專利名稱：一種交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鐵道運(yùn)輸領(lǐng)域，是一種全天候的交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在輪軌交通運(yùn)輸中，利用機(jī)車動輪和鋼軌間的自然磨擦所產(chǎn)生粘著力，這個切向力也就是機(jī)車的牽引動力。大量的分析和試驗結(jié)果表明，只有在蠕滑狀態(tài)的時候，機(jī)車才能產(chǎn)生有效的粘著力，從宏觀上看隨著蠕滑速率的加大，粘著系數(shù)逐漸提高，能夠產(chǎn)生的牽引力就逐漸增大。以干燥軌面為例，當(dāng)蠕滑速率達(dá)到一定值時，粘著力呈最大值，粘著系數(shù)會突然降低甚至呈負(fù)阻特性，這時，輪對就發(fā)生空轉(zhuǎn)?？梢娖綍r只要能在最大值左邊運(yùn)行，就不會出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，越逼近于最大粘著系數(shù)，獲得的平均牽引力就越大。然而，輪軌粘著系數(shù)隨機(jī)性很大，并且路況不同，粘著系數(shù)就會變化制動比牽引工況約小20%;彎道比直線小，因為同軸的兩輪所經(jīng)過路徑不同，超高軸重不同，輪緣的接觸面也不同，采用Co—Co的SS3機(jī)車通過彎道時橫向分力大；曲率半徑R=300m比直線縱向牽引力要小20%以上；而潮濕軌面比相同的干燥軌面的平均粘著系數(shù)小約1/3。這也是山區(qū)雨天容易發(fā)生空轉(zhuǎn)牽引力發(fā)揮不理想的原因。目前國產(chǎn)所有交直電力機(jī)車采用的是校正型防空轉(zhuǎn)防滑行系統(tǒng)，不檢測粘著最大值，電機(jī)電流隨著電流給定加大，牽引力也加大，一旦超過最大值，由速度差Δ V、加速度dV/dt、以及dV2/dt2判斷有輪對發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生空轉(zhuǎn)，便快速深度削減整架電流給定進(jìn)行所謂防空轉(zhuǎn)校正，把粘著值控制到最低值，待空轉(zhuǎn)抑制后，再快升，然后慢恢復(fù)以尋找下一個粘著最大值。當(dāng)雨天給定電流稍大時就造成整架電流每三到五秒大波動一次，對于SS3機(jī)車則引起1/2牽引力波動。而且由于雨天粘著特性呈平坦?fàn)顟B(tài)；若電流較大各輪對緩慢空轉(zhuǎn)，加速度很小，到不了整定值，各輪對相對比較Δ V也很小，結(jié)果是防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)失效，直到全車大空轉(zhuǎn)才被司機(jī)發(fā)覺，這時對鐵軌、輪箍電機(jī)都非常不利。這就是包括8Κ機(jī)車和所有國產(chǎn)微機(jī)防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)固有的毛病之一。而且改用單片機(jī)由于微機(jī)的技術(shù)原因，dV/dt、dV2/dt2無法設(shè)置，所以動作緩慢，未達(dá)到預(yù)定性能要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在此提供一種交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)，改善機(jī)車實際的粘著利用系數(shù)使其盡量逼近于當(dāng)時路況的粘著最大值，從而獲得最大平均牽引力。本實用新型是這樣實現(xiàn)的，構(gòu)造一種交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)，其特征在于其組成包括有CPLD芯片以及DSP芯片，所述DSP芯片外接FRAM，其中速度傳感器連接整形電路，整形電路連接CPLD芯片，GPS系統(tǒng)通過CAN與CPLD芯片連接，DSP芯片同時通過總線實現(xiàn)與CPLD芯片通信，該總線外接D/A模塊，D/A模塊連接輸出放大器，DSP芯片外接上鎖存器，鎖存器外接傳感器顯示燈、速度信號燈以及裝置狀態(tài)顯示燈，CPLD芯片外接有GPS通信指示燈以及CAN通信指示燈，電流給定裝置連接A/D模塊，A/D模塊連接CPLD芯片，CPLD芯片外接I/O 口擴(kuò)展電路。根據(jù)本實用新型所述一種交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)，其特征在于，DSP芯片采用 TMS320M812。本實用新型的優(yōu)點在于1、機(jī)車無論運(yùn)行在干燥直線軌面還是多雨山區(qū)軌面，均不會出現(xiàn)因牽引或電制動引起的宏觀空轉(zhuǎn)、滑行，不會擦傷輪軌，有效降低輪箍剝離事故率。II型將加裝防止空氣制動而引起滑行的防抱死系統(tǒng)。2、雨天坡停起動時，平均粘著系數(shù)為0. 3 ；通過能力將得到提高，可大大減少坡停
