CN201432666Y - 精简型内燃机车微机控制装置 - Google Patents

Abstract

一种精简型内燃机车微机控制装置，通过4U插件配置插件槽位，放置控制主板插件、模拟信号处理插件、数字输入插件、数字和PWM输出插件、电源插件、辅机控制插件、柴油机调速插件等插件，安装板上安装有航空插座，用于对外连线，4U插件、安装板、辅机控制插件、柴油机调速插件、航空插座都置于机箱内。其能实现内燃机车牵引恒功励磁控制和机车其他逻辑保护控制，又能以双备份可切换方式完成辅发控制和柴油机调速控制。

Description

精简型内燃机车微机控制装置

技术领域

本发明涉及一种精简型内燃机车微机控制装置，实现内燃机车牵引恒功励磁控制和机车其他逻辑保护控制。

背景技术

尽管目前国内的通用微机控制装置功能强，但如果安装在内燃调车机车和采集数据量和控制量少的内燃机车上时，虽然功能强但存在体积偏大，安装复杂、空间和材料的浪费等缺点。因此研制精简型内燃机车微机控制装置，以满足市场需要。

目前国内内燃机车上的微机控制装置主要有株洲南车时代电气研制生产的LCS32，其结构为EXP机箱，以及武汉正远铁路电气公司生产的6U机箱，其功能都较强，可以完成内燃机车牵引恒功励磁控制和机车逻辑控制及各种监控保护功能，在功能要求多的内燃机车(如DF11G重联机车)上安装比较合适。但如果安装在内燃调车机车和数字逻辑控制量少的内燃机车上时，体积偏大，安装复杂、空间和材料的浪费等缺点。

励调器中有大连机车厂生产的DHL-II，WK-2等简统化微机控制装置，但DHL-II是由模拟电路构成，其参数存在漂移性以及调试复杂的问题。WK-2只能完成恒功励磁控制，但无法同时完成辅发控制和柴油机调速控制。因此需要另外单独安装辅发控制箱和柴油机调速装置，体积庞大，增加了成本和占用了机车内部的空间。

现有内燃机车微机控制装置都存在大而全的问题，针对低端配置时存在体积大，结构复杂，材料和空间浪费严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提供一种精简型内燃机车微机控制装置，能实现内燃机车牵引恒功励磁控制和机车其他逻辑保护控制(如磁场削弱、电气和柴油机保护)，又能以双备份可切换方式完成辅发控制和柴油机调速控制。

本发明的内燃机车微机控制装置，包括机箱、4U插件、安装板、辅机控制插件、柴油机调速插件、航空插座，其中4U插件、安装板、辅机控制插件、柴油机调速插件、航空插座都置于机箱内，4U插件配置了插件槽位，放置控制主板插件、模拟信号处理插件、数字输入插件、数字和PWM输出插件、电源插件、辅机控制插件、柴油机调速插件等插件，安装板上安装有航空插座，用于对外连线。

机箱采用标准机箱，结构紧凑，功耗小，抗电磁干扰性强，同时安装方便。集成度高，将辅机和柴油机调速以及转换开关集成在标准机箱中，使切换方便，可靠性高。插件采用4U标准插件，为通用模块化设计方式，具有良好的互换性，便于维护和检修。插件元器件基本上采用SMT表面贴技术，并选用新型元器件，应用可靠，工作性能稳定。

本发明的内燃机车微机控制装置，在安装板上还配置有转换开关，通过转换开关的切换对柴油机的工作电源和辅机电路进行双备份切换的控制。

本发明的内燃机车微机控制装置，插件间连接通过背板相连，辅机控制插件、柴油机调速插件的信号和前面其他插件需与机车系统相连的信号一起以印制线方式连接到背板上的对外引线插座，引线插头经连接线与个航空插座和转换开关进行连接，再与外部机车系统相连。

