通讯网传输实现的机车重联方案并对该方案的可 靠性进行了分析。 本文安排如下： 第一章是绪论部分，说明了当今铁路的发展趋势要求机车重联， 对重联的研究背景做了简要介绍，此外还对课题的主要工作和现实意 义等内容进行了概述。 第二章首先简要介绍了d f l l 型机车、机车电气线路及d f l l 的重 联电气原理。 。 第三章介绍了重联模拟试验台的总体设计，上、下位机平台和触 摸屏的选用及实现要点。 第四章具体阐述了上、下位机的硬件设计的若干技术问题，包括 处理器的选择、实现及一些抗干扰措旋。 第五章详细说明了平台的定制，上位机和下位机应用程序的编写 及软件抗干扰措施。 6 第一章绪论 第六章详细分析了d f l l 重联方式的可靠性，提出了一种新的重 联方式，并定量的分析了新的重联方式的可靠性。 最后一部分是总结和展望。该部分对论文进行了总结，并指出了 一些待解决的问题。 7 北京交通大学硕士学位论文 第二章d f l l 型机车电气线路分析 东风1 l 型内燃机车是为广深线开行时速1 6 0 公里旅客列车而研 制的准高速客运内燃机车。机车标称功率3 0 4 0 k w ，最高运行速度位 1 7 0 l ( 1 1 1 h 。1 9 9 1 年底完成试制后，先后通过了行驶试验、研究性试验 和1 5 万k m 线路运用考核试验，最高试验速度为1 8 6 k h ，牵引1 3 辆 客车，最高速度达1 6 2 k m h 。1 9 9 4 年1 2 月2 2 日广涤线正式开通，由 东风1 l 型内燃机车担当准高速旅客列车的牵引任务。自1 9 9 5 年1 0 月起，先后在沪宁、京秦、沈山、京沪等线牵引客运列车，进行提速 试验。牵引4 5 0 t ，最高运行速度为1 7 3 5 l 【i i i h ，达到预期效果。为 1 9 9 7 年4 月1 日和1 9 9 8 年1 0 月1 日两次全路大提速奠定了基础，做 如了贡献。东风1 l 型内燃机车的研制成功和大范镯投入运用，是我 国客运内燃机车技术发展新阶段的一个重要标志，开创了我国铁路客 运向高速发展的新时期。 2 1d f l l 型内燃机车电气线路m 1 电力传动装置的各项功能是通过一定形式的电路驱动各种电气 设备得以实现的。d f l l 型内燃机车电气线路分为：主电路、辅助电路、 励磁电路、控制电路、计算机接口电路、显示电路、照明电路、行车 安全设备接口电路。其中，又以主电路、辅助电路、励磁电路和控制 电路最为重要，它们性能的好坏直接影响到机车的运行， 2 1 1 主电路 主电路将产生机车牵引力和制动力的各种电气设备连成一个系 统，实现机车的功率传输。主电路是电传动机车最重要的组成部分之 一，它不但决定电传动机车的类型，而且在很大程度上决定该型机车 第二章d f l l 型机车电气线路分析 的基本特性。 d f l l 主电路主要包括1 台同步发电机f ，6 台直流牵引电动机1 d 6 d ，1 台主硅整流装置1 z l ，机车牵引和制动时，用于接通6 台直流 牵引电动机电路的电空接触器l e 6 c ，接通电阻制动励磁回路的电空 接触器z c ，接通二级电阻制动回路的电空接触器1 r z c 6 r 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 和 组合接触器x c ，供机车进行电阻制动用的制动电阻柜l r g 、2 r g 及其 散热用的2 台通风机l r g d 、2 r g d ，用于机车自负荷试验的开关z f k ， 检铡电枢回路电流和电阻制动励磁电流的电流传感器1 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 ，电阻翎动失风保护 继电器f s j ，供移车用的外接电源插座y c z ，以及其他检测和保护用 仪器、元器件。详细电路图可参阅相关资料。 主电路的工作分为牵引工况、电阻铝动工况、自负荷试验工况。 图2 1 是一个牵引电动机励磁及磁场削弱电路。 2 1 1 1 牵引工况 柴油机驱动同步主发电机发出三相交流电，经过主整流柜1 z l 整 流后变为直流。6 台直流牵引电动机1 d 6 d 并联在主整流柜输出的 两端，通过6 个电空接触器1 c 6 c 的闭合，接通各直流牵引电动机 电路，电动机驱动轮对转动，机车开始运行。方向转换开关h k f 用 来改交流过6 台直流牵引电动杌励磁绕组的电流方向，使直流牵引电 动机改变转向，从而改变机车的运行方向。为了扩大机车恒功运行范 围，直流牵引电动机可进行一级磁场削弱。 