计算机在机车中的应用(1)

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机车微机控制技术
一、内燃机车微机控制技术的发展
我国八十年代开始研究，并于1985年前后把微机应用到车载上；先后 已批量地装于东风5、东风4C、东风4D（客运）、GKD1、部分东风4B以 及出口伊朗、坦桑尼亚等型电传动内燃机车上。 例 如： 四方机车厂生产的JWK-1S型微机控制装置； 大连内燃机车研究所研制的WLK-2型微机控制装置； 大连所与四方厂联合研制的WK-1L（S）型微机控制装置； 大连机车厂研制的LTQ-Ⅱ型微机恒功励磁调节器。
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机车微机控制技术 二、可编程逻辑控制器 （Programmable Logical Controller——简称PLC）
PLC是早期的继电器逻辑控制系统与微型计算机技术相结合的产 物，它吸收了微电子技术和微型计算机技术的最新成果，发展十分迅速。 PLC采用微处理器作为主控制器，采用大规模集成电路作为存储器 I／O接口，因而使其可靠性、功能、价格、体积都达到了比较成熟和完 美的境界，并以其卓越的技术指标和优异的抗干扰能力得到了广泛的应 目前，从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人到工业局 网络无不有它的踪影。
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二、电力机车微机控制技术的发展
国产交直传动电力机车的控制经历了有接点控制、模拟控制和微机 制3个发展阶段。微机控制从1987年开始研究。以8K型机车为蓝本，吸收 6K型机车的故障诊断技术和DF6型内燃机车上的显示模式，自行开发故障 诊断和显示功能，使微机控制不仅具有原来模拟控制的各项功能，而且 在人机界面、故障查找方面发挥独具的优势。显示屏的上车，当时即使 在国外也是少见的。
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第二节 微型计算机控制系统的基本知识
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微机技术的发展概况
自从20世纪70年代初第一个微处理器 Intel 4004问世以来，经过了4 位机、8位机、16位机、32位机几个大的发展阶段，目前 64位机也已问世。 微机种类：8088、8086、80286、80386、80486、80586、80686等功 能齐全的高性能微型计算机相继问世，而且还出现了许多小巧灵活的单 片机，如Intel公司的MCS－51系列、Zilog公司的Z80系列、Motorola公 司的6800系列，特别是近年来又随着8096系列16位单片机及80960系列32 单片机的出现，更使微机在控制领域锦上添花，发展迅速。
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机车微机控制技术 一、单片微型计算机
3．抗干扰能力强 由于单片机的各种功能部件都集成在一个芯片上，特别是存储器也 集成在芯片内部，因而布线短，数据大都在芯片内部传送，所以不容易 受到外界的干扰，从而增强了抗干扰的能力，使系统运行更可靠。 4．指令丰富 单片机一般都有传送指令、逻辑运算指令、转移指令、加、减法运 算指令等，有些单片机还具有乘法及除法运算指令，特别是位操作指令 十分丰富。因而使单片机能在逻辑控制、开关量控制以及顺序控制中得 以广泛应用。
（一）
主讲人 胡汉春 西南交通大学
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第一节 机车微机控制技术发展概述
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一、内燃机车微机控制技术的发展
七十年代诞生了微机，为工业控制系统带来了革命性变革 。 1976年，日本首先将微机用于旋转式除雪内燃机车上。 1977年，前西德开始把微机系统应用到电传动内燃机车的控制上。随 后，美国、英国、澳大利亚、加拿大、芬兰、丹麦、荷兰、匈牙利、 前苏联、奥地利、西班牙等国家也陆续将微机系统应用于内燃机车。 自1985年以来，车载微机技术得到迅猛发展。中央处理机单元已 由16位芯片发展到32位。储存容量由千字节扩展到兆字节。由于微机 容量的增加，防滑、防空转控制也被囊括于车载微机系统的功能之中。
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机车微机控制技术 二、可编程逻辑控制器
（5）模／数（A／D）、数／模（D／A）转换 一些中、高档PLC中一般都具有A／D、D／A转换，以便对模拟量进 行检测与控制。 （6）数据处理 在一些高档PLC中，具有较强的数据处理能力，如并行运算、并行传 送、BCD码转换、PID运算等。 （7）通讯与联网 某些PLC可进行远程I/O控制，多台PLC互相之间同位连接，并可与 上位计算机进行连接，组成分布式控制系统。
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机车微机控制技术 一、单片微型计算机
（2）16位单片机 16位单片机具有速度快、功能强等特点，因而适合于比较复杂的工业 控制系统。 MCS－96系列： Intel公司推出的一种16位单片机。其典型代表为 8797BH，它有16位 CPU、8 K EPROM、232字节 RAM、两个16位定时器、8路高速输入／ 出接口、一个串行通信接口、五个8位I／O口、8路10位A／D、20个中断 源、Watchdog、PWM等功能。
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一、内燃机车微机控制技术的发展