運(yùn)緩事故。3、具備速度傳感器故障診斷、隔離功能。當(dāng)通過某路速度信號判斷出相應(yīng)的速度傳感器故障時，將自動處理、切除，同時相應(yīng)的故障燈亮并記錄。

圖1本系統(tǒng)原理框圖。圖中1、CPLD芯片，2、DSP芯片，3、FRAM，4、速度傳感器，5、整形電路，6、I/O 口擴(kuò)展電路，7、GPS系統(tǒng)，8、D/A模塊，9、輸出放大器，10、鎖存器，11、傳感器顯示燈，12、速度信號燈，13、裝置狀態(tài)顯示燈，14、GPS通信指示燈，15、CAN通信指示燈，16、電流給定裝置，17、A/D模塊。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做出詳細(xì)說明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)，交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)主要是針對國產(chǎn)電力機(jī)車雨天粘著利用較低容易發(fā)生空轉(zhuǎn)而設(shè)計的控制系統(tǒng)，旨在改善機(jī)車實際的粘著利用系數(shù)使其盡量逼近于當(dāng)時路況的粘著最大值，從而獲得最大平均牽弓I力。其組成包括有CPLD芯片1以及DSP芯片2，CPLD芯片1就是由用戶進(jìn)行編程實現(xiàn)所需邏輯功能的數(shù)字專用集成電路ASIC。它是在PAL，GAL等邏輯器件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有高密度，高速度，低功耗體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元，靈活以及運(yùn)用范圍寬等特點，同時還具有設(shè)計周期短，開發(fā)工具先進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試，質(zhì)量穩(wěn)定及可實時布線檢驗等優(yōu)點。本系統(tǒng)采用的器件CPLD屬于ISPMACH4000V系列。CPLD的使用一方面省略了零散的、復(fù)雜的數(shù)字電路部分，使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更清晰，由于它具有在線可編程的特點，軟硬件可分時設(shè)計，非常方便；另一方面由于總線協(xié)議與CAN控制器不一樣，因而CPLD又作為接口電路，完成CAN控制器與總線數(shù)據(jù)的交換，傳輸速度快、易于實現(xiàn)、而且穩(wěn)定。DSP芯片2可以采用TMS320F2812，它是整個系統(tǒng)運(yùn)算和控制的核心。4個軸的轉(zhuǎn)速脈沖信號經(jīng)整形送入DSP，在DSP內(nèi)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，在機(jī)車惰行時，自動進(jìn)行輪徑校準(zhǔn)并由掉電情況下仍能保存數(shù)據(jù)的ROM保存。DSP同時通過總線從CPLD獲取GPS傳來的機(jī)車真實速度，經(jīng)過校正后分別進(jìn)行速度信號的處理，有速度差、加速度及加速度微分的計算，輪徑補(bǔ)償系數(shù)的計算，減載量的計算以及空轉(zhuǎn)校正后的電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流值輸出。若發(fā)現(xiàn)某軸粘著接近最大值，則阻止轉(zhuǎn)矩上升或稍降其電流給定，只有軌面粘著突然大幅下降使之超越最大值時，才進(jìn)行一次快速深度削減電流的處理。以整車的速度信號為基礎(chǔ)，還處理出空轉(zhuǎn)、撒砂、滑行保護(hù)以及定距控制等開關(guān)信號，經(jīng)電子柜輸入輸出插件繼電器輸出。此外，具有速度傳感器故障診斷功能，可以自動切除和記憶故障的速度傳感器，采用Flash作為數(shù)據(jù)斷電保護(hù)。如圖1所示所述DSP芯片2外接FRAM 3，其中速度傳感器4連接整形電路5，整形電路5連接CPLD芯片1，GPS系統(tǒng)7通過CAN(CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller AreaNetwork, CAN)的簡稱)與CPLD芯片1連接，DSP芯片2同時通過總線實現(xiàn)與CPLD芯片1通信，該總線外接D/A模塊8，D/A模塊8連接輸出放大器9，DSP芯片2外接上鎖存器10，鎖存器10外接傳感器顯示燈11、速度信號燈12以及裝置狀態(tài)顯示燈13，裝置狀態(tài)顯示燈13用于惰行/滑行/撒砂/定距顯示燈。