史富強(qiáng)

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710014）

制動(dòng)機(jī)是電力機(jī)車(chē)的重要部件，其性能直接影響鐵路運(yùn)輸安全。我國(guó)傳統(tǒng)的DK-1型電力機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)是通過(guò)有接點(diǎn)數(shù)字電路控制電空轉(zhuǎn)換裝置，操作全列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)手動(dòng)、氣動(dòng)、電子等控制方式將電線(xiàn)、電纜將各個(gè)接點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系搭接成預(yù)定的控制框架，形成制動(dòng)系統(tǒng)的控制電路，這種控制框架中不可避免存在以下問(wèn)題：1）電路中二極管易擊穿造成控制電路邏輯混亂，影響列車(chē)制動(dòng)性能；2）中間繼電器、壓力開(kāi)關(guān)等輔助觸點(diǎn)接觸不良、易氧化；3）由于制動(dòng)邏輯是通過(guò)中間繼電器、二極管、時(shí)間繼電器、壓力開(kāi)關(guān)、鈕子開(kāi)關(guān)等用電線(xiàn)、電纜搭接而成，新車(chē)出廠(chǎng)時(shí)通過(guò)硬件固定好一種預(yù)定邏輯，制動(dòng)機(jī)邏輯變動(dòng)相對(duì)困難。為了加強(qiáng)電力機(jī)車(chē)智能控制和高低壓屏柜動(dòng)作的可靠性，按我國(guó)鐵路技術(shù)政策要求：新造及大修后的電力機(jī)車(chē)應(yīng)全部安裝DKL制動(dòng)邏輯控制裝置。采用DKL邏輯控制單元后，應(yīng)可解決上述問(wèn)題，而且通過(guò)調(diào)整軟件在相同硬件中實(shí)現(xiàn)不同的邏輯組合，以達(dá)到不同車(chē)型硬件的簡(jiǎn)統(tǒng)化。隨著機(jī)車(chē)制動(dòng)性能的要求提高，平穩(wěn)操縱，空電聯(lián)合制動(dòng)等技術(shù)的推出，DK-I型這種電控制模式的可塑性更方便[1-2]。DKL邏輯控制單元設(shè)計(jì)應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)以及容錯(cuò)技術(shù)，廣泛采用大規(guī)模集成電路，具有外部接線(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、速度快的特點(diǎn)。由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用通用模塊設(shè)計(jì)，易于向其他類(lèi)型機(jī)車(chē)移植，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1DKL邏輯控制單元

1.1 基本工作原理[2]

圖1為電力機(jī)車(chē)DKL制動(dòng)邏輯控制裝置的組成示意圖。該裝置共由4個(gè)部分組成：機(jī)箱、DKL電源板、DKL控制板和DKL輸出板。整個(gè)裝置采用4U標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)框架，24芯鐵路專(zhuān)用連接器實(shí)現(xiàn)與機(jī)車(chē)信號(hào)通信。在機(jī)箱面板部，安裝有鈕子開(kāi)關(guān)；對(duì)應(yīng)制動(dòng)系統(tǒng)功能開(kāi)關(guān)，其定義和對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1[1]所示。

圖1 DKL裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

DKL邏輯控制單元的系統(tǒng)框圖如圖2所示。來(lái)自機(jī)車(chē)的輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)過(guò)20芯連接器，進(jìn)入DKL邏輯控制裝置，經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)降壓、光電隔離后，將DC110V的機(jī)車(chē)信號(hào)轉(zhuǎn)換為5 V的電平信號(hào)，進(jìn)入邏輯處理單元參加邏輯運(yùn)算；邏輯運(yùn)算片采用了CPLD系列邏輯陣列器件，信號(hào)按照機(jī)車(chē)要求的邏輯關(guān)系進(jìn)行處理，處理后的信號(hào)經(jīng)放大和繼電器信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡娍臻y驅(qū)動(dòng)所需要的電壓使電空閥動(dòng)作。

圖2 DKL邏輯控制單元系統(tǒng)框圖

DKL邏輯控制單元的電路原理圖如圖3所示。來(lái)自機(jī)車(chē)信號(hào)經(jīng)過(guò)由R1和R2組成的電阻網(wǎng)絡(luò)降壓后，經(jīng)光電耦合隔離，送入MACH4器件（MACH4128），進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。VQ1為達(dá)林頓管，C1為防抖動(dòng)電容，RELAY1采用OM-RON繼電器，實(shí)現(xiàn)輸出隔離轉(zhuǎn)換。

