Protel 99 SE在制作搗固車電路板中的應用

馬飛云

（河北鐵建工程有限公司，河北 石家莊 050001）

Protel 99 SE在制作搗固車電路板中的應用

馬飛云

（河北鐵建工程有限公司，河北 石家莊 050001）

在鐵路線路上進行大型養(yǎng)路機械清篩施工，天窗點內(nèi)時間緊、任務重、安全壓力大，如果再遇到搗固車電路板故障，又不能及時解決，就會給施工組織帶來很大困難，甚至可能會導致延點、給鐵路安全運輸生產(chǎn)造成惡劣影響，因此，制作足夠數(shù)量的備用板以便現(xiàn)場及時更換不失為一項安全舉措。YD32Ⅳ型搗固車包括十幾種能實現(xiàn)作業(yè)控制的電路板，而Protel 99 SE是一款功能強大的電路輔助設計工具，論文主要對Protel 99 SE制作聯(lián)鎖板的過程做了分析，并對此實踐應用作了總結(jié)與展望。

Protel 99 SE；搗固車；電路板制作；應用

0 引言

YD32Ⅳ型搗固車的電氣系統(tǒng)擔負著全車各種作業(yè)的控制任務，它是整車的大腦，直接指揮各種作業(yè)，其分為作業(yè)控制系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)。作業(yè)控制系統(tǒng)分為程序控制系統(tǒng)、搗固控制系統(tǒng)、撥道控制系統(tǒng)、起道抄平控制系統(tǒng)、軌道參數(shù)自動處理系統(tǒng)和作業(yè)質(zhì)量記錄輸出系統(tǒng)等[1]。搗固車主要進行搗固、撥道、起道抄平作業(yè)，實現(xiàn)這些功能涉及到的電路板有輸入板、驅(qū)動板、電平轉(zhuǎn)換板、起道板、橫平板、撥道板、求和板、超量輸入板、聯(lián)鎖板、線性搗固板、感應搗固板和激光準直板等。

Protel 99 SE是一款功能強大的電路輔助設計工具，它具有豐富多樣的編輯功能、強大便捷的自動化設計功能、完善有效的檢測工具、靈活有序的設計管理系統(tǒng)，是EDA技術(shù)行業(yè)的主流產(chǎn)品。

本文主要闡述了通過利用該軟件并結(jié)合既有技術(shù)資料對此搗固車的聯(lián)鎖板進行制作的方法和過程，而且列舉了其中的常見問題和解決方法，并對制作成果進行了調(diào)試試用，最后還對此項實踐應用做出了總結(jié)與展望。

1 Protel 99 SE制作聯(lián)鎖板過程分析

1.1 聯(lián)鎖板原理分析

YD32Ⅳ型搗固車聯(lián)鎖控制板主要包括：作業(yè)部分，即聯(lián)鎖執(zhí)行機構(gòu)左/右起道伺服閥；作業(yè)電部分，即聯(lián)鎖作業(yè)啟動回路、作業(yè)急停等；緩解部分，即聯(lián)鎖液壓制動緩解；作業(yè)機構(gòu)部分，即聯(lián)鎖作業(yè)機構(gòu)解鎖指示；起撥道部分，即聯(lián)鎖起道、撥道作業(yè)控制電信號；電源顯示部分，即聯(lián)鎖作業(yè)電、起撥道、搗固電源顯示。

以上這些單元就構(gòu)成了搗固車聯(lián)鎖板電路，邏輯清晰、條理清楚的實現(xiàn)了各種控制聯(lián)鎖，在制作之前對其組成架構(gòu)有一定了解并弄懂其中的原理對后面的原理圖繪制、PCB布線都有很大的幫助。

1.2 繪制元件庫

經(jīng)過對所有電路板所需元件的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，其涉及種類基本一致、統(tǒng)一，所以制作元件庫既能夠為繪圖選件帶來方便，也能使將來更多類型電路板的制作更加系統(tǒng)化。庫制作涉及到原理圖（SCH）繪制和印刷電路圖（PCB）繪制，表1是YD32Ⅳ型搗固車電路板元件庫制作項目表。

