（机械工程专业论文）水阻试验台微机监测系统改造.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 准备出厂的机车或经过大修、架修后的机车都要进行水阻试验。水阻试 验以水阻为负载，模拟机车运行的各种工况，对机车的主发电机电压、主发 电机电流、机车功率、柴油机转速等参数进行检测，对检测结果进行处理， 并以此为依据，对机车的工作状态进行判断，检查组装后的机车是否满足设 计要求。通过水阻试验，调整机车各项参数，确保机车组装正确、动作可 靠、运行安全。 本文在实地调研和资料分析的基础上，对所研究的洛阳机车工厂“内燃 机车水阻试验台微机监测系统改造”项目进行了细致的分析和讨论，提出了 多种车型兼顾、自动化程度高、检测参数和试验类型多、具有故障处理的内 燃机车水阻试验微机监测系统的总体方案，在此基础上完成了水阻试验系统 的硬件设计、软件设计、系统的安装和调试。 本系统的硬件主要包括试验操作台、数据采集、串行口的通讯等几部 分。其中，数据采集是该系统最重要的组成部分，也是系统和被测对象( 机 车) 的接口部分。数据采集部分主要由传感器、数显表、接口转换板、工业 p c 组成，其主要的任务是把机车在不同工况下的各种状态参数真实地反映 给系统，所以，数据采集的准确与否直接关系到试验系统的精度乃至成败。 本文分析论述了各元器件选择原则，并重点对各部分硬件的工作原理及设计 思想进行了介绍。 本系统的软件部分用d e l p h i5 0 编制，包括试验过程监测、试验记录打 印、试验过程浏览、故障处理方法等4 个主菜单，主要完成试验车型的选 择、试验方式的选择、数据采集和处理、应答通讯、试验结果的查询打印、 故障处理方法查阅等功能。 通过对本系统的可靠性分析和现场的实际应用分析，本课题所改造的水 阻试验系统具有功能齐全、操作简单、安全可靠、方便灵活等特点，提高了 水阻试验的自动化程度，减少了水阻试验中的人为因素，提高了参数的检测 精度和试验结果的利用率，减轻了操作人员的劳动强度，取得了明显的技术 效果和经济效益，具有广泛的应用价值和推广价值，在一定程度上代表者内 燃机车水阻试验检测手段的发展趋势和方向。 关键词：内燃机车；水阻试验；微机：软件设计：数据采集 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w a t e rr e s i s t a n c et e s to fd i e s e ll o c o m o t i v e sf o r m sa l li m p o r t a n ta n dr e g u l a r p r o c e d u r e ，w h i c hr e v e a l st h ep e r f o r m a n c eo ft h e l o c o m o t i v ea f t e ri th a sb e e n m a n u f a c t u r e d ，o v e r h a u l e do rr e p a i r e d w a t e rr e s i s t a n c et e s ti st os i m u l a t ev a r i o u s w o r k i n gc o n d i t i o no f t h el o c o m o t i v ew i t hw a t e rr e s i s t a n c ea sl o a d ，t ot e s ts o m e p a r a m e t e r ss u c h a s o u t p u tv o l t a g e ，e l e c t r i c c u r r e n ta n dp o w e ro ft h em a i n g e n e r a t o ra n dr o t a t i o n a ls p e e do ft h ed i e s e le n g i n ea n ds oo n ，t op r o c e s s st h e r e s u l t so f t e s t ，t o j u d g et h ew o r k i n gc o n d i t i o no f t h el o c o m o t i v ea n dt oc h e c kt h e a s s e m b l e dl o c o m o t i v ef o rm e e t i n gt h e d e s i g nr e q u i r e m e n ta c c o r d i n g t ot h e r e s u l t s b yw a t e rr e s i s t a n c et e s t ，r e l e v a n tp a r a m e t e r so ft h el o c o m o t i v ec a nb e e n s u r e df o rc o r r e c ta s s e m b l y , r e l i a b l em o v e m e n ta sw e l la so p e r a t i n gs a f e t y t h i st h e s i sm a k e sm e t i c u l o