鄧小楚 DENG Xiao-chu

摘要：在隧道建設(shè)工程中經(jīng)常會使用牽引車作為施工的重要操作工具，其中還包含著電力變頻車和內(nèi)燃機車兩種類型。電力變頻車應(yīng)用蓄電池，從而保證機車的穩(wěn)定運行，而內(nèi)燃機車則是應(yīng)用柴油機帶動發(fā)動機，促進機械能與電能之間的靈活轉(zhuǎn)換，然后通過電動機的控制保證內(nèi)燃機車的運行。本文主要通過研究和分析內(nèi)燃機車電氣控制系統(tǒng)的實踐，進一步推廣內(nèi)燃機車的應(yīng)用，提高內(nèi)燃機車電氣控制的運轉(zhuǎn)水平。

Abstract： In tunnel construction projects， tractors are often used as an important operation tool for construction， which also includes two types of electric frequency conversion vehicle and internal combustion locomotive.Electric frequency conversion vehicle applies the battery to ensure the stable operation of the locomotive， while the internal combustion engine is using the diesel engine to drive the engine， promote the flexible conversion between mechanical energy and electric energy， and then through the control of the engine to ensure the operation of the internal combustion motor.This paper mainly promotes the application of the practice of internal combustion locomotive and improves the operation level of internal combustion locomotive.

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機;電氣控制系統(tǒng);實踐研究

Key words： internal combustion engine;electrical control system;practical research

中圖分類號：TK402? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0079-02

0? 引言

內(nèi)燃機具有先進性、穩(wěn)定性以及低維護性的基本特點，同時內(nèi)燃機還需要滿足動力強勁、穩(wěn)定速度、節(jié)能環(huán)保的要求，內(nèi)燃機車的電氣控制系統(tǒng)關(guān)系著機車的運行性能，特別是列車的安全正點以及高效低耗，是整個機車運行的核心。隨著電力電子技術(shù)水平的提升以及信息技術(shù)的發(fā)展，機車逐漸淘汰了直流電機調(diào)速系統(tǒng)，開始應(yīng)用全新的交流傳動控制系統(tǒng)。

1? 內(nèi)燃機機車的主要運行優(yōu)勢

在改革開放的初期，為了合理控制鐵路電氣化基本建設(shè)的成本，率先發(fā)展的是熱力機車，熱力機車經(jīng)歷了創(chuàng)新和改革又發(fā)展成為蒸汽機車。在20世紀(jì)的末期，蒸汽機車逐漸不能與時代發(fā)展相適應(yīng)，內(nèi)燃機車應(yīng)運而生，并逐漸成為熱力機車中的主流機型[1]。內(nèi)燃機車與蒸汽機車相比較，熱效率更高，功率更大，且無需過多的水，整機聯(lián)合控制更加方便快捷，駕駛員的工作條件也有所改善，經(jīng)過反復(fù)地檢測和驗證，內(nèi)燃牽引成為我國國內(nèi)鐵路運輸?shù)闹饕α?。?nèi)燃機車具備的主要優(yōu)勢有：速度快、啟動時間非常短;功率比較大，具有很好的牽引性能;整機聯(lián)控的效率非常高，能夠充分釋放染料的熱能;適應(yīng)性比較強，可以用于缺水地區(qū);駕駛室的環(huán)境條件良好，視野開闊，為司機的駕駛操作提供便利條件。

