（模式识别与智能系统专业论文）电力机车逻辑控制单元检测台的研究与设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 皇皇曼鼍皇皇舅量皇寡皇_ ji l l 鼍曼曼量曼皇曼皇曼曼皇! 曼曼曼曼曼曼皇曼舅鼍曼皇曼皇曼皇蔓曼鼍曼皇曼皇寰皇皇皇囊曼毫璺鼍寰蔓毫舅皇曼毫曼蔓皇量皇曼曼曼曼曼曼曼曼 捅芰 逻辑控制单元( l o g i cc o n t r o lu n i t l c u ) 是电力机车控制系统中重要的组成设备， 对电力机车运行安全起着非常重要的作用，随着我国铁路运输事业的不断发展，逐步 取代了原来的继电器有触点逻辑控制系统，使得机车运行可靠性得到较大的提高，目 前我国生产的新型电力机车都安装了这种装置，老式电力机车经过大修后也都加装了 这种逻辑控制单元；由于l c u 逻辑控制单元在机车安全运行中起着非常重要的作用， 它的正常运行关系到整个列车的行车安全，但目前在机车上对l c u 进行实时检测还存 在一定的困难，为了保证其运行的状态良好，必须定期在现场其进行检测、保养和维 护，所以研究、设计和开发一种专门的检测设备一l c u 检测台是十分必要的，它具有 十分重大的社会和经济意义。 论文所设计的l c u 检测台以s s 4 g 型电力机车车载l c u 为主要检测对象，并兼 顾s s 3 型电力机车车载l c u 和车载d k l 的检测，它能够检测l c u 输出逻辑是否正常， 当出现故障时，能够根据检测数据对故障进行分析处理，给出故障发生的可能原因及 处理方法。 论文首先对l c u 检测台的检测对象一y l c u 型车载逻辑控制单元的特点、工作原 理、逻辑梯形图原理、主要技术参数和结构进行详细分析和介绍，在此基础上，给出 了l c u 检测台的功能和性能需求；然后阐述了l c u 检测台的总体设计思想，论文中， 采用模块划设计的思想，将整个系统划分为五个功能模块，并给出各功能模块的概要 设计及功能分析；接着对c a n 通信协议进行了详细的设计，主要包括各模块间c a n 帧的i d 定义和数据帧的定义。 在完成系统整体设计后，论文对其重要组成部分一数据采集及控制模块的软硬件 设计进行了详细的描述，对本模块各组成部分的功能、硬件电路设计等进行了阐述， 编写了板卡驱动程序，将 t c o s i i 实时操作系统移植到单片机m b 9 0 f 5 4 3 g 中，并对 系统应用层程序进行了详细的设计，给出各任务的具体功能、重要数据结构、流程图 及实现函数。 关键词逻辑控制单元；检测台；c a n 协议；电力机车 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 t 页 a b s t r a c t n l el o g i cc o n t r o lu n i t ( l c u li sak i n do fi m p o r t a n tc o m p o n e n te q u i p m e n ti nt h ec o n t r o l s y s t e mo fe l e c t r i cl o c o m o t i v e a n di tp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h el o c o m o t i v e w i t ht h e c o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y sr a i lt r a n s p o r ti n d u s t r y , t h eo r i g i n a lr e l a y l o g i c c o n t r o lu n i th a sg r a d u a l l yb e e nr e p l a c e db yl c u s ot h el o c o m o t i v er u n n i n gr e l i a b i l i t yi s g r e a t l yi m p r o v e d c u r r e n t l y , t h el c ui s i n s t a l l e do nt h ep r o d u c t i o no fn e we l e c t r i c l o c o m o t i v e si nc h i n a , a n dt h el c ua l s oi si n s t a l l e do nt h eo l d f a s h i o n e de l e c t r i c l o c o m o t i v e sa f t e ro v e r h a u l b e c a u s et h el c up l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l