u sa n a l y s i sa n dd i s c u s s i o nt ot h ep r o j e c t t h e r e f o r mi nd i e s e ll o c o m o t i v ew a t e rr e s i s t a n c ec o m p u t e r - a i d e dt e s t i n gs y s t e m o f l u o y a n gl o c o m o t i v ef a c t o r y o nt h eb a s i so fo n - t h e s p o t i n v e s t i g a t i o n a n d i n f o r m a t i o na n a l y s i s t h e ni tp u t sf o r w a r dt h eg e n e r a ld e v e l o p m e n t d e s i g nf o rt h e w a t e rr e s i s t a n c et e s ts y s t e mo fd i e s e ll o c o m o t i v e s ，w h i c hc o n s i d e r sv a r i o u sk i n d s o fl o c o m o t i v et y p e s ，a d v a n c e da u t o m a t i o n ，k i n d so f p a r a m e t e r sa n dt e s tt y p e s ， a n df a u l td e a l i n gm e t h o d s o nt h i sb a s e ，t h eh a r d w a r ed e s i g n ，s o f t w a r ed e s i g n ， s y s t e mi n s t a l l a t i o na n dd e b u g g i n g a r e c o m p l e t e d t h eh a r d w a r eo ft h et e s t s y s t e mc o n s i s t s o fo p e r a t i n g p l a t f o r m ，d a t a - c o l l e c t i o na n dc o mi n t e r f a c ec o m m u n i c a t i o n a m o n gt h e m ，d a t a c o l l e c t i o ni s t h em o s t i m p o r t a n tp a r ta sw e l la st h ei n t e r f a c eb e t w e e n t h es y s t e ma n dt h et e s t e d o b j e c t ( 1 0 c o m o t i v e ) d a t a c o l l e c t i o ns y s t e mm a i n l yc o n s i s t so fs e n s o r s ，d i g i t a l s ， i n t e r f a c eb o a r da n di p c i t sm a i nt a s ki st om e a s u r ea l ls t a t u sp a r a m e t e r so f v a r i o u sw o r k i n gc o n d i t i o n s s oi t sq u a l i t yd e t e r m i n e st h es y s t e m sp r e c i s i o na n d s u c c e s so rf a i l u r e i nt h i st h e s i s ，t h es e l e c t i o nr u l e so f p a r t sa r ea n a l y z e da n d s t a t e d t h ew o r k i n g p r i n c i p l eo f h a r d w a r ea n dd e s i g ni d e aa r ei n t r o d u c e d t h e s y s t e m ss o f t w a r ec o n t a i n s4m a i nm e n u ss u c ha st e s t ，p r i n t , s c a n a n df a l s e p r o c e s s i n g t h e s o f t w a r eh a s f u n c t i o n so f s e l e c t i n g d i f f e r e n t l o c o m o t i v e t y p e s ，s e l e c t i n g d i f f e r e n t t e s t ，d a t ac o l l e c t i o n a n d p r o c e s s i n g ， r e s p o n s i v ec o m m u n i c a t i o