SS3B型电力机车去凸轮改造

1、摘要铁路运输是最有效的陆上交通运输方式，具有运输速度快、运量大、成本低及安全可靠等特点，是我国经济发展的大动脉。在我国铁路运输中，电力机车有不可替代的地位，在国家建设、国民经济的发展中发挥着重要作用。随着我国社会经济的发展，铁路对电力机车的质量也会有更高的要求。表现在机车的高速、重载、高可靠性、耐久性及防治污染、降低噪声等方面。我国现有的电力机车仍然大量采用传统的继电式逻辑控制方式，继电器联锁触头过多，布线复杂，控制电路繁琐，可靠性差，维修不便，触头的频繁动作很容易烧坏。这些都影响机车的使用效率。本文阐述了韶山3b型电力机车司机控制器的各项功能及在控制过程当中存在的各种问题。提出了plc模块的

2、控制方案，根据实际情形对plc进行了选型，设计了相关的梯形图，编制了有关程序。近几年来plc技术在各工程领域的应用都比较广泛，但在电力机车上应用较少，本文研究的内容为电力机车的升级改造进行了有益的探索，并积累了宝贵的经验。关键词：电力机车， 司机控制电路，可编程控制器 abstractrailway transportation is the most availability land transport vehicles which with advantage of fast, heavy-load, low cost and safety, and it plays an import

3、ant role in the national construction and the development of economy, with the development of economy , railway transportation needs high quality electric locomotive with high-speed, heavy-load and high reliability, perdurable, low pollution an lower noise. at present, most of the electric locomotiv

4、e still using the traditional relay in electric logical control system, for relay interlock has too many contact parts, it is the control system for control circuit and to connect lines, it makes the control system unreliable and inconvenient to repair, and some of the contacts will be burned for fr

5、equently movement. all of this will make electric locomotive low efficiency.in this article, the author elaborates the functions of the driver controller circuit of electric locomotive of shaoshan type and problems existing in control process. he puts forward the control design of the plc mold and s

6、elects the plc type according to the actual circumstance .he also designs the related trapezoid diagram and the relevant programs. in recent years the technique of plc has been applied extensively in every aspect of the locomotive field, but not much in the application of the electric locomotive .in

7、 this article the authors research makes much contribution to the upgrade and reform of the electric locomotive, and gains precious experience.key words： electric engine， control circuit， plc目录第一章绪论11.1世界电力机车的发展11.2中国电力机车的发展21.3本文的主要工作2第二章韶山3b型电力机车简介3第三章韶山3b电力机车控制线路的分析63.1电路分类63.2控制电路的调速控制73.2.1位置转换

8、开关的控制83.2.2磁场削弱控制83.2.3线路接触器控制93.2.4调速控制93.2.5故障保护103.2.6调车控制器控制11第四章韶山3b电力机车司机控制器124.1 司机控制器的外形和结构124.2司机控制器的操作要求144.2主要技术参数19第五章plc模块205.1可编程控制器原理205.1.1plc的基本结构205.1.2plc程序用户的表达方法225.1.3plc的工作过程235.2plc控制方案的制定235.2.1plc机型的选择235.2.2输入输出点数的确定245.2.3确定plc的型号24第六章程序和梯形图的设计及仿真调试276.1 s7-plcsim概述(仿真界面如

9、图6.1)276.1.1 s7-plcsim的主要功能276.22 s7-plcsim的主要组成部分286.2 梯形图程序设计28结论34致谢35参考文献36第一章绪论1.1世界电力机车的发展1835年荷兰的斯特拉廷和贝克尔两人就试着制造以电池供电的二轴小型铁路车辆。1842苏格兰人r.戴维森首先造出一台用40组电池供电的重5吨的标准轨距电力机车。由于电动机很原始，机车只能勉强工作。1879年德国人 w.von西门子驾驶一辆他设计的小型电力机车，拖着乘坐18人的三辆车，在柏林夏季展览会上表演。机车电源由外部150伏直流发电机供应，通过两轨道中间绝缘的第三轨向机车输电。这是电力机车首次成功的实验