eo nt h es a f e o p e r a t i o no fe l e c t r i cl o c o m o t i v e s ，i t ss a f eo p e r a t i o nr e l a t e st ot h et r a f f i cs a f e t yo ft h ee n t i r e t r a i n , b u tt h e r ea r es t i l ls o m ed i 伍c u l t i e s i nr e a l t i m ed e t e c t i o no ft h el c uo nt h e l o c o m o t i v e s ，i no r d e rt om a k es u r et h el c un m n i n gi ng o o dc o n d i t i o n ，w em u s tr e g u l a r l y d e t e c t c a r ea n dm a i n t a i nt h el c ui nt h ef i e l d s oi ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c h d e s i g na n d d e v e l o pa k i n do fs p e c i a l i z e dt e s t i n ge q u i p m e n t - l c ut e s tp l a t f o r m w h i c hi sv e r yi m p o r t a n t f o r t h es o c i e t ya n dt h ee c o n o m y i nt h i sp a p e r , t h el c ui nt h es s 4 ge l e c t r i cl o c o m o t i v ea st h em a i nt e s to b je c to ft h e l c ut e s tp l a t f o r m a n di tt a k ei n t oa c c o u n tt h el c ua n dd k li nt h es s 3e l e c t r i cl o c o m o t i v e t e s t t h el c ut e s tp l a t f o r mc a nd e t e c tw h e t h e rt h el c uo u t p u tl o g i ci sn o r m a l a n di tc a l l a n a l y s i st h ef a u l tr e a s o nb a s e do nt h et e s t d a t aw h e nt h ef a u l to c c u r r e da n dg i v e nt h e t r e a t m e n t t h ef i r s tp a r to ft h i sp a p e rg i v et h er e q u i r e m e n t so ff u n c t i o na n dp e r f o r m a n c eb a s e do n d e t a i l e di n t r o d u c ea n da n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c s ，w o r k i n g p r i n c i p l e ，t r a p e z o i dd i a g r a m t h e o r y , m a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r sa n ds t r u c t u r eo ft h el c u w h i c hi st h et e s tt a r g e to ft h et e s t p l a t f o r m w ei n t r o d u c et h ed e s i g nt h i n k i n go fl c u t e s tp l a t f o r mi ns u c c e s s i o n t h el c ut e s t p l a t f o r mi sd e s i g n e d 谢t l lm o d u l a rd e s i g ni d e a sa n dc o m p o s e do ff i v ef u n c t i o n a lm o d u l e s a n dg i v et h es u m m a r yd e s i g na n df u n c t i o n a la n a l y s