交流电力机车的微机控制

随着计算机技术、控制技术的不断发展，网络控制也在快速地进入电力机车控制系统。现代列车控制是由挂在列车通信网络（TCN）上的多微机系统来实现的，包括电力机车或动力车中的微机系统和拖车上的微机系统。它们各自耦合在机车或车辆总线上，并通过列车总线相互交换信息和数据。

动力分散的动车组和重联控制的交流传动机车也是通过采用列车通信网络（TCN）获得所需要的指令和状态反馈信息，并发送控制信号。交流电力机车的微机控制一般分为三级：列车控制级、机车控制级和驱动控制级。

一、列车控制级

在重联控制的列车或动力分散的电动车组中，列车控制级涉及与整个列车有关的给定值和控制变量。从司机所在的“本务车”发出的控制指令，通过列车控制级处理后传送到其他各机车或动力车中，实现统一指挥。借助列车控制级的这些指令，司机可以准确地保持列车运行速度，避免加速或减速时出现冲击，并且在目标制动时，能够迅速准确地停靠在站台上。

列车控制级的输入信号来自于司机操纵台，包括运行状态子指令，牵引或制动，前进或后退以及速度或牵引力给定值。其中，最重要的输入信号是牵引力或制动力给定值，它直接决定着列车的运行速度。在采用转向架控制及重联的情况下，列车控制级可以保证各个动力单元的负载均匀分配，而无需采取其他附加措施。

二、机车控制级

机车控制级涉及与机车或车辆正常、有效运行的所有功能。在设有列车控制级装置的机车上，机车控制级的主要任务是优化黏着控制，分配制动力，对牵引力和制动力进行处理后发送给驱动控制级装置。机车控制级主要功能如下：

（1）限制冲击。通过限制牵引力或制动力给定值的变化，来提高列车运行的舒适性。

（2）监视主要设备的过电流、过电压、欠电压、过热，必要时可切断主断路器。

（3）通过保护逻辑控制，保证列车在接触网分相处的安全运行。

（4）通过辅助传动控制装置，实现辅助机械的最佳控制方式。

（5）对所测得电压、电流、速度、制动压力等实际数值进行处理。

在没有安装列车控制级的机车上，列车控制级实际上是机车控制级装置。它的任务是处理来自轨道感应装置的指令或给定值，变成驱动控制级装置所需要的转矩给定值。此外还对受电弓、主断路器和辅助传动机械进行控制，监视运行状态，实现人机通话。

机车控制级装置一般采用冗余设计，一套装置出现故障，可由另一套装置继续工作，保证列车运行的可靠性。

三、驱动控制级

驱动控制级可以实现对每个动力单元的开环和闭环控制，包括牵引电机控制和牵引变流器控制。驱动控制级装置有以下基本功能：

（1）输入端变流器。四象限脉冲整流器的开环和闭环控制。

（2）负载端。牵引电动机控制，空转/滑行保护及黏着优化利用控制。

（3）电动机侧变流器（逆变器）的控制。

（4）变流器回路的监视与保护。

（5）整个传动单元的故障检测与诊断。

四、列车信息系统

现代列车的控制和诊断功能主要包含以下几种信息。功能如图7.10所示。

图7.10　列车的控制和诊断功能

1.控制信息

列车或机车控制的主指令：牵引力或制动力的给定值，来自于机车的司机操纵台或列车自动控制装置。

控制系统和信息传输采取分层管理模式，列车控制级处于最上层，机车控制级处于中间层，驱动控制级处于最底层。控制信息在所有三级之间相互交换，部分信息还参与司机台、诊断及显示装置的信息交换。控制信息的主要任务如表7.1所示。

表7.1　控制信息的主要任务

2.诊断信息

车载诊断包括发车前（停车状态下）的检测，以确定机车、车辆状态是否良好；运行过程中对被控对象及相关装置进行功能诊断和记忆；在地面与其他设备连接作维修性诊断。

车载诊断分为三级结构，各自提供相应的诊断信息，如表7.2所示。

表7.2　车载诊断信息

3.服务信息和语言信息

服务信息是指车厢控制与诊断中心，一方面是对本车厢的服务功能如车门的开闭、空调、照明、旅客信息系统等进行控制，另一方面对这些功能装置的特征量进行诊断和检测，并把结果通过列车总线传送到列车诊断中心。

语言信息是指旅客信息系统向旅客提供运行信息、通信、娱乐和其他服务。

根据信息的结构、功能及传输特点，在列车通信网络中传送 3 类数据，如表7.3所示。

表7.3　列车通信网络传输的数据