DJW型接触网作业车电气控制

全 冲 肖晓芳 孟刚刚

(1.宝鸡中车时代工程机械有限公司 陕西 宝鸡 721000；2.株洲时代电子技术有限公司 湖南 株洲 412000)

0 引言

DJW型接触网作业车由宝鸡中车时代工程机械有限公司研发及生产，选用卡特彼勒公司CAT C11型整体式动力单元，额定功率为336 kW,最高运行速度为80 km/h，是用于地铁接触网线路检修保养的专用设备,保障列车运行安全[1]。

由于地铁施工的特殊性，国内各家地铁用户对车辆功能提出了特殊化需求，要求电气控制电路具备个性化设计。地铁现有车型均采用微机控制系统电路[2-3]，使用了大量中间继电器，电气控制原理及布线复杂，个性化设计极为不便。本车选用模块化分布式网络控制系统替代原微机系统，并对控制软件进行优化，减少了中间继电器数量，简化控制柜电路布线，方便后期车辆检修及保养[4]，同时针对用户特殊化需求，只需更改控制程序，无须大量更改硬件电路。

1 网络控制系统组成

网络控制系统拓扑如图1所示，主要包含DC/DC稳压电源、DI采集模块、AI采集模块、DO输出模块及多路CAN总线模块，各模块之间采用CAN 2.0分布式网络协议，传输速率达1 Mbps[5]，通信选用双绞屏蔽电缆，且双端金属屏蔽层连接车体接地，避免电磁干扰的影响。DC/DC稳压电源模块输出为DC24 V，为网络控制系统提供直流电源，降低发动机启动过程大电流产生的系统总电压骤降的影响；DI采集模块分别布置在两端司机台内，接收司控器、压力开关及限位开关等数字量信息；AI采集模块用于监视燃油油位、油门手柄位置及空气压力等模拟量信息；DO输出模块根据监控到的车辆数据信息，驱动车辆对应电磁阀及指示灯等执行元件工作；多路CAN总线模块包含两路网络通道，一路与其他各模块及发动机ECM通信，实现数据传输和交互，并在软件中分析、计算，进行车辆控制与保护，另一路输出至车辆显示器，对车辆运行数据、报警状态及故障信息进行监控及显示。

网络控制系统能监控各种输入量、输出量及故障状态，当作业车发生故障时，系统在执行保护的同时，还可将故障代码显示在显示屏上，根据不同的故障等级进行提示，以便迅速查找故障点，做出快速处理。对于重要的故障信息采用声光报警的形式，并在司机台台面上设置报警切除开关，切除后信息记录在故障信息中，便于后期故障分析。

图1 网络控制系统拓扑

2 电气系统基本控制要求

DJW型接触网作业车电气系统主要包含蓄电池、发动机ECM、变速箱控制单元、网络控制系统、作业平台电控系统、辅助系统等。控制系统主要实现以下三项功能：(1)行车控制，即发动机启动、停机和调速，车速和方向控制，手动/自动换挡切换，以及电喇叭等辅助设备；(2)作业平台升降、旋转、调平及保护控制；(3)数据监控、电气互锁、监控报警及安全保护等。

2.1 行车控制

发动机起动时，钥匙开关发送DI模块起动电平信号，DO输出模块控制起动继电器闭合起动发动机，多路CAN总线模块与发动机ECM采用J1939协议通信，读取发动机转速、机油压力、机油温度、燃油温度等参数，并显示在显示器主界面。当发动机转速大于700 r/min时(可变设定值)，系统切断起动继电器，防止电机持续工作，影响寿命。发动机油门手柄内设置0～20 kΩ可变电位器，AI模块通过采集手柄不同的电阻值，再计算出对应的PWM脉宽调制波，并发送至发动机ECM，调节发动机电子喷油泵流量，控制发动机转速从700 r/min至2 240 r/min范围调速。变速箱换向与换挡，采用软件方式互锁：(1)换向开关必须先选择“前进”或“后退”，然后换挡开关操作有效，若换向开关置“中位”，则换挡操作无效；(2)当车速降至“0”时，换向开关操作有效，否则换向操作无效，从而消除换向时产生的变速箱机械冲击。

接触网作业车设有I端、II端双司机台，每个司机台均设置“本端主控”权限开关，同时只能激活一端司机台，当激活其中一端司机台时，另一端失效，防止操作人员误操作。如需更换司机台时，只需关闭当前司机台 “本端主控”开关，再打开另一端司机台“本端主控”开关，即可完成司机台控制权转换，无须发动机停机。

网络控制系统设置应急控制行车模式，当系统发生故障时，可将故障开关切换至应急位，CAN网络通讯被旁路，司控器与动力单元转换为硬线连接，行车控制开关可直接控制车辆换向及换挡，进行应急行车，避免因网络系统故障引起的停车隐患。