2 1 ，1 2 电阻制动工况 电阻制动工况时，电路通过工况转换开关h k g ，使直流牵引电动 9 北京交通大学硕士学位论文 机1 d 6 d 改接成他励发电机，并将1 d 6 d 的励磁绕组全部串励起来， c z k f 图2 1 牵引电动机励磁及磁场削弱电路 由同步主发电机f 经主硅整流柜1 z l 供电，其电路由电空接触器z c 接通。 为了在机车低速运行时有较大的铝动力，以便达到更好的制动效 果，机车采用二级制动。 当直流牵引电动机1 d 6 d 转为他励发电机工作时，将列车的动 能转变为电能，并由两台通风机将热能吹散到大气中去。与此同时， 电动机电枢上所产生的电磁转矩作用于机车动轮。产生制动力。 2 1 1 3 自负荷试验工况 自负荷试验工况时，l c 6 c 断开，同步发电机发出的三相交流电 经l z l 整流后直接向制动电阻l r z 6 r z 及牵引电动机l d 6 d 励磁绕 组供电，将电能转换为热能，再将热能吹散到大气中去。自负荷试验 1 0 第二章d f l l 型机车电气线路分析 电路简化了机车的负载试验过程。 2 1 2 辅助电路 辅助电路将机车上的各种辅助电气设备和辅助电源连成一个系 统，成为保证机车正常运转不可缺少的电气装置。机车上的这些辅助 电气设备包括：通风机、空气压缩机和油泵等的拖动电机、启动与辅 助发电机、照明设备等。 内燃机车除了需向牵引电动机供电外，还需提供必要的辅助设备 用电。d f l l 型内燃机车在柴油机起动前，辅助用电和起动柴油机用电 由蓄电池提供，柴油机起动后，当起动发电机端电压比蓄电池组电压 高时，起动发电机就向蓄电池组充电。与此同时，所有控制及辅助电 路均由直流起动发电机供电。 2 1 3 励磁电路 d f l l 是交一直传动的内燃机车，在交一直传动中，励磁电路是指 内燃机车上保证柴油机发电机组恒功率运行的励磁调节系统，它包括 牵引发电机的励磁回路及恒功率励磁调节回路等。其作用是尽可能扩 大牵引电机的恒功率范围，使机车在宽广的的速度范围内都能充分发 挥柴油机的功率，获得良好的经济运行特性，满足内燃机车牵引性能 的要求。 在d f l l 型机车中，同步主发电机的励磁是由励磁机发出的三相 交流电经励磁整流柜整流后供给的。 2 1 4d f l l 型机车控制电路 重联是在不改变机车电气线路的基础上实现两台以上机车由一 位司机控制，那么机车的控制线路对重联就显得十分重要。控制电路 1 1 北京变通大学硕士学位论文 将控制主电路和辅助电路各电气设备的控制电器、信号装置和控制电 源连成一个电气系统，实现对机车的操纵和控制。司机通过控制电路 的作用，可以控制主电路和辅助电路的各种电器按照一定的顺序动 作，从而使机车按照司机的操作意图运行。 d f l l 型机车控制电路主要由供电电路、机车控制电路和机车保护 电路三部分组成。 2 1 4 1 供电电路 控制电路由直流起动发电机供电，当起动发电机q d 未工作时， 由机车蓄电池组x d c 供电。 2 。1 4 2 机车控制电路 机车控制电路包括柴油机起动电路、空压机控制电路、柴油机调 速及停机电路、机车起动电路、机车调速控制电路、电阻制动控制电 路。下面就详细说明一下柴油机起动电路和空压机控制电路。 ( 一、柴油机起动电路 长期停放的机车，由于柴油机停转时间较长，各运动部位的油膜 已破坏，故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，以防止柴油机轴承烧损。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o 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。 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滑油。 当燃油压力达到1 5 0 以5 0 k p a 时，按下起动按钮1 q a 从图2 2 可 看出，由于起动接触器q c 线圈回路中串入时间继电器s j ，按下1 0 a 约4 5 s 后才接通q c 线圈，而此时由于起动接触器辅助常闭触点接通 了接触器0 b c 线圈，即q c 得电前起动机油泵电机工作。 