严云升
1962年8月毕业于上海交通大学,同年9月分配到株洲电力机车研究所工作,历任技术员、工程师、高级工程师、教授级高级工程师,享受政府特殊津贴专家,株洲所资深专家。
记忆的闸门打开,时光倒回至1987年。
为了攀登控制领域的高峰,占得市场先机,增强株洲所的话语权。所领导高瞻远瞩,明知山有虎,偏向虎山行,果断决定成立微机控制课题组,自筹资金,开展机车微机控制的研究工作。
课题组成立之初,所内有5位同志参加。另外,我们与上海铁道大学合作,他们也有4位老师参与该项研究。我们9人中,有7人是文革后毕业、参加工作不久的新手。该课题难度大,风险高,短期内不可能有成果,因此要求大家沉得下心来,甘愿默默无闻、专心致志,打持久战,潜心研究,克服各种困难,勇攀高峰。
万事开头难,开题之初有两个关键问题必须做出决定。当时,可供借鉴的有法国的8K型电力机车和日本的6K型电力机车。一是硬件是以6K机车还是以8K机车为样本进行研制?二是如何发挥微机优势,开发那些微机控制独具的功能?前者关系到硬件的可靠性;后者关系到微机控制的优越性。两者都直接影响到微机控制的生命力。
在对8K和6K机车两种微机控制进行比较分析后,我们认为6K机车微机控制装置的硬件结构不甚合理,电子插件大小不一,耐振性能不如8K机车,因此决定硬件以8K为基础。6K机车有8K机车没有的故障记忆功能,这点应该吸取。因而定下我们的研究方案,取两者之长,并开发显示功能,使之成为具有中国特色的自主产品。
研究方案确定后,工艺问题成为拦路虎。一是元器件替换,我们要立足国内市场,寻找所有电子元器件的替换产品。其中有些器件体积比国外的要大,由于电子插件密集度高,碰到个头大的器件,不仅印制板要重新设计,有时候还需减少部分功能来适应。二是多层印制板的设计和制造。当时所内仅能生产双层板,而4层和6层的CPU插件只能委外设计和试制。当时,国防科技大学虽然能生产6层印制板,但成功率不高,这也给我们单板调试带来不少的麻烦。
为发挥微机控制的优点,我们开发了故障记忆插件,并在司机台上加装了显示屏,这在当时国际上也是首创。正常工况下,显示屏如同仪表那样显示机车速度和各牵引电机的电压电流;当出现故障时则增加显示故障类别以及提示司机应对的措施。在停车状态下,可把故障发生前1分钟和故障发生后半分钟内的各个模拟量和数字量调出,并以时间为坐标画出波形显示,这样就便于分析故障产生的根本原因。友好的人机界面深受现场的司机和维修人员的欢迎。
软件控制逻辑的设计直接关系到运行的可靠性和安全性。国外机车上器件损坏率相对来说较低,他们在这方面考虑较少。而我们必须考虑到机车上可能出现的各种器件不正常工作的情况,采取相应对策来确保运行安全。例如:一个或两个机车速度传感器不工作(速度为零)或工作不稳定(速度值乱跳);一个或两个电压和电流传感器失效;电控阀有可能被管道中的残留铁屑卡住而不动作造成各转向架前与后不一致,或是牵引与制动工况不一致;在此不一一举例,我们先后采取了20余种的故障对策,以此来保证机车正常安全运行。
经过两年多的摸爬滚打,第一个插件箱样机终于面世。单板调试完成后,在模拟实验室进行软件和硬件的联调工作。联调中碰到的最大难题,出现在两段晶闸管桥转换的时候。有时会出现停滞,反复来回转换,造成机车速度难以按预定要求上升或下降。另外,在实现经济4段桥开关控制时,如果衔接不好,会造成大桥和两段小桥都不开放或是都满开放的现象,造成牵引电机电流的巨大波动,严重时会造成机车冲动。对于这些在模拟控制中曾出现的问题,通过日以继夜的试验,终于找到了原因和规律,并通过软件上采取相应措施,成功地解决了这些难题。
