电力机车过分相

毕业设计（论文） 课题名称：电力机车过分相装置的装车改造与设计、安装与试验 专业（系） 电气工程系 班 级 工业控制091 学生姓名 周 金 指导老师 周 莹 完成日期 2011 2012 届毕业设计任务书 一、 课题名称：电力机车过分相装置的装车改造与设计、安装与试验 二、 指导老师：周莹 三、设计内容与要求 1、课题概述   SS6B电力机车自动过分相装置采用车载自动过分系统，有车载控制装置和地面磁性感应器两部分组成。通过本课题的设计，要求学生能分析SS6B电力机车过分相装置的原理，掌握SS6B型电力机车自动过分相系统安装要求，能够根据相应技术要求，进行控制装置与电力机车各部件的调试，掌握SS6B电力机车自动过分相装置在实际运用中的故障进行分析，并对SS6B电力机车自动过分相装置进行改装设计。使学生更好的理解SS6B电力机车自动过分相装置工作原理与应用，培养学生应用所学知识去株洲机务段进行自动股份向装置调研，分析解决自动过分相装置的实际问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。   2 设计内容与要求 （1）叙述SS6B电力机车自动过分相装置装车改造 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的设计（装车前自动过分相装置在其他车型上的应用） （2）绘制SS6B电力机车自动过分相装置系统结构图 （3）拍摄SS6B电力机车自动过分相控制装置安装图片，车感器安装图片，信号指示器安装图片 （4）根据实际情况对相应的车感应器电路进行改造设计（包括埋设方式，安装示意图） （5）绘出改进后自动过分相装置的面板示意图及背板示意图 （6）标出自动过分相控制器的外形尺寸图，并提出设备安装要求 韶山6B（SS6B）型干线客货两用电力机车 一、简 介 SS6B型电力机车是1992年为郑宝铁路电气化工程提供的国际招标第三批电力机车。它是由株机厂和株洲所共同研制开发的6轴干线用交直传动相控电力机车。该型机车的设计， 以国内外交直传动相控电力机车成熟的技术和经验为基础，并根据铁道部“关于开展电力机车简统化、系列化”的精神，较大范围内采用和吸收了SS4和SS6型机车的技术。样车于1992年12月完成 二、技术特点   (1)、机车主电路采用转向架独立供电方式，可进行机车电气轴重转移补偿以提高机车的粘着利用。采用大功率整流元件和晶闸管元件组装构成的不等分三段半控桥电路，进行机车相控无级调压。为提高装置并联元件的均流特性，在元件支路串联了均流电抗器，并采用铜散热器进一步改善机组散热条件。采用加馈电阻制动，保证在低速区 (10-5Okm/h)具有恒定的最大制动力   (2)、采用与SS6B型机车通用的ZD114型牵引电动机。 (3)、在机车主电路交流侧也设有功率因数补偿装置，因而使机车具有较高的机车功率因数和较小的谐波等效干扰电流。   (4)、机车在速度达到5Okm/h(或控制级6级以上)后可实行三级磁场削弱控制。此外，为提高机车调速范围，控制系统也作电机超压控制，机车最大恒功速度达83km/h (5)、电子控制装置采用标准型结构，对机车进行特性 (恒流准恒速)控制，并具有轴重转移电气补偿、防空转滑行、功率因数补偿、空电联合制动等控制功能。 (6)、辅助电路为传统的旋转劈相机系统。每台车有两台劈相机，所有辅助电机与SS4G型和SS6乳型机车通用，辅机保护采用三相自动开关保护。 (7)、C0转向架采用双侧低位平拉杆牵引装置，具有动力学稳定性好、粘着利用高的优点;电机采用滚动轴承抱轴式悬挂、单侧刚性直齿传动;牵引力的传递由轴箱及拉杆传到构架，再由双侧平拉杆传到车体侧梁，通过侧梁传递到车体牵引梁及车钩;一系悬挂和二系悬挂分别是传统的橡胶叠簧和圆簧 　(8)、机车车体采用了大顶盖整体承载结构，其断面结构与SS4G型机车基本一致。采用了预布线和预布管设计。控制电路均由冷压型线簧芯式插件连接，并由车内两端的端子柜交换。车内设备采用传统的分室斜对称布置，紧凑有序、易于维护   (9)、机车通风系统采用传统的车体通风方式，进风口为车体侧墙大面积立式百叶窗。牵引通风支路分别先冷却平波电抗器，然后冷却1、2位 (或5、6位)牵引电机，或先冷却变流装置，再冷却3位(或4位)牵引电机。变压器通风支路为车内吸风，经全铝翅片式散热器进行热变换，再经车顶排风。制动电阻通风支路为独立的车底吸风、车顶排风，车顶有活动百叶窗结构。 (10)、为提高SS6B型机车的可靠性和使用性能，并使之适应郑宝铁路电气化铁路日元贷款招标机车的技术要求，SS6B型机车还来用了多项引进产品或引进技术国产化的产品。除采用ZD114型牵引电机之外，还采用台湾国祥公司生产的顶式空调器，德国德意达与上海通讯工厂合资生产的DFl6型光电式速度传感器，仿6K型机车的静压式风速继电器，国产化的TSG3型 (8K型机车)受电弓及TDZlA型空气断路器等电器部件。 摘 要   随着高速电气化铁道的快速发展，电力机车运输供电面临巨大挑战。电气化铁道电网采用单相供电,而电力系统则是三相供电系统。为了使电气化铁道从电力系统三相电网取流基本对称,电气化铁道采用了分相分段取流的方法,即每隔20～25km设置一个分相区,相邻分区由不相同的两相供电,相邻分相区约有30m的供电死区,这样就存在电力机车如何通过供电死区。在比较国内所用的3种自动过分相方式的基础上,提出在准高速和高速电气化铁道上采用车载断电自动过分相装置的方案, 本文研究的自动过分相装置基于LKJ2000型监控装置和GPS全球定位系统，利用微处理器从LKJ2000型监控装置中获得相应定位数据，利用GPS系统进行辅助定位，利用PLC控制模块以及混合继电器模块实现对机车的控制操作该装置具有控制精度高，可靠性高，易于安装、管理和维护等优点，具有广阔的应用前景。 