1 2 第二章d f l l 型机车电气线路分析 图2 2 起动滑油泵电机控制电路 当按下1 q a 4 5 6 0 s 时，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，并使高压油泵齿 条处于相应的供油位，电路如图2 3 所示 1v j z y j 图2 3 柴油机起动电路 起动接触器主触头接通起动发电机0 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，且微机显示屏d i d 显示滑 油压力为7 0 l 【p a 以上时，即可松开柴油机起动按钮1 q a ，柴油机起动 完毕。 如图2 2 所示，常闭触点z l s 保证只有在柴油机盘车机构脱开的 情况下才能甩车或起动柴油机。辅助励磁接触器n 常闭触点保证只 北京交通大学硕士学位论文 有在辅助励磁接触器n 的主触头断开的情况下，使起动发电机q d 励磁回路与电压调整器d y t 或微机辅机板e x p 脱开，才可以作 串励电动机使用。燃油泵接触器r b c 常闭触点保证柴油机不在起动 状态下进行甩车。 值得一提的是，柴油机起动时，蓄电池能量消耗很大，为防止损 坏蓄电池，每次起动时间( 从q c 吸合起) 不应超过4 5 s 。若柴油机 转动4 5 s 后仍不能自动发火，应查明原因，处理后才能重新起动。 ( 二) 空压机控制电路 柴油机起动完成后，闭合辅助发电开关5 k ，接触器f 1 c 吸合动 作，接通起动发动机他励绕组电源，起动发电机开始发电，由于电压 调整器d y t 或微机e x p 辅机板的作用，电压稳定在1 1 0 、，。 起动发电机进入正常发电工况后，空压机电机就可以投入工作。 东风1 1 型机车空压机电机有“手动”和“自动”两种控制方式，如图 2 4 。 一 匕 图2 4 空压机电机控制电路 闭合空压机自动控制开关6 k ，此时接触器1 y c 、2 y c 受压力继 电器3 y j 控制，若总风缸压力低于7 5 0 k p a ，3 y j 触点闭合，l y c 、2 y c 1 4 第二章n f l l 型机车电气线路分析 线圈得电吸合，它们的主触头接通空压机电机1 y d 、2 y d ，同时1 y c 辅助触点接通时间继电器2 s j 和无负荷放风阀1 h ) f 、2 f d f 线圈正电 源，将空压机气缸内背压风排出，压气机无负荷起动，3 5 s 后，2s j 动作，其常闭触点切断1 f d f 、2 f 【) f 线圈电源，空压机正常供风。当 总风缸压力达到9 0 0 k p a 时，3 y j 触点断开，1 y c 、2 y c 线i 受i 失电，1 y d 、 2 y d 电机停转，空压机停止工作。 东风1 1 型机车还备有空压机手动按钮2 q a ( 如图2 4 ) 。当按下 2 q a 时，压气机工作，其动作过程和“自动”相同，只是不受3 y j 控 制，只要松开2 q a 空压机就停止工作。 2 1 4 3 机车保护电路 为了防止柴油机发生飞车事故，东风1 1 型机车设有超速保护装 置，其控制电路如图2 5 所示。 - 一 匕 9， r b z j u l 4 k8 z j x z k 10 v 1 d c t ，n u 8 z j 2 d c t 厂 图2 5 柴油机超速保护电路 微机e x p 通过柴油机转速传感器1 c g 检测柴油机转速，当柴油 机转速为1 1 2 叽1 1 4 0 f m i n 时，e x p ( 1 0 1 一a 3 ) 端子接通8 z j 线圈负 线，8 口得电吸合，8 z j 常闭触头断开，切断电磁联锁d l s 线圈和r b c 线圈电源，柴油机停机。同时，8 z j 常开触头接通风门电磁阀1 d c t 、 2 d c t 线圈电路，关闭柴油机进气风门，强追柴油机停机。另外，8 z j 北京交通大学硕士学位论文 还有一对常开触头吸合接通6 2 7 ，2 1 7 4 导线，8 z j 自保。 另外，柴油机调速器旁还设有超这极限行程开关x z k ，当柴油机 转速为1 1 2 0 1 1 4 m 加i 时，柴油机极限调速器动作，带动行程开关 x z k 使其常开触头接通8 z j 线圈负线，同样能够起到超速保护作用， 其过程与微机超速保护相同。 2 2d f l l 重联电气原理m 1 d f 儿型机车双机重联控制电路，是基于尽可能不改变单机原电气 控制线路逻辑性的原则设计的，以达到既能重联运行也能单机运行， 即单机操纵时的单机性能并没有任何变化，重联后在一个司机室能方 便地控制所有重联机车运行。重联在原理上是重联线短接非本务车主 令电器。如图2 6 图2 6 霆联原理 两台机车的电气控制系统用重联导线( 电缆) 经重联插座相连接。 空气制动系统的总风管、平均管和制动管也分别相连接，确定本务机 车和非本务机车并由本务机车司机控制机车组牵引列车。 