表1 元件庫制作項目表

制作SCH元件庫時，首先要啟動原理圖元件庫編輯器。單擊 【Document】標簽，進入設計文件夾 【Document】，執(zhí)行菜單命令 【File】/【New】或在工作區(qū)單擊鼠標右鍵選擇 【New】命令，出現(xiàn) 【New Document】對話框，雙擊對話框中的 【Schematic Library Document】圖標，即可創(chuàng)建一個新的元件庫文件。默認的文件名為“Schlib1.lib”，在工作窗口中該文件的圖標上雙擊或在設計瀏覽器中該文件的文件名上單擊鼠標左鍵，即可進入原理圖元件庫編輯器[2]。

制作PCB元件庫時，與其類似，只是雙擊對話框中的 【PCB Library Document】圖標，即可創(chuàng)建一個新的元件庫文件。默認的文件名為 “PCBlib1.lib”，在工作窗口中該文件的圖標上雙擊或在設計瀏覽器中該文件的文件名上單擊鼠標左鍵，即可進入PCB元件庫編輯器。而且它還可以執(zhí)行菜單命令 【Tools】/【New Component】或單擊元件編輯瀏覽器上的 【Add】按鈕，通過向?qū)碓O計制作PCB元件。

1.3 SCH繪制、ERC檢測及輸出網(wǎng)絡表

原理圖繪制是印制電路板設計的基礎工作，其設計步驟如下，根據(jù)實際情況可以進行適當調(diào)整：

新建原理圖文件；設置圖紙和工作環(huán)境；裝載元器件庫；放置所需的元器件、電源符號等；元器件布局和連線；放置標注文字等進行電路標注說明；電氣規(guī)則檢測、線路、標識調(diào)整與修改；產(chǎn)生相關報表；電路圖存盤及輸出。

繪制原理圖時要特別注意連線及網(wǎng)絡標號的正確性，不然會造成連接及網(wǎng)絡標號失效等不必要的麻煩[3]。

電氣規(guī)則檢查（ERC）是按照一定的電氣規(guī)則，檢查電路圖中是否有違反電氣規(guī)則的錯誤。ERC檢查報告以錯誤（Error）或警告（Warning）來提示。進行電氣規(guī)則檢查后，系統(tǒng)會自動生成檢測報告，并在電路圖中有錯誤的地方放上紅色的標記。

原理圖繪制完成后，首先要進行ERC檢測：執(zhí)行菜單命令 【Tools】/【ERC】，要對生成文件中的警告及錯誤認真查找修改，直至測試無誤。

一般來說，設計原理圖的最終目的是進行PCB設計，網(wǎng)絡表在原理圖和PCB之間起到一個橋梁作用。網(wǎng)絡表文件（*.Net）是一張電路圖中全部元件和電氣連接關系的列表，它包含電路中的元件信息和連線信息，是電路板自動布線的靈魂。可以執(zhí)行菜單命令【Design】/【Create Netlist】，將會出現(xiàn)網(wǎng)絡表對話框進行設置輸出。

1.4 PCB繪制、DRC檢測及輸出元件清單

為了方便布局、設計修改，繪制PCB時我們直接在軟件中根據(jù)原理圖進行手工放置元件、焊盤、過孔等，并進行線路連接，一般步驟如下：規(guī)劃印制電路板；放置元件、焊盤、過孔等圖件；元件布局；手工布線；電路調(diào)整；輸出PCB。

在PCB設計中，首先要規(guī)劃印制電路板，即定義電路板的機械輪廓和電氣輪廓。電路板的機械輪廓是指它的物理外形和尺寸，需要根據(jù)搗固車電路板插槽空間等進行設計；電路板的電氣輪廓是指它上面放置元件和布線的范圍，電氣輪廓一般定義在禁止布線層上，是一個封閉的區(qū)域[4]。圖1就是繪制完成的聯(lián)鎖板的PCB圖。

設計規(guī)則檢查（DRC）是按照一定的設計規(guī)則，檢查電路圖中是否有違反設計規(guī)則的錯誤。DRC檢查報告同樣以錯誤（Error）或 警 告（Warning）來提示。 執(zhí)行菜單命令 【Tools】/【DRC】， 要對生成的文件中警告及錯誤認真查找修改，直至測試無誤。

一般電路圖繪制完畢，需要打印輸出原理圖文件，并且還要產(chǎn)生一份元件清單，以便于采購或裝配。執(zhí)行菜單命令 【Reports】/【Bill of Material】，可以產(chǎn)生元件清單，它給出了電路圖中所用元件的數(shù)量、名稱、規(guī)格等。