关键字： 自动过分相  可靠性  微处理器  LKJ2000型监控装置      GPS全球定位系统  PLC控制  Abstract With the rapid development of high speed electrified railway, electric locomotive power supply faces enormous challenge. Electrified railway power system single phase power supply, while the power system is a three-phase power system. In order to make the electric railway power system three-phase power flow from taking the basic symmetry, electrified railway using segmented flow with phase method, every 20 ~ 25km set a segregated area, adjacent partition by different two-phase power supply, adjacent phase are about 30m supply dead, so there is electric locomotive by power supply zone. In comparison with domestic with 3 kinds of automatic neutral-section passing way foundation, proposed in the high speed railway on the use of on-board neutral-section passing device for automatic power cut off, This paper studies the automatic neutral-section passing device type monitoring device based on LKJ2000 and GPS global positioning system, the use of the microprocessor from type LKJ2000 monitoring device to obtain the corresponding positioning data, the use of GPS system for the auxiliary positioning, the use of PLC control module and the mixed relay module to control operation of the locomotive device has the advantages of high control accuracy, high reliability, easy installation the management and maintenance, and other advantages, has broad application prospects. Keywords: automatic phase over-separation    reliability    microprocessor LKJ2000 type monitoring device    GPS global positioning system              PLC control 第一章 绪 论 1.1.1课题研究的目的及意义 铁路是国家重要基础设施、国民经济大动脉和大众化交通工具。加快铁路发展，对促进经济社会发展，实现全面建设小康社会的宏伟目标具有重要作用。经过多年的努力，我国铁路事业取得了长足进步，但是目前铁路运输能力与运输需求的矛盾仍然十分突出，成为经济社会进一步发展的制约。重载和提速是目前我国铁路发展的重要方向，对于扩大铁路运输能力，缓解铁路运输瓶颈制约都具有重要意义。随着我国铁路运输形式的发展，特别是铁路干线机车时速的大规模提升，对机车的自动化运行提出了更高的要求。 1.1.2 改造设计电力机车自动过分相装置的目的及意义 我国电力系统供电网络采用三相交流方式供电，而在铁道电气化牵引区段，电气机车的供电方式采用单相工频交流方式。为使电力系统三相供电网络的负荷平衡以及提高电网利用率，电气化铁路接触网采用分段分相供电方式。为防止相间短路，各相间用空气或绝缘物分割，称为电分相。铁路供电网络的换相间隔为20km-30km，不同相位之间存在个长约30m的电分相区。为保证机车受电弓与铁路接触网的电寿命，必须保证车受电弓在无电流情况下进出分相区。传统的电力机车过分相技术采用车上手动切换方法，即电力机车通过分相区时，司机按照操作规范，进行人为过分相操作。接近分相区时，司机先将机车调速手轮回零（也称降流过程），再断开主断路器、辅断路器等器件，保证受电弓无电进入分相区机车利用惯性作用通过分相区后，再以相反的顺序操作，恢复机车电力供应。 这种手动操作通过分相区的方法主要存在三个缺陷：第一，降低了行车安全。 采用人工过分相方法，行车安全完全依赖于机车司机的注意力和技术水平，没 有技术设备保障，对行车安全极为不利；第二，加大了司机的劳动强度；第三 影响了行车速度。特别对高坡重载区段，手动过分相会引起机车大幅降速，延 长咽喉区段的运行时间，降低线路运送能力。