n ，q u e r y a n d p r i n t i n go f t e s tr e s u l t , f a l s ep r o c e s s i n ge c t 西南交通大学硕士研究生学位论文第| ii 页 t h r o u g h t h ea n a l y s i so ft h er e l i a b i l i t ya n da p p l i c a t i o no nt h es p o t ，t h es t u d y m a k e sas y s t e mw h i c hh a sc h a r a c t e r ss u c ha sc o m p r e h e n s i v ef u n c t i o n s ，s i m p l e o p e r a t i o n ，s a f e ，r e l i a b l e ，e a s ya n dh a n d y i ti m p r o v e st h ea u t o m a t i o n d e g r e eo f w a t e rr e s i s t a n c e t e s t ，r e d u c e sp e r s o n a li n f l u e n c e ，r a i s e s t h e p r e c i s i o n o f p a r a m e t e r s ，m a k e sf u l l u s eo ft e s tr e s u l t sa n dr e l i e v e sh a r dm a n u a ll a b o r i t a c h i e v e so b v i o u s t e c h n o l o g i c a l e f f e c t sa n d b e n e f i c i “r e s u l t ，m a k e s a c o m p r e h e n s i v ea p p l i c a t i o nv a l u ea n dg e n e r a l i z i n gv a l u e t oac e r t a i ne x t e n t ，t h i s s y s t e mr e p r e s e n t s t h e d e v e l o p m e n t d i r e c t i o no fw a t e rr e s i s t a n c eo fd i e s e l 】o e o m o t i v e k e yw o r d s ：d i e s e ll o c o m o t i v e ；w a t e rr e s i s t a n c et e s t ；m i c r o c o m p u t e r ；s o f t w a r e d e s i g n ；d a t a c o l l e c t i o n 嚣瀵交通大学矮圭磷究生攀位论文 繁 夏 第1 章绪论 1 1 铁路发展新思路对机车性能提出新要求 1 1 1 现阶羧我国铁路发腰瓤愚路 缴瓣我国铁路发袋，一妻泰牙“鼹条琏”走路懿思鼹：一条是“多控 快跑”，不断提高机车的功率：一条是多修铁路，努力建立四通八达的铁路 交通网终。但由于多方蕊的因豢，长期以来偏霾予多修铁路，弗没有太多体 观“快藏”这个特点。随着社会的发鼹，人们的时间观念愈泉愈强，实现铁 路高速客车的呼声愈来愈商。爨此，客车高速、货车熏载是现阶段我国机车 发震的憝势。为了颓庭笈震，胬2 0 0 3 年起，铁道部提出了我藿铁路行韭 “跨越式”发展的思路。连续进行了几次铁路大提遽。 1 1 2 铁路发展新思路对机车性蘸提出新要求 蠢遴、重载使我嚣蜣运行梳莩戆受黄甥鼗蕊重。为了逶癍这个交耗， 保证列举安全、正点，对机车性能提出了新要求： l ，j l 重撬车搜韪进弦提舞。 我豳现运行的机车丈部分是上世纪八、九十年代生产的。在设计时就 受当时辩技水乎、制造水平、运用水平鲍限制。妇果不对娥率性能遴嚣提 许，就邋应不了现阶段铁路发碰的要求，就意味着会被淘汰。因此要求对现 运行机车性能避行提升，如：机车功率强化；改进机率局部继构；应用新技 零对梳攀迸幸亍娜装改遮等。在这些方灏，铁邋部、各路弱、梳务段、翻造 厂、大修厂等都已做了大量的工作，比如各制造厂对机车的改型；铁道部对 备型号掇车丈修肄明文援定豹麓装改逑矮器；器踌竭、裁务鬏，大修厂等各 自进行的加装改造项目等，大多是为了对机车性能进行提升而进行的举措。 2 。提裹极攀的运羽可靠链。 铁路太提遮，要求机车的运用可靠性要随之提高。机车负荷的加太，意 味着使用条件恶劣。如果不提态运用可靠性，必将导致机车故障增多，裁不 能保证捌车安全、正点躺要求。 3 提高现运行机窜性能、运用可鼗性的两个入手点 鞭南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 掇高现运行机率性能、运用可靠性，可以从两方面入手：一方面从 “人”入手，狠探职工队伍建设，掇高职工队伍的整体素质；另一方面从 “物”入手，狠抓设备更新，角先进的科学技术装备设备，箍升设备能力。 只有设备能力提高了，才有可能创造出高质黧的产品。 1 2 机车水阻试验在内燃机车检修过程中的重要性 柴油援燕疼燃瓠攀瓣动力之源，楚棱心。