一种内燃机车自动控制系统的制作方法

本实用新型涉及内燃机车控制技术，特别涉及一种内燃机车自动控制系统。

背景技术：

随着冶金行业去产能化进程的推进，钢铁企业提高劳动生产效率的要求不断增大，厂矿的铁路运输部门由于过重的依赖传统作业方式，导致单位劳动生产效率低下，成为改革的重点单位。如何通过提升机车的自动化程度，提升调车组作业效率，在保证安全作业的前提下减少人员，受到越来越多的企业的关注。

目前的内燃机车控制系统，包括以下几种：

1、监测型机车控制系统：操作上采用传统的人工操作，增加一些辅助状态监测，不包括电子控制系统，纯属是人工操作系统。

2、现有遥控型机车控制系统：能实现基本的机车无线遥控功能，但控制距离较近，不足400米，无法满足长距离调车作业的需要。

监测型机车控制系统，需要司机进行驾驶操作，还需要连接员和调车员配合完成调车作业，整体作业效率低，安全性差，虽然自动化程度有所提升，但对于调车作业过程来说，意义不大。而现有遥控型机车控制系统只能近距离遥控机车，在长距离调车作业过程中，凸显出无线通信能力差的不足。

本实用新型目的是设计开发一套既可以满足机车状态监测又可以实现长距离无线控制的内燃机车自动化控制系统。实现司机负责监控，调车员负责遥控驾驶的新型高效作业方式。同时，系统加入很多智能控制功能，如机车的恒速控制、定长距离制动停车功能。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种内燃机车自动控制系统，具有与平面调车设备连接的接口，直接利用平调设备的数字电台遥控功能和调车指令，遥控传输距离可达2000米范围，同时利用单片机控制技术实现了机车自动控制功能，降低了司机、连接员工作强度，可以实现优化岗位配置，减少工作人员数量，提高劳动效率的目的。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种内燃机车自动控制系统，包括显控单元、辅助监控单元、车载控制器、转速传感器、压力传感器、温度传感器、电压传感器、电流传感器和改制型平调设备机车台。

所述车载控制器为单片机控制装置，转速传感器、压力传感器、温度传感器、显控单元均通过电缆与车载控制器相连接，改制型平调设备机车台通过RS232串口通讯方式与车载控制器进行连接；辅助监控单元通过电缆与显控单元相连接。

所述转速传感器包括机车转速传感器和柴油机转速传感器，所述压力传感器包括制动器风缸压力传感器和柴油机油压传感器，所述温度传感器包括发动机冷却水温度传感器和发动机油温传感器，所述电压传感器和电流传感器检测机车发电机的电压和电流。

所述车载控制器为单片机控制装置，包括CPU单元、IO接口单元、电源转换单元和通讯接口单元，所述通讯接口单元包括串口通讯接口和CAN总线通讯接口。

所述车载控制器接收转速传感器、压力传感器、温度传感器信号，接收改制型平调设备机车台指令，通过控制内燃机车柴油机及机车电力传动系统或液力传动系统，控制内燃机车的启停、加载/卸载、加减速、换向和制动，并在故障时发出报警信号。

所述改制型平调设备机车台为在原内燃机车用的平调主机内部电路板上增加RS232串口通讯硬件，并设置相应的通讯协议。

所述显控单元优选工业一体机装置。

所述辅助监控单元为设置在内燃机车前部和左右两侧的多个摄像头。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过与平调设备建立通信接口的方式，将平调指令直接转化为机车的控制动作，直接利用平调设备的数字电台遥控功能和调车指令完成机车自动控制功能，遥控传输距离可达2000米范围，不再需要人工干预，使机车操作更加简单方便，实现优化岗位配置，减少工作人员数量，提高劳动效率。

2、本实用新型主要应用于铁路运输领域，涉及单片机自动控制、LCD显示、视频监控、无线通信设备接口开发等相关技术，主要针对铁路调车作业过程中，内燃机车自动化程度低，只能进行人工驾驶问题，设计开发一套内燃机车自动控制系统。改变了由调车员利用无线平调设备指挥司机，司机看调车信号进行驾驶的传统作业方式。同时系统将机车各项状态数据如：当前车速、管路压力等进行采集和存储，有效提升机车自动化水平。

附图说明

图1是本实用新型的内燃机车自动控制系统结构示意图；

图2是本实用新型的车载控制器电路结构原理图；

图3是本实用新型的通讯结构原理图；

图4是本实用新型的车载控制器控制结构原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种内燃机车自动控制系统，包括显控单元、辅助监控单元、车载控制器、转速传感器、压力传感器、温度传感器、电压传感器、电流传感器和改制型平调设备机车台。

所述车载控制器为单片机控制装置，转速传感器、压力传感器、温度传感器、显控单元均通过电缆与车载控制器相连接，改制型平调设备机车台通过RS232串口通讯方式与车载控制器进行连接；辅助监控单元通过电缆与显控单元相连接。

所述转速传感器包括机车转速传感器和柴油机转速传感器，所述压力传感器包括制动器风缸压力传感器和柴油机油压传感器，所述温度传感器包括发动机冷却水温度传感器和发动机油温传感器，所述电压传感器和电流传感器检测机车发电机的电压和电流。

如图2所示，所述车载控制器为单片机控制装置，包括CPU单元、IO接口单元、电源转换单元和通讯接口单元，所述通讯接口单元包括串口通讯接口和CAN总线通讯接口。

所述车载控制器接收转速传感器、压力传感器、温度传感器信号，接收改制型平调设备机车台指令，通过控制内燃机车柴油机及机车电力传动系统或液力传动系统，控制内燃机车的启停、加载/卸载、加减速、换向和制动，并在故障时发出报警信号。

