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1、第一章 总则11 本说明书适用于TL220D型SS7C电力机车微机柜12 TL220D型SS7C电力机车微机柜使用环境条件符合TB/T3021-2001机车电子装置13 对电子元器件的要求符合TB/T3021-2001机车电子装置第二章 TL220D型电力机车微机控制柜简介21 TL220型电力机车微机控制柜特点说明本电子柜是运用了当前先进的微电子技术开发而成的新型的微机控制柜。它以高性能的32位嵌入式处理器为核心，所有的控制、保护功能都由软件实现，大大简化了硬件的设计，采用了表面贴装的元器件进行生产，极大地提高了插件的集成度，使插件数量大为减少。A、B组互为冷备份，B组与A组具有完全相同的恒
2、流准恒速控制功能。具有重联功能，可实现多车重联。与以往以模拟运算放大集成电路为核心构成的控制电路相比，具有控制精度高、性能稳定的特点。本电子柜还预留有SS8等微机车才具有的信息显示屏通迅接口，可在司机室接入显示屏。可在运行中实时地显示机车运行的状况以及参数，发生故障时可即时提示故障的类型，并可进行故障查询、三段桥自检等等工作，供检修人员参考。22 硬件构成整个柜体由A组插件箱、B组插件箱、冷却风扇层、顶部风扇等构成。结构如图1所示 图1其中A组插件箱与B组插件箱的插件除了B组不具备功补控制外，其它的插件种类、数量完全相同。现以A组插件箱为例，插件箱的构成如下图：电子柜以插件箱为基本控制单元，单
3、个插件箱即可控制全车两架，A、B组互为备份，具有完全相同的恒流准恒速闭环控制功能，并具有相同的防空转、保护控制功能。当A组发生故障时可以通过柜体上的转换开关切换到B组运行，不会有任何性能上的损失。各插件功能简述如下：1）转换控制插件转换控制插件的主要功能是对A、B组脉冲的信号进行转换。每个插件共36路转换。2）输入输出插件输入输出插件的主要功能是作为机车控制回路（DC110V）和电子电路（5V）之间的接口，输入回路采用光电偶合器进行隔离，输出回路采用12路开关管和6路功率继电器进行信号传递。插件包括16路输入和18路输出通道。3)调制解调插件调制解调插件插件的主要功能是对本机车的电流给定值进行
4、定频调宽的PWM调制，脉冲宽度对应给定值，电平为蓄电池电平。调制脉冲经输入输出插件送回本插件的解调部分后，形成原给定模拟量，再输入至CPU插件参与机车的特性控制。4）开关电源插件为电子柜中其它插件和机车传感器提供电源。5）脉冲放大插件脉冲放大插件的主要功能是对脉冲形成插件生成的触发脉冲进行放大，驱动晶闸管。6）脉冲形成插件脉冲形成主要是根据CPU板送来的移相控制电压值，以及同步网压信号生成各段桥触发脉冲。该插件包含了两个完全相同的脉冲形成电路，分别控制两架的触发脉冲。脉冲的生成采用了CPLD器件，简化了电路，提高了稳定性。7）信号调整插件信号调整插件主要是将各反馈与给定的模拟量，包括各轴的电机
5、电流、电机电压、励磁电流、司机给定级位转换成-10V+10V的直流电压信号，供CPU板模/数转换部分进行A/D转换；并且还有四路F/V变换，将四路速度传感器的频率信号转换成直流电压信号，供CPU板模/数转换部分进行A/D转换；同时还具有四路次边过流判断，产生相对应的次边过流信号供CPU板读取；可将原边网压转换成直流电压，供CPU板读取实现网压欠压、过压保护功能。8）中央处理单元（CPU）板中央处理单元（CPU）板是电子柜的核心控制部分，主要是由新型高性能32位嵌入式处理器、12位高速A/D转换芯片、12位D/A转换芯片、数字开关量输入输出控制电路以及其它辅助电路组成。它主要完成特性控制、防空转
6、控制、转向架控制、保护逻辑功能，可根据给定的工况，以及各种反馈与给定的信号分别计算出两架的Ue1、Ue2、Ue3、Ue4，经D/A转换通道输出至脉冲形成插件，用来生成三段桥触发脉冲。它具有21路12位A/D转换通道，7路模拟量输出通道，分别输出全车速度、两架的三段桥移相控制电压，24路数字开关量输入通道，24路数字开关量输出通道；软件实现的空电联合功能，通过输出数字开关量可以控制输入输出插件相应的继电器达到空电联合控制功能。同时预留了信息显示子板接口，插入信息显示子板后，可与TLX5（TPX5）、TLX10（TPX10）彩色显示屏进行通讯，可在运行中实时显示机车状态，并可进行故障查询、轮径校正
7、、三段桥自检、传感器自检、司控器自检等等工作。同时该子板具有USB接口，故障信息可通过USB接口下载至U盘中，转到PC机中，通过专用的地面分析软件进行分析。9）功补控制插件该插件主要是根据原边网压、原边电流及次边网压、次边电流计算无功功率，来控制功补装置的投切，对机车的功率因数进行补偿。该插件独立于牵引、制动控制系统，拥有独立的输入输出通道。10）附加控制插件该插件分成I、II架两个相同独立的控制单元。每个单元包括与功率因数补偿装置投切有关的最小逆变角控制信号、一个网夺峰值控制信号、一个再生制动工况下次边过压时给全控桥200ms续流触发控制电路以及一个网压欠压检测电路。以上各插件的硬件框图参见