这种手动切换方式己无法适应我 国电气化铁路重载和高速发展的需要，所以保证自动过分相装置的正常工作研究就显得十分必要。 2.1自动过分相系统的发展和现状 为使电力系统三相负荷尽可能平衡，电气化铁道的接触网采用分段换相供电。为防止相间短路，各相间用空气或绝缘物分割，称为电分相。国内接触网上每隔20千米至25千米就有一长约30米的供电死区。在此无电区外一定距离处设有“断”、“合”提示牌，电力机车通过时须退级、关闭辅助机组、断开主断路器，J隋行通过无电区后再逐项恢复，这样受电弓是在无电流情况下进出分相区的，从而保证了受电弓和接触网的寿命。但这样操作，一方面影响了行车速度，另一方面增加了司机的劳动强度，操作稍有疏忽就会拉电弧烧分相绝缘器。对准高速、高速线路，每小时就要过10多个分相区，靠司机操作实属困难。对高坡重载区段，手动过分相会引起列车大幅降速，延长咽喉区段的运行时间，降低线路运能。因此很多列车自动过分相的方案被提出，来取代司机的手动过分相操作。自动过分相装置的发展经历从地面设施到车载设备、从机电开关控制到微机控制的发展历程。早期的自动分相装置主要是设置在分相区附近的机电开关设备，其中比较典型的方案包括地面开关自动切换装置以及柱上开关自动断电装置。 2.1.1.1地面开关自动切换方案 地面开关自动切换方案的工作原理如图2一1所示。在接触网分相处嵌入一个中性段，其两端分别由绝缘器JYhJYZ与二相接触网绝缘。JYI、JYZ不采用一般的由绝缘物构成的分相绝缘器，而采用锚段关节结构，以保证受电弓滑过时能连续受流。二台真空负荷开关QFI、QFZ分别跨接在JYI、JYZ上，使接触网两相能通过它们向中性段供电。在线路边设置四台无绝缘轨道电路CGI一CG4作为机车位置传感器。无车通过时，两台真空负荷开关均断开，中性段无电。当机车从A相驶来达到cGI处时，真空负荷开关QFI闭合，中性段接触网由A相供电。待机车进入中性段，到CG3处时，QFI分断，QFZ随即迅速闭合，完成中性段的换向过程。由于此时中性段己由B相供电，机车可以在不用任何附加操纵、负荷基本不变的条件下通过相分段。待机车驶离CG4处后，QFZ分断，装置回零。反向来车时，由控制系统自动识别，控制两台真空负荷开关以相反顺序轮流闭合，采用这种方法过分相，断电时间约为0.1秒一0.15秒。 这种方案的优点是:接触网无供电死区，无须司机操作，机车上主断路器须动作，自动换相时接触网中性段瞬间断电时间很短，且此时间与行车速度无关，可适用于O一350千米每小时的速度范围，对行车中可能出现的限速，一度停车情况均能正常工作。这种方案的缺点是:装置必须要在线备份并在线检查，需要设计冗余电路中性段长度难于确定;合闸时电流冲击较大，列车容易产生冲动;投资巨大，要建分区所，需要有一批管理和维护人员。 2.11.2柱上开关自动断电方案 柱上开关自动断电方案的工作原理见图2一2。A、B两组真空开关在正常状态下均处于分断位置。当电力机车运行至ab之间时，A组开关装置线圈有电流通过，磁铁吸合，真空开关在巧毫秒时间内闭合使ed段有电。当电力机车运行至ed之间时，A组开关的线圈中无电流通过，磁铁释放，巧毫秒时间内A组真空开关断开，使d一e一乒g为无电区，机车惰行。当电力机车运行至gh之间时，B组开关装置线圈有电流通过，同理B组真空开关闭合;当机车驶离i点后，B组开关线圈失电使B组开关断开，但此时该开关不起分断电流作用。这样A、B两组开关回到初始状态。这种方案的优点是:比上一种方案来得简单，无须设立分区所，相应投资要少些;供电死区(d一e一f-g段或c一d一e一锻)比现有的分相区来得短，无需司机操作，机车上的主断路器不需分断。 这种方案的缺点是： (l)真空开关带负荷分断，需要经常维护，由于是柱式安装，难于实现100%备份。 (2)该方案的运行可靠性与机车通过分相区时的速度有关，即通过速度必须在一定范围内。如果机车速度太低，机车尚未到达d点就过早地断电，靠惯性闯过供电死区时的速度损失很大，严重时甚至接近停车;如果机车速度太高，机车通过a一c段的时间太短，A组开关线圈得电时间太短，导致A组开关不能正常闭合。所以这种方案难于适应临时限速、一度停车等特殊情况。随着列车速度的不断提升和微机网络控制系统在车辆中的广泛使用，现代自 动过分相装置更多的开始向车载定位的方向发展。其中比较典型的方案包括车上自动控制断电方案和车载信息监测方案。 2.1.1.3车上自动控制断电方案 车上自动控制断电方案的工作原理是当机车得到过分相预告信号后，首先进行确认，然后封锁触发脉冲，延时断开主断路器，使机车惰行通过无电区。在通过无电区后，由机车自动检测网压从无到有的跳变并确认，再合主断路器，顺序启动辅机，然后限制电流上升率，，一启动机车。该方案中，除分相预告信号与地面设施有关外，其余一切操作都由机车自动完成，无需人工干预。在离分相区两端约60米处的线路上，左、右各埋一块磁铁，一个分相区只需要四块磁铁。机车头部靠近铁轨处左右各设一个感应器，当机车通过磁铁时，感应器就接收到信号，再由感应器向机车微机控制系统发送预告信号。机车微机控制系统在收到该预告信号后延迟一定时间，向感应器发出一个20毫秒宽、110伏电平的复位信号，使感应器复位，预告信号随之消失。所延迟的时间用于完成对预告信号的确认，封锁触发脉冲，等待电机电流衰减和断开主断路器，车上一般都装有高压互感器，用于提供一次侧电压信号和检测无功功率。所以为了实现过分相的自动控制，一般不需另行增加设备。 该方案的优点是: （1） 投资最低，仅需解决过分相的预告信号问题。 （2） 主断路器只分断辅机的小电流，而不需分段牵引电机电流，因而对主断路器电寿命影响不大。 （3） 过分相区后能自动控制电流上升率，不会有冲击电流，对列车造成的冲动也比较小，提高了乘客的舒适度。 （4） 过分相的自动控制与列车速度无关，可适应低速,常速，准高速和高速的要求。       该方案的缺点在于：地面磁铁的安装需要在路基上施工，牵涉部门多，施工难度大。另外磁铁有可能人为的失效，造成漏检发生拉弧等行车事故。为此，很多基于无线通信系统的地面定位方案的提出，其中比较典型的如基于RFID和GPS组合定位的替代方案。   第二章 SS6B机车自动过分相系统介绍 2.1自动过分相系统的组成 电力机车过分相信号的感应、处理，由地面磁感应器、感应接收器和过分相控制装置共同完成。机车过分相的控制，由微机柜及机车控制回路完成。微机柜对机车过分相的自动控制，与司机操作控制并联，当司机操作控制过分相，自动控制起监视备份作用。因而信号的接收与处理装置就显得格外重要。 2.1.1自动过分相地面磁感应装置介绍 2.1.1.1概述 电力机车自动过分相地面磁感应装置是基于免维护地面定位技术的车载自动过分相控制系统的地面磁感应装置。机车通过感应地面定位信号确定机车与分相点的相对位置，地面定位和机车感应信号分别采用斜对称埋设和备份接收，以保证自动过分相的安全和可靠。 2.1.1.2主要性能 电力机车通过时会发出相应信号给机车，通过车载感应接收器和过分相控制装置自动完成电力机车断电过分相。 自动过分相地面磁铁式感应装置是嵌入到轨枕里的永久磁铁，具有耐高温、耐腐蚀、不会丢失、不会损坏等特点，适合安装在室外。 自动过分相地面装置为一端装有磁性信号装置的混凝土轨枕——信号轨枕；信号轨枕在机车通过时会发出相应信号给机车。每个分相点需安装四根信号轨枕。由来车方向计起，第一根信号轨枕为预告(断主断)，第二根信号轨枕为强迫断（断主断），第三根信号轨枕为恢复（合主断），第四根信号轨枕为备用恢复或机车反向运行时预告（断主断）。4根轨枕依次称为1号、2号、3号和4号轨枕。     信号轨枕及磁性端位置示意图见下图： （3）系统技术性能 电力机车过分相信号的感应、处理，由地面磁感应器、感应接收器和过分相控制装置共同完成。机车过分相的控制，由微机柜及机车控制回路完成。微机柜对机车过分相的自动控制，与司机操作控制并联，当司机操作控制过分相，自动控制起监视作用。 地面感应器的埋设方式见下图： 机车运行至G1(G4)点，自动过分相控制装置接收到感应器感应的预告地面定位信号，控制装置向微机柜发出过分相信号，微机柜根据此时机车运行速度，控制电机电流平稳下0，发出断‘主断’信号给控制电路，控制电路控制机车断劈机、断‘主断’（预告模式）；同时，司机室蜂鸣器响3s，提醒司机过分相区。当G1(G4)信号失效时，机车运行至G2(G3)点，动过分相控制装置接收到感应接收器感应的强迫地面定位信控制装置向微机柜发出过分相强迫断信号，微机柜立即封电流，发出断‘主断’信号给控制电路控制机车断劈相机、断‘主断’。 正常接收到G1(G4)信号时G2(G3)信号不起作用（强迫模式）。 机车通过无电区后，根据接收G3(G2)点，自动过分相装置接收到感应接收器感应的合闸地面定位信号，则通过预号通道向微机柜送出合‘主断’信号，司机室蜂鸣器响3s，醒司机已通过分相区。微机柜发出合‘主断’给控制电路，控路控制机车合劈相机、合‘主断’。预备好后，微机柜控制电电流缓慢恢复到过分相前工况。 在正常接收G3(G2)信号时G4(G1)信号不起作用。 1.2地面磁感应装置组成及外形 地面磁感应装置是嵌入到轨枕里的永久磁铁，具有耐高温、耐腐蚀、不会丢失、不会损坏等特点，适合安装在室外。 （1）信号轨枕 采用特殊专用模具的钢筋混凝土轨枕，具有使用寿命长，稳定性高，养护工作量小等优异特性。 （2）磁性感应装置 采用特殊工艺制造的磁体感应装置，具有磁场稳定、抗震荡、不易衰减、耐高温、耐腐蚀等优异特性。磁钢本体采用贯穿的钢柱在轨底焊接固定，再灌注特殊填充物把磁钢本体与枕体粘结。 （3）防护罩及其它附件 高强度不锈钢防护罩，形状与轨枕侧面形状一致，无突出无内陷部分。抗冲击，抗震动，耐磨损。每个装置都具有清楚明显的铭牌标识，标识内容齐全：品牌，型号制造商，生产年份，编号等。 （4）应用范围 适用的速度范围：10～250km/h。 适用于单相50Hz、25kV交流电气化铁路接触网工程。 第三节地面感应器的安装 3.1安装作业流程 (1)确定统计各分相点里程； (2)确定分相点所处站段和领工区； (3)确定所需轨枕型号或、特殊分相点如桥梁隧道等特殊轨枕的型号； (4)收集确定各材料库收货人的姓名、电话、地址、邮编，并通知生产制造商生产发货； (5)施工单位根据安装图纸在分相点前后对应更换轨枕的位置作好标记。并用油漆标示磁性信号对应端； (6)在收到货后，按照一般混凝土轨枕锚固螺栓； (7)将磁性轨枕在线路旁按油漆标示位卸下，尽量对准油漆位，以减小换枕时搬运距离； (8)信号轨枕位置及磁性端朝向示意图 3.6磁性装置的安装(现场组装情况下) (1)安装磁性装置时注意磁性装置的中心距钢轨内侧工作 边的水平距离。磁性装置的中心距相邻钢轨内侧工作边的水平距 离为335mm，允许最大偏差为：±15mm。如下图所示： (2)尺寸定位后将磁性装置上的螺杆（轨枕下方）垫上平垫弹垫，然后用螺母拧紧。 (3)将磁性装置与轨枕接触的地方用密封胶密封。 现场组装注意： ●检查即将安装的轨枕有无断裂； ●磁性装置有无碰伤和松动，有无太多的铁屑、矿粉等吸附物。 ●安装磁性装置时应特别注意将工具和其他铁器等远离磁性装置，因磁性装置的磁力超强，容易造成安全隐患。 3.8注意事项 （1）4根信号轨枕必须严格按照图的位置来放置。即不管是单线还是复线，不管是上行还是下行，安放的位置永远是如图中的位置。 注意： 4个信号轨枕成斜对称布置，信号轨枕所在位置一定不能错。 （2）一个分相点（即一个中性区段）附近安装4根（1套）信号轨枕。这4根轨枕完全一样，也不分编号，只有轨枕型号之分。 （3）信号轨枕的磁性装置一定要与图中黑色标志一致。 （4）35m、170m处的距离如果刚好落在一根轨枕上，则取该根轨枕作为需要更换的轨枕，如果落在两根轨枕之间，则取该两根轨枕中的任何一根轨枕作为需要更换的轨枕。 （5）磁性装置磁性比较强，安装时注意安全，尽量使手表、磁卡、呼机、手机等远离磁性装置。注意铁器在磁性装置附近的使用，尽量不靠近磁性装置，拿好拿稳铁器，以免造成伤害。 （6）信号轨枕应尽量避开信号机、钢轨接头（无缝钢轨除外）和其他一些轨道上的装置，不要离得太近。如果信号轨枕的位置刚好在钢轨接头等处，可以将特制轨枕的安装位置以35m±2m、170m±2m的位置作适当调整（即向左、右可以在2m以内作适当调整）。但尽最大努力以35m、170m为标准安装。 第四节地面磁感应装置的日常维护和定期检修 4.1巡道检查 巡道工在例行巡道检查时，要注意检查信号轨枕的完整性如发现磁钢部分被盗，被列车垂下品碰伤刮伤，在磁钢和扣件间的轨枕挡肩部位出现裂纹、松动等异常情况时，应及时 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 级检查处理，必要时予以更换。如发现感应器的防护罩表面吸了太多的铁屑、矿粉等细小异物不易自然清除时，请协助扫除 4.2检测地面感应器纵向位置 操作方法：用30~50m卷尺沿线路中心分别对电分相中性段两侧的2#、1#和3#、4#地面感应器的纵向位置进行检测。偏差超过10 m时，由工务部门配合调整至标准位置。 4.3检测磁性装置的磁场感应强度 地感器的磁场强度测量每半年检测一次。 操作方法：用量程范围为0~200mT~2000mT的高斯计和1m卷尺，水平方向距离钢轨内侧工作边（335±15）mm，垂直方向距离钢轨表面(110+10)mm处，测量其磁场强度。当磁场强度低于36高斯时必须更换，更换工作由工务部门配合完成。注意：测量时，高斯计探头尽量与地面磁感应装置上表面平行。 4.5避免随意移动、抽除信号轨枕 为了保证车载式自动过分相系统的正常动作，信号轨枕的铺设位置与接触网分相区密切相关，因此不可以随便移动，甚至擅自抽除信号轨枕。如果因为抢险或者恢复受灾地段等特殊需要不得已变动了信号轨枕，应在相应位置作出明显标记，并及时上报工务段调度通知邻近机务段调度，以便及时通告司机以手动方式通过分相段。灾害因素消除，恢复正常线路后，应在原位置尽快补齐缺少的信号轨枕，以便恢复该分相区地面感应器的地面定位功能。  4.2机车控制部分工作原理 图2-6为机车自动过分相工作原理示意图。在铁路术语中，定义各地机车向北京方向行驶为“上行”，背离北京方向行驶为“下行”。上行时机车实时公里标数据是递减的，下行时实时公里标数据是递增的，机车公里标的计算必须结合机车上下行状态才能得到正确结果。 图2-6自动过分相工作原理示意图 假设机车目前处于上行线路上。C点为铁路线上挂有“断”标识的位置点， 机车必须在此点之前完成过分相操作，即断开机车主断路器操作，否则机车受电弓将带电冲进无电区造成拉电弧烧损分相绝缘器事故；A、B位置点是自动过分相装置根据机车实时公里标和速度经过计算得出的位置点，在这些位置点处自动过分相须进行预定的相应操作。图中SAB 由式(2-1)计算得出，SBC由式(2-2)计算得出。                             式中——机车在A点的速度，单位：m/s； ——机车完成过分相切断操作需要的时间，单位：s； ——机车完成断主断和降受电弓所需时间，单位：s。 图中C点对应的公里标信息预先存储在自动过分相装置中，设其公里标为 ，设机车当前公里标信息是    L，速度是v。在公式(2-3)、(2-4)中时间参量、需根据机车的过分相操纵机构特性来选定。如果式(2-5)中J1结果小于0， 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 机车运行到达A点，此时自动过分相装置进行过分相操作。机车继续运行，如果式(2-6)中J2结果小于0，说明机车运行到达B点，此时自动过分相装置将检测机车主断路器状态。如果机车主断路器断开，机车继续运行；如果主断路器没有断开，装置马上执行强制断开主断路器操作。如果再检测到主断路器没有断开则执行降受电弓操作，以避免机车受电弓带电进入无电区。机车继续运行通过电分相区至D点时，受电弓重新带电，系统检测到网压跳变时，依次闭合主断路器、劈相机和辅助电机。E点表示此次自动过分相操作完成，自动过分相系统将准备下一次过分相操作。机车下行的操作过程与上行类似。   不同的机车交路有时会出现相同的公里标，为了防止过分相操作判断错误，在判断是否进入有效操作距离后，加上了一个附加条件：车站号。即车站号和进入有效操作距离两个条件同时满足时才允许进行过分相操作。 2.5.1技术指标 根据2002年铁道部颁布的铁道标准及相应国标的规定，铁路机车自动过分 相装置的相关技术指标如下： (1)工作电压：使用标准车载电压DC110V电源，波动范围DC77V～DC132V； (2)工作温度：机车内部工作温度-40℃～80℃； (3)主回路电流：机车信号电流不大于5A，要求保证4倍额定过电流的余量，即要求主回路能够承受20A电流； (4)电磁兼容性要求：符合铁标TB/T3034与国标GB/T17626相关标准； (5)可靠度要求：0.9998。 