10、。电力机车用于营业是从地下铁道开始的。1890年英国伦敦首先用电力机车在5.6公里长的一段地下铁道上牵引车辆。干线电力机车在1895年应用于美国的巴尔的摩铁路隧道区段，采用675伏直流电，自重97吨，功率1070千瓦。19世纪末，德国对交流电力机车进行了试验,1903年德国三相交流电力机车创造了每小时210.2公里的高速纪录。电力机车的发展取决于电气化铁道的发展。建设具有真正意义的电气化铁路首先要解决如何提供高压电，改变供电制式的问题。接触网供给机车的电流制，分为直流制和交流制两种（交流制中又分单相交流、三相交流），这就叫供电制式。工频单相交流制推动了电气化铁道的发展。20世纪70年代初， 欧

11、洲大陆以及亚洲的日本基本上实现了运输繁忙的主要铁路干线电气化。1973 年 1974 年爆发石油危机之後，各国对铁路电力和内燃牵引重新进行了经济评价，电力牵引更加受到青睐。英国原先主要是发展内燃牵引，也开始重视发展电力牵引。连已经完全内燃化的美国，铁路电气化的呼声也很高。到20 世纪80 年代初期，全世界已有50 多个国家和地区修建了电气化铁道，其中，苏联的电气化铁道总长度达到4 万多公里，日本、法国、西德都拥有1 万公里以上的电气化铁道。目前，世界电气化铁道已达到20 多万公里，中国也加入了拥有1 万公里以上电气化铁道的“高级俱乐部”。电气化铁道的供电问题解决之后，发展大功率、高速度的电力机

12、车就成为各国追求的目标。这时候， 半导体技术和微机控制技术的突破和发展推动了新型电力机车的问世。1979 年，第一台e120 型大功率交流传动电力机车在德国诞生，开创了电力机车发展的新纪元。随着 电力机车的更新换代和高速铁路的蓬勃发展,干线电力机车的研制已从直流传动转向交流传动。20世纪90年代，欧洲、日本等主要机车制造厂商几乎已停止了直流传动电力机车的生产，交流传动电力机车已成为世界电力机车发展的主流。在电力机车的快速发展 过程中，控制系统也在不断地升级换代，以适应新型机车的性能要求。1.2中国电力机车的发展中国最早使用电力机车在1914年，是抚顺煤矿使用的1500v直流电力机车。干线铁路电

13、力机车采用单相交流 25000伏50赫电流制。1958年制成第一台以引燃管整流的“韶山”型电力机车。1968年改用硅整流器成功,称“韶山1”型，持续功率为3780千瓦。1966 年ss2 型机车制成，1978 年研制成功的ss3 型机车，不仅改善了牵引性能，还把机车的小时功率从4200kw 提高到4800kw。1985年又研制成功了ss4型8轴货运电力机车，它是国产电力机车中功率最大的一种（ 6400kw），已成为中国重载货运的主型机车。以后又陆续研制成功了ss5、ss6 和ss7型电力机车。1994 年研制成功了时速为160 km 的准高速ss8 型四轴电力机车等。至此，中国干线电力机车已基

14、本形成了4， 6， 8 轴和3200kw、4800kw 和6400kw 功率系列。1999 年5 月26 日，中国南车集团株洲电力机车厂生产出第一台时速超过200km 的ddj1 型“子弹头”电力机车，标志著中国铁路电力牵引已跻身于国际高速列车的行列。为追踪世界新型“ 交-直-交” 电力机车新技术，从20 世纪70年代末开始，中国铁路一直在进行中小功率变流机组的地面试验研究和大功率的交-直-交电力机车的研制，也已取得了阶段性成果。我国电力机车的控制系统的发 展也是随着科学技术的发展而不断更新的。最早生产的6y1 型电力机车采用的是引燃管整流器，到韶山1 型电力机车采用了硅整流器，采用调压开关全

15、波整流。现在新研制的电力机车的控制系统基本上是采用了微电脑控制，进一步提高了机车的控制性能。1.3本文的主要工作在保证韶山3b型电力机车控制电路不变的情况下，把司机控制器的凸轮式控制结构该变为数字式控制，用plc代替凸轮进行改造，并能实现司机控制器的换向、调速、削磁功能以及两者之间的联锁关系。从而提高机车控制器的可靠性。本文的主要工作如下：（1） 了解掌握ss3b电力机车的现状和发展趋势分析。（2） 对ss3b电力机车司机控制电路初步了解认识并会分析电路图。（3） 学习plc的硬件软件，并学会编程。（4） 完成利用plc对ss3b电力机车的司机控制器去凸轮改造。（5） 绘制改造前后的梯形图和接

