内燃机车微机控制系统.pdf

本发明公开了一种内燃机车微机控制系统，包括微机屏、信号变换屏及显示器；所述的微机屏包括中央处理器、微机电源模块、数字输出模块、数字输入模块、励磁模块、模拟扩展模块、模数转换模块、柴油机调速模块以及频率输入模块，所述中央处理器用于对内燃机车各类输入输出信号进行控制管理，所述励磁模块用于以PWM方式控制励磁机的磁场电流；所述的微机屏与显示器之间通过RS232实现通信。本发明综合利用多种运行参数，实现运行结构复杂精确的逻辑控制，从而实现对内燃机车系统的最优控制；且具有完备的故障预警保护程序，提高了机车系统运行的安全性。

权利要求书
1.  内燃机车微机控制系统，包括用于对内燃机车各类输入输出信号进行控 制管理的微机屏、用于实现微机系统与内燃机车主电路的命令传输、信号转换 的信号变换屏以及实时对内燃机车各个运行参数以及故障信息进行分析显示的 显示器；其特征在于：所述的微机屏包括中央处理器、微机电源模块、数字输 出模块、数字输入模块、励磁模块、模拟扩展模块、模数转换模块、柴油机调 速模块以及频率输入模块，所述中央处理器用于对内燃机车各类输入输出信号 进行控制管理，所述微机电源模块用于将机车110VDC电源隔离变换为直流电 源供微机系统使用，所述数字输出模块用于控制系统内部包含继电器、信号灯 在内的各个110VDC供电的电器电路的通断，所述数字输入模块用于测量系统 内部高电平为110VDC的开关信号，所述励磁模块用于以PWM方式控制励磁 机的磁场电流，所述模拟扩展模块用于扩充模数转换模块的模拟输入通道数， 所述模数转换模块用于为系统提供10/12/16位的模数转换通道，所述柴油机调 速模块用于控制柴油机调速器中步进电机的正转、反转及停止或者脉冲频率程 控选择，所述频率输入模块用于柴油机速度、机车速度的测量；所述的微机屏 与显示器之间通过RS232实现通信。

2.  根据权利要求1所述的内燃机车微机控制系统，其特征在于：所述的信 号变换屏由若干块SCM02传感器模板和一块SCM03传感器模板组成，其中 SCM02传感器模板用于牵引电动机电流测量；且所述信号变换屏采用隔离放大 器，用于实现微机与机车主电路的电气隔离。

3.  根据权利要求1所述的内燃机车微机控制系统，其特征在于：所述的中 央处理器为32位ARM处理器，载有多个控制程序，所述的控制程序包括励磁 控制程序、磁场削弱控制程序、粘着控制程序、高海拔机车功率修正程序、牵 引电动机切除保护程序、换向保护程序、电压继电器断开卸载程序、故障保护 程序以及机车恒速控制程序。

4.  根据权利要求3所述的内燃机车微机控制系统，其特征在于：所述的励 磁控制程序用于对系统的三个独立的PID调节器进行控制，分别用于实现主发 电机电压、电流和功率的自动调节。

5.  根据权利要求3所述的内燃机车微机控制系统，其特征在于：所述高海 拔机车功率修正程序用于对配属在高海拔地区运行的机车进行功率修正处理， 其内部预设数据库，所述内部预设数据库包括若干海拔高度对应的修正系数以 及修正后的机车功率对应值并对当前海拔高度参数的修正系数以及修正后的机 车功率对应值进行存储。

6.  根据权利要求3所述的内燃机车微机控制系统，其特征在于：所述故障 保护程序内部预设故障极限参数数据库，用于实时对采集的运行参数进行比较 判断，若出现超出极限值时，进行报警、卸载或停机的保护处理；所述故障极 限参数包括系统检测到的主发电机电压、各牵引电动机电流、柴油机速度、机 油压力和冷却水温参数。