圖1 聯(lián)鎖板PCB圖

2 完成電路板驗收、焊接、調(diào)試

制作完成后的電子版文件要交付印制電路板廠商進行印制，需要及時與其溝通細節(jié)以保證制成板件的合格率。驗收時要注意查看印刷線是否完整、有無遺漏，焊孔屬性是否良好，設計間距是否滿足要求等。

然后就可以將購置的電子元件焊接在合格的電路板上了，焊接前要逐一檢測元件性能，擇優(yōu)使用，焊接時要講究順序、方法，提高效率、降低次品率，板上元件應焊接牢固，焊點清晰、光滑，不允許有虛焊和短路。

焊接完成后的電路板要對可調(diào)電阻進行參數(shù)預調(diào)（參考正在使用的電路板數(shù)據(jù)），然后通過穩(wěn)壓電源對其模擬供電，測量記錄繼電器、集成電路等元件反應特性、電壓參數(shù)等，與正在使用的電路板參數(shù)對比，采用在正常參考范圍內(nèi)的合格電路板再進行上車作業(yè)調(diào)試，直至能夠較好完成作業(yè)控制。

此聯(lián)鎖板在車載作業(yè)試驗過程中控制良好，能夠完成其涉及到的作業(yè)、電源顯示、緩解、作業(yè)機構(gòu)、起撥道和作業(yè)電聯(lián)鎖，試用驗證結(jié)果較好。

3 總結(jié)與展望

通過對天窗點施工嚴峻現(xiàn)實情況的客觀分析，增加備用電路板數(shù)量以快速替換故障電路板進而節(jié)約寶貴的施工時間是一項正確的舉措。充分理解既有技術(shù)資料，結(jié)合Protel 99 SE軟件制作電路板，不僅經(jīng)過了試用驗證反響良好，而且在解決困難的同時也節(jié)約了成本，充分體現(xiàn)了這一實踐應用的價值。

搗固車結(jié)構(gòu)復雜，其電路板檢測與故障診斷難度大，應用Protel 99 SE的電路仿真功能對該車電氣系統(tǒng)主要電路板進行仿真，通過改變相關元件的值，分析響應信號波形及輸出值的變化，能夠為其電路板的檢測和故障診斷提供重要依據(jù)、為該系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)庫的建立提供高效快捷的方法[5]。由此可見，繼續(xù)加大加深對此軟件的實際應用也將會給日后的工作帶來很多方便。

[1]韓志青，唐定全.抄平起撥道搗固車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]清源科技.Protel 99 SE電路原理圖與PCB設計及仿真[M]北京:機械工業(yè)出版社，2011.

[3]李勇，許福東，廖燕，等.電路仿真軟件Protel在電路設計中的應用[J].科技信息，2007，31.

[4]鄧艷.Protel99SE在電路設計中的應用[J].綿陽師范學院學報，2007，26.

[5]賀從林，張彥斌.Protel 99 SE在某裝備隨動系統(tǒng)電路仿真中的應用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，17.

The Application of Protel 99 SE to Make Circuit Boards of Tamping Machine

MA Fei-Yun
（Hebei Railway Construction Engineering Co.,Ltd.,Shijiazhuang Hebei 050001,China）

During the Construction of Railway Track Under Cleaning on railway lines by using the Large Track Maintenance Machine,facing with the tight time、heavy task and great pressure of safety under headway,if we encounter some circuit board fault of Tamping Machine,while these problems are not solved in time,it will must bring very great difficulty to the Construction Organization,may even cause the constructing time to be lengthened and serious aftereffects to safe railway transportation and production.Therefore,making enough circuit boards for the later use so as to replace them timely in the construction site is one of the safety measures.YD32Ⅳtamping machine includes more than ten kinds of circuit board which can realize the operation control,while Protel 99 SE is a powerful circuit aided design tool,this paper mainly analysis on the making process of interlocking circuit board,and then summarize and prospect this practical application.

Protel 99 SE；tamping machine；making circuit board；application

TP3993

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.058

1002－6673（2014）03－153－03

2014－03－20

馬飛云 (1989-)，男，河北石家莊人，助理工程師，大學本科，研究方向：工程機械機電液一體化。