i so fe a c hf u n c t i o n a lm o d u l e i nt h e f o u r t hp a r t ，t h ec a nc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lb e t w e e nt h em o d u l ew a sd e t a i l e dd e s i g n ，i t m a i n l yi n c l u d et h ed e f i n i t i o no fc a n f r a m ei da n dd a t af r a m e a f t e rc o m p l e t e dt h eo v e r a l ld e s i g no fs y s t e m ，t h ep a p e rd e t a i l e dd e s c r i p t i o nt h ed e s i g no f h a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h ed a t ac o l l e c t i o na n dc o n t r o lm o d u l ew h i c hi st h em o s ti m p o r t a n t p a r to ft h el c ut e s tp l a t f o r m w ed e s c r i b et h em o d u l e sf u n c t i o na n dh a r d w a r ec i r c u i to f c o m p o n e n t s ，i m p l e m e n t e db o a r dd r i v e rp r o g r a mp r e p a r e da n dt r a n s p l a n t e dp c o s - i i r e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e mt ot h em i c r o c o n t r o l l e ro fm b 9 0 f 5 4 3 gw ed e t a i l e dd e s i g nt h e p r o g r a mo fa p p l i c a t i o nl a y e r , g i v e nt h es p e c i f i cf u n c t i o na n df l o wc h a r to fe a c ht a s k k e yw o r d s t h el o g i cc o n t r o lu n i t ( l c u ) ；t h et e s tp l a t f o r m ；t h ec a n p r o t o c o l ；e l e c t r i c l o c o m o t i v e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密西使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：煮勇、 日期：沙乒石够 指导老师签名：互五毋哆 日期： p 0 参弓 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： ( 1 ) 完成了对l c u 检测台的需求进行了分析以及总体结构设计； ( 2 ) 根据检测台的需要，对c a n 通信协议i d 进行了详细的定义，并对数据帧的 意义进行了描述： ( 3 ) 完成了检测台重要组成部分一数据采集及控制模块软硬件设计及实现。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名：荔勇 日期： 加如6 4 - - 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 第1 章绪论 1 1 电力机车逻辑控制单元的概述 电力机车逻辑控制单元( l o g i cc o n t r o lu n i t l c u ) 是电力机车上的非常重要的控 制设备，是专门为电力机车而设计的可编程逻辑控制单元，它使用电子元器件取代了 原来的有触点继电器，使整个控制系统的运行更加稳定、可靠。 随着我国铁路运输事业的快速发展，列车在高速、重载、安全和舒适性等方面要 求越来越高，而原来的继电器有触点逻辑控制系统因其存在容易产生误动作、故障率 高、寿命短、驱动繁琐、控制功能少、兼容性差等难以克服的缺点，越来越不适应现 代铁路发展的要求。随着现代计算机技术的不断发展，采用计算机技术构造的逻辑控 制单元由于具有工作稳定、计算速度快、易扩展、易维护等方面的优点，能够很好的 满足现代铁路发展的要求，逐步取代了继电器有触点逻辑控制系统，得到广泛的应用。 