8、信号流程图。23主要技术性能TL220D型SS7C电子控制柜采用了新型高性能32位嵌入式处理器，所有的牵引制动等功能均由软件实现，各控制参数均由软件定义，可根据用户要求进行修改。231牵引控制特性2311在牵引时根据司机指令三段桥顺序开放，有最大电机电压限制（1030V）。当达到最大电机电压限制后，则进入无级磁场削弱，以进一步提高车速。2312具有恒流准恒速的控制特性，电机电流按下公式计算： 150NI = 750N75 V A（取最小值） 1300N牵引级位数（011）V机车速度（km/h）2313具有轴重转移补偿功能，当电机电流大于845A时开始补偿，前架减载的值如下列曲线所示：I80A电
9、机电流1300A845A232制动控制性能2321 实现加馈制动2322具有准恒速的制动特性，制动电流按下公式计算： 65V+775-650NI = A（取最大值） 50N牵引级位数（111）V机车速度（km/h）最大制动电流为：775A最大励磁电流为：250A233全控桥与半控桥调节功能全控桥与半控桥桥调节是CPU插件由软件实现，主要是根据机车工况，由给定值与各反馈值的差值通过数字PI调节算法，分别计算出两架的各桥的移相控制电压Ue1、Ue2、Ue3、Ue4，再经D/A转换直接输出模拟量，再经脉冲形成插件生成两架各桥的触发脉冲。2331牵引工况的调节过程当牵引工况构成后，首先调节预励磁。当预
10、励磁达到32A时，进行电枢调节。软件根据司机给定和电机电流反馈，对电枢电流进行控制。此时为恒流调节。随着机车速度的不断增加，为保证机车处于恒流状态，桥的移相控制电压也相应不断增加，也就是晶闸管的导通角不断增加，电机电压也不断增加。在进入限压之前，励磁电流的调节按照0.227的比例关系跟随电区电流。当电机电压达到1030V时，进入了限压调节。此时如果要继续提高速度，则要进行无级磁场削弱。励磁电流不断减少，保持电机电流与电机电压的恒定，励磁电流最深可削至33A。在这之后进入高速区的控制，如果速度继续增加，励磁电流保持33A不变，由于电机电压恒定，电机电流随电机的自然特性而下降。2332制动工况的调
11、节过程制动工况的控制过程首先是软件通过封锁电枢调节将电枢的再生电压调至最大（有最小逆变角限制），然后通过调节励磁电流来保证司机手柄和机车速度要求的再生制动电流。随着机车速度降低，励磁电流不断增加，从而保证制动电流的稳定。励磁电流增加到最大值250A，这时软件进行最大励磁调节，限制励磁电流保持在250A，同时找打开电枢调节，靠减小再生电压来维持再生制动电流不变。这个过程就是再生制动控制。当再生电压减小为零，这时的制动就是电阻制动。如果机车速度继续下降，这时就依靠全控桥给电机提供电压来维持制动电流，这时的制动就是加馈制动。234防空转、防滑功能2341说明本电子柜的防空转、防滑控制完全由CPU插件
12、用软件实现，控制特性一致性好，控制参数的调整和控制方式的修改十分方便。CPU插件以10ms为周期进行模拟量采样，实时计算出速度差V、加速度、加速度变化率d。在牵引工况时V取同架的两轴速度差，和d取本架的最大值作为控制值；在制动工况时V取全车最大速度与最小速度的差，取全车架速度的最大值作为控制值，经过相应控制算法，最终形成校正电流Cor，再与MIC形成环节形成的MIC进行相减得到Iss，即Iss=MIC-Cor，当无空转发生时Cor=0，MIC=Is，则Iss=Is。当空转切除时Iss=Is。当相应控制值达到空转条件时，系统会根据空转的类型采取减流或减流加撒沙来抑制和预防空转及滑行。在空转消失后
13、，先是电流快恢复的过程，当电流恢复到一定值时则转入慢恢复过程，尽量避免在电流恢复过程中空转再次发生。另外系统取四个轴的速度中的两个中间值的平均值作为全车速度，当某一轴的速度与全车速度差值达到7.5公里/小时且维持时间超过15秒，系统则认为该轴速度传感器故障，系统自动切除该轴速度传感器，此时系统恢复电流并停止撒沙。235保护参数牵引时电枢电流保护值：1600A制动时电枢电流保护值：1250A次边过流保护值：5000A励磁过载保护值：360A第三章 各插件测试灯、孔含义说明一、输入输出插件序号A列B列含义附注含义附注1牵引命令输入通道1制动命令输入通道22预备输入通道3零位输入通道43主断合输入通
14、道5断主断输入通道64架1切输入通道7架2切输入通道85向前输入通道9操作端输入通道106过八跨输入通道11空电联合输入通道127人工干预输入通道13削磁输入通道148锁定输入通道15防空转投入输入通道169撒沙输出通道1跳主断输出通道210IL130A输出通道3IL230A输出通道411电机1过流输出通道5电机2过流输出通道612电机3过流输出通道7电机4过流输出通道813电机5过流输出通道9电机6过流输出通道1014次边短路输出通道11大空转输出通道1215欠压输出通道13励磁过流输出通道1416跳励磁接触器输出通道15输出通道16二、脉冲放大序号A列B列名称含义名称含义1T11一架全控桥正半周脉冲T21二架全控桥正半周脉冲2T12一架全控桥负半周脉冲T22二架全控桥负半周脉冲3T13一架全控桥正半周脉冲T23二架全控桥正半周脉冲4T14一架全控桥负半周脉冲T24二架全控桥负半周脉冲5T15一架半控桥正半周脉冲T25二架半控桥正半周脉冲6T16一架半控桥负半周脉冲T26二架半控桥负半周脉冲7T17励磁桥正半周脉冲T27励磁桥正半周脉冲8T18