2 2 1 机车重联控制电路的特点“钉 ( 1 ) 台机车上电器动作的快慢不影响另一台机车上电器的正 常动作次序。 ( 2 ) 在控制电路中应避免迂回电路，以免引起主电路电器的误 第二章d f l l 型机车电气线路分析 动作。 ( 3 ) 双机重联牵引时，反向器的控制与电力机车不同车端联挂 有关。 ( 4 ) 双机牵引时，为了保证发挥最大牵引力，在两台机车运行 速度相同时，要求两台机车有相同的运行级位。对于调压开关式机车， 即要求调压开关同步运转，这也是调压开关式机车多机重联控制的关 键。 2 2 2d f l l 重联控制线 d f l l 型机车的控制线主要通过重联转换阀直接相连，d f l1 通过 重联控制阀连接的控制线主要有： 1 高电平( 1 1 0 v + ) 输入 序号 名称 1h k f l 2h k f 2 3h k g l 4 h k ( 论 51 z l 63 z ， 7 o 位信号 8司控器a 9 司控器b 1 0 司控器c 1 1 司控器d 1 2 机控信号 1 3 监控卸载 1 4 本机柴油机起机 1 5 本机空压机手动 北京变通大学硕士学位论文 1 6 它机磁场削弱灯 1 7 它机无载灯 1 8 故障手轮调速7 k 1 9 紧急镑4 动信号 2 低电平( 1 1 0 v 一) 输入 序号名称 1 本机停机 2 它微报警灯 3 它机空转撒砂灯 4 空转撒砂灯 5 微机报警灯 6 磁场削弱灯 7 撒砂 8 它机停机 通过重联控制阀这些线实现了在本车操纵重联车和本车。主计算 机e x p 通过r s 4 2 2 连接实现了本务车和重联车的信息传递。信息包括： 1 ) 机车状态信息，2 ) 轴温信息，3 ) 监控装置信息。 2 3d f l l 重联功能图 d f l l 型机车的重联不单单是控制线的简单重联，空气制动系统的 总风管、平均管和制动管也分别相连接，还有e x p 也通过通讯线连接 进行通讯。图2 7 就说明了两台d f l l 型机车重联的功能。控制信息 是控制线直接传输，两台机车进行同步操作。e x p 之间信息交互是通 过串口r s 4 2 2 进行的，互相传送机车监控信息。 机车重联时，按下开关，经过继电器的逻辑判断再发出信号给接 触器接通机车电路。主计算机e x p 主要功能是主发电机的恒功控制， 第二章d f l l 型机车电气线路分析 同时还负责机车状态信息的采集处理，并送与机车监控屏以显示。 图2 7 d f l l 重联原理图 北京交通大学硬士学位论文 第三章d f l1 重联模拟试验台总体设计 无论是新机车出厂还是维修机车出厂，交付给机务段的都必须是 功能完好的机车，d f l l 型机车出厂时还必须有完好的重联功能，为了 检测机车重联的功能的好坏，戚墅堰机车车辘厂就要求我们实验室为 其设计一种模拟试验台，能够在站台自由移动而且能够检测d f l l 的 重联功能。 3 1 系统设计目标和要求 首先比较一下d f l l 的重联模型和重联模拟试验台的模型的区别。 r 苯；浑j 试验台 田萼 丑 ! l 翟毒圈| l i j 图3 。ld f l l 重联模拟试验台的模型 从重联模拟试验台的模型可知：试验台在控制上它要有一个机车 实际所有的控制电路，在通讯上它要能和实际机车进行交互，尽管它 不能采集到一些状态信息。所以试验台在控制线路的设计上应该具有 一台实际车头所有的按钮和开关，在通信上要能接受处理机车发过来 的机车状态信息，同时还能给机车返回一个虚拟的试验台的状态信 息。 3 2 总体设计 下面描述一下试验台的各个功能模块。 第三章d f l l 重联模拟试验台总体设计 试验台的工作原理是：一、与他车微机进行通讯，将他车微机发 送过来的他车状态参数接受并显示在液晶屏上，同时将试验台 幽3 2 机车重联模拟试验台功能图 的状态参数发送给他车，由于试验台没有具体继电器和接触器，没法 进行实际的逻辑判断，所以需要将他车发来的数据进行一定的处理再 发回他车。二、下位机采集重联控制线状态，发给上位机，上位机进 行逻辑判断将相应动作显示在液晶屏上尽管试验台不能动作。试验台 的主要功能模块就是显示屏模块和下位机模块，主要工作也就是这一 部分。 3 3 上位机平台的选用 嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、 面向应用，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、 2 1 北京交通大学硕士学位论文 功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。 