16、线图，实现原司机控制器各功能。（6） 用仿真软件对改造程序进行仿真，完成论文。第二章韶山3b型电力机车简介韶山3型电力机车是我们电力机车第二代产品，是吸收第一代韶山1型和韶山2型电力机车成熟经验，并在韶山1型电力机车改进的基础上，设计并试制而成的大功率客、货运干线电力机车。韶山3型（代号ss3）电力机车依据1977年十一月铁道部下达的设计任务书，1978年年底设计试制完成样机，经型式试验、技术改进、运行考核，与1982年12月通过部级技术鉴定后投入批量生产。随着晶闸管相控调压技术在电力机车上的应用日趋成熟，1992年开始，改进后的韶山3型4000系（简称韶山3b型）电力机车开始批量生产。韶山3

17、b型电力机车采用大功率硅整流和晶闸管组成的桥式全波整流电路，晶闸管相控平滑调压及采用恒流、准恒速限压控制，使机车具有无极加速特性，从而启动平稳、加速度大；从用小时功率800kw、具有补偿绕组的脉流串励4级牵引电动机，功率与韶山3型相同，比韶山1型提高14.3，使机车具有更大的牵引力；机车轮周制动功率达到4000kw，采用立式电阻制动装置，电阻制动动率比韶山1型车提高25，机车具有更大的制动力，同时由于韶山3b型电力机车具备加馈电阻制动特性，提高了机车低速工况下的制动能力，比韶山3型机车具有更优越的制动特性；构架式承载结构车体，不但结构简单，工艺性好，且具有较好的强度，车体可满足事故工况下救援起

18、吊机车的承载要求；c0转向架、不等轴距、平拉杆牵引装置和弹性轴箱拉杆传递牵引力，使之有较好的轴重转移性能和曲线通过性能；一系悬挂为钢圆簧，二系悬挂为叠片时橡胶弹簧，并配置有垂向和横向液压减震器，结构简单，维修量少，也有较好的动力学性能；箱式单缸制动器、闸瓦间隙自动调节，使基础制动系统简化，性能可靠，方便维修；牵引电机抱轴半悬挂、双边斜齿减速传动，适应于设计、工艺的传统性，有利质量与产量的提高；大面积立式百叶窗车体通风方式，结构简单，风速低、风阻小，有利于改善滤尘网式机构的滤尘性能；车内设备斜对称布置、双边走廊、成套安装，使其具有较好的工艺性、维修性和巡视性。韶山3b型电力机车主要技术参数电流制

19、 单相工频交流工作电压：额定 25kv 最高 29kv 最低 19kv整车整备重量 138t13轴 重 23t轴 式 c0-c0机车功率：小时制 4800kw 持续制 4320kw轮车轴牵引力：小时制 357.3kn (36.4tf) 持续制 316.7kn (32.3tf)机车起动牵引力大于 490kn (50tf)机车速度：小时制 13.1ms (47.2kmh) 持续制 13.3ms (48kmh)机车最高速度 27.8ms (100kmh)轮周电阻制动功率 4000kw最大制动电流 420a励磁电流：小时制 550a轮周电制动力 301.4kn (30.7tf)电阻制动相应速度 13.

20、1ms (40.2km)加馈电阻制动区相应速度 513.1ms (18.347.2ms)调压方式 不等分三段半控桥晶闸管相控调压整流方式 单相不等分三段桥式全波整流供电方式 转向架电机并联独立供电制动方式 电阻制动，低速加馈控制方式 特性控制，既恒流准速控制车钩中心距 21416mm车体长度 20200mm车体宽度 3100mm机车最高点距轨面高度（落弓高） 470050mm受电弓工作高 5100 6600mm 车钩线距轨面高 880 10mm 受电弓滑板中心距 460mm转向架固定轴距 23002000mm转向架牵引点中心距 11640mm机车全轴距 15800mm轨 距 1435mm动轮直

21、径：新 1250mm 半磨耗 1200mm传动方式 双边斜齿轮减速传动齿轮传动比 8720=4.35基础制动装置 178mm*2.85式闸瓦自动调节踏面制动器空气压缩机能力 2*2.3mmin主风缸容量 1.224m砂箱总容量 0.8m空气制动机系统 dk-1型机车电空制动机第三章韶山3b电力机车控制线路的分析3.1电路分类韶山3b电力机车上各种电器、电器设备按其功能和作用、电路电压等级，分别组成三个基本的电路系统，称为主电路、辅助电路、控制电路。三个电路在电方面基本相互隔离，而通过电磁、电空、电机械传动方式相互联系起来，以达到自动或间接控制协调工作的目的，保证司机能安全正常的操纵机车运行。（

