關(guān)于研制0.5～1Km/h區(qū)間低恒速的必要性

王昊

近年來，煤礦等能源型公司大量引進(jìn)先進(jìn)的快速定量裝車系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)裝車自動化作業(yè)，這不僅可以很好的解決裝車精度問題，同時也可以降低工人的勞動強(qiáng)度。這進(jìn)一步對貨運(yùn)機(jī)車提出了更高的要求，既要能重載牽引，又要能很精確的配合自動化裝車系統(tǒng)，因此研發(fā)更為精確的低恒速控制系統(tǒng)的大功率貨運(yùn)機(jī)車就顯得尤為重要。

目前中車二七公司的低恒速裝置僅為1、3、5、7等幾個區(qū)間。相對于大連機(jī)車公司的0.5～10Km/h有很大差距。

從2002年4月至今，大連機(jī)車公司先后供山西晉城礦物局、粵海鐵路、湖南耒陽電廠、大連大窯灣港和神華集團(tuán)低恒速機(jī)車等。比如說山西晉城礦務(wù)局原本是二七公司的傳統(tǒng)用戶，早年其一直運(yùn)用二七公司所生產(chǎn)的DF7系列，后來因?yàn)榇藛挝惶岢?.5～3Km/h的低恒速裝置，二七公司滿足不了其技術(shù)要求，而大連公司極為重視，直到后來每年1～2臺的機(jī)車采購均采用大連公司產(chǎn)品，二七公司失去了原本的市場。因?yàn)榇搜b置的重要性，很多周邊的企業(yè)也慕名而來，比如長治的潞安礦務(wù)局，此單位此后幾年的大批量機(jī)車采購都從大連機(jī)車公司直采，二七公司因?yàn)榇说秃闼傺b置損失了大量的機(jī)車市場。

應(yīng)用遙控低恒速機(jī)車裝煤的優(yōu)點(diǎn)：

1）提高了裝煤速度和裝煤質(zhì)量，降低了工作人員的勞動強(qiáng)度；

應(yīng)用沒有遙控低恒速功能的機(jī)車裝煤時，由于很難控制機(jī)車的速度，有時裝一節(jié)車廂需要停幾次車，控制塔上的操作人員通過對講機(jī)不停的指揮司機(jī)控制機(jī)車前進(jìn)、后退、停車，控制塔上的投煤斗只能分兩次或三次將一斗60噸重的煤投到車廂里，這樣使得裝完煤的車廂出現(xiàn)一個個象駝峰一樣的突起，需要大量人員花很長時間上車平煤。

應(yīng)用遙控低恒速機(jī)車裝煤時，司機(jī)不需要做任何操作，一切操作均由控制塔上的操作人員完成，他們可以在0.5～3Km/h范圍內(nèi)任意設(shè)定機(jī)車的速度，控制機(jī)車的前進(jìn)、制動和后退，車廂以恒速經(jīng)過控制塔前時，操作人員根據(jù)投煤斗與車廂的相對位置控制投煤，當(dāng)車廂的首部剛經(jīng)過投煤斗時，操作人員控制投煤斗下降，同時開始投煤，車一邊走，投煤斗一邊往下漏煤，當(dāng)投煤斗即將碰到車廂的尾部時，投煤斗自動升起，這樣一斗煤剛好裝完一節(jié)車廂，接著連續(xù)裝下一節(jié)車廂。裝完的煤非常平整，不需要人工平煤。

由此可以看出，應(yīng)用遙控低恒速機(jī)車裝煤不但節(jié)省大量的時間，而且操作人員的勞動強(qiáng)度大大降低，免去了人工平煤的麻煩。

2）應(yīng)用遙控低恒速機(jī)車裝煤，有利于生產(chǎn)安全；

控制塔上的操作人員不需要用對講機(jī)指揮司機(jī)控制機(jī)車，只需通過遙控器控制機(jī)車在給定速度下恒速運(yùn)行，如有緊急情況，可以及時控制機(jī)車停車。如果機(jī)車不采用恒速控制，機(jī)車速度忽快忽慢，投煤斗不能及時升降，車廂很容易撞到投煤斗。

該低恒速裝置不僅在煤礦企業(yè)裝煤中能發(fā)揮高效、安全的優(yōu)勢，在礦山、港口、油田等需要自動化裝車作業(yè)的場合同樣具有很好的應(yīng)用推廣前景?，F(xiàn)我公司的低恒速裝置在0.5～1Km/h區(qū)間是個空白，望有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)重視，使二七公司的機(jī)車市場更進(jìn)一步。

附：低恒速機(jī)車的控制系統(tǒng)由微機(jī)控制系統(tǒng)和遙控控制系統(tǒng)兩部分組成。

（一）.微機(jī)控制系統(tǒng)

微機(jī)控制系統(tǒng)是一個以Intel 80C196KC為核心的內(nèi)燃機(jī)車多功能實(shí)時控制系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)的軟硬件均為開放式設(shè)計，因此在原有的控制功能，包括柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制、恒功率控制、輔助發(fā)電（110V）控制、過渡控制及實(shí)時異步串行通訊等功能基礎(chǔ)上，又增加了低恒速控制功能。

