CAT發(fā)動機C7司機控器原理淺析及維護建議

陳勁松

摘 要：對 CAT發(fā)動機C7司機控器工作原理進行分析，并提出維護建議，避免在運行途中發(fā)生故障對列車運行造成影響，以維護正常的運輸秩序。

關(guān)鍵詞：司機控制器 電壓 故障

CAT發(fā)動機C7型司機控制器，作為機車換向、調(diào)速的主令電器是司機用來操縱機車的一種手動電器，進而控制機車的運行方向及速度。它有著很好的技術(shù)指標，操縱扭矩約20N，預(yù)期回轉(zhuǎn)使用壽命500000次，五個接線口分別是DC24V電源，GND接電源地，CANH接口通訊，CANL接口通訊，GND接地線。

1 工作原理

CAT發(fā)動機C7司機控器采用CAN、雙模電壓、單模電壓或者PWM控制轉(zhuǎn)速的發(fā)動機調(diào)速以及采用符合SAE J-1939協(xié)議的電控變速箱換擋控制，該司機控制器也可用于控制采用電磁閥換擋的變速箱。發(fā)動機上的油門控制器接收司控器信號以及輸入的開關(guān)使能信號，將其轉(zhuǎn)換為符合發(fā)動機和變速箱控制器要求的控制信號。

2 控制方式

CAT C7發(fā)動機的調(diào)速方式、變速箱的換擋方式、自動換擋參數(shù)以及司機控器的連接方式及參數(shù)都可以通過軟件設(shè)定。通過控制器面板上的指示燈或者查閱說明代碼，可以快速確定司機控制器的工作狀態(tài)，為故障診斷提供了便利。另外通過軟件檢測也可以更加詳細的了解司機控制器的各種狀態(tài)。

3 電壓信號

CAT發(fā)動機C7司機控器開關(guān)量輸入高電平（24V）有效，繼電器輸出為常開輸出型，正常工作時會跟隨油門變化指示會進行由暗變亮或由亮變暗，對于發(fā)動機調(diào)速而言，兩路電壓或者一路PWM信號，其中兩路電壓信號成2：1的關(guān)系（V0=2*V1），為此可提供雙模式或者單模式電壓控制信號。而對于變速箱的換擋控制而言，本司機控制器同樣提供兩種控制方式：CAN通信方式或者電磁閥方式，其中電磁閥方式可設(shè)定為兩檔模式（前進檔、后退檔及空檔），另外為了降低連接硬線數(shù)量，本司機控制器采用了通信的數(shù)字司機控制器，通過 J1939能夠檢測到發(fā)動機ECU控制電壓，如電壓異常，ECU會報告故障。

4 變速箱接線

4.1兩檔電磁閥控制接線方式

變速箱電磁閥的公共端和控制器21號端子上的信號可交換，也就是電磁閥公共端接地，而司機控制器21號端子接24V電源。Y0和Y2輸出用于控制變扭器前進檔和后退檔繼電器，Y1輸出制動卸荷控制信號，Y3輸出散熱卸荷控制信號。正常運轉(zhuǎn)時，Y1輸出無效，Y3輸出有效，通過拉手柄進行液力控制時，Y1輸出有效，Y3輸出無效。Y1信號可等效于反向保護輸出。Y1和Y3可按實際需要接線，兩檔電磁閥掛擋除受手動使能及變扭器使能信號的控制外還受小運轉(zhuǎn)模式使能輸入及調(diào)車使能輸入的控制。

4.2開關(guān)量輸入、傳感器及電源接線

開關(guān)量輸入為高電平（24V）有效，接地或者懸空為無效輸入。例如X1信號接24V，表示允許控制器制液力變扭器充油掛擋，當X1輸入懸空或者接地時，表示禁止變扭器掛擋。

4.3控制參數(shù)設(shè)置

CAT發(fā)動機C7司機控制器具備RS-485通訊接口，可以通過該接口與計算機通信，用于油門控制器上的參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示和固件升級。在“發(fā)動機控制參數(shù)”選項中，控制方式有兩種可選，分別為“電壓”、“PWM”及“J1939”，其中“電壓”方式通過改變控制器的輸出電壓來控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，PWM方式是通過改變占空比來控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，而J1939方式是通過CAN通訊的方式直接設(shè)定轉(zhuǎn)速。

司機控制器可支持行車模式與吊車模式的動態(tài)切換，兩種模式分別對應(yīng)兩個司機控制器，由于兩種模式對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的限制有所不同，因此在“發(fā)動機控制參數(shù)”欄內(nèi)，有兩組控制電壓范圍設(shè)定，其中“最高控制電壓”和“最低控制電壓”對應(yīng)于行車模式，而上車最高電壓與上車最低電壓應(yīng)于吊車模式，電壓大小的設(shè)定根據(jù)實際需求而定。

“電壓變化速率”用于設(shè)置輸出電壓的變化快慢程度，設(shè)定值越小，那么輸出電壓變化越慢，反之則越快。注意電壓變化過快可能會導(dǎo)致發(fā)動機ECU進入保護狀態(tài)，而電壓變化過慢會出現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速響應(yīng)過慢。

“換擋參數(shù)”欄內(nèi)的“換擋速度回差”用于防止在理論換檔點附近換檔震蕩。“換檔點轉(zhuǎn)速比”指在理論換檔點處，車速信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的液力變速箱的渦輪轉(zhuǎn)速后與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的比值。

