曾青中（1969－）
男，湖南永州人，講師，碩士學(xué)位，（廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東  廣州  510430）主要從事鐵路機(jī)車車輛運(yùn)用和檢修的研究和教學(xué)。

摘要：介紹了適應(yīng)于單司機(jī)值乘要求的SS8型電力機(jī)車故障轉(zhuǎn)換開關(guān)的改造，在不改變現(xiàn)有SS8型電力機(jī)車電氣邏輯控制關(guān)系的前提下，該改造裝置可方便地集中實(shí)現(xiàn)機(jī)車各種開關(guān)電器的故障轉(zhuǎn)換，滿足鐵路機(jī)車單司機(jī)值乘時(shí)快速判斷和處理機(jī)車電氣故障的需要，同時(shí)為其它機(jī)車的類似改造提供借鑒。

關(guān)鍵詞：SS8型電力機(jī)車；單司機(jī)值乘；故障開關(guān)；切換系統(tǒng)；改造方案

Abstract: This article introduces the modification of glitch switch in the SS8 electric locomotives adapted to single-operator on duty requirement. Under the current SS8 electric locomotives electrical control logic, this modification can conveniently implement the glitch switch operation abreast of other operation, and allow single-operator on duty to make judgment and decision timely and accurately when electrical malfunction happens. Meanwhile, it can be considered as an example for other similar type locomotives modification.

Key words:  SS8 electric locomotives；single-operator on duty；glitch switch；switch system；modification proposal and method

1 前言

    我國鐵路試行單司機(jī)值乘以來，SS8 型電力機(jī)車一直是單司機(jī)值乘的主要車型之一。與其它電傳動(dòng)機(jī)車一樣，SS8 型電力機(jī)車的大部分轉(zhuǎn)換開關(guān)、故障隔離開關(guān)及電源開關(guān)均安裝于車內(nèi)電器柜中，對(duì)各開關(guān)的切換操作需要機(jī)車乘務(wù)員進(jìn)入機(jī)車內(nèi)部才能完成，這樣加大了機(jī)車乘務(wù)員的工作量，更不能適應(yīng)單司機(jī)值乘的要求。為了滿足單司機(jī)值乘的需要和提升SS8 型電力機(jī)車的操控性能，幫助機(jī)車乘務(wù)員快速判斷和處理機(jī)車運(yùn)行中出現(xiàn)的電氣故障，對(duì)SS8 型電力機(jī)車故障開關(guān)切換系統(tǒng)進(jìn)行了改造，該改造裝置能滿足機(jī)車乘務(wù)員在司機(jī)室進(jìn)行故障開關(guān)切換的集中操作。

2 故障開關(guān)切換系統(tǒng)改造要求

    2.1 安全獨(dú)立性    
   
    所有原開關(guān)電器安裝位置及功能應(yīng)保留，當(dāng)改造裝置無效時(shí)，按原操作方式可恢復(fù)原樣。原開關(guān)電器具有優(yōu)先權(quán)，只有當(dāng)原開關(guān)電器處于正常位時(shí)，改造裝置相應(yīng)的控制信號(hào)才有效。改造裝置各開關(guān)電器功能獨(dú)立分開，當(dāng)切除其中任一個(gè)時(shí)，其它不受影響。

    改造裝置操作的有效端以機(jī)車鑰匙為準(zhǔn)，當(dāng)插入鑰匙后才得到操作權(quán)限，同時(shí)另一端的操作權(quán)限失效，取走鑰匙后操作權(quán)限失效。

    為防誤操作，改造裝置對(duì)微機(jī)及LCU換組切換操作進(jìn)行條件設(shè)置，例如，需先分開主斷后，才允許進(jìn)行LCU切換，手柄先回零后，才允許進(jìn)行微機(jī)轉(zhuǎn)換等。同時(shí)，增加切換鍵和確認(rèn)鍵，在要進(jìn)行操作時(shí)，要求先按切換鍵，再按相應(yīng)的功能鍵，最后按確認(rèn)鍵，操作才有效，以防不小心觸碰引起的誤操作。

    2.2 可靠性

    改造裝置的邏輯控制電路、CAN總線電路都采用LCU上的成熟的電路，基本上都是現(xiàn)有機(jī)車上應(yīng)用的、經(jīng)過驗(yàn)證的電路，所有電路都采用集成度高、寬溫度范圍（工業(yè)級(jí)）的芯片，并在設(shè)計(jì)中充分考慮EMC能力，以保證系統(tǒng)的可靠性。