所述改制型平调设备机车台为在原内燃机车用的平调主机内部电路板上增加RS232串口通讯硬件，并设置相应的通讯协议。

所述显控单元优选工业一体机装置。

所述辅助监控单元为设置在内燃机车前部和左右两侧的多个摄像头。

图2为车载控制器原理示意图，其中CPU单元为主控单元，驱动电路、转换电路、隔离电路、变换电路和保护电路均为IO接口单元，DCDC隔离电源为电源转换单元，串行口和CAN为两个通讯单元。

所述车载控制器输出接口与机车各开关量、模拟量等电气接口相连接，实现数据的采集和控制的输出，通信接口与平调主机扩展接口相连，实现调车指令传输，并对调车指令进行记录。

所述改制型平调设备机车台为在原平调主机基础上进行的改装，内燃机车用无线平调设备使用数字电台方式进行遥控操作，包括三部分：机车台、固定台、手持台，本实用新型的系统利用其中的机车台和手持台，并将机车台进行了改制，使之能与车载控制器进行RS232通讯和进行指令控制。

本实用新型的系统还利用了平调设备的手持台，平调设备的手持台上设置有红、绿、黄组合按键和指示灯，原平调设备利用组合按键表示信令状态，对调车员进行指挥，但不能进行直接的控制，而本发明的系统由于对平调设备的机车台进行了改制，能够将平调设备的指令发送给车载控制器，利用车载控制器对机车直接进行启停、加减速、换向和制动控制。

如图3所示，平调设备的手持台通过无线数传电台将调车信令发送至改制型平调设备机车台，车载控制器通过RS232通用串口通讯方式读取改制型平调设备机车台的信令，根据信令编码解析方法解析出调车指令，对内燃机车进行控制。

平调设备的调车按键及指示信令表如下：

表1调车信令表

如图4所示，为车载控制器控制结构原理图，本实用新型系统的控制过程为车载控制器接收到平调主机的信令和传感器的数据后对机车的柴油机及其传动系统进行启停、换向和转速的控制，如果是电力传动系统则具体控制柴油机转速和发电机励磁，如果是液力传动系统则具体控制柴油机转速和液力自动变速器，系统通过控制空气制动机风缸压力控制制动过程，通过步进电机控制柴油机转速，通过控制加载/卸载电磁线圈控制传动系统的加载/卸载。系统包括如下控制过程：

1、机车速度调节控制

机车可在0-3Km/h范围内低速运行(用于连挂及试拉)。机车可恒速运行在设定的档位，如：5、8、10、13Km/h等。并且在5-13Km/h范围内可逐级增速或减速。机车调速时要运行平稳根据负载自动调节，并保持基本恒速功能，紧急制动情况下除外。(速度档位可根据现场实际情况调整，确保安全优先原则)。机车在手动操作控制下实现原车的一切功能。

2、列车制动力大小控制

系统能够根据平调设备的手持台发出的距离指令，并结合车辆运行情况、风缸压力、速度等机车信息自动进行制动压力的调节。严格确保安全距离。

3、机车运行方向控制

当主控单元接收到平调设备的手持台发来的换向指令后，应判断列车是否处于静止状态，如果列车还在运行中，则首先需对列车实施制动或忽略本次换向指令。

4、牵引或制动工况控制

主控单元可根据平调设备的手持台发来的指令和现场列车速度及制动距离，及时判断机车应该执行牵引还是制动命令，并结合列车运行状态，计算出机车应该输出的牵引功率或制动力大小，以便执行柴油机调速档位指令或制动力大小控制指令。

5、紧急制动的复原缓解控制

主控单元可根据平调设备的手持台发来的指令及时实施列车紧急制动后的缓解，以便启动列车进行牵引运行。

6、柴油机转速或档位控制

当列车运行于牵引工况时，主控单元可根据实际运行状态和运行指令要求，及时调整柴油机的运行档位或转速，使机车有能力发出足够的牵引力。

本实用新型系统包括如下辅助功能：

1、机车柴油机卸载或停机等故障提示功能

当机车在运行中因为各种故障(如：发动机冷却水温高、发动机油温高、发动机油压低、机车速度异常、总风缸气压低等)或异常(如：发动机转速异常、通讯异常等)而实施了自动卸载或柴油机停机保护以后，主控单元可通过人机界面(显控单元)或手持通讯给操作人员进行通知、提醒。

2、作业监控记录存储功能

系统在运行过程中，监测列车运行的操作指令和运行状态，并实时记录这些操作指令和运行状态。并可以将这些信息通过通讯总线发送到显控单元，相关操作人员可通过显控单元进行查阅或下载记录的信息。

3、其他辅助功能

司机辅助监控单元帮助司机实现对正向、反向、副司机侧的情况进行实时监控。系统还可根据要求实现如保压发车，电波中断、通讯异常，总风缸压力下降，机车速度检测异常，计算机异常等故障情况下实施紧急制动及车轮轮径的修正等辅助功能。

本实用新型系统的工作过程为：

机车启动后，系统上电并进行启动自检。机车带车辆进入调车场，调车员行至车尾，开始进入调车作业状态。司机将机车调整至自动控制工况后，调车员按照表1中的信令内容发送调车指令。系统收到平调指令后，自动转化为相应的控制功能，通过机车电气接口进行输出，并时实对状态进行监控。如：车载控制器接收到“推进指令”，机车将向推进方向以0-3km/h的速度行驶，接收到“加速指令”，机车将按设定档位进行加速。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。