圖3 DKL邏輯控制單元電路原理圖

表1 制動(dòng)系統(tǒng)功能開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.2 DKL邏輯單元主要功能

1）DKL電源板設(shè)計(jì)成A、B兩路雙電源供電方式，每一路電源分別提供12 V和5 V兩種電壓供給DKL裝置使用。當(dāng)一路電源出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到另一路。雙電源供電方式為系統(tǒng)的高可靠性提供了保證。

2）DKL控制板包括輸入單元和邏輯處理單元。輸入回路包括輸入信號(hào)電平轉(zhuǎn)換、隔離、防抖動(dòng)電路。輸入信號(hào)通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)降壓、光電耦合器，完成電平轉(zhuǎn)換后送入邏輯處理單元。 進(jìn)入DKL裝置的輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)包括：①機(jī)車(chē)電空制動(dòng)控制器的信號(hào)：I1（818）；I3（821）；I6（813）；I7（81I）；I8（805）；I9（808）；I10（806）；I13（807）；I14（803）。 ②壓力開(kāi)關(guān)、監(jiān)控裝置、電子柜或微機(jī)柜等的信號(hào)：I4（892）；I5（836）；I11 （838）；I17（406）；I18（840）；I19（841）；I20（839）；I21（845）；I22（846）；I23（847）。 ③DKL裝置面板的功能選擇信號(hào)：I15（463QS）；I16（464QS）；I24（465QS）；I25 （466QS）；I26（467QS）；I27（468QS）；I28（469QS）；I29（470QS）。 ④來(lái)自輸出的反饋信號(hào)： I2（800）；I12（804）。邏輯處理單元為DKL裝置的核心部分，用于處理信號(hào)的邏輯關(guān)系運(yùn)算。DKL裝置邏輯處理單元采用MACH系列可編程邏輯器件，具有運(yùn)算速度快、可靠性高、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。除此之外還具有在線(xiàn)編程功能[3]。

3）DKL裝置的輸出功能由DKL輸出板完成，輸出單元對(duì)邏輯控制單元輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)達(dá)林頓排管放大后，通過(guò)繼電器隔離，控制電空閥的動(dòng)作。如輸出用U表示，控制輸出的邏輯梯形圖如圖4所示。

2 DKL邏輯控制單元在DK-1型電空制動(dòng)機(jī)的應(yīng)用

以SS6B型電力機(jī)車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)為例，對(duì)DK-1型制動(dòng)機(jī)采用DKL邏輯單元的應(yīng)用情況進(jìn)行分析。表2所示為SS6B型電力機(jī)車(chē)的DKL裝置電接口，其中1xs和2xs為輸入插座，3xs和4xs為輸出插座，每個(gè)插座都是20芯，各芯的接線(xiàn)如表2所示[4]。

2.1 指令的輸入

機(jī)車(chē)制動(dòng)輸入指令通過(guò)1xs和2xs兩個(gè)20芯連接器進(jìn)入DKL制動(dòng)邏輯控制裝置，通過(guò)光電隔離，將DC110V的機(jī)車(chē)信號(hào)轉(zhuǎn)換為5 V電平信號(hào)，再進(jìn)入邏輯處理單元進(jìn)行邏輯運(yùn)算。

圖4 輸出邏輯梯形圖

表2 SS6B型電力機(jī)車(chē)DKL裝置電接口

1）司機(jī)控制信號(hào) 司機(jī)制動(dòng)控制指令包含制動(dòng)控制器（大閘）和空氣制動(dòng)控制器（小閘）所發(fā)出的電指令，均為DC 110 V，其基本工作原理如圖5所示[5]。制動(dòng)控制器大閘指令中，812為撒砂線(xiàn)；405為機(jī)車(chē)電制動(dòng)指令線(xiàn)；832為 “檢查”按鈕指令線(xiàn)；其余輸入DKL邏輯控制單元各線(xiàn)對(duì)應(yīng)各指令點(diǎn)；813、836、811為備用線(xiàn)?？諝庵苿?dòng)控制器小閘指令中，899為DK-1制動(dòng)系統(tǒng)用控制電源DC 110 V； 899與801（802）在"電空位"連通；899與800在“空氣位”連通；818與809（819）在空氣制動(dòng)控制器小閘處于“緩解”、“運(yùn)轉(zhuǎn)”連通；832為“檢查”按鈕指令線(xiàn)[6]。

