關于研制0.5～1Km/h區間低恒速的必要性

王昊

近年來，煤礦等能源型公司大量引進先進的快速定量裝車系統以實現裝車自動化作業，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度。這進一步對貨運機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，因此研發更為精確的低恒速控制系統的大功率貨運機車就顯得尤為重要。

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

從2002年4月至今，大連機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低恒速機車等。比如說山西晉城礦務局原本是二七公司的傳統用戶，早年其一直運用二七公司所生產的DF7系列，后來因為此單位提出0.5～3Km/h的低恒速裝置，二七公司滿足不了其技術要求，而大連公司極為重視，直到后來每年1～2臺的機車采購均采用大連公司產品，二七公司失去了原本的市場。因為此裝置的重要性，很多周邊的企業也慕名而來，比如長治的潞安礦務局，此單位此后幾年的大批量機車采購都從大連機車公司直采，二七公司因為此低恒速裝置損失了大量的機車市場。

應用遙控低恒速機車裝煤的優點：

1）提高了裝煤速度和裝煤質量，降低了工作人員的勞動強度；

應用沒有遙控低恒速功能的機車裝煤時，由于很難控制機車的速度，有時裝一節車廂需要停幾次車，控制塔上的操作人員通過對講機不停的指揮司機控制機車前進、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。

應用遙控低恒速機車裝煤時，司機不需要做任何操作，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范圍內任意設定機車的速度，控制機車的前進、制動和后退，車廂以恒速經過控制塔前時，操作人員根據投煤斗與車廂的相對位置控制投煤，當車廂的首部剛經過投煤斗時，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車廂，接著連續裝下一節車廂。裝完的煤非常平整，不需要人工平煤。

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

2）應用遙控低恒速機車裝煤，有利于生產安全；

控制塔上的操作人員不需要用對講機指揮司機控制機車，只需通過遙控器控制機車在給定速度下恒速運行，如有緊急情況，可以及時控制機車停車。如果機車不采用恒速控制，機車速度忽快忽慢，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裝煤中能發揮高效、安全的優勢，在礦山、港口、油田等需要自動化裝車作業的場合同樣具有很好的應用推廣前景。現我公司的低恒速裝置在0.5～1Km/h區間是個空白，望有關領導重視，使二七公司的機車市場更進一步。

附：低恒速機車的控制系統由微機控制系統和遙控控制系統兩部分組成。

（一）.微機控制系統

微機控制系統是一個以Intel 80C196KC為核心的內燃機車多功能實時控制系統，由于該系統的軟硬件均為開放式設計，因此在原有的控制功能，包括柴油機轉速控制、恒功率控制、輔助發電（110V）控制、過渡控制及實時異步串行通訊等功能基礎上，又增加了低恒速控制功能。

1.微機控制系統硬件

微機控制系統硬件包括一個四槽DLC主機箱和一個信號裝置。

DLC主機箱由機箱、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（左邊兩塊或右邊兩塊），另兩塊板處于備用狀態，每兩塊板又分為主板和輔板。

機車低恒速工作模式信號（110V信號）通過KZZH開關傳送到輔板的開關量輸入通道，同時機車速度給定信號（0～5V對應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電流與常用制動減壓量信號傳送到主板的模擬量通道，機車速度和柴油機轉速反饋信號同時傳送到主板和輔板。主板根據所獲得的信號通過HSO口控制PWM占空比，從而控制機車主發電機的勵磁。

信號裝置包括三塊電路板，一塊是柴油機轉速及機車速度隔離變換板，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過隔離變換變成微機所能識別的信號，然后再把這些信號傳遞給微機。

2.低恒速控制系統的控制原理及軟件設計

機車的低恒速控制系統是典型的無靜差調速系統，采用電流、轉速比例積分調節

器，利用電流閉環控制和機車速度閉環控制，實現對機車的低恒速控制。在這里面電流閉環控制的作用是：在不同柴油機轉速下限定牽引電機的最大牽引電流，同時限定牽引電機電流加載率，使機車平穩起動。機車速度閉環控制的作用是：實現機車速度的無靜差調速控制，保證機車在某一給定速度下低恒速運行。

在低恒速模式下，當柴油機的轉速變化時，DLC的限流基準器將給出主發電流基準信號，并送往主發電流加減載率控制器，形成限流凈基準信號，它與電流反饋信號相比較，比較誤差信號送至主發電流調節器。同時，機車速度給定信號（0～5V對應0～3Km/h）經過機車速度給定加減載率控制器，形成機車速度基準信號，它與機車速度反饋信號相比較，比較誤差信號送至機車速度調節器。這兩個調節器都是自適應的PI調節器，即調節器的參數隨著柴油機轉速、主發電流、和機車速度的變化自動進行調整，以保證系統具有優良的動態性能和穩態性能。兩個比較器的輸出信號通過比較器進行比較，比較后的最小值作為驅動器的有效輸入信號，該控制信號經驅動器和勵磁機放大后控制主發電機的勵磁。由于機車剛起動時，機車速度反饋為零，驅動器的控制信號按一定的加載率逐漸加大，進而控制主發電機勵磁逐漸增大，使主發電流逐漸增大，牽引電機開始轉動，機車速度逐漸增大，隨著機車速度反饋的變化，機車速度調節器的PI調節參數自動進行調整，當機車速度大于給定速度時，控制主發電流逐漸減小，使機車速度減小。如此過程反復調整，使機車速度穩定在機車速度給定值上。

由于機車在大負荷、低速狀態下運行，牽引電機的電流一直非常大，因此需要增大柴油機轉速來增大牽引電機的通風量，當司機把KZZH開關扳到司機控制低恒速位或遙控低恒速位時，柴油機轉速自動升到600轉/分鐘。柴油機轉速為600轉/分鐘時，牽引電機的限流值為648A，當牽引電機的電流大于645A且持續1秒鐘，機車柴油機轉速自動升到800轉/分，一方面增大牽引電機的散熱量，另一方面，牽引電機的限流值增大到864A，增大牽引電機的牽引力。

根據上述原理，編寫了低恒速控制系統的控制軟件，同時，在控制軟件中增加了許多保護功能，如采用了限流、限速等保護，從而保證機車的安全運行。

（作者單位：中車北京二七機車有限公司）