【株所风云60年•第四十四期】楼修力:东风11型机车微机控制系统研发记

楼修力
1941年出生,浙江嵊州人。1965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。长期从事轨道机车控制技术研究,曾荣获铁道部科技进步特等奖等多项奖项。
我与内燃机车微机控制系统技术结缘,始于上世纪80年代末。彼时,在微电子技术发展浪潮和用户对内燃机车控制高要求的双重裹挟之下,株洲所顺势而为组建内燃机车微机组,我被任命为组长,主持国内首台内燃机车微机控制系统的研制工作,为铁路4次大提速主型机车DF11提供“大脑”。
刚接到这个任命时,内心激动又不乏忐忑。激动的是时任所长丁爱国对我的信任和认可,让长期从事电力机车控制领域科研工作的我,有机会涉足新领域,也让我找到了新的“折腾”方向。忐忑的是,近天命之年的47岁“老战士”又要重新起跑,奔赴新战场开疆拓土。
开弓没有回头箭。1989年2月,为加快推进内燃机车微机控制工艺技术的研发工作,我奉命率团前往国外“取经”,学习C37—8机车的微机工艺技术,正是这次紧张又难得的学习机会,让我对微机控制的认知有了一次飞跃,也让我深刻认识到在微机技术领域我们与国外的差距。
1990年,铁道部一声令下,要求所里配合完成国家“八五”重点攻关项目——东风11型内燃机车微机控制装置的研制。根据分工,大连所承担软件系统的开发,株洲所负责硬件系统的开发,主要是微机控制柜的研制。
理所当然,项目研发重任最后落到了微机组头上。揽下这个活后,整个微机组压力空前,心情也十分复杂。一是大家觉得这是一份沉甸甸的期望与责任,不能辜负国家和所里对团队的信任,二是担心团队的知识储备不足,“家底”太薄,没有微机控制系统上车的任何经验。
为了保障项目顺利实施,所里在研究生资源非常紧俏的情况下,仍然倾力为微机组配套了3名新入所的研究生和1名往届计算机专业大学生,他们的加入使微机组的阵容愈发强大。尽管这些年轻人都缺乏车载产品研发经验,但是他们的优势在于年轻人有激情有梦想,面对技术上的巨大差距,他们不仅没有胆怯退缩,反而更加坚定了自主研发微机控制系统的决心。
在开发初期的很长一段时间里,团队在黑暗中不断摸索。我组织课题组多次进行研究方案设计,最后决定在微机恒功励磁屏(EXP)为基础开发辅机控制、信号变换、控制电源等功能插件的技术方案,同时针对机车高温湿度、强电磁干扰和振动等恶劣运行环境开展微机柜的适应性设计。由于EXP屏是制造工艺技术转让,因此转让的设计资料不齐全,给课题组掌握其原理和参数带来很大困难,只能从原EXP微机屏设计规范等有限资料的分析入手,在连续半年多的时间里,技术人员通宵达旦“啃”资料,掌握了所有硬件电路的工作原理和技术参数等。
但这只是万里长征的第一步。从分析EXP插箱电路板遇到“卡脖子”问题到成功设计微机柜信号接口,从数次南下深圳采购电路板关键元器件到与主机厂配合选用适当的电压、电流、转速、温度和压力传感器,从成功开发辅机控制、电压调整和控制电源等功能部件到开发机车模拟试验台,我们历经千辛万苦,最终完成产品出厂调试,成功开发出适合中国内燃机车的微机控制装置。
可以说,我们向前迈进的每一步都洒满了艰辛的汗水,当然,这些艰难曲折的过程也让我更加坚定地认识到,路虽远行则将至,事虽难做则必成。
1992年,随着项目进度的推进,我们终于迎来了项目的第一个“大考”,微机柜在所内完成联调试验后,在戚墅堰工厂进行装车联调试验。由于我们开发的微机控制系统功能复杂,具有机车信号检测、逻辑控制、机车特性控制、故障诊断、显示和保护等多重功能,与整车的电气接口多,可想而知现场调试难度非常大。
更加被动的是,包括我在内的全体团队成员都没有微机控制系统装车应用经验,甚至一些青年科研人员还是首次参与车载项目。为了保证首次装车成功,每一个问题每一个细节我们都不敢忽视,都要细细琢磨反复推敲,哪怕是每一根微机柜与机车的接线,也要亲自一一校核。
万事俱备,只是“东风”却没有跑起来。是硬件还是软件的问题?为什么装车就不行了呢?我们的微机柜在出厂前已经通过各项试验反复验证,没有任何问题,我们对自己开发的硬件系统非常有信心。所幸,经过积极与主机厂和大连所沟通协调,我们共同排查,终于通过软件方面的调整,使首次装车调试圆满画上句号。
两周的联合攻关,尽管时间不长,但在首次实战演练中出现的波折事件,却让我对项目分工造成的影响有了深入的思考。所里只做硬件不做软件,就不能深入了解机车微机控制系统的机理和功能,在开发过程中就会处处受到牵制,从而丧失主导权和话语权,还有可能导致地位不保,制约所里的产业发展。