说明书内燃机车微机控制系统
技术领域
本发明涉及内燃机车附属设备，具体的说是涉及一种内燃机车微机控制系 统。
背景技术
随着科学技术的发展，微机在各个领域得到了广泛的应用，采用微机技术 改进内燃机车的控制系统，是进一步提高机车性能的必然要求，也是内燃机车 现代化的重要标志之一。
微机控制系统作为现代内燃机车的关键部分，其性能的好坏直接影响机车 的整体性能，随着铁路信息化、数字化的发展，对内燃机车微机控制系统的要 求也越来越高。尽管国外内燃机车微机控制技术的不断发展，带动了我国内燃 机车微机控制技术不断更新发展，基本实现了牵引恒功、电阻制动、防空转控 制、电气保护、柴油机保护以及故障显示等关键技术，但是与国外内燃机车微 机控制技术相比还有较大差距，不能够满足现有先进内燃机车制动反应速度快、 故障诊断及时等使用需求。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种通用性强、反馈速 度快、可操作性高的新型内燃机车微机控制系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
内燃机车微机控制系统，包括用于对内燃机车各类输入输出信号进行控制 管理的微机屏、用于实现微机系统与内燃机车主电路的命令传输、信号转换的 信号变换屏以及实时对内燃机车各个运行参数以及故障信息进行分析显示的显 示器；其特征在于：所述的微机屏包括中央处理器、微机电源模块、数字输出 模块、数字输入模块、励磁模块、模拟扩展模块、模数转换模块、柴油机调速 模块以及频率输入模块，所述中央处理器用于对内燃机车各类输入输出信号进 行控制管理，所述微机电源模块用于将机车110VDC电源隔离变换为直流电源 供微机系统使用，所述数字输出模块用于控制系统内部包含继电器、信号灯在 内的各个110VDC供电的电器电路的通断，所述数字输入模块用于测量系统内 部高电平为110VDC的开关信号，所述励磁模块用于以PWM方式控制励磁机 的磁场电流，所述模拟扩展模块用于扩充模数转换模块的模拟输入通道数，所 述模数转换模块用于为系统提供10/12/16位的模数转换通道，所述柴油机调速 模块用于控制柴油机调速器中步进电机的正转、反转及停止或者脉冲频率程控 选择，所述频率输入模块用于柴油机速度、机车速度的测量；所述的微机屏与 显示器之间通过RS232实现通信。
所述的信号变换屏由若干块SCM02传感器模板和一块SCM03传感器模板 组成，其中SCM02传感器模板用于牵引电动机电流测量；且所述信号变换屏采 用隔离放大器，用于实现微机与机车主电路的电气隔离。
所述的中央处理器为32位ARM处理器，载有多个控制程序，所述的控制 程序包括励磁控制程序、磁场削弱控制程序、粘着控制程序、高海拔机车功率 修正程序、牵引电动机切除保护程序、换向保护程序、电压继电器断开卸载程 序、故障保护程序以及机车恒速控制程序。
所述的励磁控制程序用于对系统的三个独立的PID调节器进行控制，分别 用于实现主发电机电压、电流和功率的自动调节。
所述高海拔机车功率修正程序用于对配属在高海拔地区运行的机车进行功 率修正处理，其内部预设数据库，所述内部预设数据库包括若干海拔高度对应 的修正系数以及修正后的机车功率对应值并对当前海拔高度参数的修正系数以 及修正后的机车功率对应值进行存储。
所述故障保护程序内部预设故障极限参数数据库，用于实时对采集的运行 参数进行比较判断，若出现超出其极限值时，进行报警、卸载或停机的保护处 理；所述故障极限参数包括系统检测到的主发电机电压、各牵引电动机电流、 柴油机速度、机油压力和冷却水温参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明综合利用多种运行参数，实现运行结构复杂精确的逻辑控制，从而 实现对内燃机车系统的最优控制；且具有完备的故障预警保护程序，提高了机 车系统运行的安全性。
附图说明
图1为本发明内燃机车微机控制系统原理结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对 本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本内燃机车微机控制系统由微机屏，信号变换屏及显示器组 成。
