1998年第5—6期机 车 电 传 动
№5—6, 1998
回顾与展望
我国电力机车控制技术的发展及未来
株洲电力机车研究所(株洲412001) 陈春阳
陈春阳 1962年生,
1983年毕业于西南交通
摘 要:介绍了我国第一、二、三代电力机车控制技术的发展过程及技术特点, 并就下一代控制技术的发展及所需解决的关键技术问题提出了见解。
关键词:电力机车 控制技术 模拟 微机 发展
大学机车电传动专业, 高级工程师, 曾从事机车控制技术研究工作, 所副所长。
The h istory and future of electr technology i n Ch i na
Zhuzhou E o R In stitu te (Zhuzhou 412001) Chen Chunyang
Abstract :It is developm ent p rocess and technical features of the electric locomo tive contro l techno logies of the . T he autho r airs h is op ini on on the developm ent of contro l techno logy fo r the next generati on and first , second and th ird generati ons key p roblem s to be so lved .
Key words :electric locomo tive , contro l techno logy , analogy , m icrocomputer , developm ent .
1 前言
近20年来, 随着微电子技术和计算机应用技术的迅猛发展, 国际上从事电力机车制造业的各大公司纷纷加大对电力机车控制技术的投入, 使这一称之为机车“大脑”和“神经”的技术不断得到更新、优化。我国在这一领域的研究起步较晚, 但通过走独立自主研究开发与引进国外先进技术相结合的技术路线, 已成功地在技术上走过了第一代模拟控制、第二代数模混合控制阶段, 进入了以计算机技术为主体的第三代控制技术阶段。
2 第一代电力机车控制技术
我国电力机车控制技术的发展历史可追塑到本世纪60年代末、70年代初。期间, 株洲电力机车研究所的科技人员对SS 2型试验用电力机车成功地进行了相控改造, 为我国电力机车电传动控制技术的发展奠定了基础。
电子控制技术真正用于国产电力机车始于1978年竣工的6轴SS 3型电力机车。由于晶闸管应用技术的推广, 该车采用了8级调压开关有级转换和级间相控平滑调压的主电路结构, 因此电子控制系统相对比较复杂。其主要功能有:
(1) 牵引工况恒电枢电流控制, 具有最高电机电
压限制功能;
(2) 制动工况恒励磁电流控制, 具有最大制动电流限制功能;
(3) 具有超压、二次侧短路、电机过流等保护功能;
(4) 具有调压开关进、退级与相控调压有关逻辑联锁、监控及保护电路。
在电路系统设计上, 为提高装置的可靠性, 采用了A 、B 两组相同的控制系统, 当一组出现故障时, 可人工切换至另一组, 从而不影响机车运行。这一设计思想为后续各型机车控制系统所借鉴。
经过不断地改进、完善, 该车型电子控制装置成为最早批量装车, 技术比较成熟的第一代产品。
1985年, 首台SS 4型8轴重载货运电力机车研制成功。该车采用了三段桥绕组不等分四段半控经济桥整流电路。在控制上, 通过司机手柄操作方式的不同, 可进行恒流控制、恒压控制和恒流、恒压同时给定的双重控制方式。制动工况采用电阻制动恒励磁电流控制。控制系统还设有各种过流保护电路, 在后期, 机车还加装了防空转 滑行控制装置。其电子控制柜结构见图1。由于没有调压开关, SS 4机车控制电路功能比SS 3机车简化了许多。从技术而言, 两种控制系统处于同一个水平。由于受电子器件水平的限制, SS 3、SS 4型电力机车电子控制线路主要采用的是以分立器件为主体的模拟
—27—
机 车 电 传 动
电子线路, 与现代技术相比在设计上也存在一定的不足, 具体反映在:
(1) 电路主要由电阻、电容、二极管、三极管、第一代运放(FC 3C 、电路板密度F 007等) 和数字I C 构成。低、可靠性较差。
(2) 控制功能简单, 无特性控制、重联、功率因数补偿等控制功能。
(3) 控制精度低。电路中很少用精密电阻、电容进行参数匹配, 多采用可调电位器调整, 因而电路板互换
性差
, 调整难度大, 系统精度仅能达到5%。
(4) 系统在抗干扰设计上考虑较少, 缺乏电路的高低电位隔离、屏蔽、过电压吸收、滤波等技术措施。
(5) 在结构上防尘、防潮、散热效果较差。(6) 标准化程度低。
1998年
(2) 采用了符合IEC 有关标准的电路板、机箱结
构和法拉第箱概念设计的机柜, 具有良好的防尘、防潮、防震和电磁屏蔽性能(图2) 。
(3) 在系统设计上, 较完整地考虑了电位隔离、滤
波、屏蔽等抗干扰措施。如对数字I O 信号采用光耦和继电器进行电位隔离, 对模拟I O 信号采用电磁变换原理进行电位隔离等。
(4) 系统电路设计上采用了高精度霍耳电流、电压传感器、0. 5%精密电阻等措施, 可保证电路板精度, 系统精度达2%。
(5) 、通用化程度高(12) 。
6, 功能模块齐
, 防空转 滑行控制, 功率因数补偿, , 加馈或再生制动控制, 重联控制以及各种保护的功能要求。(7) 工艺上采用绕接、压接布线, 自动波峰焊接, 全自动功能测试等新工艺, 提高了产品质量。
图1 SS 4型电力机车电子控制柜及插件
3 第二代电力机车控制技术
80年代我国采用技贸结合的方式从欧洲50H z 集
图2 第二代电力机车电子控制装置标准结构
团采购了150台8K 型电力机车, 其中2台机车在株洲合
作生产。株洲电力机车研究所在此期间承担了电子控制装置的合作生产和技术国产化工作, 并在此基础上, 在“七五”、“八五”期间成功地开发出了SS 5、SS 6、SS 3B 、SS 4改进型、SS 6B 、SS 7等不同车型的电力机车电子控制装置。这一代控制系统功能完善, 技术上达到国际80年代初水平, 并实现了标准化、模块化, 从而实现了我国电力机车控制技术的一次更新换代。第二代控制技术的特点有:
(1) 电路组成单元主要以LM 124、74HC LM 139、系列I C 等新一代数、模集成电路为主构成。部分电路如功率因数补偿、空电联合制动控制电路采用单板机技术。
4 第三代电力机车控制技术
第三代电力机车控制技术是以微型计算机技术为核心的新一代控制技术。我国电力机车微机控制技术1987年开始起步, 并于1991年底首次在SS 438号车上
装车运行考核, 目前已成功地推广应用于SS 8准高速客运电力机车、SS 4B 重载货运电力机车和首次出口伊朗的电动车组头车(TM 1) 。
从机械结构上来看, 微机控制装置沿用了第二代控制系统一样的柜、插件箱、板三层结构, 但增加了司机室诊断显示功能。在系统上采用三级分层结构(参见图3) , 即:
(1) 人机对话级。本级由显示屏、键盘及显示控制装置组成。它除具有替代原机车模拟仪表显示机车工
—28—
第5—6期 陈春阳:我国电力机车控制技术的发展及未来
况及参数的功能外, 还具有日历、时针显示, 机车累计运行参数统计, 机车轮径设置, 故障记录查询, 自检项选择和自检结果及参数显示等功能。早期为等离子体显示屏, 主CPU 为8088, 采用汇编语言编程以提高汉字图形方式下的屏幕响应速度, 现采用T FT 彩色液晶屏, 并将显示控制装置与显示屏融为一体, 主机为486, PC 104总线, 并采用C 语言编程。
(2) 特性控制级。主CPU 为80186, 采用功能块图形语言编程(FU PLA ) , 以便提高编程效率, 便于移植, 它担负着机车级机车特性控制及各种保护和诊断功能。
(3
) 变流器控制级。CPU 为8097, 采用汇编语言编程以满足脉冲触发部分实时快速的要求。
级间通信采用R S 485标准, CPU 为8031。
现代车载微机控制系统的迅速更新换代。如1992年西门子公司在原S I BA S 16传动控制系统的基础上推出了S I BA S 32。AD tranz 公司(原BBC ) 也于1992年用M I CA S —S 2取代M I CA S —S 装备在R e 460机车上, 在1996年开发出更新一代分布式列车控制与通信系统
