专利名称：重型轨道车全数字电子控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及重型轨道车的控制装置，具体为重型轨道车全数字电子控 制装置。
背景技术：
目前铁路工务段运行的轨道车还是液力传动或者机械传动。此类轨道车故 障率较高、维修工作量较大。为研制和开发交-直流电传动重型轨道车，用于交 -直流电传动重型轨道车传动控制的全数字电子控制装置就成为研制和开发的 重点。而目前用于交-直流电传动重型轨道车传动控制的全数字电子控制装置还 是一个空白。发明内容本实用新型为了解决目前没有用于交-直流电传动重型轨道车传动控制的 全数字电子控制装置的问题，提供一种重型轨道车全数字电子控制装置。本实用新型是采用如下技术方案实现的重型轨道车全数字电子控制装置， 包括主发电机控制电路和辅助发电机控制电路，主发电机控制电路包括信号中央处理电路，所述的信号中央处理电路由型号为80C196KC的单片机N1、与单 片机Nl相连的地址锁存器N2和与单片机Nl、地址锁存器N2相连的存储器 N3构成；型号为80C196KC的单片机Nl内集成有10位A/D转换器，A/D转 换器的其中两路通道的信号输入端ACH2、 ACH3经信号处理电路XHCL1、 XHCL2分别与重型轨道车上的两个牵引电动机的电流反馈信号DDLFK1、DDLFK2相连，A/D转换器的另外两路通道的信号输入端ACH6、 ACH7经信 号处理电路XHCL3、 XHCL4分别与重型轨道车上的主发电机的电压反馈信号 FDYFK和电流反馈信号FDLFK相连，单片机Nl的一个信号输入端P2.7经信 号处理电路XHCL5与重型轨道车的柴油机转速反馈信号ZSFK相连，单片机 Nl的其中四个信号输入端P1.0-P1.3与轨道车操作手柄的四路控制信号SBXH 相连，单片机Nl的另一个信号输入端P2.3经I/O接口电路与主发电机工频发 电/牵引发电切换信号GQQH相连，单片机Nl的再一个信号输入端P2.4经I/O 接口电路与预热输入信号YRXH相连;单片机Nl的HSO.0信号输出端作为重型 轨道车的主发电机的励磁驱动电路的控制信号输出端(与主发电机的励磁驱动 电路LCQD相连),单片机Nl的HSO.l信号输出端作为重型轨道车的柴油机的 转速控制信号输出端(与重型轨道车柴油机的转速控制电路相连)，单片机Nl 的一个信号输出端P1.4与一个中间继电器J相连(即单片机Nl的一个信号输出 端P1.4控制中间继电器J的断开与闭合)，中间继电器J控制电加热元件PTC的 带电与失电；辅助发电机控制电路包括信号中央处理电路，所述的信号中央处 理电路由型号为80C196KC的单片机N11、与单片机N11相连的地址锁存器N12 和与单片机Nll、地址锁存器N12相连的存储器N13构成；型号为80C196KC 的单片机Nll内集成有10位A/D转换器，A/D转换器的其中一路通道的信号 输入端ACHO经信号处理电路XHCL6与重型轨道车上的辅助发电机的电压反 馈信号FFDYFK相连，单片机Nil的一个信号输入端P2.3经I/O接口电路与 重型轨道车的辅助发电机的控制信号FFKZ相连，单片机N11的一个信号输出端 P1.7作为重型轨道车的辅助发电机的励磁驱动电路的控制信号输出端(与辅助 发电机的励磁驱动电路FLCQD相连),单片机Nil的另一个信号输出端P1.0作为重型轨道车辅助发电机的过压保护控制信号输出端(与重型轨道车辅助发电
机的过压保护电路GYBH相连)。