优点： （1）投资最低，仅需解决过分相的预告信号问题； （2）主断路器只分断辅机的小电流，而不需分断牵引电机电流,，因而对主断路器电寿命影响不大； （3）过分相区后能自动控制电流上升率，不会有冲击电流，对列车造成的冲动也比较小，提高了乘客的舒适度； （4）过分相的自动控制与列车速度无关，可适应低速、常速、准高速和高速的要求； （5）预告信号的检测采用了2套冗余，所以使用可靠，没有发生过问题； （6）无需人工干预； （7）可以适应多弓的列车，头车在接到分相预告信号后，发出命令到其他动力车，使各动力车几乎同时封锁脉冲和断开主断路器，由各车自己判断是否通过了分相区。这样合主断路器命令是相继发出的，因而可减少整个列车牵引力的损失。昆明至石林的动车组上有3台动车、3弓并举，就是采用这种方法自动过分相的。 该方案的缺点是：机车上有一段时间是断电的，且断电时间比第2方案长，而断电时间的长短与通过速度有关。但是在高速时影响甚微，而在低速时影响比较明显。 通过以上分析比较，可以看出： （1）在准高速和高速线路上，采用第3方案即车上自动控制断电方案是可取的, 投资最小, 自动过分相性能较好, 工作可靠，而第1种方案是不可取的，第2种方案也由于其投资庞大, 不宜采用； （2）电机电流上升率的限制不必采用一固定值。在刚投入的几秒内，上升率要小，以后上升率可以取大些。这样可缩短过分相后电机电流的恢复时间, 又不致引起冲动； （3）由于过分相机车的速度下降，过分相后速度再恢复的时间取决于坡道和机车在这种速度下的加速力，运行的技术速度与机车的最高速度差越大机车的加速力就越大； （4）应采取措施防止埋在分相区两端的磁铁的丢失； （5）预告信号的位置设为60m只适用于机车速度小于300km/h，如果机车速度更高，应使预告信号提前。     第三章  车载装置的改造与设计 该装置在电力机车试运行过程中出现了不少问题，本设计主要对机车定位信号和机车行进方向信号的问题进行了调整．为此在GFX-3型系统的基础上增加了GPS定位模块和时间监测模块两个冗余模块,以加强过分相定位的准确性与自动过分相的可靠性。 3机车定位系统的设计 3.1GPS全球卫星定位系统 20世纪80年代，GPS卫星导航系统的出现，使得车辆定位技术得到了前所未 有的发展。自投入使用以来，GPS在导航与定位领域内，以其全球性、全天候、 低成本等优点显示出强大的生命力，目前已广泛应用于各个领域。由于在任一时 刻，地球上任一目标均能通过GPS系统得知其三维坐标、三维速度和准确时间， 车辆上安装GPS接收机，便能实时获知车辆位置、运行速度和运行方向。因此， GPS应是解决电力机车定位问题的设备选型之一。 3.1.1GPS机车定位系统的结构及功能 本系统GPS机车定位系统由接收机和P87LPC764组成，其结构如图3.1所示， 图3.1GPS定位系统结构框图 具有以下功能: 1、实时接收GPS定位信息(1次/秒);实时搜索线路信息，开机速度检测。 2、自动确认机车行驶线路。 3、自动发送卡位信息。 4、每秒钟和主控制器通讯一次;向其发送机车运行信息和行驶速度，同时将主 控制器发来的故障信息存入闪存。 5、根据速度调整信息对机车轮径大小进行修正。 6、实时检测速度脉冲。 7、输入电源的掉电检测. 8、断电自动保存线路数据及速度数据。 9、对机车上下行的识别。 10、故障报警。 控制器P87L 764是20脚封装的单片机，具有较宽的操作电压范围。可编程 I/O口线输出模式选择，可选择施密特触发输入，LED驱动输出。有内部看门狗定时器。采用8oc51加速处理器结构。指令执行速度是标准80c51枕U的两倍。其管脚连接见图3.2 图3.2P87LPC764管脚连接图 端口分配: PO.O和P0.1口通过光电祸合器接电力机车的I、II端。 P0.2和P0.3及串行口接74HC125实现与GPS或主控制器的串行通信控制。 控制器P87LPC764是20脚封装的单片机，具有较宽的操作电压范围。可编程 1/0口线输出模式选择，可选择施密特触发输入，LED驱动输出。有内部看门狗定时器。采用8Oc51加速处理器结构。指令执行速度是标准SOc51MCU的两倍。其管脚连接见图。 P0.4、P0.5、P0.6、Pl.6和PI.7五个端口完成闪存的读写控制。 PO.7接蜂鸣器实现数据接收指示和报警功能。 Pl.3(外部中断0)实现掉电检测和数据保存的功能。 Pl.4通过光电祸合器接电力机车的车速脉冲。 闪存的供电电压为2.7一3.6伏，串行数据接口(SPI)，最大时钟频率是20MHz，存储容量为16MBIT，内部有4096页，每页528字节，另外还有两个528字节的SRAM数据缓冲区见(图1一3)。其主要功能是存储10公里、200米距离乘法表，线路参数表，区域位置表，铁路线路信息表以及错误码信息表。 闪存地址分配如下: 乘法表:000000H--一008000H 参数表:01FO00H--一01FOICH 位置表:020000H--一100000H 线路表:100000H-一300000H 错码表:3F0000H--一400000H 3.1.2软件编程 为了提高软件的实时性，软件采用汇编语言.按功能划分为5个模块:主控制模块，GPS数据接收模块，线路数据搜索模块，行进方向确定模块，中断处理模块。 1、主控制模块 主控制模块主要完成初始化，接收GPs数据，线路信息搜索，自动确认机车行 驶线路等功能。初始化包括单片机的初始化和GPS接收机的初始化两部分。单片机的初始化部分主要完成对内存单元以及特殊功能寄存器的设置工作，GPS接收 机的初始化部分主要完成对0明板的原语输出，DOP门限值以及角速度滤波器的设置工作。 程序的流程图如图3.3所示。 图3.3主控制模块流程图 2、GPS数据接收模块 该模块实现了将GPS接收机收到的二进制原语数据转换成经纬度信息和速度 信息。并判断经纬度和速度值是否在设定的范围内，如果超出确认范围则认为接收错误并重新接收。程序流程图如图3.4所示。 