馬飛云

（河北鐵建工程有限公司，河北 石家莊 050001）

Protel 99 SE在制作搗固車電路板中的應(yīng)用

馬飛云

（河北鐵建工程有限公司，河北 石家莊 050001）

在鐵路線路上進(jìn)行大型養(yǎng)路機(jī)械清篩施工，天窗點(diǎn)內(nèi)時(shí)間緊、任務(wù)重、安全壓力大，如果再遇到搗固車電路板故障，又不能及時(shí)解決，就會(huì)給施工組織帶來很大困難，甚至可能會(huì)導(dǎo)致延點(diǎn)、給鐵路安全運(yùn)輸生產(chǎn)造成惡劣影響，因此，制作足夠數(shù)量的備用板以便現(xiàn)場及時(shí)更換不失為一項(xiàng)安全舉措。YD32Ⅳ型搗固車包括十幾種能實(shí)現(xiàn)作業(yè)控制的電路板，而Protel 99 SE是一款功能強(qiáng)大的電路輔助設(shè)計(jì)工具，論文主要對(duì)Protel 99 SE制作聯(lián)鎖板的過程做了分析，并對(duì)此實(shí)踐應(yīng)用作了總結(jié)與展望。

Protel 99 SE；搗固車；電路板制作；應(yīng)用

0 引言

YD32Ⅳ型搗固車的電氣系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著全車各種作業(yè)的控制任務(wù)，它是整車的大腦，直接指揮各種作業(yè)，其分為作業(yè)控制系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)。作業(yè)控制系統(tǒng)分為程序控制系統(tǒng)、搗固控制系統(tǒng)、撥道控制系統(tǒng)、起道抄平控制系統(tǒng)、軌道參數(shù)自動(dòng)處理系統(tǒng)和作業(yè)質(zhì)量記錄輸出系統(tǒng)等[1]。搗固車主要進(jìn)行搗固、撥道、起道抄平作業(yè)，實(shí)現(xiàn)這些功能涉及到的電路板有輸入板、驅(qū)動(dòng)板、電平轉(zhuǎn)換板、起道板、橫平板、撥道板、求和板、超量輸入板、聯(lián)鎖板、線性搗固板、感應(yīng)搗固板和激光準(zhǔn)直板等。

Protel 99 SE是一款功能強(qiáng)大的電路輔助設(shè)計(jì)工具，它具有豐富多樣的編輯功能、強(qiáng)大便捷的自動(dòng)化設(shè)計(jì)功能、完善有效的檢測(cè)工具、靈活有序的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，是EDA技術(shù)行業(yè)的主流產(chǎn)品。

本文主要闡述了通過利用該軟件并結(jié)合既有技術(shù)資料對(duì)此搗固車的聯(lián)鎖板進(jìn)行制作的方法和過程，而且列舉了其中的常見問題和解決方法，并對(duì)制作成果進(jìn)行了調(diào)試試用，最后還對(duì)此項(xiàng)實(shí)踐應(yīng)用做出了總結(jié)與展望。

1 Protel 99 SE制作聯(lián)鎖板過程分析

1.1 聯(lián)鎖板原理分析

YD32Ⅳ型搗固車聯(lián)鎖控制板主要包括：作業(yè)部分，即聯(lián)鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)左/右起道伺服閥；作業(yè)電部分，即聯(lián)鎖作業(yè)啟動(dòng)回路、作業(yè)急停等；緩解部分，即聯(lián)鎖液壓制動(dòng)緩解；作業(yè)機(jī)構(gòu)部分，即聯(lián)鎖作業(yè)機(jī)構(gòu)解鎖指示；起撥道部分，即聯(lián)鎖起道、撥道作業(yè)控制電信號(hào)；電源顯示部分，即聯(lián)鎖作業(yè)電、起撥道、搗固電源顯示。

以上這些單元就構(gòu)成了搗固車聯(lián)鎖板電路，邏輯清晰、條理清楚的實(shí)現(xiàn)了各種控制聯(lián)鎖，在制作之前對(duì)其組成架構(gòu)有一定了解并弄懂其中的原理對(duì)后面的原理圖繪制、PCB布線都有很大的幫助。

1.2 繪制元件庫

經(jīng)過對(duì)所有電路板所需元件的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，其涉及種類基本一致、統(tǒng)一，所以制作元件庫既能夠?yàn)槔L圖選件帶來方便，也能使將來更多類型電路板的制作更加系統(tǒng)化。庫制作涉及到原理圖（SCH）繪制和印刷電路圖（PCB）繪制，表1是YD32Ⅳ型搗固車電路板元件庫制作項(xiàng)目表。