重型轨道车运行时,其主发电机处于牵引发电运行工况；而当重型轨道车处 于静止状态时，在柴油机转速为1000r/min时，使主发电机组处于工频发电运 行工况，为野外施工作业提供三相交流电源；因此重型轨道车的主发电机有牵 弓I发电和工频发电两种运行工况。本实用新型所述的重型轨道车全数字电子控 制装置实现对重型轨道车主发电机的牵引、工频发电、柴油机转速控制和辅助 发电机的直流110V恒压发电的控制。重型轨道车全数字电子控制装置以控制 主发电机和辅助发电机的励磁为控制目标。其中对主发电机的励磁控制分牵引 发电和工频发电两种工况。通过向主发电机控制电路中的单片机Nl的信号输 入端P2.3输入工频发电/牵引发电切换信号GQQH,来实现主发电机牵引发电和 工频发电两种工况的切换。在牵引发电工况时(此时单片机Nl的信号输入端 P2.3输入高或低电平)，单片机N1采集轨道车操作手柄的四路控制信号SBXH (操作手柄位置不同，柴油机的转速和输出功率不同)、两个牵引电动机的电流 反馈信号DDLFK1、 DDLFK2、主发电机的电压反馈信号FDYFK和电流反馈 信号FDLFK、柴油机转速反馈信号ZSFK，在相应软件的支持下，信号中央处 理电路对采集的各输入信号进行分析、判断，并输出相应的主发电机励磁驱动 电路控制信号、柴油机的转速控制信号，用于调节主发电机的输出功率，以确 保系统对牵引功率的变化具有快速的调节响应速度，保证在柴油机一定转速时， 保持主发电机功率恒定，间接使柴油机功率保持恒定，即通过上述的闭环控制， 实现主发电机的功率恒定。在工频发电工况时(此时单片机Nl的信号输入端 P2.3输入低或高电平)，是重型轨道车处于静止状态，柴油机转速升至1000r/min相应的挡位)，此时，单片机N1采集轨道车操作手柄的 四路控制信号SBXH (操作手柄位于柴油机1000r/min时的挡位)、主发电机的 电压反馈信号FDYFK和电流反馈信号FDLFK、柴油机转速反馈信号ZSFK， 在相应软件的支持下，信号中央处理电路对采集的各输入信号进行分析、判断， 并输出相应的主发电机励磁驱动电路控制信号、柴油机的转速控制信号，控制 主发电机励磁和柴油机转速，使主发电机输出三相工频交流400V电压，即通 过上述的闭环控制，实现主发电机输出电压的恒定。通过采集轨道车操作手柄 的四路开关量信号，在相应软件支持下，单片机N1的高速信号输出口 HSO.l 的脉冲控制信号，在经过输出缓冲电路输出0-5V柴油机转速控制信号。在低温 的工作环境下，单片机N1的信号输入端P2.4接到预热输入信号YRXH (如给 一个高电平)后，在相应软件支持下,单片机Nl的信号输出端P1.4发出控制信 号，中间继电器导通，使PTC发热元件接通电源，对重型轨道车全数字电子控 制装置内进行预热，同时通过装置内风机使热量均匀散开，定时lmin后，中间 继电器断开，完成温控功能。辅助发电机控制电路工作时，首先，向辅助发电 机控制电路的信号中央处理电路中的单片机Nl 1的一个信号输入端P2.3输入辅 助发电机的控制信号，使辅助发电机控制电路开始工作，单片机N11采集辅助 发电机的的电压反馈信号FFDYFK，在相应软件的支持下，辅助发电机控制电 路的信号中央处理电路对采集的输入信号进行分析、判断，并输出相应的辅助 发电机励磁驱动电路控制信号，来控制辅助发电机励磁绕组电流，使辅助发电 机输出电压稳定在110V土2V的范围内，即通过辅助发电机控制电路的上述闭 环控制，实现辅助发电机输出电压的稳定。当辅助发电机的输出电压过高，在 相应软件支持下(将采集到的电压反馈信号和过压设定值进行比较和计算后)，其信号中央处理电路的单片机Nll的信号输出端P1.0输出过压保护控制信号， 使重型轨道车辅助发电机的过压保护电路GYBH动作，切断辅助发电机的励磁 驱动电路，而实现过压保护。
由于单片机只能接收5伏及以下的电压信号，而实际中涉及的电流反馈信 号、电压反馈信号为电流信号以及转速反馈信号为30V-90V交流电压信，本实 用新型所述的各信号处理电路的作用就是将采集的各模拟信号(包括电流、电 压和转速等反馈信号)处理成单片机可接收的信号。对本领域技术人员来讲， 本实用新型所述的各信号处理电路是容易实现的且可容易地有多种电路结构变 形，因此本实用新型对各信号处理电路未作详细描述。本实用新型所述的I/O 接口电路也是常规的接口电路，本领域技术人员无需创造性劳动即可实现。具 体实施时，转速反馈信号可用转速传感器提供，电流反馈信号可用电流互感器 和电流传感器采集，电压反馈信号可用电压传感器采集。