    2.3 可操作和智能性

    每個(gè)按鍵有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，獨(dú)立的指示每個(gè)開關(guān)電器的當(dāng)前狀態(tài)。開機(jī)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前各開關(guān)電器的狀態(tài)，然后自動(dòng)將開關(guān)狀態(tài)投入到上次停機(jī)時(shí)的狀態(tài)，保持操作的連續(xù)性。

    加一個(gè)小型的液晶屏，顯示需要提示的操作信息和故障信息。

    2.4 施工改造的可行性

    原來的開關(guān)電器的安裝不變，盡可能減小引起的外部布線的變化。充分考慮裝置的尺寸及安裝位置，符合實(shí)際的要求。

    2.5 擴(kuò)展性

    可增加以下附加功能 ：煙霧報(bào)警、溫度測(cè)試、信息存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)儲(chǔ)。

3 具體改造方案

    3.1 與改造相關(guān)的開關(guān)及其電氣參數(shù)
   
    （1）微機(jī)電源開關(guān)（電壓110V，電流3.5A，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài):開、關(guān)，閉點(diǎn)，手柄在零位）；

    （2）微機(jī)轉(zhuǎn)換開關(guān)（110V/3.5A，24V/6A，15V/2A，7節(jié)，3個(gè)狀態(tài)位：正常、I、II,閉點(diǎn)，手柄在零位，斷微機(jī)電源開關(guān)）；

    （3）LCU1轉(zhuǎn)換開關(guān)（電壓110V，電流3A，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，3個(gè)狀態(tài)：A組、B組、停止，閉點(diǎn)，先斷主斷）；

    （4）LCU2轉(zhuǎn)換開關(guān)（電壓110V，電流3A，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，3個(gè)狀態(tài)：A組、B組、停止，閉點(diǎn)，先斷主斷）；

    （5）空轉(zhuǎn)保護(hù)（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1，2個(gè)狀態(tài)：投入、切除，閉點(diǎn)，無條件）；

    （6）輔接地13QS（電壓110V，電流0.1A，點(diǎn)數(shù)1，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，平時(shí)不動(dòng)作時(shí)接380V，不構(gòu)成回路，在1號(hào)低壓柜門上方，先斷主斷）；

    （7）硅風(fēng)速38QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，開點(diǎn)，無條件）；

    （8）牽引風(fēng)速39QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，開點(diǎn)，無條件）；

    （9）制動(dòng)風(fēng)速37 QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，開點(diǎn)，無條件）；

    （10）牽引風(fēng)機(jī)1　27QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （11）牽引風(fēng)機(jī)2　28QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （12）硅風(fēng)機(jī)29QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （13）制動(dòng)風(fēng)機(jī)1　32QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （14）制動(dòng)風(fēng)機(jī)2　33QS（電壓110V，電流持續(xù)0.1A啟動(dòng)5A，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，輸出，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （15）主變風(fēng)機(jī)31QS（電壓110V，電流持續(xù)0.1A啟動(dòng)5A，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，輸出，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；
   
    （16）油泵電機(jī)30QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （17）壓縮機(jī)　34QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，關(guān)壓縮機(jī)按鍵）；

    （18）備用壓縮機(jī)　35QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，關(guān)備用壓縮機(jī)按鍵）；

    （19）自動(dòng)過分相電源（電壓110V，電流0.2A，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：開、關(guān)，閉點(diǎn)，手柄在零位）；

    （20）自動(dòng)過分相40QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，閉點(diǎn)，手柄在零位）；

    （21）欠壓14QS（閉點(diǎn)，共2點(diǎn)：其中一點(diǎn)為電壓110V，電流3mA，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，另一個(gè)為電壓380V，電流67mA，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，斷主斷）；

    （22）自動(dòng)撒沙36QS（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)，閉點(diǎn)，無條件）；

    （23）36KM轉(zhuǎn)換開關(guān)　49QS（電壓110V，電流持續(xù)0.1A啟動(dòng)5A，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)：備用、投入，輸出，開點(diǎn)，手柄在零位，關(guān)劈相機(jī)按鍵）；

