干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的研究

席國(guó)乾　車軍

摘要：干式負(fù)載的智能控制系統(tǒng)是由接觸器、電阻器、散熱風(fēng)機(jī)等元器件組成的，在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候干式負(fù)載的電阻器會(huì)因?yàn)榘l(fā)電而不斷消耗電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)功率，需要設(shè)計(jì)并開發(fā)一套專用的電阻機(jī)、不間斷電源和電力傳輸設(shè)備等組成的智能控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)機(jī)車的發(fā)動(dòng)機(jī)的全面的控制和設(shè)備穩(wěn)定性有積極的作用，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行中存在的故障和隱患，有效控制車輛運(yùn)行和使用的安全。本文分析了如何設(shè)計(jì)和優(yōu)化干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：干式負(fù)載智能控制系統(tǒng);設(shè)計(jì);控制

0 ?引言

機(jī)車內(nèi)的發(fā)電機(jī)組在各種不同的轉(zhuǎn)速下會(huì)存在各式各樣的負(fù)載特性，對(duì)不同的柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要基于發(fā)電機(jī)的不同數(shù)據(jù)特征，參照各項(xiàng)特性指標(biāo)的國(guó)家要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)和優(yōu)化。在干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載精度低，負(fù)載的功率過大的問題和操作不便利的情況都會(huì)影響機(jī)車柴油發(fā)電機(jī)的實(shí)際負(fù)載效能以及轉(zhuǎn)速特征，因此，干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)需要在原有的基礎(chǔ)上提升“快、穩(wěn)、準(zhǔn)”的加載特性，準(zhǔn)確且靈敏地感受到系統(tǒng)的高低壓變化、大功率環(huán)境下的調(diào)速特性以及負(fù)載能力，有效提升機(jī)車整體的運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 ?干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的性能及特點(diǎn)

干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)是由功率組件和控制系統(tǒng)兩部分組成的，各個(gè)部分的元件所需要的功率是不同的，干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)中的功率單元包括電阻和電抗器，其他的元器件包括照明電路、冷卻風(fēng)機(jī)等設(shè)備，在機(jī)車的智能控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮重要的作用。干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)在載荷范圍內(nèi)可以通過智能的監(jiān)測(cè)與控制對(duì)微處理器進(jìn)行負(fù)載情況的監(jiān)測(cè)，做負(fù)載情況的設(shè)計(jì)與計(jì)算，讓負(fù)載實(shí)際控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)在強(qiáng)大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，也讓智能系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)的功效變得更加強(qiáng)大。

在干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)，以往集成一體化的設(shè)計(jì)多是由許多的設(shè)備組成的，安裝步驟比較繁瑣，且在安裝運(yùn)行之后不便于維修，因此要在干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)中做好不同等級(jí)電壓的輸入及輸出機(jī)組調(diào)速，在系統(tǒng)測(cè)試的過程中，跟蹤數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)和優(yōu)化干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，包括：干式電阻、干式電抗一體負(fù)載機(jī)、控制設(shè)備、控制面板、測(cè)控系統(tǒng)以及遠(yuǎn)控設(shè)備。

干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多是采用集成一體化的方式進(jìn)行，機(jī)車在行駛的時(shí)候面臨著許多復(fù)雜的行駛環(huán)境，在進(jìn)行干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候要綜合考慮機(jī)車的運(yùn)行環(huán)境，對(duì)所有的元器件采用一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，尺寸的大小根據(jù)元器件負(fù)載功率的大小確定，每一個(gè)元件的接口處預(yù)留一個(gè)獨(dú)立的負(fù)載裝置和控制系統(tǒng)，安裝擴(kuò)展的接口，使得集成一體化的設(shè)計(jì)做到靈活和可擴(kuò)展。

2 ?干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組成部分

干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是從干式負(fù)載檔位、風(fēng)機(jī)接觸器、空氣壓力信號(hào)開關(guān)以及排氣溫度信號(hào)等幾個(gè)重要的部位著手，利用PLC軟件系統(tǒng)將各個(gè)元器件結(jié)合在一起，并可以通過PLC軟件系統(tǒng)做到遠(yuǎn)程的監(jiān)督，將監(jiān)控軟件安裝在PC端口上，可以利用以太網(wǎng)對(duì)電纜的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，下達(dá)操作指令。

在干式負(fù)載的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，PLC軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最大的問題就是如何找到功率總和與既定檔位之間的匹配關(guān)系，干式負(fù)載調(diào)節(jié)功率的運(yùn)轉(zhuǎn)核心在于找零，需要借助動(dòng)態(tài)規(guī)劃法或者是窮舉法的方式解決和處理，這樣的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方式可以在發(fā)生故障的時(shí)候仍然可以做到保持基本的運(yùn)轉(zhuǎn)，排除掉接觸器、風(fēng)機(jī)不轉(zhuǎn)以及排氣超溫的問題，因此，在進(jìn)行PLC軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以分兩步進(jìn)行系統(tǒng)完善，第一步是實(shí)現(xiàn)對(duì)干式負(fù)載常見故障的自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)故障問題進(jìn)行事前預(yù)測(cè)，在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候加入事前編程。第二步采用窮舉法和最優(yōu)控制算法的方式進(jìn)行故障檔位的確認(rèn)，按照智能控制系統(tǒng)的檔位組合做設(shè)計(jì)優(yōu)化。