22、一） 主电路主电路主要由受电弓、主断路器、高压电流互感器、主变压器、硅整流装置、牵引电机、高压电器柜、平波电抗器、制动电阻柜及电路保护装置等组成，是产生机车牵引力和制动力的主题电路，或称为动力电路。主电路按电压等级可分为网侧（25kv）侧高压电路、调压整流电路和牵引制动电路三级。（二）辅助电路 辅助电路主要是由供给三相交流电的劈相机和各辅助器械牵引通风机、空气压缩机、制动风机、油泵以及司机室热风机、电热玻璃、自用插座盒相应的各电磁接触器等组成。因为专向各辅助机械供电的电路，故称为辅助电路。它是保证主电路发挥功率和实现性能所必不可少的电路。按电压等级可分为380v、220v两部分。 (三)控制电

23、路和电子电路控制电路就其功能而言是主令电器，司机通过主令电路发出指令来间接控制机车主电路以及辅助电路，以完成各种工况的的操作，为了安全目的，控制电路均属于低压电路。韶山3b型机车控制电路由110v直流稳压电源，蓄电池组，以及控制机车牵引、制动、向前、向后、加速、停车，控制各辅助器械开停和各照明工作等有关的主令电器，各功能的低压及开关等组成。电子电路主要环节有牵引特性控制，电制动特性控制，空转、滑行保护装置控制等。并为了提高机车运行的可靠性，电子电路插件采用a、b两组制，a组为闭环控制，即机车自动控制按特性（恒流准恒速特性）操纵，b组为开环控制此时应为手控晶闸管相控调压操纵机车，a组为正常位，故

24、障时通过故障转换开关切除a组，投入b组。电子电路及其性能而言仍为控制电路的一部分。因为本文主要研究的方向是司机控制器的改造，所以对于主电路和辅助电路就不做过多的介绍下面着重介绍一些控制电路的调速控制。3.2控制电路的调速控制调速控制电路的主要功能：1.机车工况选择（牵引或制动工况）；2.机车运行方向选择（向前或向后运行）；3.机车速度调节（调压升、降以及磁场削弱）。由此就决定了主令控制器的应有结构，设有控制为为“前、制、0、后”的换向手柄来完成工况选择和运行方向选择，并兼顾“、”位的三级磁场削弱的操纵；另有“0、*、2、4、6、8、10”牵引级和：“0、11、9、7、5、3、1”制动级的调速手

25、柄来完成速度调节。调速控制电路的配电由32k自动开关经导线233供电，再由主司机台按键开关箱的钥匙开关1dsk或2dsk进行控制，钥匙开关起电气联锁作用，只有司机用钥匙合上1dsk或2dsk后调速控制电路才能进行有效的操纵。机车的启动和调速由司机控制器控制。司机控制器（第四章做详细叙述）有换向手柄skx和调速手柄skt，为了防止误操作，在两手柄之间设有机械联锁装置。机械联锁的作用是：保证skx在“0”位时， skt在“0”位锁住；而skt在“0”位时，skx才能选择“前、制、后”各位操作；在skt离开“0”位后的某位时，skx则在“前”“后”或“制”的某位被锁住，而只有skt在“710”级牵引

26、级时skx可以从“前”位向、磁场削弱位操作；而当skx在、位时，skt仅可以在牵引级“710”各位操做，无法回到“6”位以下。司机控制器自身具有以下的电控联锁功能，控制器总电源线为301输入，skx换向鼓第一层为工作位控制，分别经导线302和303单独向对应端的的skt鼓供电，为了实现同端司机控制和零位断电保护（工作位供电）之目的；skx第二、第三层为“向前”、“向后”控制鼓，分别经导线304或305输出控制wh位置转换开关；skx第四层为“制动”控制鼓，分别经导线2041或2042导线输出控制wh开关；第5、6、7层为“磁场削弱”控制鼓，其电源分别从skt经2047或2048返回，以实现“7

27、10”牵引级才能进行“磁场削弱”的逻辑控制，其输出线为2005导线，向zgzk电子控制柜提供“磁场削弱”信息，而307和308导线分别对“磁场削弱”电控接触器进行控制。skt控制鼓在第1、2层为调速工作位控制，经314导线输出；在第3层为工作工作预备位控制，经352导线输出控制预备环节；第4层为“0”位控制联锁，从电源301经1skt1fskt2skt2fskt的串联，由2004导线输出，向zgzk电子控制柜提供“手柄”“零位”信息调速手柄skt在牵引级位“*、3、7”位时有手感，以方便司机操纵时的判断。司机通过对司机控制器skt的操纵来实现机车的控制。3.2.1位置转换开关的控制位置转换开关