图3.4  GPS数据接收模块程序流程图 3、线路数据搜索模块 该模块实现了自动确定机车行驶线路的功能:系统在刚开机时的线路全搜索 和机车在行进过程中的线路全搜索。具体实现如下:为了确定机车在哪条铁路线上行进，刚开机时系统根据上次断电时所保存的线路数据，查询电子地图中的线路表，并把当前时刻GPS的经纬度定位信息和从闪存中取出的分点的经纬度信息进行比较计算来确定机车本次运行的线路和上下行信息。程序流程图如图3.5所示。 在机车行进过程中，如果遇到分叉点，即在该点出口处存在多条铁路线，那 么系统将依次把分叉点周围的铁路线搜索一遍，并将GPS的定位信息和从闪存中取出的分点信息进行比较计算，首先排除距离超过10km的线路，其次排除距离超过1km的线路，直到找到正确的线路。如果分叉点周围所有线路搜索完毕之后仍未找到正确的线路，那么系统将根据此时的经纬度信息，首先确定机车所在的位置区域，然后从闪存中调出此区域内的所有线路进行搜索，从而确定机车此时行进的线路。程序在编制过程中防止了搜索过程中可能出现的的死循环，并确保能每秒和主控制器通信一次。 如图3.5 线路数据全搜索模块程序流程图 4、行进方向确定模块 这部分模块的功能是自动确定机车行驶方向和自动发送卡位信息。具体实现 如下:根据电子地图中分点的经纬度和GPS采集到的经纬度来确定机车的行驶方 向。如下图3.6所示: 图3.6定方向示意图 机车以方向A行驶时，当经过参照1点后，系统马上调整到2点作为参照点， GPS实时确定的机车位置到参照点2的距离会越来越近，方向为上行。当机车以 方向B行驶时，在未调转方向时，情况与方向A时的相同。若机车调转方向，GPS实时确定的机车位置到参照点2的距离将会越来越远，这种情况下系统会马上作调整将1点作为参照点，这时GPS确定的机车位置到参照点1的距离就越来越近，方向调整为下行。此外，如果机车是从l、2点以外的地方被拖到1、2点之内再行驶，那么系统也可以判断出机车是从10km以外的地方拖到此处，并将进行位置区域内的全搜寻，从而确定机车当前的位置以及行驶方向。 当机车通过相点的第一秒内，根据GPS采集到的经纬度信息进行计程，即从该点计程到200米处。系统根据相点属性(上行相点或下行相点)和上下行信息， 向主控制器FO15发送l号卡位、(上行)或3号卡位(下行)。 系统根据主控制器发送过来的速度调整信息(速度过快或速度过慢)来对轮 径进行相应的修正，从而实现对车速的实时修正。另外系统每一秒对车速脉冲进 行一次检测，并和GPS采集到的速度信息进行比较。当发现车速脉冲比GPS采集到的速度的一半还要小时，系统报警车速脉冲故障。 5、中断处理模块 中断处理模块由外部中断，串行通信和定时器T0三个中断服务程序组成。外部中断处理分为两部分中断O和中断1。中断O是由输入110v触发的.当机车停止或系统掉电时，依靠存储在电容中的能量将线路数据和速度信息及时地保存到Flash的参数表中，以供下次上电时参考使用。 外部中断1由车速脉冲触发的.通过计算l秒内车速脉冲的个数可得到机车的 行进速度。该速度就是每秒钟主控制器接受的速度信息。 串口通信包括单片机764和PC机通信，764和GPS通信，764和主控制器F015间的串口通信处理等。其中764与PC机或与GPS的通信选择是靠硬件实现的;764与主控或与GPS的通信选择是靠软件实现的。764和PC通信实现了闪存数据存储和错误码读取的功能;764和GPS通信实现了初始化GPS和接收GPS数据的功能; 行进方向确定模块程序流程图 764与主控制器通信实现了实时发送速度、卡位信息和接收错误码信息的功能。定时器T0实现l秒定时，完成系统所有的定时任务。单片机764内有看门狗定时器，可用软件设定其溢出周期，每隔一定时间对其清零，如果看门狗定时器溢出，则系统会复位。 另外系统对运行过程当中出现的故障都能及时的报警。除了上面所提到的开 机速度检测和车速脉冲检测报替之外，系统对I，II端故障和读取参数表故障均能报警。I，II端故障就是上下行信号同时出现的情况;在读取参数表的时候有两个字节的标志字节，如果没有读取到这两个字节，那么就出现了读取故障。系统除了可以实现报警，还可以将整套自动过分相系统所出现的故障全部记录。故障信息由主控制器以故障码的形式发送，并由GPs机车定位系统向Flash中的故障表中存储，方便今后的查询。 7.2.GPS定位系统试验 GPS的性能测试，以及静态和动态定位效果。 1、GPS性能测试 从断电到上电，发送初始化命令，测量从上电到正确接收数据的时间。 船用外接GPS天线:485(最短)905(最长) 磁吸式小型GPS天线:605(最短)1205(最长) 从初始化到正确接收数据的时间: 船用外接GPS天线:325(最短)805(最长) 磁吸式小型GPS天线:535(最短)1205(最长) 从以上的测试结果来看，定位所需时间基本符合GSU一36产品说 明书 职位说明书职务说明书委托证明书岗位工作说明书招标说明书 的标称值。 使用船用外接GPS天线时GPS接收数据的性能较好。 2、室内静态定位试验 分别使用磁吸式小型GPS天线和船用外接GPS天线在室内进行定位试验。从定位结果来看，GPS使用船用外接GPS天线时的整体定位效果要比使用磁吸式小型GPS天线时效果要好。经纬度漂移比较小，差值约0.001’，换算成离约1.85米。而使用磁吸式小型GPS天线时经纬度的漂移比较大，最大差值达0.090’(纬度)，0.042，(经度)，换算成距离约178米。比较两天线的速度值，可以看出两者都有漂移，但是船用外接GPS天线的抑制性较好，误差较小;而磁吸式小型GPS天线的抑制性较差，误差最高达到了4km/h。因此，本系统最终选定了船用外接GPS天线作为GPS的接收天线。 3、室外动态定位试验 汽车分别以6Okm/h，80km/h，100km/h的速度通过测试点。