1 1 1l c u 的特点 l c u 控制系统具有很多继电器逻辑控制系统所无法比拟的优点，主要有以下几点 f l 】： ( 1 ) l c u 的核心采用大规模集成电路，外部连线少、可靠性高、抗干扰性能强、 功耗低、速度快、精度高； ( 2 ) 利用软件编程实现控制逻辑，非常方便改变电力机车的逻辑控制和移植到不 同的电力机车上，移植性好。这样不仅给机车控制系统设计带来了方便，而且可大大 简化机车组装布线、检验及维修工作； ( 3 ) l c u 硬件结构采用通用型模块设计，可根据不同对象进行组合和扩展，以满 足不同控制要求，具有很大的灵活性和扩展性，不仅可在电力机车上应用，也可以在 电传动内燃机车及其他继电器控制电路中应用； ( 4 )由于计算机所具有的数据处理能力和逻辑判断功能，使得原来难以实现的机 车有触点控制电路的故障诊断变得相对简单。利用车载微机控制系统显示屏或l c u 的 专用信息查询终端，显示l c u 的各种状态和信息，极大地方便了司机和维护人员判断 故障，有利于及时采取相应措施，迅速排除故障。 1 1 2l c u 的主要功能 电力机车l c u 主要用来实现电力机车控制系统及列车供电系统的逻辑控制功能， 它取代了继电器有触点逻辑控制系统中的所有中间继电器和时间继电器，实现如下功 能： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 ( 1 ) 整备控制 完成除升受电弓外机车动车前的各项预备性操作。如分合主断路器，起动劈相机、 空气压缩机、通风机，完成机车向前或向后、牵引或制动的操作； ( 2 ) 调速控制 完成调速控制中的线路接触器、牵引接触器、励磁接触器和预备环节的控制，使 机车预备完毕； ( 3 ) 信号显示 完成部分信号的显示。如主副台的预备、零位、欠压、原边过流、次边过流、励 磁过流、辅过流、劈相机1 、劈相机2 和过分相等显示； h ) 保护控制 利用微机控制柜提供的过流、欠压、过压信号完成机车的过流、欠压和过压保护； 利用接地继电器完成各种接地保护：利用风速继电器完成风速保护；利用运行监控装 置l 一9 3 或l l ；u 2 0 0 0 、紧急制动按键和d k - 1 型制动机完成紧急制动； ( 5 ) 其他控制 完成撤砂控制及列车供电接触器等控制； ( 6 ) 故障显示 通过r s 4 8 5 串行通信将机车的一些故障状态在司机台上的彩色显示器上显示出 来，以便司机对故障的判断和及时处理，这是传统的有触点电路所不可能实现的。其 显示的故障信息包括牵引制动转换是否到位、反向转换是否到位、线路接触器状态是 否正确、劈相机起动是否正常、牵引风机和制动风机风速是否正常、牵引接触器和励 磁接触器闭合是否正常，以及主断分合是否正常等。 1 1 3l c u 的应用现状 虽然继电器有触点逻辑控制单元有着技术比较成熟等方面的优点，但是由于振动 使得它比较容易出现继电器误动作，导致故障率高，维护困难，不能满足铁路发展的 要求。另外，随着现代科技的不断发展，特别是电子技术的不断发展，使得l c u 的可 靠性i 准确性不断提高，并且l c u 具有继电器逻辑控制单元所没有的优点，所以使用 l c u 取代继电器逻辑控制单元已变成一种必然趋势。 目前，我国近几年生产的新型直流电力机车都已经安装了l c u ，一些老的电力机 车经过加装改造，也基本都用l c u 取代了有触点逻辑控制系统，使得机车运行的可靠 性得到较大提高。 1 2t c u 检测台研究的背景及意义 由于电力机车的工作环境极其恶劣，不可避免的会导致车载设备中一些部件故障 的发生，而在机车的实际运行中，不一定每种工作状态都运行到，所以有些故障很难 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 被及时的发现，当这些故障表现出来时，可能会造成不可避免的损失，甚至可能会导 致重大安全事故的发生。为了保障行车安全，我们需要对电力机车l c u 定期进行全 面的检修。为了实现对l c u 进行方便、快捷、准确的检测，有必要设计、开发一种 专门的检测设备- - l c u 检测台，使用这种设备可以及时地发现l c u 存在的问题，防 止机车故障的发生。 现在国内已有多家企业和研究单位研究开发出多种针对不同类型的电力机车l c u 测试系统，并在运用中取得了不错效果，有的已经在部分机务段开始投入使用，这使 得电力机车l c u 的检修效率和准确度得到了大大的提高。由于l c u 在电力机车上的 大量应用，所以研究和开发l c u 检测设备，提高检测的速度和精度，不仅具有较高的 研究意义，而且具有很大的市场价值。