28、1wh、2wh的控制将完成牵（q y）、制（z）工况选择，向前（q）、向后（h）选择和调速前准备。当换向手柄1skx在 “前”位时，导线304得电，通过零位中间继电器lwzj常开联锁（0位时闭合）分别使1whq、2whh线圈得电动作，俩位置转换开关处于一端“向前”位，完成了运行方向的选择控制。同时304导线另一路通过1whq、2whh联锁至导线323，再经过lwzj联锁使1whqy、2whqy线圈得电动作，位置转换开关处于“牵引”位，完成了机车牵引工况的选择。1skx置“后”位时导线305得电，使1whq、2whh线圈得电动作，位置转换开关处于一端“向后”位，同时305另一路径1whq、2wh

29、h至导线323，再经lwzj联锁使1whqy、2whqy线圈得电动作，使机车处于牵引运行位。支路中的lwzj联锁是保证位置转换开关必须在主线路的调压级为“0”的情况下无电转换。此时，各线路接触器16xc和励磁接触器lc也处在开断位，不构成动力电路，若lwzj不在“0”位状态，则位置转换开关将无法得电转换，使转换开关得以保护。同理，若操作skx在“制动”位，因为采用了加馈电阻制动，主线路不允许实施“向后”运行工况的加馈制动，所以电路中必须要有机车“向前”的逻辑确认，此时，端skx1操纵时经2041导线、通过1whq、2whh确认机车“向前”，或端2skx操作时经2042导线，通过1whq、2wh

30、h确认机车“向前”，使导线306得电，在通过lwzj联锁使1whz、2whz线圈得电动作，位置转换开关处于“制动”位，完成了机车运行工况的选择。在通过306的另一支路，经位置中间继电器whzj、零位时间继电器lwsj、励磁中间继电器lczj各联锁闭合使励磁接触器lc线圈得电闭合，完成了电阻制动工况的主励磁电路 换接控制。机车工况选择完成的信息，将通过对位置中间继电器whzj的综合控制来实现。牵引工况是从导线323开始，通过“牵引”位置状态的1whqy、2whqy联锁闭合的逻辑完成后，使whzj线圈得电动作，表示牵引工况的主线路预备已完成。制动工况是从导线306开始，通过“制动”位置状态的1wh

31、z、2whz联锁闭合的逻辑完成 后，使whzj线圈得电动作，表示制动工况的主线路预备已完成。 3.2.2磁场削弱控制机车在“向前”位做牵引运行的情况下，当skt处在“710”牵引级时，司机方可能进行磁场削弱。skx的、级削弱控制鼓的电源受控于skt,经导线2047或2048而引入，当skx置“”位时，导线307得电，使11cxf、61cxf磁场削弱电空阀得电，使1161cc电空接触器闭合，实现牵引电动机的一级磁场削弱（=0.7）；skx置“”位时，导线308得电，经11cc、61cc常闭联锁12cxf、62cxf电空阀得电，使1262cc电空接触器闭合，实现二级磁场削弱（=0.54）；skx置

32、“”位时，导线307、308均得电，使11cxf、61cxf、12cxf、62cxf电空阀得电，则1161cc、1262cc电空接触器闭合，实现三级磁场削弱（=0.45）。线路中的11cc、61cc常闭和12cc、62cc常开联锁的并联环节是保护磁场削弱级之间转换的顺序，以防跳级现象产生，当从“”向“”转换时，只有在级解除后利用11cc、61cc常闭联锁才能转入级状态。而12cc、62cc常开联锁是进入级后成自锁线路。3.2.3线路接触器控制在主线路中，每台牵引电机支路都分别接有线路接触器16xc，其控制电空阀由导线301供电，通过whzj位置中间继电器、lwsj零位时间继电器，库用开关4、5

