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【株所風云60年?第四十九期】周桂法:初試微機控制

來源: 作者: 時間:2019-10-14



周桂法

中國中車科學家,株洲所首席設計專家。主要從事列車控制與診斷系統平臺及應用技術、產品可信性技術、技術創新及產品研發體系等研究。曾榮獲中國優秀青年科技創業獎、中華全國鐵路總工會火車頭獎章、第六屆詹天佑科技成就獎、全國五一勞動獎章,享受國務院專家特殊津貼。株洲市八屆政協委員,湖南省九屆人大代表。

1985年6月株洲所茅塘坳新所區正式投入使用,同年我從大連鐵道學院電氣自動化專業畢業來到株洲所工作。在試制試驗車間實習6個月后,也許是因為我的畢業設計課題是“微機控制的線切割機監控程序”的緣故,被分配到了總體線路室輔助靜止變流器組。由于該項目已進入尾聲,領導并沒有給我安排明確的任務,只是考慮未來工作的方向是機車微機控制。當時任總體線路室副主任、主管新技術的李中浩將一本厚厚的英文版80186處理器使用手冊交到我手中時,便注定了我與微機控制的不解之緣。


當時韶山3電子柜改造組在月山機務段現場服務,由錢維昌帶隊、曾曉安和張順彪在段。為了了解電力機車,我申請加入了月山機務段現場服務團隊,我們一起參加機車改造、維修和添乘,一起參加對機務段技術人員的培訓,一起策劃和制作電子控制技術黑板報。同時認真學習了《韶山3型電力機車》一書,了解電力機車的機械結構、主電路、輔助系統、控制電路、電子控制以及制動系統等。這是我與電力機車的第一次親密接觸,使我從對電力機車一無所知到有了初步的了解。也深刻感受到了株所人在應用現場的“權威性”及株洲所強大的影響力,機務段會接受服務組的建議修改操作規程、也會盡力提供服務組所需的生活便利,如可以拿到值班室的鑰匙,用煤爐做飯、炒菜等等。

1985年,為解決大秦鐵路12‰長大坡道上萬噸列車安全運行問題,成立了國家重大裝備科技攻關專項課題“空氣-電阻聯合制動裝置研制”項目,由株洲所、鐵科院機輛所和株洲廠合作研制。我所負責控電聯合制動控制箱的研制,熟悉機車控制的曾曉安任組長,負責系統設計,我承擔了處理器板的軟硬件設計工作。彼時國內單片機技術剛剛興起,在軌交領域微機用于機車速度控制的應用還屬空白。通過調研,我放棄了當時已有應用先例的z80cpu,而選擇當時最先進、簡潔的8031單片機作為處理器設計了主控板,8031單片機及其升級系列處理器在后續的機車控制產品領域的應用長達20年。

那時pc機還屬于稀罕物,編程用的是匯編語言,沒有交叉匯編軟件,從匯編語言到代碼的轉換過程由人工完成。為了實現代碼燒寫和調試,我們花“大價錢”買了一臺單片機開發裝置,這種裝置只有十六進制數字鍵和幾個命令鍵,人機交互只有8個數碼管,外部存儲是普通的音樂錄放機磁帶。軟件調試和燒寫需要人工將匯編指令翻譯成機器碼,并逐個字節通過按鍵輸入開發裝置,在開發裝置上運行程序,檢查運行結果符合預期后再寫入eprom(可紫外線擦除的存儲器),存儲容量只有2k字節。


在這樣貧瘠的條件下,我們不斷重復“修改軟件—錄入—模擬調試運行—擦除eprom—寫入eprom——插入目標板運行”這一過程。既耗時、又易出錯。為了避免出錯,同時方便問題查找,我們只能先繪制詳細的流程圖,將整個軟件分解為一個個的小功能單元,再詳細定義每個功能單元的功能和接口。調試時先調試每個功能單元,再將調試好功能單元組合成更大的功能。為了保證pid的運算及ad采樣的精度,我們自建了簡易的實時操作系統,形成基本時間周期及其宏周期,將不同的任務分配到不同周期中運行。正是因為采用了這種方法,將近2k字節機器碼的軟件調試過程非常順利。

在硬件調試方面,電烙鐵、鑷子、萬用表是基本配置,芯片起拔器、吸錫器和雙通道示波器屬豪華配置。我們利用這些工具,憑借對硬件電路每一個引腳信號的熟悉,硬件問題逐一解決了。也正是這樣過程,培養出了我們細致、嚴謹、踏實的工作作風,深化了對軟硬件的認識,盡管這些難忘的回憶至今已過去30多年,8031單片機的指令機器碼仍然記憶猶新,在往后解決硬件問題的工作中我仍然充滿自信。

1987年12月,空電聯合制動控制裝置走出了試驗室,在SS3型70號機車上裝車,1988年8月在北京環形鐵道試驗線做了靜止試驗、空氣制動性能試驗和模擬坡道運行試驗。1989年10月在大秦線完成韶山3型機車單機牽引6000噸列車運行試驗。1990年5月,在湖東機務段完成了韶山3型機車單機牽引6000噸、雙機牽引萬噸列車運行試驗。1991年1月空電聯合制動項目在北京通過科技成果鑒定。1992年底空氣-電阻聯合制動裝置與機車低恒速控制裝置、電力機車防控裝置一起共同獲得部“七五”科技攻關一等獎。1995年又成功研制第二控制方案,以單插件的形式在電力機車控制柜中增加空電聯合控制功能,此方案批量推廣應用到韶山3型、SS4型及SS4g型等模擬電子控制機車上。

時光飛逝,時代變遷,微機控制如今正走向自動駕駛、人工智能,已遠離手工機器碼和手工印制板圖的時代,然而不變的是學習欲望、工作的熱情和不浮不燥的心態,我愿與時代同行。

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