2? 內(nèi)燃機車電氣控制系統(tǒng)的綜合實踐分析

內(nèi)燃機車的穩(wěn)定運行能夠很大程度上地縮短大直徑隧道的距離以及運輸數(shù)量多的問題。內(nèi)燃機車中最為主要的動力來源就是內(nèi)燃機，它是由液壓驅(qū)動和轉(zhuǎn)向架組成，在轉(zhuǎn)彎半徑的范圍內(nèi)軸載的參考數(shù)值比較小，能夠在多種多樣的軌道上正常運行[2]。一般情況下，內(nèi)燃機車的制動方式主要以閘瓦制動作為根本的制動方式，將液壓制動和排氣制動作為輔助的制動方式?，F(xiàn)階段內(nèi)燃機內(nèi)的電氣控制系統(tǒng)是微機系統(tǒng)以及PLC控制系統(tǒng)等等，在實際的應(yīng)用過程中，這兩種系統(tǒng)都存在著過大消耗機車能源的嚴(yán)重問題。不出意外的情況下，內(nèi)燃機車能夠依靠閘閥的制動開啟運行模式，同時液壓制動與排氣制動能夠輔助內(nèi)燃機車的運行。目前內(nèi)燃機主要是被微機系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)所控制，但是在實際應(yīng)用中卻都出現(xiàn)了或多或少的能源消耗過量的問題。

本文主要論述CANBUS技術(shù)，將TTC60控制器作為核心的探究角色，并相對應(yīng)提出能夠創(chuàng)新和改進內(nèi)燃機車電氣控制系統(tǒng)的方法，旨在能夠從根本上補充系統(tǒng)存在的缺陷，從而優(yōu)化電氣控制系統(tǒng)的效果[3]。在科學(xué)技術(shù)的大力支持下，人民群眾逐漸開始重視生態(tài)環(huán)保，柴油機慢慢發(fā)展成為電力控制的模式，而其余的控制器之間的通信聯(lián)系則是由CAN.0的J1939協(xié)議來實現(xiàn)，TTC60是開展機械工程時最常使用到的專業(yè)控制儀器，能夠充分保障CA2N2.0通訊的流暢性。所以，將TTC60控制器應(yīng)用在內(nèi)燃機車的電氣控制系統(tǒng)中，具有很大的優(yōu)勢。本文列舉微機電氣控制系統(tǒng)和PLC電氣控制系統(tǒng)的實踐案例，探究內(nèi)燃機車電氣控制系統(tǒng)的缺陷和不足，并根據(jù)具體的缺陷和不足提出相對應(yīng)的改善策略：

首先，微機電子控制系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)完善的恒功率控制功能，并且該系統(tǒng)無法保證內(nèi)燃機車能夠持續(xù)在規(guī)定的范圍內(nèi)保持運行狀態(tài)，因此導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差情況的發(fā)生，從而造成柴油機的功率提高，內(nèi)燃機大量消耗機油耗費能源成本，降低經(jīng)濟效益。其次，微機電氣控制系統(tǒng)的故障檢測功能不夠完善，在內(nèi)燃機車產(chǎn)生異常情況時，微機電氣控制系統(tǒng)不會自動進行檢測，需要配合人工手動操作模式，這樣的方式不能夠及時地發(fā)現(xiàn)和排除故障因素，因此，在改進電氣控制系統(tǒng)的過程中，需要完善系統(tǒng)的故障檢測功能，并記錄下導(dǎo)致故障的原因等等，為后續(xù)的工作提供參考，同時也為運行維護人員的正常工作提供支持。第三，PLC控制系統(tǒng)缺乏完善性。PLC控制系統(tǒng)具有非常復(fù)雜和繁多的操作功能，并且需要多個繼發(fā)器和接觸器作為輔助工作，PLC系統(tǒng)不完善是導(dǎo)致電氣故障的主要因素，并且電氣故障的維修成本比較高，排除故障的過程復(fù)雜，具有挑戰(zhàn)性，由此導(dǎo)致內(nèi)燃機車達不到理想的控制效果，對內(nèi)燃機車的正常運行造成消極影響。