现代控制系统的共同特点有:M ITRA C 即C&C系统。
(1) 控制系统由单一机车传动控制发展为由列车总线、车厢总线与控制器总线连接成完整的列车通信和控制网络系统。
(2) 硬件电路板均实现了标准化、模块化, 各外围模块具有网络接口, , 简化集中布置。
(。
) , 采用了高速数字信号处理器芯片。
(5) 采用磁场定向控制或直接力矩等新型控制方式。
(6) 采用了多层印刷板、S M T 等先进生产工艺。
为适应高速、重载运输技术的发展, 研究我国下一代列车通信与控制系统是我们面临的一个重要课题。新系统的开发要在已有控制技术的基础上积极吸收国外现代技术、先进的生产工艺, 并遵循以下原则:
(1) 系统设计遵循IEC 、IEEE 有关技术标准。
(2) 系统具有高可靠性。
(3) 系统采用列车控制级、机车控制级和传动控
图3 SS 8机车三级控制系统结构
制级三级控制模式。
(4) 由列车总线、车厢总线及控制器总线连接各
经过近6年的考核、改进以及1年的批量装车运行
表明, 电力机车微机控制系统经受住了考验, 其优越性已为大多数用户所认可, 概括其特点主要有:
(1) 硬件标准化、通用化程度高, 不同的特性、参数和控制功能只需在软件上区别, 硬件可做到通用, 因而系统的灵活性高。
(2) 装置的可靠性提高。经SS 8型电力机车郑武线近期运行考核表明, 微机控制系统平均无故障工作时间(M TB F ) 近1万小时, 远远高于以前系统4000小时的水平。
(3) 微机系统智能化程度高, 其故障诊断、显示功能实时监测系统的主要部件, 便于确认系统状态, 查找分析故障原因。
(4) 便于功能的扩展和升级, 如与其他部件或系统(辅助变流器、制动单元、速度分级控制系统) PL C 、通过串行通信方式建立联系、交换信息。
级控制装置构成分布式计算机网络。
(5) 车厢内各种控制设备全部实行网络化设计。
图4所示为一般的列车通信与控制系统拓扑结构。为开发新一代列车通信与控制系统, 近期应开展以下各项研究工作:
(1) 完成列车通信网及相关总线技术的研究。结
合我国电力机车、地铁、动车、轻轨的发展, 参照IEC TCN 标准, 积极吸收国外成熟技术, 确定我国未来的
列车总线、车厢总线以及各级控制总线有关技术协议, 确定总线介质、网卡、机械结构等硬件标准, 尽快地研制出我国列车通信网络。
(2) 加强电磁兼容性(E M C ) 的研究。随着微机控
制技术的大量应用, E M C 问题是系统设计是否成功的关键因素之一。目前, IEC 571、IEC 1000—4等标准均将E M C 试验作为机车电子装置型式试验的必要考核
5 未来的发展及应开展的工作
交流传动技术和计算机通信技术的发展, 推动了
指标。过去, 因条件所限, 我国铁路机车车辆没作出该
—29—
机 车 电 传 动
1998年
信与控制系统主要CPU 芯片的软件开发要求, 应对80186CPU (80196CPU ) 在现有的FU PLA 功能块图形语言的基础上建立相应的开发环境; 对数字信号处理器要开发规范化的汇编程序库,
用C 语言进行编程。
(6) 诊断系统研究。现有微机控制系统的诊断范围仅限于微机控制装置内部所能获取的信息, 。新一, 通过对系统、对常见故, 、准确的一系列故障判别模, 使诊断系统真正成为方便司机和检修人员的“专家系统”。同时还需开发出一种便携式网络诊断工具, 直接从通信网上对系统进行访问、诊断。
(7) 工艺研究。新的一代通信及控制系统功能大大增加, 因此, 对装置的体积和可靠性提出了更高的要求。目前采用表面安装技术(S M T ) 是国际上铁路机车车辆控制装置中电路板组装工艺的一个潮流。采用S M T 技术可大大提高电路板的集成度, 减小装置体积
图4 列车通信与控制系统拓扑结构
项要求, 现在E M C 的重要性已为人们所重视。依托于
株洲电力机车研究所的国家变流技术工程研究中心投巨资兴建了电磁兼容试验室, 北方交通大学等单位正积极从事该方面研究。境的大量测试、试验, (安装电磁环境要求, 射, 电压浪涌、、试验标准。
