干式負載智能控制系統的研究

席國乾　車軍

摘要：干式負載的智能控制系統是由接觸器、電阻器、散熱風機等元器件組成的，在運轉的時候干式負載的電阻器會因為發電而不斷消耗電機組的運轉功率，需要設計并開發一套專用的電阻機、不間斷電源和電力傳輸設備等組成的智能控制系統，智能控制系統的應用對機車的發動機的全面的控制和設備穩定性有積極的作用，可以及時發現機車運行中存在的故障和隱患，有效控制車輛運行和使用的安全。本文分析了如何設計和優化干式負載智能控制系統。

關鍵詞：干式負載智能控制系統;設計;控制

0 ?引言

機車內的發電機組在各種不同的轉速下會存在各式各樣的負載特性，對不同的柴油發電機進行干式負載智能控制系統的設計要基于發電機的不同數據特征，參照各項特性指標的國家要求和標準進行試驗和優化。在干式負載智能控制系統設計的過程中，發動機的負載精度低，負載的功率過大的問題和操作不便利的情況都會影響機車柴油發電機的實際負載效能以及轉速特征，因此，干式負載智能控制系統需要在原有的基礎上提升“快、穩、準”的加載特性，準確且靈敏地感受到系統的高低壓變化、大功率環境下的調速特性以及負載能力，有效提升機車整體的運行穩定性。

1 ?干式負載智能控制系統的性能及特點

干式負載智能控制系統是由功率組件和控制系統兩部分組成的，各個部分的元件所需要的功率是不同的，干式負載智能控制系統中的功率單元包括電阻和電抗器，其他的元器件包括照明電路、冷卻風機等設備，在機車的智能控制系統運轉過程中發揮重要的作用。干式負載智能控制系統在載荷范圍內可以通過智能的監測與控制對微處理器進行負載情況的監測，做負載情況的設計與計算，讓負載實際控制系統的運轉在強大的數據基礎上實現，也讓智能系統的高效運轉的功效變得更加強大。

在干式負載智能控制系統的運轉內，以往集成一體化的設計多是由許多的設備組成的，安裝步驟比較繁瑣，且在安裝運行之后不便于維修，因此要在干式負載智能控制系統中做好不同等級電壓的輸入及輸出機組調速，在系統測試的過程中，跟蹤數據，設計和優化干式負載智能控制系統的各個組成部分，包括：干式電阻、干式電抗一體負載機、控制設備、控制面板、測控系統以及遠控設備。

干式負載智能控制系統的設計多是采用集成一體化的方式進行，機車在行駛的時候面臨著許多復雜的行駛環境，在進行干式負載智能控制系統設計的時候要綜合考慮機車的運行環境，對所有的元器件采用一個統一的標準，尺寸的大小根據元器件負載功率的大小確定，每一個元件的接口處預留一個獨立的負載裝置和控制系統，安裝擴展的接口，使得集成一體化的設計做到靈活和可擴展。

2 ?干式負載智能控制系統的設計組成部分

干式負載智能控制系統的設計結構如圖1所示，干式負載智能控制系統的設計主要是從干式負載檔位、風機接觸器、空氣壓力信號開關以及排氣溫度信號等幾個重要的部位著手，利用PLC軟件系統將各個元器件結合在一起，并可以通過PLC軟件系統做到遠程的監督，將監控軟件安裝在PC端口上，可以利用以太網對電纜的信號進行數據分析，下達操作指令。

在干式負載的智能控制系統設計的過程中，PLC軟件系統的設計最大的問題就是如何找到功率總和與既定檔位之間的匹配關系，干式負載調節功率的運轉核心在于找零，需要借助動態規劃法或者是窮舉法的方式解決和處理，這樣的結構和設計方式可以在發生故障的時候仍然可以做到保持基本的運轉，排除掉接觸器、風機不轉以及排氣超溫的問題，因此，在進行PLC軟件設計的時候，可以分兩步進行系統完善，第一步是實現對干式負載常見故障的自動檢測，對故障問題進行事前預測，在程序設計的時候加入事前編程。第二步采用窮舉法和最優控制算法的方式進行故障檔位的確認，按照智能控制系統的檔位組合做設計優化。