表1 元件庫制作項(xiàng)目表

制作SCH元件庫時(shí)，首先要啟動(dòng)原理圖元件庫編輯器。單擊 【Document】標(biāo)簽，進(jìn)入設(shè)計(jì)文件夾 【Document】，執(zhí)行菜單命令 【File】/【New】或在工作區(qū)單擊鼠標(biāo)右鍵選擇 【New】命令，出現(xiàn) 【New Document】對(duì)話框，雙擊對(duì)話框中的 【Schematic Library Document】圖標(biāo)，即可創(chuàng)建一個(gè)新的元件庫文件。默認(rèn)的文件名為“Schlib1.lib”，在工作窗口中該文件的圖標(biāo)上雙擊或在設(shè)計(jì)瀏覽器中該文件的文件名上單擊鼠標(biāo)左鍵，即可進(jìn)入原理圖元件庫編輯器[2]。

制作PCB元件庫時(shí)，與其類似，只是雙擊對(duì)話框中的 【PCB Library Document】圖標(biāo)，即可創(chuàng)建一個(gè)新的元件庫文件。默認(rèn)的文件名為 “PCBlib1.lib”，在工作窗口中該文件的圖標(biāo)上雙擊或在設(shè)計(jì)瀏覽器中該文件的文件名上單擊鼠標(biāo)左鍵，即可進(jìn)入PCB元件庫編輯器。而且它還可以執(zhí)行菜單命令 【Tools】/【New Component】或單擊元件編輯瀏覽器上的 【Add】按鈕，通過向?qū)碓O(shè)計(jì)制作PCB元件。

1.3 SCH繪制、ERC檢測(cè)及輸出網(wǎng)絡(luò)表

原理圖繪制是印制電路板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作，其設(shè)計(jì)步驟如下，根據(jù)實(shí)際情況可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整：

新建原理圖文件；設(shè)置圖紙和工作環(huán)境；裝載元器件庫；放置所需的元器件、電源符號(hào)等；元器件布局和連線；放置標(biāo)注文字等進(jìn)行電路標(biāo)注說明；電氣規(guī)則檢測(cè)、線路、標(biāo)識(shí)調(diào)整與修改；產(chǎn)生相關(guān)報(bào)表；電路圖存盤及輸出。

繪制原理圖時(shí)要特別注意連線及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的正確性，不然會(huì)造成連接及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)失效等不必要的麻煩[3]。

電氣規(guī)則檢查（ERC）是按照一定的電氣規(guī)則，檢查電路圖中是否有違反電氣規(guī)則的錯(cuò)誤。ERC檢查報(bào)告以錯(cuò)誤（Error）或警告（Warning）來提示。進(jìn)行電氣規(guī)則檢查后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告，并在電路圖中有錯(cuò)誤的地方放上紅色的標(biāo)記。

原理圖繪制完成后，首先要進(jìn)行ERC檢測(cè)：執(zhí)行菜單命令 【Tools】/【ERC】，要對(duì)生成文件中的警告及錯(cuò)誤認(rèn)真查找修改，直至測(cè)試無誤。

一般來說，設(shè)計(jì)原理圖的最終目的是進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)表在原理圖和PCB之間起到一個(gè)橋梁作用。網(wǎng)絡(luò)表文件（*.Net）是一張電路圖中全部元件和電氣連接關(guān)系的列表，它包含電路中的元件信息和連線信息，是電路板自動(dòng)布線的靈魂?？梢詧?zhí)行菜單命令【Design】/【Create Netlist】，將會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)表對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置輸出。

1.4 PCB繪制、DRC檢測(cè)及輸出元件清單

為了方便布局、設(shè)計(jì)修改，繪制PCB時(shí)我們直接在軟件中根據(jù)原理圖進(jìn)行手工放置元件、焊盤、過孔等，并進(jìn)行線路連接，一般步驟如下：規(guī)劃印制電路板；放置元件、焊盤、過孔等圖件；元件布局；手工布線；電路調(diào)整；輸出PCB。

在PCB設(shè)計(jì)中，首先要規(guī)劃印制電路板，即定義電路板的機(jī)械輪廓和電氣輪廓。電路板的機(jī)械輪廓是指它的物理外形和尺寸，需要根據(jù)搗固車電路板插槽空間等進(jìn)行設(shè)計(jì)；電路板的電氣輪廓是指它上面放置元件和布線的范圍，電氣輪廓一般定義在禁止布線層上，是一個(gè)封閉的區(qū)域[4]。圖1就是繪制完成的聯(lián)鎖板的PCB圖。

設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）是按照一定的設(shè)計(jì)規(guī)則，檢查電路圖中是否有違反設(shè)計(jì)規(guī)則的錯(cuò)誤。DRC檢查報(bào)告同樣以錯(cuò)誤（Error）或 警 告（Warning）來提示。 執(zhí)行菜單命令 【Tools】/【DRC】， 要對(duì)生成的文件中警告及錯(cuò)誤認(rèn)真查找修改，直至測(cè)試無誤。

