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【株所風云60年?第四十一期】李中浩:我國第一臺電力機車輔助系統交流傳動裝置和微機控制系統的上車經歷

來源: 作者:李中浩 時間:2019-08-12

 李中浩

1982年研究生畢業后加入株洲所,在株洲所工作10年。1991—2000年,歷任鐵道部科技司高級工程師、處長、副司長,鐵道部信息技術中心主任。現任中國城市軌道交通協會技術裝備專業委員會副主任。
我是1982年文革后的第一屆研究生,畢業后分配到株洲所的總體線路室,師從萬廣從事240KVA靜止劈相機研發。當時,我國機車交流傳動還在實驗室階段,機車牽引系統沒有牽引變流器,輔助系統的交流傳動裝置也不叫做輔助變流器,而是稱之為靜止劈相機。電力機車輔助系統的裝置包括牽引電機通風機,電阻制動柜通風機還有壓縮機電機,當時由阿爾諾旋轉劈相機系統供電,由于接觸網供電電壓不穩定,劈相機燒損成了電力機車的慣性故障。
當時,較先進的解決方案就是采用交-直-交變頻驅動,將供劈相機的兩路380V單相繞組組成兩段半控橋,整流成穩定的直流電壓,再逆變成0-50Hz的三相可變頻電源給負載電機供電。這種方案能夠在過分相得電后自動再起,采用變頻啟動減少負載電機的電流沖擊,也能夠隨著牽引電機及制動電阻電流的大小調節風機轉速,徹底解決了劈相機燒損的問題。
我加入這個團隊的時候,組里還有張子廣和周書芹兩位六十年代畢業的大學生,那時機組已經完成了樣機試制在做功率試驗,我們的任務是完善實驗室試驗,并將這臺機組加裝到新出廠的韶山1型電力機車車上。經過努力攻關,我們研發的240KVA靜止劈相機終于可以裝在新出廠的韶山1-274號車。當時,加裝改造后的韶山1-274號車停放在試驗車間的軌道上,由試驗站的25KV單相交流電供電,在克服了電磁干擾、電抗器發熱、主電路回流等很多困難以后,系統完全正常了。
由于制動柜風機的噪音特別大,我們只能在晚上才能開始全負載試驗。清楚的記得在1982年的圣誕夜,全功率試驗終于成功了!當所有的風機、空氣壓縮機投入運行時,車間里充滿著巨大的噪聲,我們躲在司機室中享受著這激動人心的噪音,臉上洋溢著幸福的笑容!
功率試驗完成后,韶山1-274號車配屬石家莊電力機務段正式投入運行。78級的穆亞翔、1983年畢業的張煒、付晉山,陸續加入了我們的團隊,一起完成了240KVA靜止變流器的十萬公里運行考核。
付晉山的加盟,使我們開始了240KVA靜止變流器微機控制的征程。付晉山的物理基礎、計算機技術功底很扎實,動手能力強,他師從上海鐵道學院的顧偉楠老師,當時他們的團隊走在軌道交通計算機控制領域的前沿。計算機控制從8bit的芯片開始,當時的芯片型號是8085、Z80,我們團隊用的是Z80芯片,在那個臺式機還沒有普及的年代,開發設備是株洲電子研究所生產的單板機。
計算機控制上車需要開發一個能夠克服電磁干擾的CPU插件,插入到原來的控制機箱里。當時印刷線路板只有雙面板可選擇,需要到湖南計算機廠制版,周期很長;由于是8位控制器,數據總線、控制總線、地址總線還不太復雜,雙層板還能布置得下去,當時雙面版只有純手工布線,先在座標紙上畫出草圖,再用當時最新的方法,用特定寬度的黑色膠帶,貼出線路板PCB。檢查也完全是手工進行,線路板制成后還發現了幾個問題,最后一個問題是總線的讀寫控制線反了,這是整個過程中最沒有把握的環節,經過反復摸索,最后總算通過了,也加快了試制進度;1984年我們研制出了第一臺車載的微機控制插板。
▲Z80微機控制版

當時的控制軟件是手寫的,匯編語言先寫在紙上,再通過手工編譯為可執行代碼,再輸入到單板機的RAM,檢查無誤后,再寫入EPROM。難能可貴的是,付晉山還保留著這塊微機控制線路板和手寫的編程軟件的原稿。
▼靜止劈相機交直控制程序清單
如果需要的話,我們想把他們貢獻出來,獻給株洲所陳列室。也許新的研究大樓和陳列室落成后,可以用它們來體現我們進步的起點和我們的自立更生精神。
微機控制裝置在韶山1-274號車上替代了原有的控制裝置,考核運行了3萬公里。滿足了鐵道部控制系統產品鑒定的要求,通過了鐵路部的科技成果鑒定。
▲240KVA靜止變流器微機控制機箱

項目組在《鐵道學報》1984年第1期開篇的版面上,發表了《電力機車輔助系統靜止變流器的研究》這一論文,并在《機車電傳動》雜志上發表了《電力機車輔助變流器的微機控制系統》和《一種最佳PVM波微機控制方法》論文。240KVA靜止劈相機和微機控制系統這兩項成果,之后合起來取名“電力機車輔助系統靜止變流器及其微機控制裝置”,并獲得了國家科技進步三等獎。

▲國家科技進步獎獲獎證書


在8K電力機車引進時,其中有兩臺微機控制的電力機車。電力機車控制分成機車控制級和變流器控制級,分別采用了80186和8096芯片,進入了16Bit控制的領域,分別是現在CCU和TCU的前生,今后株洲所的微機控制結合列車控制網(WTB)和車輛控制網(MVB),參與了列車控制網絡(TCN)國際標準的編制,進入了主流的潮流,成為我國牽引領域計算機控制領域的排頭兵。
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