電力機車(chē)邏輯控制單元測試臺硬件系統設計

0 引言
電力機車(chē)邏輯控制單元(Logic Control Unit——LCU)是電力機車(chē)上重要的控制部分，它使用現代化的電子元件來(lái)取代原來(lái)電力機車(chē)上的有觸點(diǎn)繼電器，從而提高了電力機車(chē)控制系統的安全性和可靠性。目前，我國生產(chǎn)的新型電力機車(chē)上都裝置了LCU，而老型電力機車(chē)經(jīng)過(guò)大修后，也都加裝了該裝置。但是，由于電力機車(chē)的運行環(huán)境通常十分惡劣，在機車(chē)邏輯控制單元使用一段時(shí)間后，可能會(huì )導致LCU故障的發(fā)生，所以必須定期對LCU進(jìn)行全面的檢測。本文主要針對SS4G型電力機車(chē)LCU測試臺的硬件系統提出了一種可行的設計方案。

1 LCU測試臺的系統結構
本文中的LCU測試臺系統采用的是模塊化設計思想，系統的主要功能模塊由上位機、通信模塊、數據采集及控制模塊、程控電源及監控模塊、模擬負載模塊組成。其LCU測試系統框圖如圖l所示。

1．1 上位機
上位機是本測試臺的核心部分，主要功能是模仿電力機車(chē)的控制信號并發(fā)送給LCU，同時(shí)根據反饋數據對LCU的運行情況進(jìn)行檢測，以查找錯誤，分析原因。另外，上位機還具有LCU邏輯梯形圖繪制功能；根據LCU邏輯梯形圖，自動(dòng)或手動(dòng)完成邏輯測試表的功能；自動(dòng)或手動(dòng)完成LCU測試功能，并具有測試報表打印功能和不斷豐富故障數據庫的功能。本上位機采用的CPU為賽揚1．8 GHz，內存512 MB，操作系統為WindowsXP．80 GB硬盤(pán)空間。同時(shí)具有良好的操作界面和人機交互能力，而且圖形界面簡(jiǎn)潔直觀(guān)，操作方便簡(jiǎn)單。
1．2 通信模塊
通信模塊主要負責上位機和其他各功能模塊之間的通信，并在進(jìn)行單機箱測試時(shí)模擬另外一個(gè)機箱來(lái)完成聯(lián)機測試。本設計使用RS485作為上位機的通信協(xié)議，其它模塊間使用CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信。設計中，為了防止總線(xiàn)干擾信號進(jìn)入系統，影響系統運行的穩定性，本設計對單片機和CAN總線(xiàn)之間進(jìn)行了數據隔離。其通信模塊的結構框圖如圖2所示。

1．3 數據采集及控制模塊
數據采集及控制模塊的主要功能是將通信模塊發(fā)過(guò)來(lái)的邏輯控制命令(5 V)轉換成LCU所能接收的邏輯控制命令(110 V)，并對LCU輸出信號進(jìn)行采集并發(fā)回上位機，以供上位機檢測。數據采集及控制模塊共由8塊一模一樣的電路板組成，這些電路板與被測SS4G型電力機車(chē)的LCU一一對應。
數據采集及控制模塊的具體工作原理是：上位機通過(guò)通信模塊的CAN總線(xiàn)向本模塊發(fā)送相關(guān)控制命令，然后單片機根據命令來(lái)控制24路光電開(kāi)關(guān)的接通或關(guān)閉。為L(cháng)CU板提供24路輸入邏輯控制信號(高電平為70～135 VDC，低電平為O V)。為了確保24路邏輯控制信號的正確，本設計使用24路光電反饋電路將其轉化成TTL電平信號，再送回單片機進(jìn)行判斷。每塊LCU控制板的輸出有14路高輸出和4路低輸出，所以，對其輸出信號的采集也分為14路高輸出采集和4路低輸出采集，它們共用一個(gè)AD轉換器，并采用分時(shí)復用的方式來(lái)對各個(gè)輸出進(jìn)行AD轉換。另外，在對LCU的高輸出進(jìn)行檢測時(shí)，還需檢測其在帶載情況下的輸出電壓。
本設計我們同樣采用分時(shí)復用的方式來(lái)對高輸出進(jìn)行帶載情況測試。此外，本模塊還具有自檢功能。數據采集及控制模塊的結構框圖如圖3所示。