本人在阅读其它一些文献以及对现有的一些检 测设备的研究时发现，多数检测设备只能检测l c u 控制逻辑方面是否正确，而对l c u 输出电压大小所表现出来的可能存在的潜在故障无法分析，本论文所设计的检测台， 加入了对l c u 输出电压的a d 采集的设计，能够准确的获取l c u 输出电压的电压值， 可以用来分析l c u 可能存在的潜在故障，并对故障进行分析，提醒检修人员，及时对 l c u 进行维修，这样可以提高检测的精度，进一步地防止可能潜在的故障的发生。 1 3 论文的内容结构 本论文主要阐述的是一种l c u 检测设备- - l c u 检测台的研究和设计。l c u 检测 台是一个基于嵌入式系统的检测设备，它能够对电力机车l c u 进行全面的检测，分析 l c u 可能存在的故障；由于本检测功能复杂，限于论文篇幅，本文在对l c u 检测台进 行了需求分析、总体设计和c a n 协议设计后，只选择了最重要的模块之一一数据采集 及控制模块进行了详细的实际设计，本论文所涉及的主要内容包括： 第一章绪论。介绍了电力机车l c u 的发展过程及其在电力机车上的重要性，并 且简要的介绍了它的功能和特点；阐述了对电力机车l c u 检测台研究的价值和意义。 第二章逻辑控制单元检测台需求分析。本章针对所设计的l c u 检测台检测对象 一y l c u 进行了分析，详细的介绍了检测对象y l c u 的主要特点、工作原理、逻辑梯 形图以及主要技术参数和硬件结构等方面的内容，并对电力机车l c u 检测台的软硬件 功能进行了分析。 第三章逻辑控制单元检测台的总体设计。本章给出了l c u 检测台的总体设计， 论文中对l c u 的设计采用模块化设计的思想，将l c u 检测台划分成5 个功能模块， 并对每个功能模块的功能进行了描述。 第四章c a n 通信协议设计。本论文中，l c u 检测台各个功能模块之间主要使用 c a n 总线进行通信，在本章给出了模块间c a n 通信帧的定义，主要包括了c a n 帧i d 的定义、c a n 帧数据段的定义等方面的内容，本章是整个检测台实现模块间通信的基 础。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 贞 第五章数据采集及控制模块的硬件设计。由于l c u 检测台是一个比较大的检测 设备，限于论文篇幅，以及本人时间和能力有限，仅对数据采集及控制模块进行了详 细的设计。本章中，主要详细的介绍了数据采集及控制模块的硬件设计，其中主要包 括：本模块的结构设计、m b 9 0 f 5 4 3 g 单片机芯片的介绍、本模块主要硬件电路的设计 等内容。 第六章数据采集及控制模块的软件设计。本章主要介绍数据采集及控制模块的 软件的设计及实现，数据采集及控制模块的软件系统是基于i t c o s i i 实时操作系统的 嵌入式软件系统，本章中将整个模块软件系统分成三部分：驱动层、操作系统层和应 用层，并对这三部分内容进行了详细的设计。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 第2 章逻辑控制单元检测台需求分析 论文中，l c u 检测台的主要检测对象为y l c u ( y u n d al o g i c a lc o n t r o lu n i t ) 型车载分布式逻辑控制单元，它是为铁路电力机车机车和动车组研制的专用可编程控 制单元。它是以f 2 m c 1 6 l xm b 9 0 f 5 x x 系列1 6 位高速单片机系统为硬件基础，研制 而成的适合电力机车1 1 0 v 直流电源的专用逻辑控制输入输出电路，它使用软件技术实 现了原有逻辑控制电路的逻辑关系功能，用现代电力电子器件和微机控制技术构成的 无触点控制电路替代了继电器有触点电路，是用于电力机车整车逻辑控制的新一代智 能型逻辑控制装置。 y l c u 型车载分布式逻辑控制单元的设计遵循铁道部制定的逻辑控制单元( l c u ) 技术条件。采用通用化、模块化设计方式，符合t b t 3 0 2 1 2 0 0 1 铁道机车车辆电子装 置标准的要求。 y l c u 型车载分布式逻辑控制单元在设计上采用完全独立的双冗余设计，并配置 手动转换开关，当装置一组出现故障时，可人为切换至另一组工作，从而提高了装置 本身运行的可靠性，保证了机车整车控制系统的可靠性。 2 1y l c u 特点 y l c u 型车载分布式逻辑控制单元主要用于替代电力机车上原有的有触点控制电 路，实现电力机车的逻辑控制。其主要特点有： ( 1 ) y l c u 型车载分布式逻辑控制单元发出的指令直接控制接触器等外部负载， 避免多次驱动； ( 2 ) y l c u 型车载分布式逻辑控制单元简化了电力机车有触点控制电路，减少了 外部连线，提高了可靠性； ( 3 ) y l c u 型车载分布式逻辑控制单元的硬件通用性好，a 、b 两组中1 6 块控制 插件可以任意互换，机车控制逻辑由软件实现； ( 4 ) y l c u 型车载分布式逻辑控制单元具有短路保护和自恢复功能； ( 5 ) y l c u 型车载分布式逻辑控制单元具有功能相同的a 、b 两组控制系统互相 进行备份，提高机车控制的可靠性； ( 6 ) y l c u 型车载分布式逻辑控制单元具备r s 4 8 5 通信端口，可以与电子控制系 统故障诊断装置、显示屏等交换信息。 