在對(duì)干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候必然要對(duì)故障問題進(jìn)行提前預(yù)判，常見的干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的故障有幾種，包括：風(fēng)機(jī)接觸器故障、排氣超溫故障、風(fēng)壓低故障，對(duì)于不同的故障類型，深入分析故障產(chǎn)生的原因，按照故障判斷的邏輯在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行問題的事前整理。

對(duì)于干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的風(fēng)機(jī)故障判斷，要對(duì)發(fā)電機(jī)的每一項(xiàng)調(diào)節(jié)功率進(jìn)行動(dòng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況的追蹤，本次功率調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)在閉合檔位后所需的風(fēng)機(jī)都在閉合檔位情況的檢驗(yàn)。一旦發(fā)現(xiàn)閉合檔位的接觸器和動(dòng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)啟動(dòng)失敗的情況，干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，在短時(shí)間內(nèi)閉合和斷開瞬間電流，確保電流損壞的問題不會(huì)影響機(jī)車的整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。一旦動(dòng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)問題斷開檔位之后，只需要在3分鐘內(nèi)就可以跟蹤分析故障發(fā)生的原因，停止風(fēng)道風(fēng)機(jī)，并確保智能控制系統(tǒng)可以繼續(xù)發(fā)揮作用冷卻就電阻管，防止機(jī)車的排氣溫度過高。

在分析和判斷動(dòng)風(fēng)機(jī)的故障情況的時(shí)候，可以從動(dòng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況出發(fā)進(jìn)行故障性能的分析，還可以從正常運(yùn)行的過程進(jìn)行判斷，干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)可以從起動(dòng)指令出發(fā)對(duì)機(jī)車的功率進(jìn)行調(diào)整，接觸器在接收到相關(guān)的指令之后可以啟動(dòng)一個(gè)2秒的定時(shí)器，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)和情況反饋到監(jiān)測(cè)器中，如果反饋的結(jié)果為真，說明干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)順利進(jìn)行，如果沒有順利地抵達(dá)監(jiān)測(cè)器中，說明風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況發(fā)生了故障，智能控制系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)制如圖2所示。

機(jī)車的內(nèi)部電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候很容易發(fā)生溫度過高的情況，溫度過高會(huì)給智能控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來較大的負(fù)荷，引發(fā)故障的概率也非常地高，干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)榱私档蜏囟冗^快、過高的變化帶來檔位故障切換的情況，要在設(shè)計(jì)階段增加一個(gè)故障報(bào)警的設(shè)計(jì)，智能控制系統(tǒng)的檔位切換故障判斷的邏輯如圖3所示。

如果智能控制系統(tǒng)中檢測(cè)到溫度過高的情況，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的警報(bào)值，干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)返回的信息值為“真“，此時(shí)會(huì)觸發(fā)警報(bào)。

在干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及使用的過程中在每一個(gè)風(fēng)道口都設(shè)計(jì)安裝了一個(gè)空氣壓力開關(guān)，在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，風(fēng)壓的產(chǎn)生是必然的，也會(huì)影響空氣壓力的開關(guān)以及閉合，風(fēng)壓過大或者是沒有正常的紓解通道就會(huì)影響智能控制系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在判斷干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的故障排查可以借助智能控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能實(shí)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)向風(fēng)機(jī)發(fā)送啟動(dòng)指令，如果2s空檢驗(yàn)到空氣壓力開關(guān)啟動(dòng)，向干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)返回“真”的信號(hào)，此時(shí)說明風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，復(fù)位的定時(shí)器可以退出的循環(huán)機(jī)制，機(jī)車可以繼續(xù)地穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。如果與上述的反饋情況不同，則智能控制系統(tǒng)可以收到風(fēng)機(jī)返回的警報(bào)信號(hào)，此時(shí)說明機(jī)車內(nèi)部的空氣壓力開關(guān)進(jìn)口處的氣流紊亂，風(fēng)壓的存在以及氣流的波動(dòng)會(huì)讓信號(hào)瞬間跳動(dòng)，影響機(jī)車風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)機(jī)車的安全行駛也產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)智能控制系統(tǒng)收到返回的警報(bào)信號(hào)之后，要及時(shí)做好維修檢驗(yàn)計(jì)劃的安排。

3 ?總結(jié)

干式負(fù)載智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝使用讓機(jī)車發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)變得更加穩(wěn)定和安全，在機(jī)車行駛的過程中，面臨的環(huán)境和要素是非常復(fù)雜的，機(jī)車內(nèi)部器件的運(yùn)轉(zhuǎn)以及外部環(huán)境要素的影響需要智能的控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施的監(jiān)測(cè)。本文總結(jié)以往機(jī)車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化當(dāng)前系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得機(jī)車的安全控制變得更加簡(jiǎn)單、可靠，尤其是多層次的報(bào)警與監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，讓機(jī)車內(nèi)部控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性得到大大的提升。

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作者簡(jiǎn)介：席國(guó)乾（1993-），男，甘肅白銀人，蘭州交通大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)楦咚賱?dòng)車組電氣裝備自動(dòng)化與監(jiān)控技術(shù)。