2）輔助功能控制信號(hào) 輔助功能控制信號(hào)包括監(jiān)控、壓力動(dòng)作開(kāi)關(guān)、電子柜、機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)、制動(dòng)功能選擇開(kāi)關(guān)的輸入指令，均為DC 110 V，其原理如圖6所示。圖中監(jiān)控指令有：840為監(jiān)控控制減壓線(xiàn)，DC 110 V時(shí)列車(chē)制動(dòng)管開(kāi)始減壓；841為監(jiān)控控制保壓線(xiàn)，DC 110 V時(shí)監(jiān)控所控制的列車(chē)制動(dòng)管減壓停止。壓力開(kāi)關(guān)指令：845為列車(chē)制動(dòng)管最大減壓量控制氣動(dòng)開(kāi)關(guān)；845為列車(chē)制動(dòng)管最小減壓量控制氣動(dòng)開(kāi)關(guān)；847為緊急閥動(dòng)作檢測(cè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)。 電子柜中：870為空電聯(lián)合機(jī)車(chē)制動(dòng)缸緩解指令；871為空電聯(lián)合列車(chē)制動(dòng)管減壓指令；872為空電聯(lián)合列車(chē)制動(dòng)管保壓指令；873為空電聯(lián)合自動(dòng)緩解指令[5]。

圖5 司機(jī)制動(dòng)控制原理圖

圖6 制動(dòng)系統(tǒng)輔助功能原理圖

2.2 指令的輸出

系統(tǒng)各輸入指令以相應(yīng)的電信號(hào)傳入DKL控制板運(yùn)算主器件進(jìn)行邏輯處理，所產(chǎn)生的輸出邏輯控制輸出板上的輸出繼電器，根據(jù)對(duì)應(yīng)輸出量的電壓等級(jí)連接繼電器上輸出電源，基本作用原理如圖7所示。圖中804為DC 110 V電空閥輸出；833為輸出到電子柜空電聯(lián)合允許指令；812為緊急制動(dòng)產(chǎn)生的撒砂輸出；730為DKL故障時(shí)顯示輸出；865為空電聯(lián)合制動(dòng)指令鎖定指示；874為輸出到電子柜空電聯(lián)合要求鎖定制動(dòng)指令信號(hào)。

2.3 邏輯關(guān)系

SS6B型電力機(jī)車(chē)DK-1型制動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系為：

圖7 系統(tǒng)指令的輸出原理圖

邏輯關(guān)系式中，“*”為邏輯“與”；“+”為邏輯“或”；“/”為邏輯“非”。制動(dòng)邏輯控制技術(shù)在DK-1型機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，采用了系統(tǒng)和部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免了原制動(dòng)控制電路的遷回等故障，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[7]。

3 結(jié) 論

DKL制動(dòng)邏輯控制裝置采用先進(jìn)的表面貼片技術(shù)與邏輯控制器件相結(jié)合，取代了電力機(jī)車(chē)原制動(dòng)系統(tǒng)中的遷回電路、阻流板、時(shí)間繼電器與中間繼電器等傳統(tǒng)的電氣裝備，可根據(jù)其內(nèi)部預(yù)置的計(jì)算機(jī)軟件程序和電力機(jī)車(chē)的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)其內(nèi)部邏輯單元的準(zhǔn)確計(jì)算后產(chǎn)生不同的輸出電指令，控制電空制動(dòng)機(jī)上各電空閥動(dòng)作，完成電力機(jī)車(chē)的各種制動(dòng)控制指令。具有反映靈敏、準(zhǔn)確控制等特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)裝車(chē)使用DKL邏輯控制單元電車(chē)機(jī)車(chē)使用效果的調(diào)研統(tǒng)計(jì)可知：其靈敏度和準(zhǔn)確性均可達(dá)99.5%以上，在國(guó)內(nèi)電力機(jī)車(chē)控制方面具有一定的先進(jìn)性。由此可知，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和電子電路器件的固化，邏輯控制功能越來(lái)越強(qiáng)勁，可靠性也越來(lái)越高，具有非常良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

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