2 2y l c u 工作原理 y l c u 型逻辑控制单元的输入电路，经过电阻网络的降压、稳压限幅、电容滤波、 光电隔离等环节，将由司机控制器、按键开关组等传来的直流11 0 v 信号及从主断路器、 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 贞 隔离开关、接触器等辅助触点传来的直流1 1 0 v 信号，转换为5 v 数字信号，进入y l c u 型车载分布式逻辑控制单元的c p u 进行逻辑运算。逻辑控制单元的c p u 主要完成逻 辑运算、延时控制、软件抗干扰、保护及各插件之间的通信等功能，它可以根据机车 的实际工作状况的输入信号和状态信号来决定各个输出电路的输出的状态。y l c u 型 车载分布式逻辑控制单元的输出电路采用高速光耦和c m o s 管等元件实现光电隔离， 从而解决高低电压的隔离和驱动功率的放大，实现了可靠地驱动各类电力机车负载的 功能。y l c u 型车载分布式逻辑控制单元还通过硬件的设计实现了短路保护的功能， 在发生短路和过电流时使逻辑控制单元不至于损坏。 2 3y l c u 逻辑梯形图 逻辑梯形图是用于解释电力机车逻辑控制关系的一种工具，它是逻辑控制单元控制 软件编制的基础，是在详细分析原有电力机车控制电路的基础上制定的。检测台要检 测l c u 的逻辑输出，必须依照逻辑梯形图制定检测软件。s s 4 g 型电力机车y l c u 的 部分逻辑梯形图如图2 1 ： y 朋卜l s s 4 ；( 段阪) 逻辑必乐梯彤淄v 2 1 3 ， “p i a 2 4s 5 0 l 广 魄惦抽懈毫lj m # 十颤 一 4 | 2 - 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- 1 3 7 5 v 为有效逻辑“1 逻辑“0 ：0 - 5 0 v 为有效逻辑“0 ” ( 5 ) 输出信号； 输出为直流电压1 1 0 v ，持续电流不大于0 5 a ，启动电流不大于1 0 a 输出为直流电压1 5 v ，驱动电流不大于5 0 m a ( 6 ) 响应时间； 正常情况下，任何输入至输出的响应时间不大于2 5 m s ( 7 ) 隔离电压： 输入通道与主控回路之间，输出通道与主控回路之间均采用隔离电路，隔离耐压 值符合t b t 3 0 2 1 2 0 0 1 标准要求 ( 8 ) 输入通路1 4 4 路； ( 9 ) 输出通路8 4 路。 2 4 2s s 4 g 逻辑控制单元的结构 y l c u 型s s 4 车载分布式逻辑控制单元的硬件结构主要包括机箱、底板、控制插 件板、电源插件板等，该型逻辑单元每套由两台机箱组成。 y l c u 型s s 4 车载分布式逻辑控制单元的机箱采用铝合金材料制成，用于防尘和 e m c 防护，机械结构上实现外部连接2 0 针插座、c a n l 和c a n 2 外部插座。 y l c u 型s s 4 车载分布式逻辑控制单元的底板用于控制插件板、电源插件板与外 部机车控制主回路电路进行物理连接，机械结构上用于控制插件板、电源插件板在机 箱里的机械安装。 y l c u 型s s 4 车载分布式逻辑控制单元的电源插件板采用抗浪涌冲击的隔离 d c d c 电源，具有较好的电磁兼容性，同时电源插件双路冗余设计，保证和提高了逻 辑控制单元的可靠性。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 y l c u 型s s 4 车载分布式逻辑控制单元的控制插件板上同时设计了输入和输出电 路，其中物理上输入电路2 4 路，输出电路1 8 路。输出电路硬件具有短路保护和自恢 复功能，可有效地保护逻辑控制单元在短路和过电流时不被损坏；单片机电路、c a n 和r s 4 8 5 通信电路设计在控制插件板上。 2 4 3s s 3 逻辑控制单元的主要技术参数 ( 1 ) 工作电源电压：d c l i o v ( d c 7 7 v - - d c l 3 7 5 v ) ； ( 2 ) 额定功率：1 5 0 w ； ( 3 ) + 5 v 电源电压范围：卜4 7 5 v + 5 3 v ； ( 4 ) 输入信号； 逻辑“1 ”：7 0 - 1 3 7 5 v 为有效逻辑“1 逻辑“0 ”：0 5 0 v 为有效逻辑“0 ” ( 5 ) 输出信号； 输出为直流电压l i o v ，持续电流不大于0 5 a ，启动电流不大于1 0 a 输出为直流电压1 5 v ，驱动电流不大于5 0 m a ( 6 ) 响应时间 正常情况下，任何输入至输出的响应时间不大于2 5 m s ； ( 7 ) 隔离电压 输入通道与主控回路之间，输出通道与主控回路之间均采用隔离电路，隔离耐压 值符合t b t 3 0 2 1 2 0 0 1 标准要求； ( 8 ) 输入通路9 6 路： ( 9 ) 输出通路7 2 路。 