1.微機(jī)控制系統(tǒng)硬件

微機(jī)控制系統(tǒng)硬件包括一個四槽DLC主機(jī)箱和一個信號裝置。

DLC主機(jī)箱由機(jī)箱、底板和四塊插件板組成。在正常情況下，只有兩塊插件板處于工作狀態(tài)（左邊兩塊或右邊兩塊），另兩塊板處于備用狀態(tài)，每兩塊板又分為主板和輔板。

機(jī)車低恒速工作模式信號（110V信號）通過KZZH開關(guān)傳送到輔板的開關(guān)量輸入通道，同時機(jī)車速度給定信號（0～5V對應(yīng)0～3Km/h）通過操縱臺上的速度給定電位器或接收器上的速度給定端口傳送到輔板的模擬量輸入通道，然后，輔板把這些信號通過串行通訊傳遞到主板。低恒速工況下的主發(fā)電流與常用制動減壓量信號傳送到主板的模擬量通道，機(jī)車速度和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號同時傳送到主板和輔板。主板根據(jù)所獲得的信號通過HSO口控制PWM占空比，從而控制機(jī)車主發(fā)電機(jī)的勵磁。

信號裝置包括三塊電路板，一塊是柴油機(jī)轉(zhuǎn)速及機(jī)車速度隔離變換板，一塊是電源電流板，另一塊是電壓板。信號裝置的作用是把傳感器采集來的信號經(jīng)過隔離變換變成微機(jī)所能識別的信號，然后再把這些信號傳遞給微機(jī)。

2.低恒速控制系統(tǒng)的控制原理及軟件設(shè)計

機(jī)車的低恒速控制系統(tǒng)是典型的無靜差調(diào)速系統(tǒng)，采用電流、轉(zhuǎn)速比例積分調(diào)節(jié)

器，利用電流閉環(huán)控制和機(jī)車速度閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對機(jī)車的低恒速控制。在這里面電流閉環(huán)控制的作用是：在不同柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下限定牽引電機(jī)的最大牽引電流，同時限定牽引電機(jī)電流加載率，使機(jī)車平穩(wěn)起動。機(jī)車速度閉環(huán)控制的作用是：實(shí)現(xiàn)機(jī)車速度的無靜差調(diào)速控制，保證機(jī)車在某一給定速度下低恒速運(yùn)行。

在低恒速模式下，當(dāng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時，DLC的限流基準(zhǔn)器將給出主發(fā)電流基準(zhǔn)信號，并送往主發(fā)電流加減載率控制器，形成限流凈基準(zhǔn)信號，它與電流反饋信號相比較，比較誤差信號送至主發(fā)電流調(diào)節(jié)器。同時，機(jī)車速度給定信號（0～5V對應(yīng)0～3Km/h）經(jīng)過機(jī)車速度給定加減載率控制器，形成機(jī)車速度基準(zhǔn)信號，它與機(jī)車速度反饋信號相比較，比較誤差信號送至機(jī)車速度調(diào)節(jié)器。這兩個調(diào)節(jié)器都是自適應(yīng)的PI調(diào)節(jié)器，即調(diào)節(jié)器的參數(shù)隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、主發(fā)電流、和機(jī)車速度的變化自動進(jìn)行調(diào)整，以保證系統(tǒng)具有優(yōu)良的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。兩個比較器的輸出信號通過比較器進(jìn)行比較，比較后的最小值作為驅(qū)動器的有效輸入信號，該控制信號經(jīng)驅(qū)動器和勵磁機(jī)放大后控制主發(fā)電機(jī)的勵磁。由于機(jī)車剛起動時，機(jī)車速度反饋為零，驅(qū)動器的控制信號按一定的加載率逐漸加大，進(jìn)而控制主發(fā)電機(jī)勵磁逐漸增大，使主發(fā)電流逐漸增大，牽引電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，機(jī)車速度逐漸增大，隨著機(jī)車速度反饋的變化，機(jī)車速度調(diào)節(jié)器的PI調(diào)節(jié)參數(shù)自動進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)機(jī)車速度大于給定速度時，控制主發(fā)電流逐漸減小，使機(jī)車速度減小。如此過程反復(fù)調(diào)整，使機(jī)車速度穩(wěn)定在機(jī)車速度給定值上。

由于機(jī)車在大負(fù)荷、低速狀態(tài)下運(yùn)行，牽引電機(jī)的電流一直非常大，因此需要增大柴油機(jī)轉(zhuǎn)速來增大牽引電機(jī)的通風(fēng)量，當(dāng)司機(jī)把KZZH開關(guān)扳到司機(jī)控制低恒速位或遙控低恒速位時，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速自動升到600轉(zhuǎn)/分鐘。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘時，牽引電機(jī)的限流值為648A，當(dāng)牽引電機(jī)的電流大于645A且持續(xù)1秒鐘，機(jī)車柴油機(jī)轉(zhuǎn)速自動升到800轉(zhuǎn)/分，一方面增大牽引電機(jī)的散熱量，另一方面，牽引電機(jī)的限流值增大到864A，增大牽引電機(jī)的牽引力。

根據(jù)上述原理，編寫了低恒速控制系統(tǒng)的控制軟件，同時，在控制軟件中增加了許多保護(hù)功能，如采用了限流、限速等保護(hù)，從而保證機(jī)車的安全運(yùn)行。

（作者單位：中車北京二七機(jī)車有限公司）