3? 內(nèi)燃機車電氣控制系統(tǒng)的創(chuàng)新與改進實踐研究

3.1 針對硬件系統(tǒng)的改進設(shè)計

在上述的電氣控制系統(tǒng)的改進中，硬件系統(tǒng)包含TTC60控制器、LED顯示屏、發(fā)動機控制器EMR。系統(tǒng)中的前向通道的組成部分包括信號傳感器、調(diào)速手柄以及操作臺按鈕等等。執(zhí)行系統(tǒng)包含電磁閥、信號燈和氣動制動閥等等。首先我們來論述TTC60控制器，與一般使用的PLC控制器相比較，TTC60控制器主要具有以下幾項優(yōu)勢：首先，控制器具有良好的抗震性能以及抗沖擊性能，同時還具有穩(wěn)固可靠的特點，它的防護等級高達IP67，該優(yōu)勢能夠充分保障控制器在任何條件和任何環(huán)境中都能夠正常地運行;其次，TTC60控制器的接口眾多，其中包含開關(guān)輸入輸出接口、0-5V與0-30V電壓輸入與脈沖輸入接口、0-20mA電流輸入接口與脈沖輸入接口等等;第三，具有高度的便捷性，用戶可以結(jié)合內(nèi)燃機車的控制需求自主設(shè)置輸入接口和輸出接口，還能自主設(shè)置電壓以及短路的保障功能;第四，TTC60具有兩個CAN總線，兩個管線各自管轄不同的功能，具有良好的防干擾能力，兩條總線分別是CAN0和CAN1，在設(shè)計系統(tǒng)的過程中，CAN0用于控制器的上位機通信的接口，將屏蔽交絞線作為通信介質(zhì)。CAN1可以作為發(fā)動機控制器EMR的通信接口，根據(jù)改進后的系統(tǒng)分析，通信波特率達到250kb/s，CAN總線最長可以連接200m的通信。