3 3 1 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统e 0 s ( e m b c d d e do p e m t i n gs y s t e m ) 是一种用途 广泛的系统软件，它除具备了一般操作系统最基本的功能。如任务调 度、同步机制、中断处理、文件处理等外，还有以下特点： 可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 强实时性。e o s 实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。 统一的接口。提供各种设备驱动接口。 操作方便、简单、提供友好的图形g u l ，图形界面，追求易学 易用。 提供强大的网络功能，支持硎p 协议及其它协议，提供 硎i d p ，i p ，p p p 协议支持及统一的m a c 访问层接口，为各种移动计 算设备预留接口。 强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户 过多的干预，这就要负责系统管理的e o s 具有较强的稳定性。 固化代码。在嵌入式系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固 化在嵌入式系统计算机的r o m 中。辅助存储器在嵌入式系统中很少 使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸， 而用各种内存文件系统。 更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。 3 3 2 两种最常用的嵌入式操作系统 一w i n d o w sc e w i n d o w sc e 是微软开发的一个开放的、可升级的3 2 位嵌入式操 作系统。w i n d o w sc e 的图形用户界面相当出色。w i n d o w sc e 是所有 源代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统。w i n d o w sc e 具有 第三章d f l l 重联模拟试验台总体设计 模块化、结构化和基于w i n 3 2 应用程序接口以及与处理器无关等特点。 w i n d o w sc e 不仅继承了传统的w i n d o w s 图形界面，并且在w i n d o w sc e 平台上可以使用w i n d o w s9 5 9 8 上的编程工具( 如v i s u a lb a s i c 、 v i s u a lc + + 等) 、使用同样的函数、使用同样的界面网格，使绝大多 数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在w i n d o w sc e 平台上继 续使用。 w i n d o w sc e 的设计目标是：模块化及可伸缩性、实时性能好，通 信能力强大，支持多种c p u 。它的设计可以满足多种设备的需要，这 些设备包括了工业控制器、通信集线器以及销售终端之类的企业设 备，还有像照相机、电话和家用娱乐器材之类的消费产品。一个典型 的基于w i n d o w sc e 的嵌入系统通常为某个特定用途而设计，并在不 联机的情况下工作。它要求所使用的操作系统体积较小，内建有对中 断的响应功能。 w i n d o w sc e 的特点有： 具有灵活的电源管理功能，包括瞬眠唤醒模式。 使用了对象存储( o b j e c ts t o r e ) 技术，包括文件系统、注册 表及数据库。它还具有很多高性能、高效率的操作系统特性，包括按 需换页、共享存储、交叉处理同步、支持大容量堆( h e a p ) 等。 拥有良好的通信能力。广泛支持各种通信硬件，亦支持直接的 局域连接以及拨号连接，并提供与p c 、内部网以及i n t e r n e t 的连接， 还提供与w i n d o w s9 x n t 的最佳集成和通信。 支持嵌套中断。允许更高优先级别的中断首先得到响应，而不 是等待低级别的i s r 完成。这使得该操作系统具有嵌入式操作系统所 要求的实时性。 更好的线程响应能力。