柒潼撬检修袋爨抟优劣，壹羧 影响着内燃机车的运行效率。但是，即使柴油机的质量性能合格，也不代袭 掇车熬缝能裁会揍，这里还蠢个匹配秘调整瓣闷题。爨此，对予准冬出厂数 内燃机车在总装以后，为了保证备、部件的组件正确运行可靠，并能发挥所 要求的功率鄹规定的工作特燃，必须进行恒功率负裁试验。机车的瞧功率负 载试验有两种形式：求阻试验和干隰试验。水阻试骏就是戳水电阻为负载， 模拟机车运行的各种工况，既配机率柴油机功率和童发电机功率，井调整烹 发电机豹矫特性，戳逸弱辊窜设计要求。求隧试验鹣鏊静就是撬睾程菲走行 状态下进行进一步检查与调艇。因此，水阻试验熙必不可少的试验检测手 段。 1 3 国内铁路系统内燃机车水阻试验台综述 1 3 1 国内铁路系统内燃机车各生产、检修厂家机车水阻试验 台情凌综迭 谯机车水阻试验台位进行改造之翁，我厂对国内铁路系统内燃机车多个 生产、检修厂家迸章予了走访、调研。各单位承阻试验台位情况基本相似，熊 体情况如下： l 。设备情掇 - 设备基本可分为两种情况：一种还使用精度低、误菱比较大的机械仪 表，蠢一些厂家虽然使弱了数显纹表，毽生产年搜较翠，耱疫较低。雯一耱 情况题采用的元器件较为先进但没有形成一个较为完善的系统。比如一魑 厂家馊蠲豹仪器较毙避，糖爱也较糍，恧虽仪器还预鐾有计冀规接西，瞧势 没有与计算机连为一体，不虢对试骏过程进行全程簸测。 2 系统操作情况 数据的腻察、记漾都蔗入工完成，功率调整完众由人工搬据变电流、燕 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 电压的读数判断调整，自动化程度低，参数是手工记录，试验完成后的数据 也没有妥善保存，大部分数据在试验完成一段时间后被丢弃。 1 3 2 我厂机车水阻试验台台位改造前存在的缺陷 1 我厂改造前的机车水阻试验台监测系统情况介绍 我厂原水阻试验站检测试验系统只是一个完全人工化的、简单的系统 系统的框图如图1 1 所示。 图1 - l 旧水阻试验系统 检测系统包括：三块数字仪表、四块指针表、及相应的分流器、传输导 线。该检测系统是完全人工化的试验，操作者根据仪表数据进行计算，判断 机车在所要求的工况下能否满足使用要求，从而进一步对机车参数进行调 节。指针式仪表显示精度低、存在读数误差，不能准确的调整机车的性能。 同时各参数完全由手工记录，所记录的数据存在一定的误差。由于该系统不 能进行数据存储，因而对水阻试验中出现的问题不能进行合理的统计，使部 分质量问题的分析处理缺乏一定的参照依据。 2 改造前的机车水阻试验台监测系统存在的缺陷 由以上分析可知，我厂改造前的机车水阻试验台监测系统存在如下缺 陷： ( 1 ) 工作效率低，完全人工化、劳动强度大 所有数据的观察、记录都是人工完成，为了及时发现瞬间反映出来的故 障现象，一两个人显然不能完成此工作，需要增加更多的操作人员，而且， 在试验时还需要试验人员的注意力始终高度集中，因此劳动强度比较大，但 工作的效率低。 ( 2 ) 测量精度较低、数据误差大 改造前的机车水阻试验系统部分参数是由机械仪表显示其显示精度低、 存在读数误差。同时所采取的传感器的测量精度低，在信号传输时受外界干 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 扰大，这些都会造成测量的数据失真。这些失真的数据不但不能真实反应机 车的性能，还会影响到对机车性能的调整。另外，由于是人工读表、记录， 出现错误的几率也比较大，因此，改造前的机车水阻试验台的试验数据，不 是十分准确的。 ( 3 ) 设备故障率高，维修成本大。 由于元器件的选型、原来系统的总体设计的合理性存在一些问题，因 此，改造前的机车水阻试验系统故障发生率较高。 ( 4 ) 测量不连续，资源浪费大 原机车水阻试验台只是在规定的工况下进行测量，不能进行全程的检测 和纪录，记录的数据不能反应整个试验过程。另外，由于每次试验要持续几 十个小时以上，在试验过程中试验人员填写了大量的数据记录，但是这些宝 贵的试验数据或者说第一手资料并没有真正被利用起来，在试验后不久就成 为了“垃圾”而被丢弃，不能完整妥善的保存数据。 1 4 技术进步对机车水阻试验台位改造的呼唤 当今社会科技高速发展，尤其是计算机行业的发展更是日新月异。计算 机工作的高精度性、高效率性、高自动化、高存储能力，促使各个行业的工 作都要与计算机联姻。机车水阻试验站监控工作，具有要求监测参数高精度 化、试验流程的严格化、试验周期较长、工作强度较大、数据保存长期化等 特点。这些特点如果靠人工操作来解决，无疑难度很大，结果也不一定理 想。但如果这些工作由计算机来完成，就变得轻而易举。因此，利用计算机 对机车水阻试验进行监测，这是技术进步给我们提供的一个机遇，也是技术 进步对机车水阻试验工作的一种督促。 鉴于以上所述，我厂将机车水阻试验台微机监测系统改造列为2 0 0 2 年 重要的技改项目。其目的是推进工厂的信息化进程；通过对机车水阻试验台 进行改造，利用微机系统实现对机车水阻试验全过程的监测；通过程序的控 制实现对试验工艺的严格执行；通过系统高精度的测量，保证试验的科学 性、真实性，由此保证机车检修质量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 1 功能设计 第2 章总体设计 2 1 1 水阻试验系统功能改造设计所遵循的原则 1 功能设计严格按照工艺要求设计。 