3.2 軟件系統(tǒng)的改進設(shè)計

軟件系統(tǒng)能夠隨時隨地顯示內(nèi)燃機車的運行參數(shù)，并且實時監(jiān)督和控制內(nèi)燃機車的運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)不符合常規(guī)的情況，系統(tǒng)中裝置的報警功能就會自動開啟。軟件系統(tǒng)是由TTC60控制器的程序設(shè)計和人機界面程序設(shè)計等軟件所構(gòu)成，電氣控制系統(tǒng)的重點內(nèi)容是針對程序的控制與協(xié)調(diào)，程序狀態(tài)是否正常影響控制效果是否良好，軟件系統(tǒng)的改進設(shè)計實踐內(nèi)容具體如下：首先我們針對控制程序的設(shè)計展開研究和分析，本文舉例的TTC60控制器的程序是由發(fā)動機速度控制、智能控制等等六部分組成[1]。技術(shù)人員基于結(jié)構(gòu)的組成設(shè)計程序，需要開閘以結(jié)構(gòu)化和梯形圖作為核心的設(shè)計工作。在內(nèi)燃機的運行過程中，一般會遭遇以下幾種工況。第一，內(nèi)燃機車在進行爬坡運行時，需要適當(dāng)?shù)靥嵘囁倩蚴羌哟筘?fù)載，這就需要在機車內(nèi)部裝置一個功率較大的泵;第二，內(nèi)燃機的泵負(fù)載的數(shù)值過高或是壓力的參數(shù)發(fā)生異常的情況下，TTC60控制器可以實時監(jiān)測發(fā)動機的運行速度，根據(jù)運行效率發(fā)出指令，從而一點一點地讓馬達的速度減慢但是泵排量始終保持不變的數(shù)值，防止發(fā)動機在高度的負(fù)載狀態(tài)下產(chǎn)生熄火的現(xiàn)象。本文提出的改進設(shè)計能夠充分維護發(fā)動機的正常功率，延長發(fā)動機的使用壽命，且能夠促進液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，從而發(fā)揮電氣控制系統(tǒng)的環(huán)保價值。其次，人機界面的設(shè)計。人機界面需要符合高效和簡潔的特點，通常情況下被應(yīng)用在內(nèi)燃機的運行檢測方面，亦或是搜集導(dǎo)致故障的相關(guān)信息數(shù)據(jù)等等，同時還能夠清晰明確地顯示內(nèi)燃機的性能指標(biāo)。一般情況下，人機界面的設(shè)計包含以下幾方面的內(nèi)容。第一，設(shè)計主監(jiān)控的畫面，在TTC60電氣控制系統(tǒng)中的主監(jiān)控畫面的上方顯示的關(guān)于電壓和燃油的液位，中間部分顯示的是發(fā)動機的轉(zhuǎn)速以及內(nèi)燃機車的運行速度。當(dāng)內(nèi)燃機車出現(xiàn)異常情況時，畫面的中央就會出現(xiàn)空色的標(biāo)記，通過不斷閃爍的形式進行故障報警[6]。第二，I0檢測截面的設(shè)計，I0檢測界面的設(shè)計主要是用于檢測TTC60控制器里所有的I0點以及模擬量通道的運行情況，獲取相關(guān)的參數(shù)等等。工作人員可以根據(jù)I0界面所顯示的狀態(tài)從而分析出故障的各項信息和數(shù)據(jù)。第三，設(shè)計狀態(tài)檢測頁面，該頁面是通過電氣控制系統(tǒng)的信號傳感器收集運行狀態(tài)的信息。用戶可以根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)設(shè)置參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，超過標(biāo)準(zhǔn)或與標(biāo)準(zhǔn)不符就會啟動報警裝置，比如，油位到達極限、系統(tǒng)壓力值最大化等等，以此來保障內(nèi)燃機車的安全性和穩(wěn)定性。第四，設(shè)計故障管理界面，當(dāng)內(nèi)燃機車的運行發(fā)生異常時，電氣控制系統(tǒng)就會自動啟動報警裝置，主監(jiān)控的界面出現(xiàn)持續(xù)閃爍的紅色標(biāo)記，報警的蜂鳴器發(fā)出警報聲音，故障的報警信息欄中會自動顯示出故障所在的位置以及相關(guān)的信息，并經(jīng)過系統(tǒng)的分析顯示導(dǎo)致故障發(fā)生的原因。在這時管理人員按下系統(tǒng)的復(fù)位按鈕，紅色標(biāo)記就將不再閃爍，報警蜂鳴器也不會再發(fā)出響聲，但是信息欄的內(nèi)容不會消失，一直持續(xù)到內(nèi)燃機車排除故障之后。除此之外，本文提出的改進設(shè)計的系統(tǒng)還會對故障信息進行綜合的記錄，生成系統(tǒng)的檔案，從而為內(nèi)燃機車后期的維護和管理提供可以參考的數(shù)據(jù)和信息。

4? 結(jié)束語

綜上所述，本文以TTC60電氣控制系統(tǒng)進行舉例實踐分析發(fā)現(xiàn)，該控制系統(tǒng)具有低能耗、高便捷的優(yōu)勢。通過實踐分析，設(shè)計人員在設(shè)計電氣控制系統(tǒng)的過程中，可以將CAN總線機TTC60控制器導(dǎo)入內(nèi)燃機車中，不斷地創(chuàng)新和完善設(shè)計內(nèi)容，達到更加良好的設(shè)計效果，因此設(shè)計人員需要及時完善電氣控制設(shè)備的硬件設(shè)施，在根本上保障電子控制系統(tǒng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，還要不斷地創(chuàng)新和改進軟件設(shè)施，提高設(shè)備的運行水平，保障內(nèi)燃機車的正常運行，推動我國隧道工程行業(yè)的科學(xué)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]王宏亮，王雙林，周鴻亮.基于內(nèi)燃機車電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2020（8）：86-87.

[2]沈剛.內(nèi)燃機車常見故障分析及維修措施研究[J].內(nèi)燃機與配件，2021（16）：119-120.

[3]王凱.試論內(nèi)燃機車的維護與保養(yǎng)[J].科技風(fēng)，2020（17）：186，189.

[4]張海瑞.內(nèi)燃機車主電路接地故障診斷方法探討[J].中國設(shè)備工程，2020（5）：73-74.