戚墅堰机车厂在吸收美国GE公司技术的基础上，于1992年研制出 台装备新一代机车微机控制系统的东风11型准高速客运内燃机车。 1994年大连机车厂生产的东风10D型和1997年戚墅堰机车厂生产的东 风8B型重载货运内燃机车均装备了功能较完备的微机控制系统 。 1999年开始，各机车厂研制的交流传动内燃机车均装备了功能完备 的新型微机控制系统 。
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微机技术的发展概况
由20世纪80年代的Z80单板机，到90年代初的单片机；由结构简单、 可靠性高的STD总线工业控制机，到具有更加强大功能的工业PC机，从简 单的单机控制到复杂的集散型多机控制，无不反映了微型计算机在工业控 制中的强大生命力。 如今完全可以说，没有微处理的仪器不能称其为仪器，没有微型机的 控制系统更谈不上现代工业控制系统。
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三、机车微机控制技术的优越性
随着微机控制的推广使用，微机控制技术也有了很大的发展，微机 控制的优越性能得到体现，其功能范围已远远超出了人们最初的想象力 。 在机车上采用的微机系统往往已不仅限于牵引特性控制，它还包括 制动特性控制、柴油机控制、变流控制，辅助功率控制、粘着（防空转 防滑行）控制、PLC逻辑控制技术、优化操纵、参数检测显示和故障预 防及诊断、自动过分相技术，串行通信技术，网络通信及重联控制技术 等功能。 可以说，机车装备微机系统是现代化机车的重要标志。
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机车微机控制技术 一、单片微型计算机 （Singgle Chip Microcomputer）
工业控制和智能化系统中应用最多的模式，其最大的特点是设计者 可根据实际需要来开发、设计一个单片机系统，方便、灵活、低成本。 基本方法：在单片机的基础上扩展一些接口，如 A/D、D/A转换接口， 键盘处理接口，LED和LCD显示接口，控制伺服马达、步进电机的接口 等等。 开发应用软件：采用汇编语言、高级语言（Basic、PL/M、C51等） 随着大规模集成电路技术的发展，近年来出现了各种各样功能完备 单片机，并得到了广泛地应用。
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三、机车微机控制技术的优越性
微机具有记忆功能，可以储存大量信息，可进行自检、故障记忆和检 索、故障监控及故障诊断等工作。 系统的硬件采用模块化设计，为内燃或电力机车通用。 它依靠灵活可变的软件来满足各种机车不同的控制要求，采用功能块 语言编程，便于修改和调节，因而便于移植和推广，使微机系统的功能 改变及功能扩展十分容易，通常仅需改变软件设计即可达到。 数字控制本身不受环境温度影响，各参数的控制值和保护值在各种环 境条件下分散性较小，重复试验时重现性较好，因而控制性能稳定。
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一、内燃机车微机控制技术的发展
1989年，大连机车厂与美国GE公司合作，引进美国先进的微机技术 及设备，研制成新一代大功内燃机车——东风6型机车： 该型机车装备了以微机为核心的新一代电气控制系统，可进行 常的机车系统控制和各种电气保护，可进行实时数据监控，还有对一 些故障进行自动处理等功能，成为我国内燃机车上装备微机系统功能 最多，性能最好，应用最为成功的新型机车。
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二、电力机车微机控制技术发展
20世纪80年代，国外交直传动电力机车上采用微机控制已经普遍。 这方面有代表性的是瑞士ADtranz公司的MICAS－S、德国 SIEMENS公司的SIBAS－16、以及日本三菱公司的 PHAI－16和日 立公司的产品。 交流传动技术的发展得益于计算机技术的发展，使十分复杂的交流 传动控制变得越来越容易实现，从而进一步促进了交流传动技术的 成熟与发展 。 例 如：有代表性的干线交流传动电力机车和电动车组有： E120，Re4／4、460、X2000、145（ABB）。300系（三菱），S252 （SIEMENS）及BB36000（Alstom）型等。
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机车微机控制技术 一、单片微型计算机
图2-1 8088／8086最小模式下的配置
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图2-2 典型的单片机结构

机车微机控制技术 一、单片微型计算机 2．结构合理
（1）存储容量大。例如，采用16位地址总线的8位单片机可寻址外部 64KB RAM和64KBROM(包括内部ROM)，此外还有内部RAM(通常为 128B)。使用单片机不仅可以进行控制，而且能够进行数据处理。单片 不仅设有监控程序，还可同时驻留汇编、反汇编、高级语言以及各种函 数库、子程序及图表。 （2）速度快。一般有较大容量的程序存储器，用以固化控制程序；而 据存储器的容量相对较小，主要用来存放少量的随机数据。小容量随机 存储器直接装在单片机内部，可使数据传送速度加快。
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机车微机控制技术 一、单片微型计算机
（1）8位单片机 目前应用最多的单片机机种，主要用于家用电器、机电一体化、测 系统及智能化仪器和接口。 MCS—51系列： Intel公司推出的一种高性能 8位单片机。其典型代表为 8051，它包含 8位高性能 CPU、4K ROM、128字节 RAM、两个 16位定时／计数器、 根I/O线（P0—P3四个8位I／O口）、一个全双工异步串行口，五个中断 源，可访问多达64K程序存储器和64K数据存储器。系列产品中，除 8051内部含ROM外，有的无ROM，如8031等，可根据需要扩展；还有的 内部含有 EPROM，更方便用户编程。