    （24）牽引電機(jī)1  1QS（共2個(gè)點(diǎn)，開點(diǎn)，電壓110V，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，其中一個(gè)電流3mA，另一個(gè)給微機(jī)信號(hào)，電流3mA，手柄在零位，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （25）牽引電機(jī)2  2QS（共2個(gè)點(diǎn)，開點(diǎn)，電壓110V，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，其中一個(gè)電流3mA，另一個(gè)給微機(jī)信號(hào)，電流3mA，手柄在零位，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （26）牽引電機(jī)3  3QS（共2個(gè)點(diǎn)，開點(diǎn)，電壓110V，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，其中一個(gè)電流3mA，另一個(gè)給微機(jī)信號(hào)，電流3mA，手柄在零位，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （27）牽引電機(jī)4  4QS（共2個(gè)點(diǎn)，開點(diǎn)，電壓110V，2個(gè)狀態(tài)：正常、隔離，其中一個(gè)電流3mA，另一個(gè)給微機(jī)信號(hào)，電流3mA，手柄在零位，關(guān)通風(fēng)機(jī)按鍵）；

    （28）1AK轉(zhuǎn)換開關(guān)（電壓110V，電流0.1A，2節(jié)，2個(gè)狀態(tài)：1AK1、1AK2，閉點(diǎn)，手柄在零位，關(guān)劈相機(jī)按鍵）；    

    （29）列車供電7AC（電壓110V，電流3mA，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài)，開點(diǎn)，無條件）；

    （30）列供控制電源（電壓110V，電流2A，點(diǎn)數(shù)1個(gè)，2個(gè)狀態(tài):開、關(guān)，閉點(diǎn)）。

    3.2切換功能的實(shí)現(xiàn)

    改造裝置及其對(duì)外接口如圖1所示。

圖1   改造裝置及其對(duì)外接口原理圖

    改造裝置主要由以下部件構(gòu)成：I端操作盒、II端操作盒、控制箱。它的主要控制對(duì)象是1、2號(hào)低壓柜隔離開關(guān)、LCU轉(zhuǎn)換開關(guān)、微機(jī)轉(zhuǎn)換開關(guān)。大概工作原理為，系統(tǒng)通過CAN總線實(shí)現(xiàn)各部件的連接通信，司機(jī)通過I、II端操作盒進(jìn)行操作輸入，確認(rèn)輸入有效后，由控制箱進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出信號(hào)控制1、2號(hào)低壓柜內(nèi)的隔離開關(guān)、LCU轉(zhuǎn)換開關(guān)、微機(jī)轉(zhuǎn)換開關(guān)，將開關(guān)各點(diǎn)線路接通或斷開，實(shí)現(xiàn)模擬開關(guān)切換功能，同時(shí)操作盒顯示各個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)及隔離開關(guān)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化控制。

    操作盒：分為I端操作盒和II端操作盒，其主要功能：進(jìn)行按鍵輸入處理、狀態(tài)燈顯示、液晶顯示提示信息、信息轉(zhuǎn)儲(chǔ)、CAN總線通信等功能。其中操作盒按鍵采用薄膜按鍵。改造裝置操作盒原理如圖2所示。

圖2   改造裝置操作盒原理圖

    操作盒主要原理為對(duì)按鍵輸入信號(hào)進(jìn)行處理判斷，確認(rèn)有效后，將按鍵信息通過CAN總線通信向控制箱發(fā)出控制命令，同時(shí)接收控制箱發(fā)來的開關(guān)狀態(tài)信息及故障信息，并通過狀態(tài)燈指示當(dāng)前各個(gè)開關(guān)電器的狀態(tài)。當(dāng)有故障信息時(shí)，則將故障信息進(jìn)行存儲(chǔ)并由液晶屏進(jìn)行顯示，提示司機(jī)進(jìn)行下一步的操作。

    控制箱：這是改造裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其主要有以下功能：模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出、模擬開關(guān)信號(hào)輸出、采樣開關(guān)信號(hào)輸入、CAN通信信息傳輸、煙霧探測(cè)、溫度采集等。故障切換裝置控制原理如圖3所示。

圖3   改造裝置控制原理

    轉(zhuǎn)換開關(guān)控制模塊實(shí)現(xiàn)模擬微機(jī)LW5轉(zhuǎn)換開關(guān)和LCU1、LCU2轉(zhuǎn)換開關(guān)的功能。開關(guān)信號(hào)輸出模塊實(shí)現(xiàn)各種隔離開關(guān)的功能。設(shè)計(jì)時(shí)，通過軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算，硬件上采用類似繼電器的常開或常閉觸點(diǎn)進(jìn)行控制切換輸出，實(shí)現(xiàn)模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)及隔離開關(guān)的功能。在進(jìn)行布線時(shí)，如果開關(guān)處正常位時(shí)線路為斷開，則采用常開點(diǎn)并聯(lián)接法，如果開關(guān)處正常位時(shí)線路為接通，則采用常閉點(diǎn)串聯(lián)接法。以通風(fēng)機(jī)1隔離開關(guān)27QS為例，采用常閉點(diǎn)串聯(lián)接法，其接線如圖4所示。

