SS4B 119~142 LCU逻辑控制单元说明书动车论坛.doc

SS4B 01190142 长沙瑞纬SS4B LCU逻辑控制单元长沙瑞纬2007年6月株洲南车时代电气有限公司营销中心技术服务部SS4B LCU逻辑控制单元SS4B型电力机车控制电路采用了逻辑控制单元（Logical Control Unit简称LCU），实现无触点控制以提高机车电气控制线路的可靠性。LCU利用现代电力电子技术和微计算机技术构成无触点控制电路取代机车上原有的时间继电器、中间继电器等低压电器和大量的迂回线路，具有控制方式灵活、编程方便、布线直观、检修条理清晰等特点，同时采用无触点输出控制方式解决了原有系统在强振环境下的不可靠问题。LCU逻辑控制装置采用双路冗余设计，并配置手动万能转换开关，当装置一路出现故障时，可人为切换至另一路工作。从而提高了机车整个控制系统的可靠性。LCU逻辑控制装置内部逻辑梯形图见附图所示。一、概述SS4BLCU逻辑控制单元相当于可编程控制器（PLC）。它在电力机车上的作用主要就是取代传统的继电器有触点控制电路。 1SS4BLCU逻辑控制单元与一般工业PLC比较 逻辑控制单元与PLC的作用相同，但一般工业用PLC直接用于电力机车主要存在以下几个问题： （1）机车电子装置必须符合TB/T 1394 机车动车电子装置的要求。而一般的PLC很难满足这一标准的要求。简单地说，一般PLC无法适应机车的工作环境。也无法满足机车控制系统的技术要求。（2）根据IEC标准，一般PLC工作电压为DC 24V或AC 220V，直流输出点的负载能力较低。而电力机车控制电压为DC 110V，且负载电流比较大。 SS4BLCU电力机车逻辑控制单元符合TB/T 1394 机车动车电子装置的要求。结构组成符合高速列车硬件规范。其内部核心是单片机。主要由主机板、电源、输入板、输出板等所组成。 2SS4BLCU的输入电路 输入信号主要有三类： （1）电力机车微机控制系统来的信号。这些信号可以直接输入SS4BLCU； （2）从司机控制器、按键开关组等来的110V指令信号； （3）从主断路器、隔离开关、两位置转换开关和接触器等的辅助触点或者其它用SS4BLCU无法取代的特殊继电器来的110V信号。 后面两种110V的信号是不能直接输入到SS4BLCU里面去的，必须经过输入电路进行降压、隔离。电力机车逻辑控制单元的输入电路，是对110V信号电压电路而言的。电力机车逻辑控制单元的输入单元电路将外部进来的110V信号电压经电阻网络降压、用稳压管限幅，电容滤波，再经光耦隔离后输入SS4BLCU主机。这种电路有着应用成熟的优点，其可靠性很高，抗干扰能力强，能适应电力机车的工作环境。 3电力机车逻辑控制单元的负载特点 国产电力机车上的辅助电机都是采用三相交流异步电动机，而这些三相交流异步电动机是通过三相交流接触器进行控制的。由于三相交流接触器型号的不同，其控制电流变化很大。电空阀与电空接触器的线圈控制电流虽然只有0.12A，但由于线圈有13000匝，所以在线圈开断时感应出的干扰电压可高达1.3KV，对机车微机控制系统和电子线路形成极大的危害。因此，逻辑控制单元的负载，要求SS4BLCU不仅能够适应机车恶劣的工作环境，并且应该具有抗干扰性能好等特点。4电力机车逻辑控制单元的输出电路SS4BLCU内部工作电压为几伏水平，负载能力较小，为了使其具有足够的驱动能力，SS4BLCU输出单元电路采用MOSFET作功率开关元件，负载能力大，开关速度高。用高频调制信号通过脉冲变压器耦合去控制MOSFET的通断。并且当110V直流电源电压大范围变化时，逻辑功能保持正常。电力机车逻辑控制单元的输入输出电路是SS4BLCU与电力机车控制系统的接口电路，其性能直接影响机车的行车安全。