一般電路圖繪制完畢，需要打印輸出原理圖文件，并且還要產(chǎn)生一份元件清單，以便于采購或裝配。執(zhí)行菜單命令 【Reports】/【Bill of Material】，可以產(chǎn)生元件清單，它給出了電路圖中所用元件的數(shù)量、名稱、規(guī)格等。

圖1 聯(lián)鎖板PCB圖

2 完成電路板驗(yàn)收、焊接、調(diào)試

制作完成后的電子版文件要交付印制電路板廠商進(jìn)行印制，需要及時(shí)與其溝通細(xì)節(jié)以保證制成板件的合格率。驗(yàn)收時(shí)要注意查看印刷線是否完整、有無遺漏，焊孔屬性是否良好，設(shè)計(jì)間距是否滿足要求等。

然后就可以將購置的電子元件焊接在合格的電路板上了，焊接前要逐一檢測(cè)元件性能，擇優(yōu)使用，焊接時(shí)要講究順序、方法，提高效率、降低次品率，板上元件應(yīng)焊接牢固，焊點(diǎn)清晰、光滑，不允許有虛焊和短路。

焊接完成后的電路板要對(duì)可調(diào)電阻進(jìn)行參數(shù)預(yù)調(diào)（參考正在使用的電路板數(shù)據(jù)），然后通過穩(wěn)壓電源對(duì)其模擬供電，測(cè)量記錄繼電器、集成電路等元件反應(yīng)特性、電壓參數(shù)等，與正在使用的電路板參數(shù)對(duì)比，采用在正常參考范圍內(nèi)的合格電路板再進(jìn)行上車作業(yè)調(diào)試，直至能夠較好完成作業(yè)控制。

此聯(lián)鎖板在車載作業(yè)試驗(yàn)過程中控制良好，能夠完成其涉及到的作業(yè)、電源顯示、緩解、作業(yè)機(jī)構(gòu)、起撥道和作業(yè)電聯(lián)鎖，試用驗(yàn)證結(jié)果較好。

3 總結(jié)與展望

通過對(duì)天窗點(diǎn)施工嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)情況的客觀分析，增加備用電路板數(shù)量以快速替換故障電路板進(jìn)而節(jié)約寶貴的施工時(shí)間是一項(xiàng)正確的舉措。充分理解既有技術(shù)資料，結(jié)合Protel 99 SE軟件制作電路板，不僅經(jīng)過了試用驗(yàn)證反響良好，而且在解決困難的同時(shí)也節(jié)約了成本，充分體現(xiàn)了這一實(shí)踐應(yīng)用的價(jià)值。

搗固車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其電路板檢測(cè)與故障診斷難度大，應(yīng)用Protel 99 SE的電路仿真功能對(duì)該車電氣系統(tǒng)主要電路板進(jìn)行仿真，通過改變相關(guān)元件的值，分析響應(yīng)信號(hào)波形及輸出值的變化，能夠?yàn)槠潆娐钒宓臋z測(cè)和故障診斷提供重要依據(jù)、為該系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)庫的建立提供高效快捷的方法[5]。由此可見，繼續(xù)加大加深對(duì)此軟件的實(shí)際應(yīng)用也將會(huì)給日后的工作帶來很多方便。

[1]韓志青，唐定全.抄平起撥道搗固車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]清源科技.Protel 99 SE電路原理圖與PCB設(shè)計(jì)及仿真[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]李勇，許福東，廖燕，等.電路仿真軟件Protel在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技信息，2007，31.

[4]鄧艷.Protel99SE在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].綿陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，26.

[5]賀從林，張彥斌.Protel 99 SE在某裝備隨動(dòng)系統(tǒng)電路仿真中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，17.

The Application of Protel 99 SE to Make Circuit Boards of Tamping Machine

MA Fei-Yun
（Hebei Railway Construction Engineering Co.,Ltd.,Shijiazhuang Hebei 050001,China）

During the Construction of Railway Track Under Cleaning on railway lines by using the Large Track Maintenance Machine,facing with the tight time、heavy task and great pressure of safety under headway,if we encounter some circuit board fault of Tamping Machine,while these problems are not solved in time,it will must bring very great difficulty to the Construction Organization,may even cause the constructing time to be lengthened and serious aftereffects to safe railway transportation and production.Therefore,making enough circuit boards for the later use so as to replace them timely in the construction site is one of the safety measures.YD32Ⅳtamping machine includes more than ten kinds of circuit board which can realize the operation control,while Protel 99 SE is a powerful circuit aided design tool,this paper mainly analysis on the making process of interlocking circuit board,and then summarize and prospect this practical application.

Protel 99 SE；tamping machine；making circuit board；application

TP3993

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.058

1002－6673（2014）03－153－03

2014－03－20

馬飛云 (1989-)，男，河北石家莊人，助理工程師，大學(xué)本科，研究方向：工程機(jī)械機(jī)電液一體化。