(3) 交流传动关键控制技术的研究。我国首台交流传动机车A C 4000, 采用的是滑差—电流反馈控制方式。目前国际上磁场定向控制和直接力矩控制方式已获推广应用, 我国也开展了对直接力矩控制方式的研究并已取得阶段性的成果。我们应在完善现有滑差控制方式的同时, 完成直接力矩控制方式或磁场定向控制方式的研究, 使该项技术尽快进入实用化阶段。
除此之外, 四象限变流器控制技术、粘着控制技术、GTO 或IGB T 门控及保护技术等都是新一代控制系统研究的重点。
(4) 标准化、模块化电路硬件的研制。新一代通信与控制系统的硬件应考虑标准化、模块化设计, 根据功能要求采用6U 、4U 各种电路板系列。6U 系列用于较复杂的控制, 如机车控制级; 4U 系列一般用于简单功能单元如客车节点等。
模拟I 列车和机车控制级有:主CPU 板(SBC ) 、O 板、数字I 粘着控制板、信号调整板、网卡、O 板、PL C
逻辑控制单元(含CPU 、数字量输入、数字量输出3块板) 、通信接口板、开关电源板。
传动控制级有:变流器控制板、保护板、信号调整板、脉冲分配及状态监控板、开关电源板。(5) 软件开发。为提高控制软件的编程效率和质量, 提高软件的标准化、模块化程度, 针对新一代通
重量; 由于元件无引脚, 可提高电路高频电性能, 并提
高抗震性能; 另外, S M T 采用自动化生产, 可减少生产过程中的人为故障, 提高装置的可靠性。
对S M T 的研究除重点对点胶、贴片、回流焊等组装工艺流程中关键参数、材料、工艺方法进行研究试验外, 还应注重对PCB 及元器件技术规范, 在线测试工艺以及IPC 有关S M T 技术质量标准的研究工作。
通过以上工作, 在本世纪末完成我国新一代即第四代车载列车通信与控制系统的目标是完全可行的。这一目标的实现, 将推动我国电力机车控制技术迈向国际90年代水平。
参 考 文 献
1 周桂法. SS 8型机车微机系统和部件诊断系统. 机车电传动, 1995
(4) .
2 严云升. TM 1机车的微机控制系统. 机车电传动, 1997(6) .
3 路向阳. 电动车组控制系统设计:[学位论文]. 北方交通大学, 1998. 4 陈春阳. 8K 机车电子控制线路特点. 机车电传动, 1989(2) .
—30—
1998年第5—6期机 车 电 传 动
№5—6, 1998
回顾与展望
我国电力机车控制技术的发展及未来
株洲电力机车研究所(株洲412001) 陈春阳
陈春阳 1962年生,
1983年毕业于西南交通
摘 要:介绍了我国第一、二、三代电力机车控制技术的发展过程及技术特点, 并就下一代控制技术的发展及所需解决的关键技术问题提出了见解。
关键词:电力机车 控制技术 模拟 微机 发展
大学机车电传动专业, 高级工程师, 曾从事机车控制技术研究工作, 所副所长。
The h istory and future of electr technology i n Ch i na
Zhuzhou E o R In stitu te (Zhuzhou 412001) Chen Chunyang
Abstract :It is developm ent p rocess and technical features of the electric locomo tive contro l techno logies of the . T he autho r airs h is op ini on on the developm ent of contro l techno logy fo r the next generati on and first , second and th ird generati ons key p roblem s to be so lved .
Key words :electric locomo tive , contro l techno logy , analogy , m icrocomputer , developm ent .