二、SS4BLCU主要技术参数输入电压77V 137.5V（额定110V）瞬间最大负载电流8A持续电流1.2A、3A驱动方式 隔离放大驱动输入点数最大126路输出点数最大81路三、SS4BLCU逻辑控制单元的硬件系统根据系统所需完成的功能及电力机车特殊的工作环境，SS4BLCU 在硬件结构上采用模块化设计，可根据不同型号的机车的需要扩展输入输出点，利用软件进行不同的逻辑组合来满足要求，软件编写时采用软件容错和冗余设计。SS4BLCU 的硬件结构主要包括机箱、电源、主机板、输入板、输出板等。每台车有2套LCU1、2套LCU2，即A节有一套LCU1、一套LCU2；B节有一套LCU1，一套LCU2，靠近两端司机室定为LCU1，靠近重联出定为LCU2，每套LCU包含功能相同的A、B两组，并能进行手动转换。采用标准的6U机箱硬件结构，可与外围设备进行RS485通讯。根据实际运用要求，SS4BLCU增加了与TPX10A微机屏的通讯功能，目前仅限于SS4B 0119#0130# 12台车，通讯方式为RS485通讯，LCU1与LCU2之间利用原来机箱后面的通讯口通讯，再由LCU2机箱内的通讯板将两个LCU的数据收集并通过RS485与微机屏通讯。通过微机屏格式二页面内的LCU数据页面查询到LCU的数据。机箱背板安装外接插头和安装冷却风扇、风道。接插件为铁路专用航空56针插座,共六个,其中输入三个、输出三个，LCU1、LCU2内部通讯插座各一个。每路输入输出都有状态指示灯。长度为84R的标准6U机箱共有21个板位，其箱内插件布置如图11-2所示。1234567891011121314转换控制A输入板1B输入板1A输入板2B输入板2A主机板通讯板B主机板A输出板1B输出板1A输出板2B输出板2A电源板1B电源板1图11-2 SS4BLCU插件箱布置图注：LCU1无通讯板插件1 电源板电源采用机车电子控制装置专用电源，其输入电压为77伏135伏，输出电压为+5伏/2安、24伏/2安。A、B两组各自采用独立的稳压电源，自带过流、过压、过热等保护功能。2主机板主机板主要完成输入点状态的采集、逻辑运算、输出点状态确定，以及与串行通讯板的数据交换等。 主机板采用了双机冗余设计，一台单片微机处于在线工作状态，而另一台处于热等待。当处于在线工作状态的单片微机发生故障时，由主机板上的冗余管理系统自动将处于热等待单片微机取代发生故障单片微机来管理整个系统并报警。若故障单片微机恢复正常则它又处于热等待状态。在正常工作时两台单片微机通过串行通讯保持具有同样的输入点、输出点及各个定时器的状态信息一样，以使双微机切换时不发生输出点状态不确定的现象。单片微机采用了工业级的ATMEL89C55WDPI单片机，每台单片机有个看门狗监视单片机是否处于正常工作状态。整块主机板只有一片芯片与系统其他部分保持联系，从而避免其它干扰串入影响单片机正常工作。主机板前面板有9个发光二极管分别代表： A1： 黄灯（亮）-+5V电源正常 A2： 绿灯（亮）-CPU1为主机 B2： 绿灯（亮）-CPU2为主机 （A2和B2都不亮或都亮请进行A、B组转换） A3： 红灯（闪烁）-CPU1故障 B3： 红灯（闪烁）-CPU2故障 （A3和B3都闪烁请进行A、B组转换） A4： 黄灯（闪烁）-CPU2正在运行程序 B4： 黄灯（闪烁）-CPU1正在运行程序 （A4和B4 都不闪烁请进行A、B组转换） A5： 绿灯（亮）-数据RS485接收正常 B5： 绿灯（亮）-数据RS485接收正常3 输入板输入板用于输入数字信号。由于从司机控制器、按键开关组等来的信号及从主断路器、隔离开关、两位置转换开关和接触器等的辅助触点来的信号其输入信号为直流110V ，因此必须经过电阻网络降压、稳压管限幅、电容滤波、光电隔离后再经过施密特触发器输入给主机板。这种电路可靠性很高，抗干扰能力强，能适应电力机车上的恶劣工作环境，具体电路和插件原理框图如图11-5、图11-5所示。图11-5 光电隔离的数字输入电路图11-6 输入插件原理框图每套SS4BLCU输入板设计为每组有2块输入板，每组总的输入点数为84点。