2 精确测量、全程监控、全程记录、重点检查。 3 遵循“傻瓜式”操作，以降低劳动强度、提高工作效率为目的的原 则。 2 1 2 机车水阻试验工艺要求要点 为能说明系统设计要实现的功能，下面根据机车水阻试验大纲介绍一下 机车水阻试验工艺要求的要点，各车型参数如表2 1 所示。 表2 - 1 机车水阻试验工艺要求要点 序号车型试验内容 ( 检查牵引发电机外特性) 1 ) 先调整原励磁工况： 电阻预调：刚c f l 。r l c f 2 ，r l t ，r w q ，r g l 电阻调整 特性调整： 柴油机转速4 3 0 1 0 r m i n 时满足输出功率 1 0 0 1 5 0 k w ： d f 4 a 机车柴油机转速7 0 0 1 0 “m i n 时输出功率不大于7 0 0 k w ： l d f 4 b 机车柴油机转速8 5 0 1 0 r r a i n 时满足输出功率 1 2 2 0 1 3 0 0 k w ； 柴油机转速1 0 0 0 l o r m i n 时满足输出功率 2 0 5 5 2 1 8 4 k w 。 2 ) 故障励磁工况：柴油机转速1 0 0 0 1 0 r m i n 时满足 输出功率1 7 0 0 - - 1 9 0 0 k w ；功率调整时须测量测速发电机励 磁电流柴油机转速，整流柜输出电压、电流值。 1 ) 先调原励磁工况： 2d f 4 c 机车电阻预调：r l c f l 、r l c f 2 、r l t 预调 特性调正：柴油机转速4 3 0 1 0 r m i n 时满足输出功率 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 0 0 1 5 0 k w ： 柴油机转速7 0 0 1 0 r m i n 时输出功率不大于7 6 0 k w ； 柴油机转速8 5 0 4 - 1 0 r m i n 时满足输出功率1 2 6 0 - 1 4 i o k w ： 柴油机转速1 0 0 0 l o t r a i n 时满足输出功率 2 2 0 1 - 2 3 7 6 k w ： 2 ) 故障励磁工况： 柴油机转速1 0 0 0 1 0 r m i n 时满足输出功率 1 8 0 0 2 0 0 0 k w ： 3 ) l t q 励磁调节器控制韵工况： 柴油机转速4 3 0 1 0 r m i n 时满足输出功率 1 3 4 1 5 0 k w ： 柴油机转速7 0 0 1 0 r m i n 时输出功率6 0 0 6 5 0 k w ； 柴油机转速8 5 0 l o r l m i n 时满足输出功率 1 0 4 4 - 1 1 5 2 k w ： 柴油机转速1 0 0 0 1 0 r m i n 时满足输出功率 1 9 7 6 - - 2 1 0 0 k w 。 1 ) 先调原励磁工况； 电阻预调：r l c f l 、r l c f 2 、r l c f 3 、r l t 预调 特性调正： 柴油机转速4 3 0 l o d m i n 时满足输出功率8 0 - 1 7 0 k w ： 柴油机转速8 0 0 1 0 r m i n 时输出功率9 8 7 5 - 1 0 9 0 k w ： 柴油机转速9 0 0 l o r m i n 时满足输出功率 3d f 4 d 机车1 7 3 1 - 1 9 1 3 k w ： 柴油机转速1 0 0 0 l o r m i n 时满足输出功率 2 5 2 4 2 6 9 7 k w ： 2 ) ，l t q 励磁调节器控制的工况：柴油机转速1 0 0 0 1 0 r r a i n 时满足输出功率2 2 6 0 - 2 4 0 0 k w ； 3 ) 故障励磁工况：柴油机转速1 0 0 0 1 0 r r a i n 时满足 输出功率2 1 6 0 0 0 2 3 2 0 k w 1 ) 原励磁工况： 电阻预调：r l c f l 、r i c f 2 、r l t 预调 特性调正： 柴油机转速4 3 0 1 0 f f m i n 时满足输出功率9 7 2 1 1 7 k w ； 柴油机转速6 0 0 1 0 r m i n 时输出功率2 1 0 8 2 3 8 k w 柴油机转速8 0 0 1 0 r m i n 时满足输出功率4 5 0 - 4 9 0 k w 柴油机转速1 0 0 0 l o r m i n 时满足输出功率9 5 0 1 0 2 5 k w ： 4d f 5 型机车2 ) 微机恒功工况： 牵引发电机外特性检查： 柴油机转速4 3 0 | 0 r r a i n 时满足输出功率9 7 2 1 1 7 k w ： 柴油机转速6 0 0 1 0 r m i n 时输出功率2 1 0 8 2 3 8 k w ； 柴油机转速8 0 0 1 0 r l m i n 时满足输出功率4 5 0 4 9 0 k w ： 柴油机转速1 0 0 0 1 0 r m i n 时满足输出功率9 5 0 1 0 2 5 k w ： 限压、限流特性检查： 柴油机转速1 0 0 0 r m i n ，要求主机电压7 2 0 - - 7 8 0 v ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 柴油机1 0 0 0 d m i n ，要求主机电流5 8 2 0 6 1 8 0 a ： 调整功率时须整定：微机箱内柴油机转速、主机电压、电流 对标，需测量测速发电机励磁电流柴油机转速，整流柜输 出电压、电流值 1 ) 电子励磁恒功曲线调整： 信号对标与电阻预调：恒功箱内功率给定值、柴油机转速 值、电流、电压对标。 