33、kyk空载试验开关，使线路接触器线圈得电闭合，接通各电机支路。当skt操作回“0”时，借助lwsj延时 1s后使线路接触器开断，各牵引电动机支路在机车惰性时不构成并联回来，以提高主线路的可靠性。当某台牵引电动机故障时，拉开相应牵引电动机故障隔离开关16qgk，同时其相应的低压联锁切断相应线路接触器电空阀线圈线路，使线路接触器不能在得电闭合，实现牵引电动机的俩端完全隔离。线路中的1、2kyk是主线路俩组库用转换开关的低压联锁，当主线路在库用位时闭合，保证各库用电源动车时，各线路接触器动作不受机车上述逻辑联锁控制，在库用电源动车完成牵引工况选择和运行方向选择后，导线323可使有关线路接触器闭合实现

34、动车。3.2.4调速控制(1)预备环节控制机车调速操纵前的预备完成是以yzj预备中间继电器得电为标志。各环节完成的条件是：司机控制台钥匙开关给上，导线301导电；司机控制器调速手柄置“*”位，导线352得电；调速手柄置其他工作位，各通风机已起动，且风速继电器正常工作，风速时间继电器fsj完成整备动作；工况位选择已完成，位置中间继电器whzj完成动作；主断路器已闭合。在预备环节yzj线路中，因断路器已闭合，即qdk闭合；whzj选择完成已闭合；fsj风速时间继电器，当skt操作到“*”工做预备位，即使不开牵引通风机，也可经导线352，通过lc常闭联锁使fsj得电闭合，从而使yzj得电闭合，完成调

35、速控制预备。而当skj操纵到“210”工作位，司机必须开动14zfd通风机，由导线301，经风速继电器1、2qfj动作闭合，再经过lc常闭联锁使fsj得电闭合，若在制动工况时，由于lc得电，常闭联锁打开，司机必须开动14zfd通风机，风速继电器1、2、3、4zfj动作闭合才能使fsj得电闭合。当风速继电器故障时，可借助1fjk或2fjk短路使fsj得电而维持故障运行，同理，可使yzj得电闭合，以示完成了电路预备控制。此时调压控制系统的前提条件已经具备，经导线301另一支路的lwzj常闭联锁和yzj常开联锁，经导线684向zgzk电子控制柜输入预备完成信息。此处的lwzj联锁作用是保证司机控制器

36、回“0”信号切除，不能晋级。（2）调速升降控制当经常完成全部预备控制以后，调速手柄skt转到“牵引”工作位，此时控制电位器经导线731或732或733或734送出级位指令值（015v），根据输入电子控制柜的不同指令值，完成各级为的恒流准恒速特性控制，司机操作控制器送出的指令值升降，即实现机车的调速升降控制。3.2.5故障保护（1）制动保护在制动工况下运行时，若发现某牵引电机电枢电路过电流或励磁电路过电流，zgz中的保护电路开通，使导线314-334接通，励磁中间继电器lczj得电闭合，切断lc线圈电源，lc打开，从而开断励磁电路，同时加馈电阻制动解除。此外，制动工况时，若同时出现单元制动器实施

37、制动，其制动闸缸风压大于150kpa，为避免机车制动力过大，造成抱死车轮滑行，擦伤轮对，则压力继电器1fyj保护性动作，接通导线314-334。lczj吸合动作，lc失电。开断励磁电路，加馈电阻制动被解除。lczj动作的同时，它借助自身的常开联锁进行自锁记忆，只有待skt回“0”位后，314失电，lczj解锁释放，恢复正常。（2）初制动机车运行中使用动力制动时，为了避免由于列车的强大惯性冲击，利用空气制动的初制动环节作为保护措施。经导线314-598-855的lc常开和fsj常闭联锁向电空制动电路供电，使初制动时列车各减压50kpa，机车制动上闸90130kpa，依靠初制动电子时间继电器的得电

38、延时大约25s的作用，初制动25s后自行缓解，从而可实现列车整体的平稳制动。（3）保护隔离机车运行中一旦出现某一台牵引电机故障不能维持使用时，均采用对应的qgk隔离开关拉向故障位隔离，此时常闭联锁切断通向zgzk导线301-685或301-686信号，进行“架隔离”或“架隔离”操纵。3.2.6调车控制器控制辅助司机控制器其主要功能是便于进行调车作业，因此又称调车控制器。调车控制器的控制原理与司机控制器基本相同，由于调车作业时无需采用电阻制动和磁场削弱，因此调车控制器的换向手柄fskx只有“前、0、后”位，实现牵引工况的机车运行方向选择，该手柄只是一个固定式的小手柄。而调速手柄fskt有“取、0