通过标准的37芯航空插头插座，便于与机车系统连线。由于在面板上直接相连，检修和撤卸方便。

本发明的内燃机车微机控制装置，航空插座是圆形插座或矩形插座。

附图说明

图1是内燃机车微机控制装置正视图。

图2是内燃机车微机控制装置侧视图。

图3和图4是对外连接示意图。

图5辅机和柴油机调速双备份切换示意图。

图中标记为：

1控制主板插件       2模拟信号处理插件    3数字输入插件

4数字和PWM输出插件  5电源插件            6辅机控制插件

7柴油机调速插件     8安装板              9安装板

10机箱              11风扇               12背板

13内部挡风板        14引线插头           15转换开关

16插座              17引线插头           18插座

19插座              21内燃辅机控制板     22柴油机调速板

31内燃辅机控制板    32柴油机调速板

具体实施方式

本发明的内燃机车微机控制装置由恒功励磁系统和辅机控制/柴油机调速系统组成，其中恒功励磁系统实现机车牵引时恒功率电子控制，辅机控制的目的是控制辅助发电机的励磁电流，使发出的电压稳定在110V±2V电压，柴油机调速控制目的根据司机手柄进行步进电机驱动使柴油机转速根据指令进行调节，使柴油机的发出的功率与对应档位相符，保持功率输出稳定。见图1、2、3，本发明的内燃机车微机控制装置采用5U(84R)标准机箱10，机箱左侧为4U标准插件，右侧有2块安装板8、9，安装板8上配置万能转换开关15和航空插座16，转换开关15用于辅机控制插件6、柴油机调速插件7的切换，安装板9上配置航空插座18和航空插座19，航空插座16、18、19为37芯插针式的航空插座，总共3个航空插座用于对外连线。4U标准插件部分配置了12个插件槽位，放置控制主板插件1、模拟信号处理插件2、数字输入插件3、数字和PWM输出插件4、电源插件5、辅机控制插件6、柴油机调速插件7等插件。

控制主板插件1：是系统的核心，主要由以下电路构成：MC68332及其外围电路、CPLD控制逻辑电路、Flash存储器、时钟电路、硬件watchdog、RS422/RS485串行通信电路、RS232程序下载电路以及总线接口电路。8路频率信号输入，频率检测主要由频率信号检测和整形电路、电气隔离以及相关逻辑译码控制和总线接口等电路构成。

模拟信号处理插件2：完成16路机车电流、电压、温度等模拟信号的采样，主要由模拟信号输入、滤波、多路切换、A/D转换、模拟量输出以及相关逻辑译码控制和总线接口等电路构成。

数字输入插件3：完成16路数字输入的变换。数字输入负责检测机车110V开关量信号，主要由110V检测、电气隔离、滤波及相关逻辑译码控制和总线接口等电路构成。

数字和PWM输出插件4：完成8路机车110V电器的驱动控制和1路PWM励磁回路斩波控制对和励磁回路，主要由电气隔离、MOS管及其驱动电路以及相关逻辑译码控制和总线接口等电路构成。

电源插件5：机车上的电源电压110V(60-140V)输入该电源插件，电源输出：+5V；+15V；-15V给微机内部电源供电和外部传感器电源用电。

辅机控制插件6：检测辅助发电机发出的直流电，通过PWM波控制辅助发电机励磁绕组的励磁电流，使辅发输出电压恒定在110V±2V。

柴油机调速插件7：通过检测柴油机手柄档位位置，根据手柄发出指令进行柴油机升、降、保位等控制，使柴油机转速在规定的时间内达到规定的转速。

插件间连接通过背板12相连。通过数据线、地址线、控制线、电源线和信号线在背板12上以印制线方式进行连接。辅机控制插件6、柴油机调速插件7的信号和前面其他插件需与机车系统相连的信号一起以印制线方式连接到背板12上的对外引线插座。见图3和图4，引线插头14(48芯)和引线插头17(96芯)经连接线与3个37芯对外航空插座16、18、19和万能转换开关15进行连接。万能转换开关15主要用于辅机控制、柴油机调速双备份之间的切换。

辅机控制和柴油机调速控制采用双备份可进行切换的控制方法：通过对柴油机和辅机的工作电源电路进行切换，当万能转换开关打向第一组内燃辅机控制板21和柴油机调速板22时，第一组内燃辅机控制板21和柴油机调速板22得电正常工作，当万能转换开关打向第二组内燃辅机控制板31和柴油机调速板32时，第二组内燃辅机控制板31和柴油机调速板32得电正常工作。当其中一组出现故障时，可以通过转换开关切换。其双备份切换示意图如图5。