调整r g l 电阻柴油机转速1 0 0 0 1 0 r m i n 时，测试电流6 个点满足曲线要求，输出功率1 2 0 0 1 3 0 0 k w ； 柴油机转速8 0 0 l o r m i n 时，测试电流6 个点满足曲线要 求，输出功率7 8 6 8 8 6 k w ： 5d f 7 a 机车 柴油机转速5 0 0 1 0 r m i n 时，测试电流6 个点满足曲线要 求，输出功率1 6 0 - 2 6 0 k w ； 2 ) 限压、限流特性：柴油机转速1 0 0 0 r r a i n 时，主机电压： 7 5 5 7 8 5 v ；柴油机转速1 0 0 0 r m i n 时，主机电流： 5 8 8 0 - 6 1 2 0 a ： 3 ) 故障励磁调整：机车加载，励磁电流从0 升到1 5 - 2 a 之 间，时间在2 5 s 内。 1 ) 电子励磁恒功曲线调整： 信号对标与电阻预调：恒功箱内功率给定值、柴油机转速 值、电流、电压对标。 调整r g l 电阻柴油机转速1 0 0 0 1 0 r m i n 时，测试电流6 个点满足曲线要求，输出功率1 4 7 6 1 6 2 3 k w ； 柴油机转速8 0 0 1 0 r m i n 时，测试电流6 个点满足曲线要 d f 7 b 机车求，输出功率9 6 0 9 1 1 0 8 8 k w ： 6 柴油机转速5 0 0 1 0 r m i n 时，测试电流6 个点满足曲线要 求，输出功率1 8 9 - 3 3 6 k w ； 2 ) 限压、限流特性：柴油机转速1 0 0 0 r m i n 时。主机电压： 7 5 5 - 7 8 5 v ：柴油机转速1 0 0 0 r r a i n 时，主机电流： 5 8 8 0 - - 6 1 2 0 a ； 3 ) 故障励磁调整：机车加载，励磁电流从0 升到1 5 t a 之 间，时间在2 5 s 内。 以上为机车水阻试验大纲的简单介绍，水阻试验系统的功能设计必须 遵循试验大纲的要求。从大纲的介绍中，我们可得出如下结论： 1 机车水阻试验站微机监测系统所要监测的机车参数应该有柴油机转 速、主发电机输出电压、主发电机输出电流、主发电机输出功率、测速发电 机励磁电流、主发电机励磁电流、励磁机励磁电流、励磁机励磁电压等参 数。 2 机车水阻试验监测的主要是主发电机在柴油机各个规定转速( 习惯 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 称之为标准转速) 下的输出功率( 习惯称之为恒功率) ，项目调整也是围绕 恒功率调整的。这些功率有以下特点： ( 1 ) 恒功率值不是一固定值，允许有一定的波动范围。 ( 2 ) 各个车型的标准转速有所不同，恒功率波动范围也是不一样的。因 此，系统设计时应体现上述特点。 3 各个车型的监测、调整项目有共性，但也有差异。 4 试验监测、调整项目要有一定的顺序要求：既先调原励磁工况，再 调故障励磁工况。但由于故障励磁工况是在柴油机最高转速下调整，也可以 说是在试验最后阶段调整，所以，程序设计时可以考虑调整顺序控制。 2 1 3 功能设计 根据我厂机车水阻试验站的现况和机车水阻试验站在机车检修过程中所 担负的任务，机车水阻试验站微机监测系统改造应实现以下功能： 1 实现对机车水阻试验工艺大纲所要求的全部参数的监测 内燃机车修理后，除了做主发电机的调整试验，还要对整车的其它辅助 系统，如冷却水系统、电气动作、各种极限保护等进行考核。而对这些系统 考核的方法之一就是对各部位相应的参数进行检测和调整，以保证各辅助系 统工作正常。在进行参数检测时，一般要检测不同工况下的参数，并要满足 该工况下的要求。 机车水阻试验站微机监测系统所要监测的机车参数有柴油机转速、主发 电机输出电压、主发电机输出电流、主发电机输出功率、测速发电机励磁电 流、主发电机励磁电流、励磁机励磁电流、励磁机励磁电压等参数。 2 实现试验过程的全程监测、全程纪录、重点检查 利用微机系统对试验过程进行全过程监测、全过程纪录，对大纲中规定 的工况进行重点纪录、重点检查。为此，应设计瞬时数据监测、方框图监 测、变化曲线监测等多种监测的形式。 3 实现机车水阻监测参数定点监测，台位操作、参数监测由一人完成 为了增加系统的可靠性，将所监测的参数以两种方式显示出来：一种方 式是在操作台上用数显仪表上直接显示，另一种是在微机屏幕上显示。这 样，水阻试验操作及监控可由一人完成。 4 实现采集信号的数字化传输功能，减少干扰，保证测量精度 利用智能数显仪表自带的功能，将采集来的模拟信号转换为数字信号并 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 进行传输，同时利用计算机接口技术，将数字信号输送入计算机，这样减少 了外界及其它信号的干扰，保证了测量精度。 