所述的微机屏包括中央处理器、微机电源模块、数字输出模块、数字输入 模块、励磁模块、模拟扩展模块、模数转换模块、柴油机调速模块以及频率输 入模块，所述中央处理器用于对内燃机车各类输入输出信号进行控制管理，所 述微机电源模块用于将机车110VDC电源隔离变换为+5V、±15V、+24V的直 流电源，供微机系统使用，所述数字输出模块用于控制系统内部包含继电器、 信号灯在内的各个110VDC供电的电器电路的通断，所述数字输入模块用于测 量系统内部高电平为110VDC的开关信号，所述励磁模块用于以PWM方式控 制励磁机的磁场电流，所述模拟扩展模块用于扩充模数转换模块的模拟输入通 道数，提供多个低压(0～10V)输入通道、多个高压(0～110V)输入通道，所述模 数转换模块用于为系统提供10/12/16位的模数转换通道，所述柴油机调速模块 用于控制柴油机调速器中步进电机的正转、反转及停止或者脉冲频率程控选择， 所述频率输入模块用于柴油机速度、机车速度的测量；所述的微机屏与显示器 之间通过RS232实现通信。
所述的信号变换屏由SCM02和SCM03模板组成，其中SCM02用于牵引电 动机电流测量；信号变换屏采用隔离放大器，实现了微机与机车主电路的电气 隔离，具有较高的精度，使用和调整均较方便。
所述的微机显示器是一套以PC104总线协议为基础，采用低功耗CPU为核 心的高性能一体化的机车监控显示系统，取代了以往的单色窄屏显示单元。所 述的微机显示通过与车载微机控制器进行数据间的通讯，传感器采集到各种机 车数据经过微机控制器处理后送至显示器内部的单片机经过程序处理后实时显 示给司乘人员，并对各种故障进行分析和显示，对机车海拔高度以及行程累计 等各种数据进行设定调节。
所述的中央处理器为32位ARM处理器，载有多个控制程序，所述的控制 程序包括励磁控制程序、磁场削弱控制程序、粘着控制程序、高海拔机车功率 修正程序、牵引电动机切除保护程序、换向保护程序、电压继电器断开卸载程 序、故障保护程序以及机车恒速控制程序。
微机控制系统的主要任务之一是对机车功率系统进行闭环自动调节。鉴于 微机控制系统根据机车柴油机的当前转速、故障限制条件、粘着控制要求、磁 场削弱状态、牵引电动机切除情况和变化率诸条件，来确定当前的基准参数(功 率、电流、电压)。一般情况下，系统检测出主发电机输出电压和牵引电动机电 流并求出主发电机电流(等于牵引电动机电流之和)，主发电机电流与主发电机电 压相乘得到主发电机当前功率值。
本微机控制系统内设有三个独立的PID调节器，分别用于主发电机电压、 电流和功率的自动调节，由所述的励磁控制程序进行控制调节，本微机控制系 统取三个调节器输出的最小值用于励磁机磁场电压输出值，保证主发电机工作 在理想的外特性上。
所述粘着控制程序用于机车牵引时,微机由检测到的牵引电动机的电流，求 出最大电流差和电流分配系数；当电流分配系数值大于规定值时，微机将采取 撒砂、降低主发电机输出电压的办法来消除空转；空转现象消失后，主发电机 输出电压即恢复到正常值，撒砂则在延时后停止。
对配属在高海拔地区运行的机车，需进行功率修正。为此系统设置高海拔 机车功率修正程序，设置了海拔高度参数的输入、存储及机车功率的自动修正 功能。服务人员通过微机显示屏把海拔高度参数输入给微机后，微机自动查找 相应的海拔高度修正系数并与正常的档位功率相乘即得到了修正后的机车功率 （实际功率=CHEC功率×海拔高度修正系数(k)），同时所述程序对于海拔高度 参数有存储记忆功能。
所述换向保护程序用于当微机接受机车方向信号FW和BW，用以判定机车 方向手柄的位置。当机车方向手柄改变方向时，如果机车速度不为零，禁止机 车加载牵引；且柴油机起机后或微机打开电源后机车第一次加载时，换向保护 程序不起作用，需要司机确认机车运行方向与司控器方向手柄的位置一致后， 方可加载牵引。
所述电压继电器断开卸载程序在微机接受列车管风压继电器闭合信号，在 列车管风压不足或紧急制动时，电压继电器断开，禁止机车加载牵引。
所述故障保护程序用于根据检测到的主发电机电压、各牵引电动机电流、 柴油机速度、机油压力和冷却水温等参数，与规定的极限参数进行比较。当某 一参数超出其极限值时，微机将采取报警、卸载或停机的保护措施，从而实现 对机车柴油机、电气系统的各种保护。
所述机车恒速控制程序在恒速状态下，微机通过检测到的司机主手柄位置 (升、保、降)，来调节机车的给定速度；微机比较机车给定速度和实际速度的差 异，按照“恒功恒速”的原则，自动对机车的牵引功率和柴油机速度进行调节， 以保持机车速度与给定速度的一致。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。