機車DKL制動邏輯控制裝置的應用研究

史富強

（西安鐵路職業(yè)技術學院 陜西 西安 710014）

制動機是電力機車的重要部件，其性能直接影響鐵路運輸安全。我國傳統(tǒng)的DK-1型電力機車制動機是通過有接點數(shù)字電路控制電空轉(zhuǎn)換裝置，操作全列車制動系統(tǒng)，通過手動、氣動、電子等控制方式將電線、電纜將各個接點按一定的邏輯關系搭接成預定的控制框架，形成制動系統(tǒng)的控制電路，這種控制框架中不可避免存在以下問題：1）電路中二極管易擊穿造成控制電路邏輯混亂，影響列車制動性能；2）中間繼電器、壓力開關等輔助觸點接觸不良、易氧化；3）由于制動邏輯是通過中間繼電器、二極管、時間繼電器、壓力開關、鈕子開關等用電線、電纜搭接而成，新車出廠時通過硬件固定好一種預定邏輯，制動機邏輯變動相對困難。為了加強電力機車智能控制和高低壓屏柜動作的可靠性，按我國鐵路技術政策要求：新造及大修后的電力機車應全部安裝DKL制動邏輯控制裝置。采用DKL邏輯控制單元后，應可解決上述問題，而且通過調(diào)整軟件在相同硬件中實現(xiàn)不同的邏輯組合，以達到不同車型硬件的簡統(tǒng)化。隨著機車制動性能的要求提高，平穩(wěn)操縱，空電聯(lián)合制動等技術的推出，DK-I型這種電控制模式的可塑性更方便[1-2]。DKL邏輯控制單元設計應用單片機控制技術、現(xiàn)代電力電子技術以及容錯技術，廣泛采用大規(guī)模集成電路，具有外部接線簡單、可靠性高、邏輯功能強、速度快的特點。由于該系統(tǒng)設計采用通用模塊設計，易于向其他類型機車移植，具有廣泛的應用前景。

1DKL邏輯控制單元

1.1 基本工作原理[2]

圖1為電力機車DKL制動邏輯控制裝置的組成示意圖。該裝置共由4個部分組成：機箱、DKL電源板、DKL控制板和DKL輸出板。整個裝置采用4U標準結構框架，24芯鐵路專用連接器實現(xiàn)與機車信號通信。在機箱面板部，安裝有鈕子開關；對應制動系統(tǒng)功能開關，其定義和對應關系如表1[1]所示。

圖1 DKL裝置的結構示意圖

DKL邏輯控制單元的系統(tǒng)框圖如圖2所示。來自機車的輸入開關信號經(jīng)過20芯連接器，進入DKL邏輯控制裝置，經(jīng)電阻網(wǎng)絡降壓、光電隔離后，將DC110V的機車信號轉(zhuǎn)換為5 V的電平信號，進入邏輯處理單元參加邏輯運算；邏輯運算片采用了CPLD系列邏輯陣列器件，信號按照機車要求的邏輯關系進行處理，處理后的信號經(jīng)放大和繼電器信號隔離轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡娍臻y驅(qū)動所需要的電壓使電空閥動作。

圖2 DKL邏輯控制單元系統(tǒng)框圖

DKL邏輯控制單元的電路原理圖如圖3所示。來自機車信號經(jīng)過由R1和R2組成的電阻網(wǎng)絡降壓后，經(jīng)光電耦合隔離，送入MACH4器件（MACH4128），進行邏輯運算處理。VQ1為達林頓管，C1為防抖動電容，RELAY1采用OM-RON繼電器，實現(xiàn)輸出隔離轉(zhuǎn)換。

圖3 DKL邏輯控制單元電路原理圖

表1 制動系統(tǒng)功能開關對應關系

1.2 DKL邏輯單元主要功能

1）DKL電源板設計成A、B兩路雙電源供電方式，每一路電源分別提供12 V和5 V兩種電壓供給DKL裝置使用。當一路電源出現(xiàn)故障時，自動切換到另一路。雙電源供電方式為系統(tǒng)的高可靠性提供了保證。

2）DKL控制板包括輸入單元和邏輯處理單元。輸入回路包括輸入信號電平轉(zhuǎn)換、隔離、防抖動電路。輸入信號通過電阻網(wǎng)絡降壓、光電耦合器，完成電平轉(zhuǎn)換后送入邏輯處理單元。 進入DKL裝置的輸入開關信號包括：①機車電空制動控制器的信號：I1（818）；I3（821）；I6（813）；I7（81I）；I8（805）；I9（808）；I10（806）；I13（807）；I14（803）。 ②壓力開關、監(jiān)控裝置、電子柜或微機柜等的信號：I4（892）；I5（836）；I11 （838）；I17（406）；I18（840）；I19（841）；I20（839）；I21（845）；I22（846）；I23（847）。 ③DKL裝置面板的功能選擇信號：I15（463QS）；I16（464QS）；I24（465QS）；I25 （466QS）；I26（467QS）；I27（468QS）；I28（469QS）；I29（470QS）。 ④來自輸出的反饋信號： I2（800）；I12（804）。邏輯處理單元為DKL裝置的核心部分，用于處理信號的邏輯關系運算。DKL裝置邏輯處理單元采用MACH系列可編程邏輯器件，具有運算速度快、可靠性高、功能強大等特點。除此之外還具有在線編程功能[3]。

3）DKL裝置的輸出功能由DKL輸出板完成，輸出單元對邏輯控制單元輸出的信號經(jīng)過達林頓排管放大后，通過繼電器隔離，控制電空閥的動作。如輸出用U表示，控制輸出的邏輯梯形圖如圖4所示。