每块输入板为42点，各点都有指示灯指示该点的工作状态。 4 输出板SS4BLCU的输出模块设计： 系统内工作电压为TTL等级，且其负载能力较低，为了与外部的110V直流工作电压一致，并具有足够的驱动能力必须有专门的输出模块。经过可行性分析研究决定采用 MOSFET 作为功率放大元件来取代传统的中间继电器，利用高频调制的控制信号通过脉冲变压器藕合控制 MOSFET 的通断，从而解决了多个串联触头间输出共地问题。 每块输出板输出通道为27路，其中有四路为干触点，1路常开常闭触点，其他22路输出通道都为正电源110V输出。SS4B电力机车每套LCU输出板设计为A、B两组，每组SS4B LCU有2块输出板，总的输出通道数为54路，每路的输出负载电流最大允许为8安，各通道都有指示灯指示该通道的工作状态。 5通讯板 通讯板主要是负责收集本车LCU1、LCU2的数据，并与另一端通讯板通讯，并将数据发送到微机屏显示，该板安装在LCU2机箱内，LCU1机箱无此插件。每节车有一块通讯板，每块通讯板有独立的两组组成，上半部分为LCU2A组时工作，当LCU2切换到B组工作时由该插件的下半部分运行，功能完全相同。因SS4B有A，B节区分，故A节LCU2机箱内的通讯板不能直接与B节车LCU2机箱内的通讯板互换。该插件指示灯定义如下： 1A灯亮，表示A组电源正常； 1B，2A，2B灯有规律闪表示A组与微机屏通讯正常； 3A，3B灯有规律闪表示A组CPU运行正常。 26A灯亮，表示B组电源正常； 26B，27A，27B灯有规律闪表示B组与微机屏通讯正常； 28A，28B灯有规律闪表示B组CPU运行正常。l 当LCU发生故障或LCU通讯失败时，微机屏有相应提示，默认主页面如下：SS4B 01190130车微机屏为V3.3.3版， SS4B 01310142车微机屏为V3.3.4版。l 按3键进入格式二：l 按1键进入LCU数据显示页面注：该页面主要包括故障隔离开关的位置和LCU内部及外围电路有故障时的显示，A节车B节车均有该功能显示。绿色圆点表示相应隔离开关在运行位，红色圆点表示相应隔离开关在隔离位。能较直观反映各隔离开关状态。故障信息用红色字符显示在下方。 LCU数据页面：名 称A节B节名 称A节B节功补隔离开关572QS制动风机2隔离开关582QS4位电机故障隔离开关49QS制动风机1隔离开关581QS3位电机故障隔离开关39QS牵引风机2隔离开关576QS2位电机故障隔离开关29QS牵引风机1隔离开关575QS1位电机故障隔离开关19QS劈相机隔离开关2位242QS牵引风速1隔离开关573QS 劈相机隔离开关1位242QS一端入库转换开关20QP备用二端入库转换开关50QP备用劈相机隔离2开关583QS备用制动风速1隔离开关589QS备用自起劈相机隔离开关591QS备用牵引风速2隔离开关574QS变压器风机隔离开关599QS主断隔离开关586QS油泵隔离开关584QS欠压隔离开关236QS制动风速2隔离开关590QS备用压缩机隔离开关579QS四、SS4B LCU逻辑控制单元的使用说明与常见故障检测1 使用说明当司机合上蓄电池开关后，逻辑控制单元（SS4B LCU）即得到了电源。当SS4B LCU上电正常时，在司机显示面板上预备灯应该亮，若不亮则表示SS4B LCU不正常，须进行AB组切换。如果运行途中SS4B LCU出现异常，司机可以通过LCU机箱内转换控制面板的A、B转换开关来切换，在切换前请先将司机钥匙关掉后，再进行A、B组切换。SS4B LCU不要求司机在途中进行检修。当机车110V控制电源输入SS4B LCU内部的开关电源。SS4B LCU散热风扇开始运转。A、B两组系统自动完成初始化。A、B两组的工作可以通过SS4B LCU面板上的转换开关来进行选择。当转换开关的白色箭头指向A或B，则对应的那组SS4B LCU正在工作。