本实用新型所述的重型轨道车全数字电子控制装置具有主发电机牵引发 电、工频发电控制、温度控制、柴油机转速控制、辅助发电控制等控制功能， 在辅助发电控制中还采取了过压保护控制，填补了重型轨道车电传动电子控制 的空白，为实现重型轨道车的电传动奠定了基础。该控制装置已成功装配于 GCD470、 GCDIOOO重型轨道车系列车型，并已成功应用在青藏铁路线和成都 铁路工务段，能够满足用户现场的实际需求，取得了良好的经济和社会效益。
图1为本实用新型所述的重型轨道车全数字电子控制装置的主发电机控制 电路原理图2为本实用新型所述的重型轨道车全数字电子控制装置的辅助发电机控制电路原理具体实施方式
重型轨道车全数字电子控制装置，包括主发电机控制电路和辅助发电机控 制电路，主发电机控制电路包括信号中央处理电路，所述的信号中央处理电路
由型号为80C196KC的单片机Nl、与单片机Nl相连的地址锁存器N2和与单 片机Nl 、地址锁存器N2相连的存储器N3构成；型号为80C196KC的单片机 N1内集成有10位A/D转换器，A/D转换器的其中两路通道的信号输入端ACH2、 ACH3经信号处理电路XHCL1、 XHCL2分别与重型轨道车上的两个牵引电动 机的电流反馈信号DDLFK1、 DDLFK2相连，A/D转换器的另外两路通道的信 号输入端ACH6、 ACH7经信号处理电路XHCL3、 XHCL4分别与重型轨道车 上的主发电机的电压反馈信号FDYFK和电流反馈信号FDLFK相连，单片机 Nl的一个信号输入端P2.7经信号处理电路XHCL5与重型轨道车的柴油机转速 反馈信号ZSFK相连，单片机N1的其中四个信号输入端？1.0 1.3与轨道车操 作手柄的四路控制信号SBXH相连，单片机N1的另一个信号输入端P2.3经1/0 接口电路与主发电机工频发电/牵引发电切换信号GQQH相连,单片机Nl的再一 个信号输入端P2.4经I/O接口电路与预热输入信号YRXH相连;单片机Nl的 HSO.O信号输出端作为重型轨道车的主发电机的励磁驱动电路的控制信号输出 端(与主发电机的励磁驱动电路LCQD相连)，单片机N1的HSO.l信号输出端
作为重型轨道车的柴油机的转速控制信号输出端(与重型轨道车柴油机的转速 控制电路相连)，单片机N1的一个信号输出端P1.4与一个中间继电器J相连(即 单片机N1的一个信号输出端P1.4控制中间继电器J的断开与闭合),中间继电器 J控制电加热元件PTC的带电与失电；辅助发电机控制电路包括信号中央处理电路，所述的信号中央处理电路由型号为80C196KC的单片机Nll、与单片机 Nll相连的地址锁存器N12和与单片机Nll、地址锁存器N12相连的存储器 N13构成；型号为80C196KC的单片机Nll内集成有10位A/D转换器，A/D 转换器的其中一路通道的信号输入端ACH0经信号处理电路XHCL6与重型轨 道车上的辅助发电机的电压反馈信号FFDYFK相连，单片机Nll的一个信号输 入端P2.3经I/O接口电路与重型轨道车的辅助发电机的控制信号FFKZ相连, 单片机N11的一个信号输出端P1.7作为重型轨道车的辅助发电机的励磁驱动电 路的控制信号输出端(与辅助发电机的励磁驱动电路FLCQD相连),单片机Nll 的另一个信号输出端P1.0作为重型轨道车辅助发电机的过压保护控制信号输出 端(与重型轨道车辅助发电机的过压保护电路GYBH相连)。具体实施时，主 发电机控制电路和辅助发电机控制电路的信号中央处理电路中的地址锁存器 N2、 N12采用74HC373芯片，存储器N3、 N13采用AT28C64B芯片。在主发 电机控制电路和辅助发电机控制电路的信号中央处理电路中，单片机 80C196KC的P3 口为低8位地址总线和8位数据总线复用口 ，低8位地址A0 A7经过锁存器74HC373锁存，高8位地址A8 A15则由P4 口输出，A15作 为AT28C64B的片选信号接CE引脚。