2 DKL邏輯控制單元在DK-1型電空制動機的應用

以SS6B型電力機車的制動系統(tǒng)為例，對DK-1型制動機采用DKL邏輯單元的應用情況進行分析。表2所示為SS6B型電力機車的DKL裝置電接口，其中1xs和2xs為輸入插座，3xs和4xs為輸出插座，每個插座都是20芯，各芯的接線如表2所示[4]。

2.1 指令的輸入

機車制動輸入指令通過1xs和2xs兩個20芯連接器進入DKL制動邏輯控制裝置，通過光電隔離，將DC110V的機車信號轉(zhuǎn)換為5 V電平信號，再進入邏輯處理單元進行邏輯運算。

圖4 輸出邏輯梯形圖

表2 SS6B型電力機車DKL裝置電接口

1）司機控制信號 司機制動控制指令包含制動控制器（大閘）和空氣制動控制器（小閘）所發(fā)出的電指令，均為DC 110 V，其基本工作原理如圖5所示[5]。制動控制器大閘指令中，812為撒砂線；405為機車電制動指令線；832為 “檢查”按鈕指令線；其余輸入DKL邏輯控制單元各線對應各指令點；813、836、811為備用線。空氣制動控制器小閘指令中，899為DK-1制動系統(tǒng)用控制電源DC 110 V； 899與801（802）在"電空位"連通；899與800在“空氣位”連通；818與809（819）在空氣制動控制器小閘處于“緩解”、“運轉(zhuǎn)”連通；832為“檢查”按鈕指令線[6]。

2）輔助功能控制信號 輔助功能控制信號包括監(jiān)控、壓力動作開關、電子柜、機車控制系統(tǒng)、制動功能選擇開關的輸入指令，均為DC 110 V，其原理如圖6所示。圖中監(jiān)控指令有：840為監(jiān)控控制減壓線，DC 110 V時列車制動管開始減壓；841為監(jiān)控控制保壓線，DC 110 V時監(jiān)控所控制的列車制動管減壓停止。壓力開關指令：845為列車制動管最大減壓量控制氣動開關；845為列車制動管最小減壓量控制氣動開關；847為緊急閥動作檢測微動開關。 電子柜中：870為空電聯(lián)合機車制動缸緩解指令；871為空電聯(lián)合列車制動管減壓指令；872為空電聯(lián)合列車制動管保壓指令；873為空電聯(lián)合自動緩解指令[5]。

圖5 司機制動控制原理圖

圖6 制動系統(tǒng)輔助功能原理圖

2.2 指令的輸出

系統(tǒng)各輸入指令以相應的電信號傳入DKL控制板運算主器件進行邏輯處理，所產(chǎn)生的輸出邏輯控制輸出板上的輸出繼電器，根據(jù)對應輸出量的電壓等級連接繼電器上輸出電源，基本作用原理如圖7所示。圖中804為DC 110 V電空閥輸出；833為輸出到電子柜空電聯(lián)合允許指令；812為緊急制動產(chǎn)生的撒砂輸出；730為DKL故障時顯示輸出；865為空電聯(lián)合制動指令鎖定指示；874為輸出到電子柜空電聯(lián)合要求鎖定制動指令信號。

2.3 邏輯關系

SS6B型電力機車DK-1型制動系統(tǒng)的控制系統(tǒng)邏輯關系為：

圖7 系統(tǒng)指令的輸出原理圖

邏輯關系式中，“*”為邏輯“與”；“+”為邏輯“或”；“/”為邏輯“非”。制動邏輯控制技術在DK-1型機車制動機上的應用，采用了系統(tǒng)和部件的優(yōu)化設計，避免了原制動控制電路的遷回等故障，取得了良好的社會經(jīng)濟效益[7]。

3 結 論

DKL制動邏輯控制裝置采用先進的表面貼片技術與邏輯控制器件相結合，取代了電力機車原制動系統(tǒng)中的遷回電路、阻流板、時間繼電器與中間繼電器等傳統(tǒng)的電氣裝備，可根據(jù)其內(nèi)部預置的計算機軟件程序和電力機車的輸入信號，經(jīng)過其內(nèi)部邏輯單元的準確計算后產(chǎn)生不同的輸出電指令，控制電空制動機上各電空閥動作，完成電力機車的各種制動控制指令。具有反映靈敏、準確控制等特點，通過對裝車使用DKL邏輯控制單元電車機車使用效果的調(diào)研統(tǒng)計可知：其靈敏度和準確性均可達99.5%以上，在國內(nèi)電力機車控制方面具有一定的先進性。由此可知，隨著計算機技術的進步和電子電路器件的固化，邏輯控制功能越來越強勁，可靠性也越來越高，具有非常良好的應用前景和推廣價值。

[1]鐵道部科學研究院機輛所.國外高速列車譯文集[C]//制動技術專集.北京：鐵道部科學研究院機輛所，1996.

[2]李益民.電力機車制動機[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[3]中華人民共和國鐵道部.TB/T1394-1993鐵路機車動車電器裝置[S].北京：中國標準出版社，1993.

[4]鄧之明.軌道車輛制動工程[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[5]張旺獅.車輛制動裝置[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[6]劉豫湘.DK-1型電空制動機與電力機車空氣管路系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[7]劉豫湘，胡躍文.我國機車制動機的發(fā)展[J].機車電傳動，2002（5）：42-45.

[8]徐惠林.國產(chǎn)地鐵車輛制動技術原理及其發(fā)展[J].鐵道車輛，2006（10）：12-14.