测试路线基本保 持为东西方向，即经度变化率大，纬度基本不变化，如图7.1所示。 图室外动态定位试验图 该试验为了验证汽车在运动中通过一个点时GPS是否能够正确的判断出是超过了该点还是没有到达该点.从测试的数据记录来看，不管车速是多少，从GPS 上采集下来的经纬度信息和测试点的经纬度信息进行比较，能够正确地判断出是 超过还是投有到达。虽然经纬度有漂移，但并没有出现跳变的情况，也就是说没 有出现经纬度突然从递增(递减)的方向变化为递减(递增)的方向，具体表现为没有出现已经超过测试点，突然又出现没有到达的情况，或者是还没有到达测 试点，突然出现超过测试点的情况。侧试结果令人满意。 . 6系统抗干抚 机车内电磁环境恶劣是众所周知的。在早期的国产机车上，因为电子设备较 少，电磁环境对机车性能的影响不是很明显，因而人们对机车电磁环境的研究和 治理并未给与足够的重视。近年来，随着电子技术的大力发展，为了提高机车性 能，机车上开始装载越来越多的电子设备。目前，由微机构成的机车控制系统的 功能己日趋完善，其本身的可靠性也得到逐步提高，但由于机车本身恶劣的电磁 环境，使这些电子设备装车后，有的性能不够稳定，在机车的某些工况出现死机 等故障;有的直接不能正常工作，导致控制失灵引发“窜车”的险情，甚至给国 家造成不应有的经济损失。因此，抗千扰设计是非常重要。 6.1机车内主要干扰源 在电力机车中，由于各种高、中、低压电器的共存，开关元件、电磁线圈的使用，布线的复杂，使得机车内形成了一个恶劣的电磁环境。下面我们简要分析机车内各种主要的电磁干扰源。 1、机车110V网络中的开关在开、关时产生的干扰脉冲在机车110v控制网络中存在大量的开关，在这些开关断开或闭合的瞬间，电路中会出现瞬变电压和瞬变电流，这是干扰产生的原因之一;同时，在开关断开或闭合时，开关触点间产生的电弧本身也是干扰辐射源， 2、低压电器的线圈在电源切断时产生大幅值的干扰电压 机车拙制回路中采用了大量由线圈控制的低压电器，如接触器、电空阀等。当这些电器的线圈被切断电源时，会产生幅值高达1500“2500v的浪涌电压。幅值如此高的浪涌电压，将对接在该回路中的电子设备形成强烈的电磁干扰。 3、机车牵引电动机运转时产生的干扰 机车上的直流牵引电动机运转时，整流电刷实际上是一种触点不断变化的开 关，执行自动重复转换的功能，转换电路的负载是电枢绕组电感，所以它和切断感性负载的}开关一样，也是因电流的快速变化和电弧现象产生电磁干扰。机车运行过程中负载是不断变化的，随着负载的变化，机车电机的反电势也相应变化，从而导致电机端电压发生瞬变。电压瞬变产生的干扰沿电机电源线向外传导，从而对机车上其它设备形成干扰。另外，直流牵引电动机换向时产生的火花也是一个较强的干扰辐射源。 4、电力机车主电路及辅助电路中功率器件产生的千扰 电力机车主电路及辅助电路中功率器件换向时，开关时间很短，约1一10林s，在瞬间导通和关断时，电流变化率di/dt很大，这会产生高频噪声并直接向空间辐射，或者通过晶闸管变流装置的输入、输出线向外传导，从而对机车控制系统产生干扰。 5、其他干扰 电力机车受电弓在机车运行过程中的弹跳离线拉弧，会产生尖峰瞬变噪声并 沿机车车体传播，从而对机车控制系统形成干扰;另外，自然界的雷击和电力机 车操作过电压等，也都是机车控制系统外环境中的破坏性较大的干扰源。 图2-7自动过分相装置结构框图 图中虚线内所示即为自动过分相装置各部份结构框图。微控制器通过CAN总线从LKJ2000型监控装置读取机车公里标数据，通过RS232从GPS辅助定位模块中读取机车的经、纬度信息，然后将这些信息与可编程控制器共享。过分相操作时，由微控制器和可编程控制器同时进行过分相位置的判断，如果两者判断需要进行过分相动作，则由可编程控制器功能模块根据SS4改型机车的电气原理执行相应操作。本文设计的自动过分相装置采用模块化设计思想，装置总体分为微控制器和可编程控制器两个模块，各模块又跟据功能不同划分为多个子模块，具体划分如下。 微控制器模块完成数据通讯、数据处理与语音报警等功能，其下又分为通讯子模块、GPS辅助定位子模块以及语音处理子模块三部分。 通讯子模块包括两部分： (1)与LKJ2000型监控装置的基于CAN总线的通讯。LKJ2000型监控装置周期性的向该设备的CAN总线上发送机车当前速度和公里标数据，通讯子模块通过CAN总线获知这些信息； (2)与PLC的基于RS485串口总线的通讯。RS485总线基于差分信号传输模式，最大传输距离可达1200m，最大传输速率达2.5Mbps，能够很好的满足本装置的需求。GPS模块负责机车的辅助定位作用，它与微处理器单元使用RS232通讯。语音处理子模块的主要功能是实现装置的语音提示，包括语音的录放音控制，音量调节等。可编程控制器模块主要完成数据处理、机车控制、状态检测以及报警等功能。该模块包括混合继电器子模块、机车速度检测及控制子模块、网压检测以及报警子模块三部分。混合继电器子模块用来实现对机车的控制，包括对主断 路器、劈相机、辅助电机以及其他相关器件的控制。速度检测及控制子模块用于自动过分相过程中对机车速度的自动控制。网压检测及报警子模块用于接触网分相点的检测以及故障报警等功能。 第三章 自动过分相装置的软硬件设计   3.1引言 硬件系统是整个自动过分相装置的核心，也是装置软件的载体，它涉及到单片机技术、PLC技术、电力电子技术、通信技术以及电磁兼容技术等。硬件系统按功能分为微控制器模块和可编程控制器模块两部分。硬件的的可靠运行必须有一个高效可靠的软件系统来支持。本装置软件设计也包括两个方面：微控制器软件和可编程控制器软件。微控制器软件采用模块化程序设计方法，使用C语言编写代码；可编程控制器软件采用梯形图编写。