我们的研究工作得到了铁道部和株洲所领导的关心与支持,时任铁道部部长李森茂、科技司司长周翊民在丁爱国所长的陪同下,还参观了微机样机在模拟试验室试验的情况,这给了我们巨大的鼓舞和勇气。
模拟实验室完成联调后,第三年我们在试验站进行了地面上的大功率试验,即用微机控制一台实际功率牵引电机进行牵引加速、恒速和制动减速、恒速的试验,考察工况转换是否平稳,恒速精度能否达到要求。由于我们此前的工作扎实严谨,对可能出现的问题考虑周到,措施得当,因而地面试验进展顺利,没有任何损伤电机或晶闸管的事件发生,仅用了一周的时间,就顺利完成了地面大功率试验。
曙光初现。地面试验的顺利完成大大地鼓舞了大家的士气,增强了攻克研制难关的信心和勇气,并加快了研制的进度。课题组对试验进行了总结,针对发生的一些小问题,对硬件和软件进行整改。所有电子插件印制板都改版,硬件投入小批试制,预定生产5个插件箱,其中4个用于1台SS4机车,还有一个作为运行备品。软件上从装车实际出发不断完善安全措施。另外与株机厂联系协调微机装车事宜,终于在1990年(第四年)装于 SS4-38#机车上,并在年底完成了该机车的厂内各项试验。
SS4-38#机车于1991年元月份运抵宝鸡机务段,经过检查整修后正式上路运行。大部分时间作为货运补机,运行在宝鸡-秦岭区间,少部分时间作为主机,行走在宝鸡-秦岭-凤州区间。宝凤线是我国第一条电气化线路,全长90公里。从宝鸡到秦岭一路都是上坡,最大坡道为33‰。长大坡道对机车以及微机控制都是严酷的考验。课题组人员开始随三班司机出车,约经2个月,司机熟悉了微机控制的机车操作,改为选择性跟班跑车,半年后可以少跟车,但每次机车回段时必须接车。一方面与司机交流,另一方面对微机工作状况进行检查和查阅故障记录。
根据铁道部相关标准的规定,新产品装车后需经10万公里的运行考核。为此我们在宝鸡段蹲守了将近三年。至1993年9月SS4-38#运行超过了12万公里。铁道部科技司在1993年年底召开了技术审查会,对微机控制做了肯定,给予较高的评价,并决定小批试制,准备用于SS4B和SS8机车上。
微机控制要想推广必须解决故障冗余的难题。即在一个插件箱故障时,如何保持原有的牵引力和制动力。对于6轴机车,切除一个插件箱,就损失一半的牵引力,这势必影响到机车运行速度,打乱运行计划。由于受国产设计和工艺条件的影响,国产机车故障率相对国外机车要高得多。如果故障发生的频度较高,简单采用6K机车那样切除一个插件箱,就会经常打乱运行图,这必将影响微机控制的生命力,甚至不能站稳脚跟而被淘汰。
课题组又一次面临重大考验,必须要找到一种控制方法,即使一个插件箱出现故障,也不使牵引力有明显损失,使机车能照常按计划运行。那段时间,冥思苦想各种可能的途径,但仍无进展,日以继夜的思考,使我夜不能寐,茶饭不香。功夫不负有心人,突然有一天晚上来了灵感,思绪豁然开朗,找到了一种行之有效的方法。正常时2个转向架都独立控制,在一个插件箱故障时,它跟随正常工作的插件箱进行晶闸管的脉冲触发,从而保留了原来的牵引(制动)力。后来的事实证明,这项措施非常有效,从未发生因插件箱故障而破坏运行图的情况。
在所领导的关怀和鼓励下,课题组经过7年的艰苦磨练,终于修成正果。一是微机控制在后续生产的交直传动电力机车上全面推广采用,二是培养了一批人才,课题组成员具有严谨、踏实、考虑问题全面细致,不怕困难,勇往直前的特点。这些成员后来成为专家、教授、部门领导和技术中坚力量。团队的团结协作精神也进一步发扬光大。
三十余年后的今天,当我回忆起这些往事,火热的青春依然让我激动不已。