也许是因为我天生具有不墨守成规的因子,我强烈意识到,必须把主导权掌握在自己手里。我的这个念头像火苗一样,点燃了大家压抑在心里的激情,也得到了所领导的许可和认同,让我按照自己的想法干。于是,微机组在做好硬件本职工作的同时,加快推进了软件系统自主开发的“地下工作”。
当时的株洲所,在软件开发方面,技术手段相对落后,专业人才紧缺,软件开发壁垒林立。刚毕业进所的周志飞扛起了软件开发的大梁,从最初解剖分析DF6机车研制的软件,学习其架构和控制策略,到编制DF11机车微机控制系统应用软件,在一年多的时间里,周志飞两耳不闻窗外事,天天在实验室奋战到凌晨一两点。另外,张明武负责显示屏的开发,姚晓阳负责研制内燃机车动态模拟器,为DF6软件解剖和DF11软件开发提供必备的运行、调试环境。还记得当时开发设备特别紧张,用于开发的计算机只有一台,技术人员只能轮流使用,周志飞用1个小时编程,姚晓阳接着用1小时建模,每天大家的工作状态就像打仗一样。
就是在这样的艰苦条件下,经过大家一年多的埋头苦干,我们开发的软件终于通过了地面测试。借着去戚墅堰进行装车调试的机会,我偷偷把自主开发的软件装入机箱进行测试,测试结果让我非常惊喜。软件运行后,机车可以正常加减载,可以正常通信显示,这个结果证明我们软件的基本框架正常,控制逻辑基本正常,我心里顿时有了底。
“你们在干什么?搞出问题谁负责?”不料,正当我沉浸在潮水般涌来的兴奋和喜悦中时,耳边传来严厉的训斥和苛责声,软件开发工作被迫浮出水面。戚墅堰的领导得知后,一个电话直接告到株洲所,所领导四处道歉赶紧“灭火”。
虽然,在此后的很长一段时间里,我们一直没有上车应用的机会,但我坚信微机控制系统迟早要上自己的软件,软件开发工作也一直没有松懈。在接下来的几年里,新来的软件工程师马文俊及吴正平在原有基础上对软件进行了大量的开发、调试与完善工作。
那个时候,我常常告诉自己,搞科研一定要有板凳甘坐十年冷的决心和毅力,沉潜蓄势是为了更好的抓住机会。1996年,我们的机会来了。在广州机务段,我们自主开发的软件上车成功完成了自负荷试验,大家心里有说不出的自豪和欣慰。我们没有停下前进的步伐,1998年,我们自主开发的微机控制系统在资阳正式上车,软硬件配套,技术全面,极大地增强了我们的信心,也巩固了株洲所在内燃机车市场的主导地位。
在开展DF11微机控制装置的过程中,我们还做了一些开创性的工作,包括研发大屏幕彩色液晶显示器和无源型转速传感器等。由于早期的DF11机车微机控制系统采用黑白显示屏,清晰度低,一度成为我想要解决的一块“心病”。1993年,时任中方线路组长的我,在北京参加电路和控制组技术交流会时得知,国外公司已采用彩色液晶显示器,心里惊喜万分,回所后马上向铁道部和株洲所提出研制大屏幕彩色液晶显示器的建议,得到株洲所领导的大力支持,并任命我牵头组织大连所和戚厂的员工,一起研发内燃电力通用型大屏幕液晶显示器。1998年,东风11机车在生产中首开先河改用采用大屏幕彩色液晶显示屏,成为DF11准高速内燃机车上的一个亮点,也有力促进轨道机车诊断显示技术的进步。
1994年,我在北京内燃机务段技术服务时,发现DF11准高速机车空转保护系统失常。为了摸清问题的症结所在,我随车反复测试诊断,经过两个星期的努力,终于发现是美式有源转速传感器存在固有缺陷。为此,我带着团队一起开发了无源型转速传感器,可靠应用于DF11空转保护,效果良好。
“内燃微机开新局,东风万里拓市场。”10余年来,微机团队深耕微机控制技术,从引进到自主创新,助推微机控制系统不断更新换代,为后续发展提供非常有利的条件。我们开发的微机控制系统10年间累计装车约1600台,牢牢占领着内燃机车的半壁江山,实现了株洲所早年多次努力想打入内燃机车市场的梦想。
时光易逝,岁月留痕。这10年,作为微机控制系统研发负责人,我长年累月奔波在广深线、京秦线、沪宁线、广州机务段、北京机务段、上海机务段、济南机务段等试验线上,解决了机车冲动问题、空转保护失灵问题和机车功率发挥不出等系列问题,为微机控制技术的发展奉献了自己绵薄的一份力量,也享受了不一样的人生风景。
时过境迁,每当回想起当初投身微机控制系统研发所做的“勇敢决定”,回想起同事们那句“有问题找老楼”,我心里就会一热,我深刻体会到,这暖流是激情,更是责任。
(作者:楼修力)
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