2 4 4 s s 3 逻辑控制单元的结构 y l c u 型s s 3 车载分布式逻辑控制单元的硬件结构主要包括机箱、底板、控制插 件板、电源插件板。 y l c u 型s s 3 车载分布式逻辑控制单元的机箱采用铝合金材料制成，用于防尘和 e m c 防护，机械结构上实现外部连接5 6 针插座、c a n 外部插座和r s 4 8 5 外部连接插 座的安装。 y l c u 型s s 3 车载分布式逻辑控制单元的底板用于控制插件板、电源插件板与外 部机车控制主回路电路进行物理连接，机械结构上用于控制插件板、电源插件板在机 箱罩的机械安装。 y l c u 型s s 3 车载分布式逻辑控制单元的电源插件板采用抗浪涌冲击的隔离 d c d c 电源，具有较好的电磁兼容性。同时电源插件双路冗余设计，保证和提高了逻 辑控制单元的可靠性。 i 鼍e l i 一一一 im _i iii i i i i 萱 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 y l c u 型s s 3 车载分布式逻辑控制单元的控制插件板上同时设计了输入和输出电 路，其中物理上输入电路2 4 路，输出电路1 8 路。输出电路硬件的短路保护和自恢复 功能设计，可有效地保护逻辑控制单元在短路和过电流时不被损坏；单片机电路和 c a n 、r s 一4 8 5 通信电路设计在控制插件板上。 2 。4 。5s s 3 制动逻辑控制单元的主要技术参数 ( 1 ) 作电源电压：d c l l 0 v ( d c 7 7 v d c l 3 7 5 v ) ； ( 2 ) 额定功率：1 5 0 w ； ( 3 ) + 5 v 电源电压范围：+ 4 7 5 v + 5 3 v ； “) ；输入信号 逻辑“1 ”：7 0 1 3 7 5 v 为有效逻辑“1 ” 逻辑“0 ”：0 5 0 v 为有效逻辑“0 ” ( 5 ) 输出信号 输出为直流电压1 1 0 v ，持续电流不大于0 3 a ，启动电流不大于8 a 输出为直流电压1 5 v ，驱动电流不大于5 0 m a ( 6 ) 响应时间 正常情况下，任何输入至输出的响应时间不大于2 5 m s ； ( 7 ) 隔离电压 输入通道与主控回路之间，输出通道与主控回路之间均采用隔离电路，隔离耐压 值符合t b t 3 0 2 1 2 0 0 1 标准要求； ( 8 ) 输入通路3 0 路； ( 9 ) 输出通路2 0 路。 2 4 6s s 3 制动逻辑控制单元的结构 s s 3 电力机车d k l 制动逻辑控制单元的硬件结构主要包括机箱、底板电连接器、 外部连接2 0 针航空插座、控制插件板和电源插件板等。 s s 3 电力机车d k l 制动逻辑控制单元的机箱依据欧式4 u 标准结构设计，采用铝 合金材料制成，用于防尘和e m c 防护，机械结构上实现外部连接2 0 针插头的安装。 s s 3 电力机车d k l 制动逻辑控制单元的底板电连接器用于控制插件板、电源插件 板与外部机车制动控制系统电路进行物理连接，机械上用于控制插件板、电源插件板 在机箱里的安装。 s s 3 电力机车d k l 制动逻辑控制单元的电源插件板采用抗浪涌冲击的隔离d c d c 电源，具有较好的电磁兼容性；同时电源插件双路冗余设计，保证和提高了制动逻辑 控制单元的可靠性。 s s 3 电力机车d k l 制动逻辑控制单元的控制插件板上同时设计了1 2 路输入电路、8 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 路输出电路、c a n 通信电路和单片机电路。输出电路硬件的短路保护和自恢复功能设 计，可有效地保护制动逻辑控制单元和外部负载在短路和过电流时不被损坏；控制插 件板通过c a n 通信电路相互联系，进行逻辑控制。 2 5l c u 检测台功能分析 l c u 检测台是以工业控制计算机、采集和驱动系统作为硬件基础，通过计算机测 试软件，完成对逻辑控制单元整机和各功能模块检测，它要求具有良好的抗干扰能力 和高可靠性，工作性能稳定的特点。 l c u 检测台的主要功能包括：上电自检、输出过流过压保护、d c l i o v 电源电压 调节、l c u 整机测试、板卡测试、故障提示、故障信息字典库、测试报表生成和打印。 其具体功能将在下面小节中描述。 2 5 1 上电自检功能 检测台具有上电自检功能，在进行检测前对自身进行分析，只有自检通过后，才 可以开通电源进行检测。主要完成以下工作： ( 1 ) 分别检查工控计算机机与程控电源、数据采集及控制插件和模拟电子负载单 元的通信是否正常； ( 2 ) 检查程控电源的输出电压及调节功能是否正常； 。