圖4   通風(fēng)機(jī)1隔離開關(guān)27QS接線圖

    在圖4中，當(dāng)隔離開關(guān)27QS處于正常位時(shí)，控制箱通過控制繼電器線圈不得電，常閉觸點(diǎn)接通，401信號(hào)輸出給LCU，實(shí)現(xiàn)了27QS正常位的功能；如控制箱控制繼電器線圈得電，則常閉觸點(diǎn)斷開，401無輸出至527，模擬實(shí)現(xiàn)了27QS隔離的功能。當(dāng)將控制箱電源關(guān)閉后，繼電器常閉點(diǎn)還是將線路接通，通過手動(dòng)切換27QS還是可實(shí)現(xiàn)正常位、隔離位切換功能。當(dāng)27QS處于隔離位時(shí)，無論控制箱控制的繼電器吸合還是斷開，隔離功能不變，不能實(shí)現(xiàn)正常位。因此，要先將27QS打在正常位后，控制箱控制輸出才會(huì)有效。

    以制動(dòng)風(fēng)速隔離開關(guān)37QS為例，采用常開點(diǎn)并聯(lián)接法，其接線如圖5所示。

圖5   制動(dòng)風(fēng)速隔離開關(guān)37QS接線圖

    在圖5中，當(dāng)隔離開關(guān)37QS處于正常位時(shí)，控制箱通過控制繼電器線圈不得電，常開觸點(diǎn)不接通，401信號(hào)無輸出至597，實(shí)現(xiàn)了37QS正常位的功能；如控制箱控制繼電器線圈得電，則常開觸點(diǎn)接通，401輸出至597，模擬實(shí)現(xiàn)了37QS隔離的功能。當(dāng)將控制箱電源關(guān)閉后，繼電器常開點(diǎn)還是將線路斷開，通過手動(dòng)切換37QS還是可實(shí)現(xiàn)正常位、隔離位切換功能。當(dāng)37QS處于隔離位時(shí)，無論控制箱控制的繼電器吸合還是斷開，隔離功能不變，不能實(shí)現(xiàn)正常位。因此，也要先將37QS打在正常位后，控制箱控制輸出才會(huì)有效。

    關(guān)于微機(jī)及LCU轉(zhuǎn)換開關(guān)的接法，與以上原理大致相同。

    開關(guān)信號(hào)輸入模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)所有開關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)，可用于確認(rèn)開關(guān)動(dòng)作是否到位或進(jìn)行邏輯處理。硬件電路采用LCU的輸入電路形式。

    通信模塊采用CAN通信方式，有兩個(gè)獨(dú)立的CAN節(jié)點(diǎn)接口。其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)與兩個(gè)操作盒的CAN總線構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立CAN總線網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)與LCU內(nèi)部CAN總線構(gòu)成另一個(gè)獨(dú)立的總線網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)LCU信息的監(jiān)控。這樣既能與LCU實(shí)現(xiàn)通信，又不會(huì)影響LCU內(nèi)部的通信質(zhì)量。

    增加煙霧探測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車高低壓柜內(nèi)部因電器燒損冒煙或起火時(shí)能及時(shí)的向司機(jī)報(bào)警，及時(shí)處理以防故障的擴(kuò)大。硬件上主要是通過在高低壓柜內(nèi)部等地方加裝煙霧探頭進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

    增加溫度采集模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車內(nèi)部多點(diǎn)溫度測(cè)量，可根據(jù)需要靈活選擇測(cè)量點(diǎn)，方便進(jìn)行機(jī)車內(nèi)部溫度分析，有利于對(duì)電器的維護(hù)。

4 結(jié)束語

    在不改變現(xiàn)有SS8 型電力機(jī)車電氣邏輯控制關(guān)系的前提下，改造裝置可方便地集中實(shí)現(xiàn)機(jī)車各種開關(guān)電器的故障轉(zhuǎn)換，滿足鐵路機(jī)車單司機(jī)值乘時(shí)快速判斷和處理機(jī)車電氣故障的需要，也可推廣應(yīng)用到其它型號(hào)的機(jī)車。

其他作者：

    韓增盛（1966-），男，河南鄭州人，副教授，學(xué)士學(xué)位，研究方向?yàn)闄C(jī)械工程 。

    編號(hào)：080535