在對干式負載智能控制系統進行設計的時候必然要對故障問題進行提前預判，常見的干式負載智能控制系統的故障有幾種，包括：風機接觸器故障、排氣超溫故障、風壓低故障，對于不同的故障類型，深入分析故障產生的原因，按照故障判斷的邏輯在設計階段進行問題的事前整理。

對于干式負載智能控制系統中出現的風機故障判斷，要對發電機的每一項調節功率進行動風機的運行情況的追蹤，本次功率調節的風機在閉合檔位后所需的風機都在閉合檔位情況的檢驗。一旦發現閉合檔位的接觸器和動風機出現啟動失敗的情況，干式負載智能控制系統就可以及時發現問題，在短時間內閉合和斷開瞬間電流，確保電流損壞的問題不會影響機車的整體運行的穩定性。一旦動風機出現問題斷開檔位之后，只需要在3分鐘內就可以跟蹤分析故障發生的原因，停止風道風機，并確保智能控制系統可以繼續發揮作用冷卻就電阻管，防止機車的排氣溫度過高。

在分析和判斷動風機的故障情況的時候，可以從動風機的運轉情況出發進行故障性能的分析，還可以從正常運行的過程進行判斷，干式負載智能控制系統可以從起動指令出發對機車的功率進行調整，接觸器在接收到相關的指令之后可以啟動一個2秒的定時器，將檢測到的數據和情況反饋到監測器中，如果反饋的結果為真，說明干式負載智能控制系統的運轉順利進行，如果沒有順利地抵達監測器中，說明風機的運轉情況發生了故障，智能控制系統會及時發出警報，運轉的機制如圖2所示。

機車的內部電機在長時間運轉的時候很容易發生溫度過高的情況，溫度過高會給智能控制系統的運轉帶來較大的負荷，引發故障的概率也非常地高，干式負載智能控制系統在設計的時候為了降低溫度過快、過高的變化帶來檔位故障切換的情況，要在設計階段增加一個故障報警的設計，智能控制系統的檔位切換故障判斷的邏輯如圖3所示。

如果智能控制系統中檢測到溫度過高的情況，達到系統設定的警報值，干式負載智能控制系統返回的信息值為“真“，此時會觸發警報。

在干式負載智能控制系統的設計以及使用的過程中在每一個風道口都設計安裝了一個空氣壓力開關，在風機正常運轉的時候，風壓的產生是必然的，也會影響空氣壓力的開關以及閉合，風壓過大或者是沒有正常的紓解通道就會影響智能控制系統的正常運轉，在判斷干式負載智能控制系統的故障排查可以借助智能控制系統的實時監測的功能實現，當系統向風機發送啟動指令，如果2s空檢驗到空氣壓力開關啟動，向干式負載智能控制系統返回“真”的信號，此時說明風機運轉正常，復位的定時器可以退出的循環機制，機車可以繼續地穩定運轉。如果與上述的反饋情況不同，則智能控制系統可以收到風機返回的警報信號，此時說明機車內部的空氣壓力開關進口處的氣流紊亂，風壓的存在以及氣流的波動會讓信號瞬間跳動，影響機車風機的安全運轉，對機車的安全行駛也產生一定的影響，當智能控制系統收到返回的警報信號之后，要及時做好維修檢驗計劃的安排。

3 ?總結

干式負載智能控制系統的設計與安裝使用讓機車發電機的運轉變得更加穩定和安全，在機車行駛的過程中，面臨的環境和要素是非常復雜的，機車內部器件的運轉以及外部環境要素的影響需要智能的控制系統進行實施的監測。本文總結以往機車控制系統的設計與監測的經驗，優化當前系統的穩定性，使得機車的安全控制變得更加簡單、可靠，尤其是多層次的報警與監測的系統，讓機車內部控制系統的穩定性和安全性得到大大的提升。

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作者簡介：席國乾（1993-），男，甘肅白銀人，蘭州交通大學碩士研究生，研究方向為高速動車組電氣裝備自動化與監控技術。