对高级别i s t ( 中断服务线程) 的响应 时间上限的要求更加严格，在线程响应能力方面的改进，帮助开发人 员掌握线程转换的具体时间，并通过增强的监控能力和对硬件的控制 能力帮助他们创建新的嵌入式应用程序。 北京交通大学硕士学位论文 2 5 6 个优先级别。可以使开发人员在控制嵌入式系统的时序安 排方面有更大的灵活性。 w 证d o w sc e 的a p l 是w b 3 2a p l 的一个子集，支持近1 5 0 0 个w i n 3 2 a p l 。有了这些a p i ，足可以编写任何复杂的应用程序。当然，在w 缸d a w sc e 系统中，所提供的a p i 也可以随具体应用的需求而定。 二l i n u x l i n u x 是一个类似于u n i x 的操作系统。l i n u x 从1 9 9 1 年问世到 现在，短短1 0 年的时间内已发展成为一个功能强大、设计完善的操 作系统，伴随网络技术进步而发展起来的l i n u x0 s 已成为m i c r o s o f t 公司的d o s 和w i n d o w s9 5 9 8 的强劲对手。l i n u x 系统不仅能够运行 于p c 平台，还在嵌入式系统方面大放光芒，在各种嵌入式l i n u x0 s 迅速发展的状况下，l i n u xo s 逐渐形成了可与w i n d o w sc e 等e o s 进 行抗衡的局面。 嵌入式l i n u x0 s 的特点： 精简的内核，性能高、稳定，多任务。 适用于不同的c p u ，支持多种体系结构，如x 8 6 、a r m 、j l i p s 、 a l p h a 、s p a r c 等。 提供完整的开发工具和s d l ( ，同时提供p c 上的开发版本。 用户可定制，可提供图形化的定制和配置工具。 常用嵌入式芯片的驱动集，支持大量的周边硬件设备，驱动丰 富。 针对嵌入式的存储方案，提供实时版本和完善的嵌入式解决方 案。 完善的中文支持，强大的技术支持，完整的文档。 开放源码，丰富的软件资源，广泛的软件开发者的支持，价格 低廉，结构灵活，适用面广。 l i n u x 与w i n d o w sc e 比较女口下表 第三章d f l l 重联模拟试验台总体设计 表3 1 i n d 佣sc e 嵌入l i n u x 核心占5 0 0 k b 的r 嗍和2 5 0 肌的r 棚。整个 _ i n d w sc e 操作系统，包括硬件抽象层( 卧l 核心从几十髓到5 0 0 k b 整个 大小和h a r d - a r e b s t r a c t i o nl a y e r ) 、冒i n d 钾sc e嵌入式环境最小才1 0 0 船左右， k e r n e l 、u s e r 、g d i 、文件系统和数据库，大约并且咀后还将越来越小 共1 5 船 用户开发定制不方便，受m i c r o s o “公司限制 用户可以方便地开发定制，可 可开发定制以自由卸装用户模块，不受任 皎多 何限制 互操作性比较强，i n d w sc e 可通过0 酬的许 互操作性互操作性很强 可协议使用于其它设备 不仅适应于x 8 6 芯片，并且可 通用性b 于多种c p u 和多种硬件平台 以支持3 0 多种c p u 和多种硬件 乎台，开发和使用都很容荔 实用性比较好很好 适用的应用 应用领域较广i n d sc e 是为新一代非传统 由于l i 叫x 内核结构及功能萄 的p c 设备而设计的，这些设备包括掌上电脑、 啜因，嵌入式l i n u x 应用领域 领域 非常广泛，特别适于进行信息 手持电脑以及用于车载电脑等 家电的开发 尽管从技术上讲l i n u x 与w i n d o w sc e 不相上下，各有所长，但 由于实验室还没有在具体项目中使用l i n u x ，相反w i n d o w sc e 方面实 验室有一位老师已经从事了6 年的开发了。首先系统定制上我们已经 没有什么大的困难了，至于应用程序的开发w i n d o w sc e 下和v c + + 差 不多，对于我们来说如果选择w i n d 0 w sc e 技术上已经没有什么障碍 了，而且w i n d o w sc e 是微软主推的嵌入式操作系统，未来的前景是 十分广阔的，所以我们上位机平台选用w i n d o w sc e 。 3 4 下位机的选用 从模拟试验台的模块图可以看出另一个主要的硬件模块就是下 位机，它的主要作用是检测重联线的通断状态，判断哪路控制线有信 号，为进行逻辑判断提供基础。原理如图3 3 北京交通大学硕士学位论文 图3 3f 位机工作原理 重联控制线过来1 1 电