39、、2、4、6、8、10”位，因为该手柄是共用主司机控制器的换向手柄，从而保证主司机控制器与调车控制器不能同时操纵动作，故需增设“取”位，是将操纵手柄从“取”位插入或取出。机械联锁保证了当fskx在“0”位时，方能在“取”位插入或取出手柄，而只有在fskt转到“0”位后，fskx手柄才能转向“前”或“后”，当fskx在“前”或“后”位后，fskt手柄才能向“*、210”各位转换。第四章韶山3b电力机车司机控制器电力机车司机操纵机车控制器通过控制电路的低压电器来间接控制机车主电路的电器设备，使机车操作既方便又安全可靠，机车两端司机室的司机台上各装一台司机控制器。司机控制器一般由调速控制装置、换向控

40、制装置、机械连锁装置等组成。换向控制装置仅能改变机车牵引的运行方向，实现牵引和制动等状态的转换；调速控制装置通过改变调速轴上所装电位器使输出电压不同而达到机车启动、调速和制动调节的目的。整台机车的司机控制器的操作只采用一个可取式手柄，司机控制器的手柄只有处于“0”位时，才能插入或取出，使机车上在同一时刻只能有一台司机控制器可以操作，从而确保机车在运行中不会引起混乱。 4.1 司机控制器的外形和结构司机控制器从结构上来说属于鼓性控制器，它由换向鼓和调速鼓两个不同功能的鼓行控制器组成，前者是用来改变机车的运行方向和实现牵引、制动工况的转换；后者是用于启动、调速之用。它们主要由换向手柄、换向鼓转轴、

41、调速手柄、调速鼓转轴、接触组件、面板、地板、支柱、定位连锁机构和电位器等组件组成。（详见图4.1） 1-控制手柄； 2-换向手柄； 3-面板； 4-档位支座组件； 5-发光片组件80； 6-控制凸轮组件； 7-换向凸轮组件； 8-逆变器tgn-24a； 9-速动开关s826a/l； 10-换向弹片组件； 11-电位器wdd65s-2sj10 (2.2k) 12-控制弹片组件； 13-档位支座紧固螺钉。 图4.1：司机控制器结构与外形图 接触元件采用单件滚轮推杆桥式双断电结构。它通过鼓片凸轮转轴中的凸部推动滚轮，推杆压缩反力弹簧使动触桥与静触头闭合。控制器的接触组件由单件接触元件组合在支上。4.

42、2司机控制器的操作要求 根据控制电路的要求，司机控制器的触头闭合表（如图4.2）图4.2：司机控制器闭合表和接线图 依据触头闭合表的要求，换向手柄应有七个工作位置：“后”、“制”、“0”、“前”、“”、“”、“”。调速手柄用来操纵机车的牵引和制动运行速度，与换向手柄相互有机械联锁。在牵引工况，顺时针沿着“0*246810”等不同级位连续转动调节牵引力；在制动工况，调速手柄也是沿着“01197531”等不同级位调节电阻制动。调速手柄通过转动动轴驱动电位器w2，电位器w2就输出相应于指令的电压，这个电压又输入到电子柜相应的插件板中。换向鼓和调速鼓上各装有7片不同缺口的酚醛布板凸轮（如图4.3）与相

43、对应的接触元件对应动作，从而满足触头闭合表的要求，以实现主令控制器的逻辑关系。图4.3 换向鼓和调速鼓结构司机通过各自的手柄来实现对各自控制器的操作。调速手柄式固定式的换向手柄式可取式的两者之间存在着机械自锁关系（如图4.4和图4.5 ）图4.4 调速手柄和换向手柄自锁关系定位机构主要由棘轮、杠杆、弹簧组成。利用有凹口的棘轮和由弹簧张力的滚动式杠杆来实现定位，弹簧张力使手柄可靠的停留在各个工作位上。司机控制器和辅助司机控制器的调速手柄都是安装有w2电位器，当调速手柄顺时针转动达到“*”位时不完全齿轮开始啮合并带动电位器旋转，输出相应于指令的电压给电子柜相应的插件板。图4.5 换向手柄和调速手柄

44、自锁关系4.2主要技术参数额定电压 dc110v额定电流 10a触头开距 2*（2.53.5）mm触头超程 11.5mm触头压力 50n本章小结本文的主要工作是对司机控制器的凸轮进行改造，其具体工作是：把凸轮去除用plc代替。在去除凸轮的同时要保留司机控制器原有的其他一切功能。第五章plc模块5.1可编程控制器原理可编程控制器简称pc（programmable controller ），它是“ 一种数字运算电子系统， 专为工业环境下运行而设计。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或