在“司機控制器參數(shù)”欄中，“中位死區(qū)”是指手柄離開中位多大的行程比例后，輸出控制電壓才開始增大。“前后極限位死區(qū)”是指手柄離極限位多大行程比例后，輸出控制電壓控制就達到最大值。死區(qū)的設(shè)定是為了防止達不到最大轉(zhuǎn)速，或者在最大轉(zhuǎn)速附近震蕩。另外司機控制器的連接方式有“硬線”方式和“CAN”方式可選，注意上述的死區(qū)設(shè)定僅僅針對硬線連接方式，而采用“CAN”連接方式的司機控制器，死區(qū)功能一般由司機控制器內(nèi)部的處理器處理。由于一臺車有前端和后端兩個操作臺，對應(yīng)的兩個司機控制器的操作方向正好相反，為了方便系統(tǒng)接線，在控制器內(nèi)部對采用“CAN”連線方式的司機控制器做了方向重映射，通過“交換前進后退方向”，可對實際司機控制器的前進與后退方向進行交換。另外當使用“CAN”總線連接方式的司機控制器時，此時司機控制器無方向輸出，而車上的電氣設(shè)備有時需要用到方向信號，因此當選中“方向信號輸出”選項時，控制器會將當前司機控制器的方向輸出。

5 故障維護

司機控制器的微小故障都會給機車帶來很大的安全隱患，如“竄車”、電氣設(shè)備接受錯誤指令產(chǎn)生誤動作等，就會對設(shè)備安全及行車帶來很大的威脅。因此，如何保證司機控制器的檢修質(zhì)量，提高其動作的可靠性就顯得尤為重要，在排除故障之前，首先檢查控制器供電，確保供電電壓處于24V±30%（17-31V）范圍內(nèi)。電量不足，控制器起到欠壓保護狀態(tài)，檢查線路是否接觸不良，待速度上升電流增大通電有“阻礙”而斷電，這往往就是虛焊，控制器問題，控制器內(nèi)部原件虛焊或內(nèi)部原件損壞。

5.1信號無效司控器無法提速

關(guān)閉變扭器使能開關(guān)或者排除急降信號故障，使能“控制器使能”信號。

5.2控制方式異常司控器無法提速

斷開司機控制器輸出的電壓接線后，測量輸出是否正常，斷開司機控制器PWM輸出接線，測量是否正常，觀察CAN通訊指示燈，確保收發(fā)指示燈均正常閃爍，排除前進、后退或者中位開關(guān)接線是否異常，司機控制器檢查開關(guān)組合邏輯處于中位狀態(tài)。

5.3發(fā)動機無法達到最大轉(zhuǎn)速

準確標定司機控器電壓值，設(shè)置最大輸出占空比，注意行車模式與吊車模式的差別。由于傳統(tǒng)的模擬司機控制器存在必然的機械和電氣誤差，為了能夠更加精確的使用司機控制器的整個有效行程，“控制器狀態(tài)”選項卡提供了司機控制器行程設(shè)定功能，首先確定需要校準的司機控制器是屬于行車模式還是吊車模式，使控制器處于該工作模式。如果是行車模式，那么先將司機控制器推至前進最大位，然后點擊“手柄行程設(shè)定”按鈕，此時界面上的“手柄位置”會顯示100%，類似的，將司機控制器拉至反向最大位置，然后點擊“手柄行車設(shè)定”可用于設(shè)定反向行程。在吊車模式下首先將“前進”開關(guān)閉合然后將司機控制器推至最大油門位置后點擊“手柄行程設(shè)定”即可完成司機控制器的行程設(shè)定。

5.4無法掛擋

設(shè)置參數(shù)適當降低電壓的變化率，或者放慢推拉司機控制器的速度。

5.5啟動聯(lián)鎖無效

設(shè)定手柄行程、讀取司機控制器參數(shù)、下載參數(shù)到控制器、校準控制器時間、讀取司機控制器狀態(tài)的這些操作均需要將PC和司機控制器通過RS485轉(zhuǎn)RS-232電纜連接，點擊“通信設(shè)定，”在通信設(shè)定選項卡界面上設(shè)置正確的通信參數(shù)。

5.6司控器位于零位時轉(zhuǎn)速高于1000rpm

司機控器中的控制模塊與控制手柄間出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致控制手柄位置與實際轉(zhuǎn)速不匹配。可采取調(diào)整、墊膠圈、緊固等方法，減小控制手柄與控制模塊的間隙，對司控器做好機車運行時的振動緩沖保護，注重死角位置的維護;規(guī)范操作，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)速急劇升降，操作臺顯示屏上應(yīng)顯示換向的“后”位，和控制的“牽引”區(qū)，控制手柄轉(zhuǎn)至“牽引”區(qū)的轉(zhuǎn)動角度逐漸增大時顯示屏上顯示的牽引級位應(yīng)逐漸增大，完成牽引功能。

結(jié)束語

本文通過對司機控制器的作用原理進行分析，結(jié)合了現(xiàn)場發(fā)生故障的處理，提出了維護建議，為司機控制器的維修積累了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]張有松，朱龍駒。韶山4型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社.1998

[2]TI公司，ADS8364數(shù)據(jù)手冊[Z].美國TI公司，2002.