傳感器顯示燈11 用于指示速度傳感是否故障；速度信號燈12 用于指示速度狀態(tài)信號(大于5km/h時點亮);裝置狀態(tài)顯示燈13用于惰行/滑行/撒砂/定距顯示燈用于指示裝置的工作狀態(tài)。CPLD芯片1外接有GPS通信指示燈14以及CAN通信指示燈15，GPS通信指示燈14用于指示和GPS的通信狀態(tài)，CAN通信指示燈15用于指示裝置CAN模塊的通信狀態(tài)。電流給定裝置16連接A/D模塊17，A/D模塊17連接CPLD芯片1，CPLD芯片1外接I/O 口擴(kuò)展電路6。系統(tǒng)將軸端轉(zhuǎn)速傳感器4送入的代表輪對轉(zhuǎn)速的脈沖信號轉(zhuǎn)換成與頻率成正比的速度，同時將因輪徑差及計算引起的誤差自動補(bǔ)償并且記憶；通過CAN收發(fā)器與高精度GPS系統(tǒng)通訊，同時與計算法相補(bǔ)充，以獲得機(jī)車真實速度。通過對前兩種速度的計算獲得蠕滑速度，當(dāng)其達(dá)到一定值時，對電流指令信號Is進(jìn)行快速校正及記憶，向電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出正確的電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令，使機(jī)車能夠以當(dāng)前路況最大粘著因數(shù)運(yùn)行。系統(tǒng)同時自動撒砂、空轉(zhuǎn)顯示及II型系統(tǒng)將增設(shè)空氣制動防抱死環(huán)節(jié)即自動制動閥緩解等附屬功能以及機(jī)車速度的恒壓、恒流輸出。粘著控制則讓兩個轉(zhuǎn)向架在不同的軌面狀態(tài)自行尋找盡可能大的粘著值。雨天坡停起動，可以同晴天一樣，踩著砂，手柄放置最大位，起動加速列車。當(dāng)然，適當(dāng)調(diào)控可以獲得更佳的牽引效果。
權(quán)利要求1.一種交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)，其特征在于其組成包括有CPLD芯片(1) 以及DSP芯片(2 )，所述DSP芯片(2 )外接FRAM( 3 )，其中速度傳感器(4 )連接整形電路(5 )， 整形電路(5)連接CPLD芯片(1)，GPS系統(tǒng)(7)通過CAN與CPLD芯片(1)連接，DSP芯片 (2)同時通過總線實現(xiàn)與CPLD芯片(1)通信，該總線外接D/A模塊(8)，D/A模塊(8)連接輸出放大器(9)，DSP芯片(2)外接上鎖存器(10)，鎖存器(10)外接傳感器顯示燈(11)、速度信號燈(12)以及裝置狀態(tài)顯示燈(13)，CPLD芯片(1)外接有GPS通信指示燈(14)以及 CAN顯示指示燈(15)，電流給定裝置(16)連接A/D模塊(17)，A/D模塊(17)連接CPLD芯片(1),CPLD芯片(1)外接I/O口擴(kuò)展電路(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述一種交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)，其特征在于，DSP芯片(2)采用TMS320擬812。
專利摘要本實用新型公開了一種交直電力機(jī)車全天候粘著控制系統(tǒng)，其特征在于其組成包括有CPLD芯片以及DSP芯片，所述DSP芯片外接FRAM，其中速度傳感器連接整形電路，整形電路連接CPLD芯片，GPS系統(tǒng)通過CAN與CPLD芯片連接，DSP芯片同時通過總線實現(xiàn)與CPLD芯片通信，該總線外接D/A模塊，D/A模塊連接輸出放大器，DSP芯片外接上鎖存器，鎖存器外接傳感器顯示燈、速度信號燈以及裝置狀態(tài)顯示燈，CPLD芯片外接有GPS通信指示燈以及CAN通信指示燈，電流給定裝置連接A/D模塊，A/D模塊連接CPLD芯片，CPLD芯片外接I/O口擴(kuò)展電路。機(jī)車無論運(yùn)行在干燥直線軌面還是多雨山區(qū)軌面，均不會出現(xiàn)因牽引或電制動引起的宏觀空轉(zhuǎn)、滑行，解決因粘著問題而產(chǎn)生的坡停；不會擦傷輪軌，有效降低輪箍剝離事故率。
文檔編號G05B13/02GK202320315SQ20112036760
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者沈嶺 申請人:成都暢通機(jī)車車輛技術(shù)開發(fā)有限公司