45、生产过程”。这是国际电工委员会（iec）对可编程控制器所下的定义。为了与个人计算机的简称pc相区别，也称plc（ programmable logic controller）。5.1.1plc的基本结构plc实质上是一种工业控制用的专用计算机。plc采用了典型的计算机结构，主要包括cpu、ram、rom 和输入输出接口电路。其内部采用总线结构进行数据和指令的传输。如果把plc 看作是一个系统，那么被控机械或生产过程的运行状态，通过现场输入装置将信息送入plc 模块，根据用户指令，plc对这些信息进行处理，得到新的控制指令，然后输出到被控对象。简单地说就是由输入变量 plc 输出变量。1中央处理

46、器（cpu） 一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。cpu通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。与一般的计算机一样，cpu是整个plc的控制中枢，它按plc中系统程序赋予的功能指挥plc有条不紊的进行工作。cpu主要完成下述工作：（1）接收、存储用户通过编程器等输入设备输入的程序和数据。（2）用扫描的方式通过i/o部件接收现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中。（3）诊断plc内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。（4） plc进入运行状态后，执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储相应的内部控制信号，以完成用户指

47、令规定的各种操作。（5）响应各种外围设备(如编程器、打印机等）的请求。图5.1 plc的硬件组成框图2存储器plc 内部存储器有两类：一类是ram（即随机存储器），可以随时由cpu 对它进行读出、写入；另一类是rom（即只读存储器），cpu只能从中读取而不能写入。ram 主要用来存放各种暂存的数据、中间结果及用户程序。rom 主要用来存放监控程序及系统内部数据，这些程序及数据出厂时固化在rom 芯片中。3输入接口输入接口的主要作用是完成外部信号到pc内部信号的转换。通常情况下，来自生产设备或控制现场的各种输入信号（如各种开关、按钮、传感器等）所提供的信号性质、电压种类各不相同，如直流开关量、交

48、流开关量、模拟电压或电流等。输入接口电路可以将以上开关量信号转换成plc内部控制所需要的ttl电平（电平变换）,将模拟量信号转换成plc处理所需要的数字量（ad转换）等。输入接口电路一般由信号连接器件（如接线端子、插头等）、输入电路（如rc滤波器、限流电路、整流电路、稳压电路）、信号隔离电平转换电路（如光耦器件、模拟开关等）、输入信号寄存电路等环节组成。接口电路的形式根据输入类型而不同，可通过选择输入模块实现plc与不同现场输入信号的连接。4输出接口输出接口的主要作用是完成plc内部信号到外部信号的转换。与输入一样，生产设备或控制现场的执行元件有指示灯、电磁阀线圈、自动化装置、仪表等，它们所要

49、求的信号性质、电压、种类也各不相同，如直流开关量、交流开关量、模拟电压或电流等。输出接口的逻辑运算结果转换成外部执行元件所需要的各种开关量控制信号，将数字量转换成外部控制、显示所需要的模拟量等。输出接口电路一般由信号连接元件（如接线端子、插头、等）/输出驱动电路（如中间继电器、功率晶体管、双向晶闸管等）、信号隔离电平转换电路（如光耦器件、模拟开关等）、输出信号寄存电路等环节组成。接口电路根据输出信号的类型而不同，可通过选择输出模块实现plc与不同的现场执行元件之间的连接。5电源plc的输入电源有交流输入与直流输入两种基本形式。plc内部一般采用开关电源，对输入电压的要求不高，交流输入可以为单相

50、ac85260v，5060hz，直流输入可以为dc15.631.2v但对波纹有一定的要求。plc内部电源是提供内部ttl集成电路与集成运算放大器等器件的工作电源，输出有dc5v、dc15v、dc24v等。部分plc还可以提供外部开关量输入用的dc24v驱动电源，但plc内部输出负载驱动所需要的电源原则上不可以由plc提供。6io扩展单元若主机单元（带有cpu）的i/o 点数不够用，可进行i/o 扩展，即通过i/o 扩展接口电缆与i/o 扩展单元（不带有cpu）相接，以扩充i/o 点数。7编程工具编程工具是plc 最重要的外围设备，它实现了人与plc 的联系对话。用户利用编程工具不但可以输入、检查、修改和调试用户程序，还可以监视plc 的工作状态、修改内部系统寄存器的设置参数以及显示错误代码等。编程工具分两种，一种是手持编程器， 只需通过编程电缆与plc 相接即可以使用；另