2故障检测(1) 确认是否逻辑控制单元故障随着电子技术的不断发展，元器件中的质量以及逻辑控制单元的生产工艺已经有很大改善，SS4B LCU的可靠性也越来越高。因此，在怀疑SS4B LCU故障以前，有必要首先确认：主电路是否已经构成，如线路接触器是否可靠闭合等；与SS4B LCU有关的状态控制信号是否送到SS4B LCU，正确与否，如牵引、制动、零位、准备、操作端等；LCU对外连接插座是否接触好等等。(2) 确认A/B组是否都有故障SS4B LCU有A/B两组完全相同的系统，它们可以完全独立工作。要检查是否A/B组都有故障就要检查A/B两组的公共部分，即：在条件都满足的情况下，转换A/B两组，看故障是否一样。如果故障想象一样，则基本排除SS4B LCU本身的故障；如果现象不一样，则可能SS4B LCU其中一组发生故障。(3) 确认是否SS4B LCU的电源插件故障如果基本确定是SS4B LCU本身故障，则可以开始检测SS4B LCU插件故障。首先看电源板是否正常工作，如果电源板指示灯为红色，则首先看是否SS4B LCU工作电压太低，电源板欠压保护，如果工作电压正常则看是否后部短路，电源板过流保护了，否则可能电源板已经发生了故障。(4) 确认是否SS4B LCU的CPU板故障如果电源板指示灯为绿色，而且从测试孔量得输出电压正常，则在检测CPU板，主要检测CPU板指示灯是否显示正常。如果A3红灯闪烁，则CPU板的第一块CPU故障；如果B3红灯闪烁，则CPU板的第二块CPU故障；此时应更换CPU板。(5) 确认是否SS4B LCU的输入板故障首先确认输入信号是否送进SS4B LCU，可以通过测量56芯航空插座上相对应的针是否得电，如果有电，而SS4B LCU输入板上相应的通道指示灯不亮，则可能该输入板的这个输入通道故障。(6) 确认是否SS4B LCU的输出板故障根据逻辑关系判断，某一输出点条件满足，应该有输出，而SS4B LCU输出板相应的通道指示灯不亮，并且相应的输出线不得电，则可能该输出板的这个输出通道故障。如果某一输出线上不管条件是否满足一直有电，则该通道已经短路。五、SS4B LCU的检修 一般来说SS4B LCU运行一段时间之后应对其进行全面的检测，SS4B LCU的检测可以采用专用的SS4B LCU便携式测试仪或者SS4B LCU地面测试系统对SS4B LCU的每个输入输出通道进行测试，对SS4B LCU的逻辑关系判断进行测试，以及串行通讯、机箱布线等，针对整台SS4B LCU进行全面的测试。在日常的维护中也可以通过SS4B LCU地面测试系统提供的单板测试功能对单块插件进行测试。LCU1输入表：序号56针插座线号48针插座6U电路板地址名称备注C46L15:846625:2d04IN:2B0233司机钥匙C60L17:253125:2z12IN:2B0941司机室钥匙C73L17:1555925:2d22IN:2A164E电子柜控制电源改为：自动撒砂C61L17:353725:2d14IN:2A1042合主端信号C62L17:454425:2b14IN:2B1043分主断信号C28L13:891217:2d20IN：1B141B紧急跳主断按钮C43L15:541525:2d02IN:2A0130非零位手柄C44L15:641725:2b02IN:2B0131司控器小零位手柄C39L15:140317:2z26IN：1A2926向前手柄C40L15:240417:2d28IN：1B2927向后手柄C41L15:340517:2b28IN：1A3028*制动手柄C42L15:440617:2z28IN：1B3029*牵引手柄C1L11:143117:2d02IN：1A0100制动转换到位107/108 QPBC3L11:342917:2z02IN：1A0202牵引转换到位107/108 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