5 实现提供数据共享接口的功能 考虑到要和工厂的e r p 系统( 即e n t e r p r i s er e s o u r c ep i a n n i n g ：企 业资源计划) 接轨，因此在编写数据库语言的选用上。选用了能提供数据共 享接口的语言，以便实现数据共享。 6 实现机车水阻试验时故障诊断指导功能 在机车水阻试验过程中，出现故障是不可避免的。这些故障有些是显 性的，有些是隐性的：有些危害性较小，有些则是极具破坏性的。因此，能 及时发现故障，指导工作人员及时排除，这是机车水阻试验站微机监测系统 要实现的一个功能。也是系统的一大特点。 2 2 总体结构设计 2 2 1 设计原则 在进行系统的总体设计时，我们采用了计算机测控技术，在计算机测 控设计时要遵循以下的设计原则： 1 实时性 计算机控制系统中的实时性，包括两类事件：一类是定时事件，如按 一定采样周期进行数据采样、运算、控制等：另一类为随机事件，如事故、 报警等。 2 可靠性 可靠性高与否，是计算机测控系统应用于生产的成败关键，是设计者 首先要考虑的问题。为保证可靠，应选择工业控制计算机或其它适于工业环 境下运行的计算机，还要在硬件上采用冗余措施。对于一般自动控制系统， 用手动操作作为后备：对于较重要的参数，选用常规仪表作为后备。 3 易维护性 系统设计成模块式结构。查找故障只需判断到是哪个模块的故障，更 换模块即可排除故障，大大节省检修时间：在功能模块上应安装有监测点和 工作状态灯，一旦不正常，灯光显示报警。便于维护人员检查。配有各种故 障诊断软件，用来查询故障。 4 通用性和可扩展性 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 设计的系统具有通用性，并易于扩展。这就要求硬件设计具有标准 化、模块化、开放化。 5 友好的人机界面 操作人员不需计算机专业人员，或者只需懂得少量计算机知识的人员 就能使用。尽量考虑人们操作的方便性及操作人员的习惯性，这就要求设计 比较友好的人机界面。如c r t 彩色高分辨率交互式图形显示、复合窗口技 术、下拉式菜单，甚至将语音、图像、电视、电话等多媒体技术引入系统， 设计出有声有色、形象生动的环境。 6 经济性 计算机控制应该给用户带来高的经济效益，应从提高产品产量和质 量，降低消耗( 能量、物料) 、改善劳动条件、消除环境污染等几个方面评 估，还要考虑性能价格比，要尽量缩短设计周期。 2 2 2 设计要点嘲 1 选择机型 目前工业控制用的计算机定型产品种类较多，功能齐全，且已系列化、 标准化。从事应用系统的设计人员应尽可能选用先进、成熟的硬件模块和软 件模块组成系统，以保证系统的可靠性、稳定性。 2 设计过程通道 计算机与生产过程( 对象) 之间有多种信号联系，传感器将生产过程 ( 对象) 中的参数转化为电信号之后如何进入计算机，计算机如何输出信号 驱动执行机构，这就是过程通道所要完成的任务。 3 设计人机界面 设计友好的人机界面涉及硬件和软件两方面，这是人与计算机交流信息 的方式和运用问题。 4 抗干扰及可靠性设计 抗干扰问题解决的好坏，直接影响系统的可靠性，而可靠性是安全的保 证。因此设计时必须分析现场的干扰环境并做相应的处理。 2 2 3 总体设计 我们根据水阻试验大纲的要求和现场的实际情况并遵循设计计算机控制 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 系统的一般原则和设计要点，确定了如图2 - 1 所示的总体设计方案。 磁电传感器 主发电机励 水阻分流器 测速发电机 整流柜电压 励磁机励磁 励磁机励磁 柴油机转速 表 主发电机励l 广 磁电压表i i 射频卡读写 主发电机励 磁电流表 主发电机输 出电流表 测速发电机 电流表 主发电机输 出电压表 励磁机励磁 电流表 励磁机励磁 电压表 r s 4 8 5 口 土l 信 接h 号 ji 转 手提式联 络器 图2 - 1 系统原理图 r $ 2 3 2 接口 工业p c 机 ( 硬盘还 按照机车水阻试验工艺大纲要求，机车水阻在试验过程中所要监测的 参数有柴油机转速、主发电机输出电压、主发电机输出电流、主发电机输出 功率、测速发电机励磁电流、主发电机励磁电流、励磁机励磁电流、励磁机 励磁电压等参数。在这些参数中，电压、电流等可以直接测量，但功率就不 能直接测量出来，只有通过主发电机的电流、电压计算得到。 信号监测的方案如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 1 在进行机车参数检测时，首先将所要监测的机车的参数进行信号转 换。转换的方式有两种：一种是利用传感器等手段把柴油机的转速等参数变 换为模拟电信号：另外一种是将机车主发电机或机车励磁机、测速发电机等 的电压信号直接引出或通过分流器将机车主发电机或机车励磁机、测速发电 机等的电流信号引出。由于转换后的信号是模拟信号，所以系统将这些模拟 信号接入智能数显工业仪表，在智能数显工业仪表或流量计算仪内对各种模 拟信号进行滤波、模数转换处理。转换后的数字量可直接显示在智能仪表 上或在计算机的显示屏上显示。 2 系统将转换后的数字信号通过计算机接口( 各仪表白带计算机接 口) 输送给微机系统，除对各种试验参数的实时显示外，还要进行数据存储 和报表、图形曲线的生成。存储的数据作为机车历史档案以备查阅，报表是 每台机车水阻试验完成后向验收部门以及上级主管部门报送的试验数据。 