机箱10内部通过两个风扇11进行冷却。打开电源板上的电源开关，则机箱后边配置的风扇排风，风从前面的下面通风孔进入，由于内部挡风板13的作用使风在机箱插件间由低往上流动，从机箱顶部再经装在后面的风扇11排出，风道流向具体路线示意见图2。

对外引线方式，由一个转换开关15和3个37芯插座16、18、19构成与机车系统相连的方式。辅发励磁高端、辅发励磁低端、辅发励磁返回和柴油机调速插件7电源正(机车电源+110V)和电源负(110V地)等5个信号由背板12引出后经转换开关15实现切换后进入插座后和其他信号一起经航空插座16、18、19与外部机车系统相连。通过3个航空插头将机车上的模拟量(各种传感器)信号、数字量信号、PWM信号等与机车系统进行连线接口，微机通过检测主发电机的电压电流和柴油机速度等信号，实现恒功励磁控制。通过柴油机反馈信号实现柴油机保护。柴油机板和辅机板有两套冷备份，当其中一组出现故障时，切除至另一组继续运行。

本发明的内燃机车微机控制装置，硬件主要由控制插件、I/O插件及电源插件组成。I/O插件包括模拟信号处理插件、数字输入插件、数字和PWM输出插件等构成，整个机车牵引恒功励磁硬件系统采用模块化设计方法，构成实际应用系统时这些模块可任意组合。所有I/O模块均通过系统总线连至CPU板。根据应用系统功能需要配置不同数目的I/O模块。微机装置对外通信可采取RS422(RS485、RS232)异步串行通信等方式。软件系统应用目前成熟可靠的LCS32控制系统的软件设计方法，具有以下显著特点：应用嵌入式实时多任务操作系统。软件设计采用C/C++语言编程，使软件具有很强的可移植性。系统配备监控调试软件，用于帮助应用系统的调试。即在控制系统运行或调试时，通过监控调试软件，监控系统特定的运行参数，进行控制软件的调试、修改和完善。系统采用程序在线下载技术，使应用程序可在现场进行自动下载，这给系统调试、维护带来了极大的方便。

本发明的内燃机车微机控制装置能完成以下基本功能：特性控制功能，包括牵引工况下柴油机恒功率控制、电阻制动特性控制、自负荷工况控制等；空转/滑行保护功能；机车电气系统及柴油机较简易的故障诊断、保护功能；柴油机调速控制；辅机电压控制；简易逻辑控制功能；通信(RS485/422，RS232等)功能。相比模拟控制机车，该装置能实现特性控制，有利于柴油机节油、功率的充分发挥，同时有故障诊断和保护功能，防患于未燃，避免出现大的安全事故。相比其他控制装置，如LCS32，该装置则有体积小、成本相对较低、性价比高等优势。

本发明不仅能满足内燃机车的基本控制功能要求，同时结构紧凑、体积较少，安装方便、易于拆装。同时模块化的设计思路使功能模块化和集成化，操作简单，系统稳定，使机车维护和检修简单方便。

Claims (4)

1、一种内燃机车微机控制装置，包括机箱、4U插件、安装板、辅机控制插件、柴油机调速插件、航空插座，其特征在于：4U插件、安装板、辅机控制插件、柴油机调速插件、航空插座都置于机箱内，4U插件配置了插件槽位，放置控制主板插件、模拟信号处理插件、数字输入插件、数字和PWM输出插件、电源插件、辅机控制插件、柴油机调速插件插件，安装板上安装有航空插座，用于对外连线。

2、根据权利要求1所述的内燃机车微机控制装置，其特征在于：安装板上还配置有转换开关，通过转换开关的切换对柴油机的工作电源和辅机电路进行双备份切换的控制。

3、根据权利要求1所述的内燃机车微机控制装置，其特征在于：插件间连接通过背板相连，辅机控制插件、柴油机调速插件的信号和前面其他插件需与机车系统相连的信号一起以印制线方式连接到背板上的对外引线插座，引线插头经连接线与个航空插座和转换开关进行连接，再与外部机车系统相连。

4、根据权利要求1所述的内燃机车微机控制装置，其特征在于：航空插座是圆形插座或矩形插座。

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