权利要求1、一种重型轨道车全数字电子控制装置，包括主发电机控制电路和辅助发电机控制电路，其特征为主发电机控制电路包括信号中央处理电路，所述的信号中央处理电路由型号为80C196KC的单片机(N1)、与单片机(N1)相连的地址锁存器(N2)和与单片机(N1)、地址锁存器(N2)相连的存储器(N3)构成；型号为80C196KC的单片机(N1)内集成有10位A/D转换器，A/D转换器的其中两路通道的信号输入端(ACH2、ACH3)经信号处理电路(XHCL1、XHCL2)分别与重型轨道车上的两个牵引电动机的电流反馈信号(DDLFK1、DDLFK2)相连，A/D转换器的另外两路通道的信号输入端(ACH6、ACH7)经信号处理电路(XHCL3、XHCL4)分别与重型轨道车上的主发电机的电压反馈信号(FDYFK)和电流反馈信号(FDLFK)相连，单片机(N1)的一个信号输入端(P2.7)经信号处理电路(XHCL5)与重型轨道车的柴油机转速反馈信号(ZSFK)相连，单片机(N1)的其中四个信号输入端(P1.0-P1.3)与轨道车操作手柄的四路控制信号(SBXH)相连，单片机(N1)的另一个信号输入端(P2.3)经I/O接口电路与主发电机工频发电/牵引发电切换信号(GQQH)相连，单片机(N1)的再一个信号输入端(P2.4)经I/O接口电路与预热输入信号(YRXH)相连；单片机(N1)的HSO.0信号输出端作为重型轨道车的主发电机的励磁驱动电路的控制信号输出端，单片机(N1)的HSO.1信号输出端作为重型轨道车的柴油机的转速控制信号输出端，单片机(N1)的一个信号输出端(P1.4)与一个中间继电器(J)相连，中间继电器(J)控制电加热部件(PTC)的带电与失电；辅助发电机控制电路包括信号中央处理电路，所述的信号中央处理电路由型号为80C196KC的单片机(N11)、与单片机(N11)相连的地址锁存器(N12)和与单片机(N11)、地址锁存器(N12)相连的存储器(N13)构成；型号为80C196KC的单片机(N11)内集成有10位A/D转换器，A/D转换器的其中一路通道的信号输入端(ACH0)经信号处理电路(XHCL6)与重型轨道车上的辅助发电机的电压反馈信号(FFDYFK)相连，单片机(N11)的一个信号输入端(P2.3)经I/O接口电路与重型轨道车的辅助发电机的控制信号(FFKZ)相连，单片机(N11)的一个信号输出端(P1.7)作为重型轨道车的辅助发电机的励磁驱动电路的控制信号输出端，单片机(N11)的另一个信号输出端(P1.0)作为重型轨道车辅助发电机的过压保护控制信号输出端。
专利摘要本实用新型涉及重型轨道车的控制装置，具体为重型轨道车全数字电子控制装置。解决目前没有用于交-直流电传动重型轨道车传动控制的全数字电子控制装置的问题。包括主发电机控制电路和辅助发电机控制电路，主发电机控制电路和辅助发电机控制电路都包括由单片机、地址锁存器、存储器构成的信号中央处理电路，主发电机控制电路采集牵引电动机的电流反馈信号、主发电机的电流和电压反馈信号、柴油机转速反馈信号以及操作手柄控制信号，实现柴油机不同转速时，主发电机的功率恒定控制；辅助发电机控制电路采集辅助发电机的电压反馈信号，实现辅助发电机的输出电压恒定控制。本实用新型为实现重型轨道车的电传动奠定了基础。
文档编号G05B19/418GK201293941SQ20082022770
公开日2009年8月19日 申请日期2008年11月26日 优先权日2008年11月26日
发明者周国卷, 徐龙堂, 李国锋, 赵安定, 陈建峰, 马连凤, 高锦慧 申请人:永济新时速电机电器有限责任公司