2.2 作业平台控制

作业平台液压驱动回路采用电比例多路阀控制，升降柱上分别设有高度、中位、旋转及锁定行程开关，实时检测平台位置。升降柱底座的机械销锁定时，锁定行程开关闭合，网络控制系统切断液压回路总电磁阀，平台所有控制开关无效，防止平台误操作。当作业平台上升至最高或旋转至中心线±120°时，对应的行程开关常开触点闭合，网络控制系统输出低电平信号控制多路阀断电，平台停止运动，另一路控制操作台上指示灯亮起，同时电铃报警。为防止平台旋转时与支撑座干涉，平台升起高度超过200 mm旋转限位开关才能打开，网络系统才允许平台旋转操作有效。当平台复位到中位时，中位行程开关闭合，将平台锁定在中心位置，司机台显示屏上显示平台已归位，此时车辆才可行车。

2.3 监控及保护

网络控制系统具有数据记录及显示功能，可采集蓄电池容量、系统电压、系统电流、发动机水温、油温、机油压力、变扭器油温、变扭器油压，以及车辆车速、里程、作业平台、燃油剩余量等重要信息，并在显示器界面分级显示，当数据在正常范围时，采用绿色字体显示，超过正常值时分别采用黄色及红色字体提醒。根据不同数据功能分为主页面、发动机页面、变速箱页面、作业平台页面、辅助信息页面及设置页面，各页面可手动切换，便于司机操作。

网络控制系统设置完善的安全保护措施，具体功能包含：(1)发动机出现故障时，通过对应红色故障报警灯显示，提示发动机故障，同时起动继电器被自锁，故障未消除时不能起动；发动机转速达到最高时，继续增大油门手柄无效，防止发动机飞车。(2)作业车速度超过限速值时，网络控制系统输出发动机怠速信号，变速箱卸载，同时实施常用制动，在车速恢复正常值后，限速保护取消；若速度持续上升，则会输出紧急制动信号至车辆停车，待排除车辆故障后，方可再次行车。(3)总风缸、制动缸设有压力传感器，当检测总风缸压力低于600 kPa或者制动缸压力大于280 kPa时，网络控制系统输出信号使变速箱卸载，切除动力传递，防止安全隐患。(4)变速箱油温高于110 ℃时，DO模块输出高电平信号给散热电磁阀，液力油散热器对变速箱散热，当油温低于75 ℃时，停止散热。(5)车辆行车控制与平台位置互锁，当作业平台未复位时，禁止作业车行车，防止平台侵出限界造成破坏；车辆在行车状态时，平台升降及旋转操作无效，保障行车安全。

3 特殊功能实现

针对地铁用户提出的特殊化需求，网络控制系统采用冗余设计，不用更改硬件线路，只需对软件进行升级优化，即可实现电气控制需求。

3.1 受电弓控制

作业车通常选配不同型号的受电弓， 其电气接口均不一致。 TSG22型受电弓设有降弓位置指示器， 当受电弓完全降弓后， 通过指示灯显示； CED160E型受电弓设置升弓压力开关， 受电弓完全升起后， 气囊内压力到达设定值， 压力开关控制指示灯显示； SBL92型受电弓配有ADD自动降弓装置， 当受电弓碳滑板破损后， 为防止刮伤接触网， ADD自动保护装置自动切断气囊供风， 通过排风阀排出气囊风压， 使受电弓紧急降弓， 同时显示器上提示故障报警。在网络系统设计时， 提前在DI采集模块上规划升弓到位、 降弓到位、 ADD故障端口， 连接到受电弓反馈控制盒， 根据不同类型的受电弓反馈信号设计控制软件， 实现受电弓升弓控制及报警指示。

3.2 防溜报警功能

作业车在长大坡道停车或起动，或未采取驻车制动时，如果司机操作不当，有可能发生溜车隐患，对此用户提出增加防溜车报警提示。网络控制系统实现方案为：通过车轴端速度传感器，检测车辆行车速度及位移，并与行车控制信号进行比较，进行报警及保护，控制流程如图2所示。当检测车速大于零，且方向开关在“中位”，再比较位移是否大于0.3 m，若满足，则显示器提示“已溜车，请采取驻车制动”；若方向开关不在“中位”即车辆行车状态，检测车辆位移方向与方向开关是否一致，若方向不一致并且车辆位移大于0.5 m，则显示器提示“已溜车”报警，并且系统控制车辆实施常用制动。

图2 防溜报警控制流程

3.3 限速设置

为了保障行车安全， 不同地铁线路要求对作业车设置最高限速保护， 通常情况最大限速为80 km/h， 最小限速为45 km/h， 在网络控制系统显示器预留参数设置端口， 只需输入权限密码， 就可进入参数配置界面， 根据不同线路需求设置报警速度及保护数值。

3.4 轮径设置

作业车在长期运行后，车轮直径因磨损会逐渐减小，而车速是根据轮径与转速乘积计算得到的。当磨损后轮径小于初始轮径，实际车速必然小于检测速度，速度误差会导致速度显示不准确，并且换挡点偏离最佳值。为便于后期维护，网络控制系统设有轮径输入功能，当车轮磨损后，可以对车辆参数实时更新，从而消除速度误差影响。

4 结论

本文论述了一种以网络控制系统为控制器，实现DJW型接触网作业车的电气控制及保护，简化了电气控制硬件电路，方便后期车辆检修及保养。同时针对地铁用户特殊化需求，可通过软件优化来实现，技术成熟可靠，现在已广泛应用于公司地铁作业车，具有重要的使用价值。