( 3 ) 检查数据采集及控制插件的输入输出及反馈电路是否正常； ( 4 ) 检查模拟电子负载有无短路，其档位调节功能是否正常。 2 5 2 输出过流过压保护功能 当检测台的程控电源供电出现过电压和过电流输出时，应能够进行输出保护，及 时切断电源，防止测试台及被测设备受到损坏。 2 5 3d c l l o v 电源电压调节功能 d c l1 0 v 程控电源应可以按照d c 7 0 v 、d c 7 7 v 、d c li o v 、d c l 3 7 5 v 四挡位进行 调节输出，且输出可控。 2 5 4l c u 整机测试功能 对l c u 进行整机测试是l c u 检测台的一个主要功能，它主要完成以下功能： ( 1 ) 通过设置测试条件，对l c u 输出进行采样，检查l c u 输出是否正确； ( 2 ) 在l c u 仅有单机箱的情况下，仿真另一机箱，然后设置测试条件，对l c u 输出进行采样，检查l c u 输出是否正确； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 ( 3 ) 在指定输出负载条件下，采样l c u 输出端1 2 1 电压值，检验是否超过允许范围； ( 4 ) 检测在不同供电电压下，即在指定的最大、额定、最小电源条件下，检测l c u 输出逻辑是否正确； ( 5 ) 判定检测结果：通过工控计算机对检测结果进行判定，记录并提示判定内容； ( 6 ) 故障判定：当出现l c u 运行故障时，能够根据检测采集到的数据，对故障进 行分析，得出故障可能发生的原因。 2 5 5 板卡测试功能 l c u 检测台需要具有板卡测试功能，能够对l c u 的电源插件板和控制插件板进行 检测。 2 5 5 1电源插件检测功能 ( 1 ) 在指定的最大、额定、最小输入电源电压条件下，检测电源插件的输出电压 是否正确： ( 2 ) 转换电源插件开关，检测电源插件的切换功能是否正常； ( 3 ) 在电源插件正常工作的情况下，检测插件面板上的指示灯是否正常点亮； ( 4 ) 判定测试结果：判定检测结果，记录并提示判定内容； ( 5 ) 故障定位：当发现故障时，能根据检测数据对故障进行分析，得出故障可能 产生的原因。 2 5 5 2 控制插件检测功能 ( 1 ) 看门狗检测：在控制插件正常工作的情况下，检测插件板看门狗是否能够正 常复位插件系统； ( 2 ) 指示灯检测：在控制插件正常工作的情况下，检测插件面板上的指示灯是否 正常点亮； ( 3 ) c a n 通信检测：在控制插件上电工作的情况下，检测板卡的两路c a n ( c a n 0 、 c a n l ) 通信是否正常； ( 4 ) r s 4 8 5 通信检测：在控制插件上电工作的情况下，检铡板卡的r s 4 8 5 通信是 否正常； ( 5 ) 输入电路检测：在指定的最大、额定、最小输入信号电压条件下，检测输入 电路是否正常； ( 6 ) 输出电路检测：在控制插件上电工作的情况下，使控制插件输出，采样检测 板卡输出端口电压值，检验是否超过允许范围；在指定输出负载条件下，采样检测板 卡输出端口电压值，检验是否超过允许范围； ( 7 ) 反馈电路检测：在控制插件正常输出的情况下，检查其反馈电路是否正常； 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 ( 8 ) 过流保护检测：在加载指定过流负载的条件下，被测板卡输出电路是否在允 许时间内进入过流保护；在规定的散热时间后，被测板卡输出电路是否能够重新恢复 正常输出； ( 9 ) 故障报警检测：当板卡在出现故障时，检测是否产生故障报警信号； ( 1 0 ) 5 v 转8 v 的d c d c 检测：在控制插件上电工作的情况下，检查两路5 v 转 8 v 的d c d c 工作是否正常； ( 1 1 ) 判定检测结果：判定检测结果，记录并提示判定内容； ( 1 2 ) 故障分析：当检测中发现故障，能够根据采集的数据对故障进行分析，得出 故障可能产生的原因。 2 5 6 故障提示功能 在检测时，如果被测设备发生故障，应能够进行故障信息显示提示，为检测人员 提供方便快捷直观的发现故障的存在。 2 5 7 故障信息字典库功能 检测台应具有故障信息字典库功能，当检测到l c u 发生故障时，能够根据故障库 信息进行故障分析，得出故障发生原因及处理意见，该故障库可以人工进行不断完善 和积累。 2 5 8 测试报表生成和打印功能 检测台应将检测结果按照规定生成相应表格，能够对检测结果进行打印输出。 2 5 9 网络通信接口功能 检测台应具有以太网络通信接口，可以通过网络将数据上传到指定地方。 2 6 检测台硬件需求 l c u 检测台主要由检测台综合机柜、工业控制计算机、程控直流稳压电源、输出 采集及控制插件、模拟电子负载、打印机和适配器等部分组成。检测台综合机柜为整 个检测设备的部件提供安放支持。 2 6 1工业控制计算机 工业控制计算机主要完成测试命令的生成及反馈数据的处理，