3 利用微机对机车水阻试验台的监测方案上采用了信号“分散处 理”、“集中分析、记录”。“分散处理”是把被试验机车的转速、电压、 电流等各种模拟信号分别送入数显仪表，由仪表对信号处理后，再由光电隔 离r s 4 8 5 接口送给工业p c 机：由于采样信号的处理、变送都是相互隔离的， 避免了信号间的共模干扰，提高了监测的精度和系统的可靠性。“集中分 析、记录”，是通过用户接口卡把所有仪表的r s 4 8 5 通信口与用户接口卡 连接，由工业p c 机读取仪表变送后的数据，在微机屏幕上转换成各种监测信 号的变化曲线，生成并打印试验记录，或对以往机车的试验过程随时显示、 查询。 4 由于机车水阻试验站的操作间和机车是隔离的，所以，操作间和机 车的联系非常不方便。因此，系统设计了手提式联络器，在操作间通过手提 式联络器来与机车上的工作人员进行联系。 5 系统采用的主机是工业p c 机。为了防止病毒感染和误操作而造成 系统损坏，系统在工业p c 机内安装了硬盘还原卡，每次系统启动时都使系 统恢复到初始状态，使系统更安全可靠，即使是非正常关机，也不会造成 w i n d o w s 系统的崩溃。 2 2 3 系统特点 按上述总体设计思路改造的系统具有如下特点： 1 数据采集具有准确、一致、实时、构造简捷等特点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 在以往的微机监测系统中，显示仪表与微机之间的a d 转换电路是相 互独立的，对一部分监测信号采用信号分配器，把模拟量信号分别送入仪表 和微机内的a d 转换板，还有的是对一个被监测对象分别为仪表和微机a d 转换板各装个传感器，由于仪表和a d 转换板都存在转换误差即使都是 采用0 2 级的转换精度，在仪表和微机屏幕上的数字显示很难做到一致，即 使仪表和微机的显示精度都是在允许误差范围内，但是它们显示的数字明显 不一致，给试验人员造成一种错觉，认为仪表和微机都不准确，无所适从。 所以在系统的改造中我们采用带有数字输出的智能数显仪表，把模拟量信号 直接接入仪表的模拟量输入口，经过表内的a d 转换电路把传感器的模拟信 号转换成数字信号，经过串行通信接口把经过仪表转换后的数字信号送入微 机。由于采用数字传递，微机显示的数据与对应仪表显示的数据是完全一 致。 由于所有监测的模拟信号都是分别被接入数显仪表，每一块仪表都是 独立供电，他们对微机的接口也是经过光电隔离的，这样可以避免把所有的 模拟信号接入同一块a d 转换板所造成的共模干扰，采用这种方案还有一个 优点，就是便于计量部门对仪表的检定，因为我厂的计量处不具备对多路 a d 转换板的计量条件。 这里有一个问题耍说明，就是工业p c 机上提供的串行通信口和多用户 卡都是r s 2 3 2 协议通信口，这种通信口规定只能是一对一通信。也就是在一 个串口上只能有一块仪表与之连接，而r s 4 8 5 通信协议可以支持对多的通 信。所以要在微机的每一个r s 2 3 2 串行通信口增加一个r s 2 3 2 对r s 4 8 5 的转 换接口电路；我们所选用的数显仪表，都具备r s 4 8 5 通信口，在一对通信线 上，可以挂接6 4 块以上数显仪表( 具体数量因厂家而定) 。可以对挂在同一 条通信线上的数显仪表设置一个唯一的地址码，微机系统要读哪一块仪表的 数据就向相应的通信1 2 1 上发出该仪表的地址码和仪表能识别的读命令，所有 连在这条线上的仪表收到地址码和命令后，与自身地址码相比较，如果自身 地址码与微机系统要求的相匹配，该表就会向通信线输出监测到的数据。 2 试验记录自动生成和标准的报表输出 在加装微机监测系统后，微机系统会按照试验工艺文件要求，对不同 试验以及试验的不同工况下的参数都有详细地记录和存储，并可对所存储的 资料进行查询和标准的报表打印。 3 微机系统具有防毒及防误操作特点 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 由于目前微机软件病毒泛滥，任何一台使用中的微机都有可能染上病 毒，同时试验台上的职工对微机的操作并不是都很了解，可能会由于误操作 而删除了系统的某些文件，因此我们在工业p c 机内安装了硬盘还原卡，每 次系统启动时都使系统恢复到初始状态，使系统更安全可靠，即使是非正常 关机，也不会造成w i n d o w s 系统的崩溃。 4 具有指导处理故障的特点 在系统中设计了处理故障指导模块，其功能相当于故障处理指导书。 当操作人员遇到故障时，可调出此模块，找出相应处理故障的方法。 5 具有可联网的特点 系统开发时预留了联网接口，随时可与工厂e r p ( 即e n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n n i n g 企业资源计划) 联网。 2 3 技术路线、论文的工作 机车水阻试验台在改造中为节约成本，提高改造效率，应尽量运用原 设旌、原框架，尽量减少施工量。因此，在施工技术路线中，对台位试验设 施、传感器的安装位置、线路的布置等，尽量不做大的改动。这样，大大节 约了改造费用，同时，也大大缩短了施工工期。 这次改造由我厂和北京金京铭公司共同完成。我厂负责提供改造设计 需求、技术参数、试验工艺、传感器的安装位置及线路改造等，北京金京铭 公司负责提供系统方案、软件