1 前言
近20年来, 随着微电子技术和计算机应用技术的迅猛发展, 国际上从事电力机车制造业的各大公司纷纷加大对电力机车控制技术的投入, 使这一称之为机车“大脑”和“神经”的技术不断得到更新、优化。我国在这一领域的研究起步较晚, 但通过走独立自主研究开发与引进国外先进技术相结合的技术路线, 已成功地在技术上走过了第一代模拟控制、第二代数模混合控制阶段, 进入了以计算机技术为主体的第三代控制技术阶段。
2 第一代电力机车控制技术
我国电力机车控制技术的发展历史可追塑到本世纪60年代末、70年代初。期间, 株洲电力机车研究所的科技人员对SS 2型试验用电力机车成功地进行了相控改造, 为我国电力机车电传动控制技术的发展奠定了基础。
电子控制技术真正用于国产电力机车始于1978年竣工的6轴SS 3型电力机车。由于晶闸管应用技术的推广, 该车采用了8级调压开关有级转换和级间相控平滑调压的主电路结构, 因此电子控制系统相对比较复杂。其主要功能有:
(1) 牵引工况恒电枢电流控制, 具有最高电机电
压限制功能;
(2) 制动工况恒励磁电流控制, 具有最大制动电流限制功能;
(3) 具有超压、二次侧短路、电机过流等保护功能;
(4) 具有调压开关进、退级与相控调压有关逻辑联锁、监控及保护电路。
在电路系统设计上, 为提高装置的可靠性, 采用了A 、B 两组相同的控制系统, 当一组出现故障时, 可人工切换至另一组, 从而不影响机车运行。这一设计思想为后续各型机车控制系统所借鉴。
经过不断地改进、完善, 该车型电子控制装置成为最早批量装车, 技术比较成熟的第一代产品。
1985年, 首台SS 4型8轴重载货运电力机车研制成功。该车采用了三段桥绕组不等分四段半控经济桥整流电路。在控制上, 通过司机手柄操作方式的不同, 可进行恒流控制、恒压控制和恒流、恒压同时给定的双重控制方式。制动工况采用电阻制动恒励磁电流控制。控制系统还设有各种过流保护电路, 在后期, 机车还加装了防空转 滑行控制装置。其电子控制柜结构见图1。由于没有调压开关, SS 4机车控制电路功能比SS 3机车简化了许多。从技术而言, 两种控制系统处于同一个水平。由于受电子器件水平的限制, SS 3、SS 4型电力机车电子控制线路主要采用的是以分立器件为主体的模拟
—27—
机 车 电 传 动
电子线路, 与现代技术相比在设计上也存在一定的不足, 具体反映在:
(1) 电路主要由电阻、电容、二极管、三极管、第一代运放(FC 3C 、电路板密度F 007等) 和数字I C 构成。低、可靠性较差。
(2) 控制功能简单, 无特性控制、重联、功率因数补偿等控制功能。
(3) 控制精度低。电路中很少用精密电阻、电容进行参数匹配, 多采用可调电位器调整, 因而电路板互换
性差
, 调整难度大, 系统精度仅能达到5%。
(4) 系统在抗干扰设计上考虑较少, 缺乏电路的高低电位隔离、屏蔽、过电压吸收、滤波等技术措施。
(5) 在结构上防尘、防潮、散热效果较差。(6) 标准化程度低。
1998年
(2) 采用了符合IEC 有关标准的电路板、机箱结
构和法拉第箱概念设计的机柜, 具有良好的防尘、防潮、防震和电磁屏蔽性能(图2) 。
(3) 在系统设计上, 较完整地考虑了电位隔离、滤
波、屏蔽等抗干扰措施。如对数字I O 信号采用光耦和继电器进行电位隔离, 对模拟I O 信号采用电磁变换原理进行电位隔离等。
(4) 系统电路设计上采用了高精度霍耳电流、电压传感器、0. 5%精密电阻等措施, 可保证电路板精度, 系统精度达2%。
(5) 、通用化程度高(12) 。
6, 功能模块齐
, 防空转 滑行控制, 功率因数补偿, , 加馈或再生制动控制, 重联控制以及各种保护的功能要求。(7) 工艺上采用绕接、压接布线, 自动波峰焊接, 全自动功能测试等新工艺, 提高了产品质量。
图1 SS 4型电力机车电子控制柜及插件
3 第二代电力机车控制技术
80年代我国采用技贸结合的方式从欧洲50H z 集
图2 第二代电力机车电子控制装置标准结构
团采购了150台8K 型电力机车, 其中2台机车在株洲合
作生产。株洲电力机车研究所在此期间承担了电子控制装置的合作生产和技术国产化工作, 并在此基础上, 在“七五”、“八五”期间成功地开发出了SS 5、SS 6、SS 3B 、SS 4改进型、SS 6B 、SS 7等不同车型的电力机车电子控制装置。这一代控制系统功能完善, 技术上达到国际80年代初水平, 并实现了标准化、模块化, 从而实现了我国电力机车控制技术的一次更新换代。第二代控制技术的特点有:
(1) 电路组成单元主要以LM 124、74HC LM 139、系列I C 等新一代数、模集成电路为主构成。部分电路如功率因数补偿、空电联合制动控制电路采用单板机技术。
4 第三代电力机车控制技术
第三代电力机车控制技术是以微型计算机技术为核心的新一代控制技术。我国电力机车微机控制技术1987年开始起步, 并于1991年底首次在SS 438号车上
装车运行考核, 目前已成功地推广应用于SS 8准高速客运电力机车、SS 4B 重载货运电力机车和首次出口伊朗的电动车组头车(TM 1) 。
从机械结构上来看, 微机控制装置沿用了第二代控制系统一样的柜、插件箱、板三层结构, 但增加了司机室诊断显示功能。在系统上采用三级分层结构(参见图3) , 即:
(1) 人机对话级。本级由显示屏、键盘及显示控制装置组成。它除具有替代原机车模拟仪表显示机车工
—28—
第5—6期 陈春阳:我国电力机车控制技术的发展及未来
况及参数的功能外, 还具有日历、时针显示, 机车累计运行参数统计, 机车轮径设置, 故障记录查询, 自检项选择和自检结果及参数显示等功能。早期为等离子体显示屏, 主CPU 为8088, 采用汇编语言编程以提高汉字图形方式下的屏幕响应速度, 现采用T FT 彩色液晶屏, 并将显示控制装置与显示屏融为一体, 主机为486, PC 104总线, 并采用C 语言编程。
(2) 特性控制级。主CPU 为80186, 采用功能块图形语言编程(FU PLA ) , 以便提高编程效率, 便于移植, 它担负着机车级机车特性控制及各种保护和诊断功能。
(3
) 变流器控制级。CPU 为8097, 采用汇编语言编程以满足脉冲触发部分实时快速的要求。
级间通信采用R S 485标准, CPU 为8031。
现代车载微机控制系统的迅速更新换代。如1992年西门子公司在原S I BA S 16传动控制系统的基础上推出了S I BA S 32。AD tranz 公司(原BBC ) 也于1992年用M I CA S —S 2取代M I CA S —S 装备在R e 460机车上, 在1996年开发出更新一代分布式列车控制与通信系统
现代控制系统的共同特点有:M ITRA C 即C&C系统。
(1) 控制系统由单一机车传动控制发展为由列车总线、车厢总线与控制器总线连接成完整的列车通信和控制网络系统。
(2) 硬件电路板均实现了标准化、模块化, 各外围模块具有网络接口, , 简化集中布置。
(。
) , 采用了高速数字信号处理器芯片。
(5) 采用磁场定向控制或直接力矩等新型控制方式。
(6) 采用了多层印刷板、S M T 等先进生产工艺。
为适应高速、重载运输技术的发展, 研究我国下一代列车通信与控制系统是我们面临的一个重要课题。新系统的开发要在已有控制技术的基础上积极吸收国外现代技术、先进的生产工艺, 并遵循以下原则:
(1) 系统设计遵循IEC 、IEEE 有关技术标准。
(2) 系统具有高可靠性。
(3) 系统采用列车控制级、机车控制级和传动控
图3 SS 8机车三级控制系统结构
制级三级控制模式。
(4) 由列车总线、车厢总线及控制器总线连接各
经过近6年的考核、改进以及1年的批量装车运行
表明, 电力机车微机控制系统经受住了考验, 其优越性已为大多数用户所认可, 概括其特点主要有:
(1) 硬件标准化、通用化程度高, 不同的特性、参数和控制功能只需在软件上区别, 硬件可做到通用, 因而系统的灵活性高。
(2) 装置的可靠性提高。经SS 8型电力机车郑武线近期运行考核表明, 微机控制系统平均无故障工作时间(M TB F ) 近1万小时, 远远高于以前系统4000小时的水平。
(3) 微机系统智能化程度高, 其故障诊断、显示功能实时监测系统的主要部件, 便于确认系统状态, 查找分析故障原因。
(4) 便于功能的扩展和升级, 如与其他部件或系统(辅助变流器、制动单元、速度分级控制系统) PL C 、通过串行通信方式建立联系、交换信息。
级控制装置构成分布式计算机网络。
(5) 车厢内各种控制设备全部实行网络化设计。
图4所示为一般的列车通信与控制系统拓扑结构。为开发新一代列车通信与控制系统, 近期应开展以下各项研究工作:
(1) 完成列车通信网及相关总线技术的研究。结
合我国电力机车、地铁、动车、轻轨的发展, 参照IEC TCN 标准, 积极吸收国外成熟技术, 确定我国未来的
列车总线、车厢总线以及各级控制总线有关技术协议, 确定总线介质、网卡、机械结构等硬件标准, 尽快地研制出我国列车通信网络。
(2) 加强电磁兼容性(E M C ) 的研究。随着微机控
制技术的大量应用, E M C 问题是系统设计是否成功的关键因素之一。目前, IEC 571、IEC 1000—4等标准均将E M C 试验作为机车电子装置型式试验的必要考核
5 未来的发展及应开展的工作
交流传动技术和计算机通信技术的发展, 推动了
指标。过去, 因条件所限, 我国铁路机车车辆没作出该
—29—
机 车 电 传 动
1998年
信与控制系统主要CPU 芯片的软件开发要求, 应对80186CPU (80196CPU ) 在现有的FU PLA 功能块图形语言的基础上建立相应的开发环境; 对数字信号处理器要开发规范化的汇编程序库,
用C 语言进行编程。
(6) 诊断系统研究。现有微机控制系统的诊断范围仅限于微机控制装置内部所能获取的信息, 。新一, 通过对系统、对常见故, 、准确的一系列故障判别模, 使诊断系统真正成为方便司机和检修人员的“专家系统”。同时还需开发出一种便携式网络诊断工具, 直接从通信网上对系统进行访问、诊断。
(7) 工艺研究。新的一代通信及控制系统功能大大增加, 因此, 对装置的体积和可靠性提出了更高的要求。目前采用表面安装技术(S M T ) 是国际上铁路机车车辆控制装置中电路板组装工艺的一个潮流。采用S M T 技术可大大提高电路板的集成度, 减小装置体积
图4 列车通信与控制系统拓扑结构
项要求, 现在E M C 的重要性已为人们所重视。依托于
株洲电力机车研究所的国家变流技术工程研究中心投巨资兴建了电磁兼容试验室, 北方交通大学等单位正积极从事该方面研究。境的大量测试、试验, (安装电磁环境要求, 射, 电压浪涌、、试验标准。
(3) 交流传动关键控制技术的研究。我国首台交流传动机车A C 4000, 采用的是滑差—电流反馈控制方式。目前国际上磁场定向控制和直接力矩控制方式已获推广应用, 我国也开展了对直接力矩控制方式的研究并已取得阶段性的成果。我们应在完善现有滑差控制方式的同时, 完成直接力矩控制方式或磁场定向控制方式的研究, 使该项技术尽快进入实用化阶段。
除此之外, 四象限变流器控制技术、粘着控制技术、GTO 或IGB T 门控及保护技术等都是新一代控制系统研究的重点。
(4) 标准化、模块化电路硬件的研制。新一代通信与控制系统的硬件应考虑标准化、模块化设计, 根据功能要求采用6U 、4U 各种电路板系列。6U 系列用于较复杂的控制, 如机车控制级; 4U 系列一般用于简单功能单元如客车节点等。
模拟I 列车和机车控制级有:主CPU 板(SBC ) 、O 板、数字I 粘着控制板、信号调整板、网卡、O 板、PL C
逻辑控制单元(含CPU 、数字量输入、数字量输出3块板) 、通信接口板、开关电源板。
传动控制级有:变流器控制板、保护板、信号调整板、脉冲分配及状态监控板、开关电源板。(5) 软件开发。为提高控制软件的编程效率和质量, 提高软件的标准化、模块化程度, 针对新一代通
重量; 由于元件无引脚, 可提高电路高频电性能, 并提
高抗震性能; 另外, S M T 采用自动化生产, 可减少生产过程中的人为故障, 提高装置的可靠性。
对S M T 的研究除重点对点胶、贴片、回流焊等组装工艺流程中关键参数、材料、工艺方法进行研究试验外, 还应注重对PCB 及元器件技术规范, 在线测试工艺以及IPC 有关S M T 技术质量标准的研究工作。
通过以上工作, 在本世纪末完成我国新一代即第四代车载列车通信与控制系统的目标是完全可行的。这一目标的实现, 将推动我国电力机车控制技术迈向国际90年代水平。
参 考 文 献
1 周桂法. SS 8型机车微机系统和部件诊断系统. 机车电传动, 1995
(4) .
2 严云升. TM 1机车的微机控制系统. 机车电传动, 1997(6) .
3 路向阳. 电动车组控制系统设计:[学位论文]. 北方交通大学, 1998. 4 陈春阳. 8K 机车电子控制线路特点. 机车电传动, 1989(2) .
—30—