SS9型电力机车逻辑控制单元使用说明书资料.docx

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SS9型电力机车逻辑控制单元使用说明书资料

SS9电力机车

逻辑控制单元（LCU）

使用说明书

长沙杰瑞电气有限公司

二零零一年九月

1、电力机车逻辑控制单元概述

1.1电力机车逻辑控制单元概述

电力机车逻辑控制单元（LogicalControlUnit—LCU）相当于通常的可编程控制器（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。

电力机车的继电器有触点控制系统具有许多特殊性：

控制电压为直流110V，继电器的负载电流最大可达近5A，工作环境条件恶劣，一般的PLC无法直接在电力机车上应用。

国外电力机车的微计算机控制系统已经很普遍，但即使最新型微机控制的电力机车，仍然保留了一定数量的继电器控制电路。

实际应用时，电力机车的微机控制系统与传统的继电器布线逻辑控制电路不可避免地要发生信息的交换。

众所周知，微机控制系统的工作电压仅几伏，且负载能力很小；而电力机车的控制电源则是110V直流电压，控制对象的负载电流可达数安培。

两者之间还涉及许多其他因素。

所以，国内外电力机车微机控制系统大都采用了微机控制信号驱动直流24V的微型机械式继电器，再用微型机械式继电器驱动110伏中间继电器的多级驱动方式。

如从日本引进的6K型电力机车、国外如ABB公司的机车微机控制系统（MICAS-S、MICAS-2S）和国产韶山系列机车中的微机控制机车即是采用的这种方式。

采用电力机车逻辑控制单元就是用现代电力电子和微电子技术构成的逻辑控制单元取代传统的继电器布线逻辑控制电路，用微机发出的指令直接控制接触器等外部负载，避免目前的多级驱动。

这样，可以大大简化电力机车的有触点控制电路，减少外部连线，提高系统的可靠性；也可以大大简化电力机车控制系统的设计，提高控制系统设计制造的灵活性，缩短电力机车电器系统设计调试的时间，实现控制系统的通用性。

1.2电力机车逻辑控制单元与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：

·机车电子装置必须符合TB/T1394《机车动车电子装置》的要求。

而市场上一般的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。

·根据IEC标准，一般PLC工作电压为DC24V或AC220V，直流输出点的负载能力较低。

而电力机车控制电压为DC110V。

并且负载电流比较大，市场上没有这种产品。

电力机车逻辑控制单元，符合TB/T1394《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。

1.3电力机车逻辑控制单元的输入电路

电力机车逻辑控制单元的输入信号主要有三类：

·电力机车微机控制系统来的信号。

这些信号可以直接输入LCU；

·从司机控制器、按键开关组等来的110V指令信号；

·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LCU无法取代的特殊继电器来的110V信号。

很显然，后面两种110V的信号是不能直接输入到LCU里面去的，必须经过输入电路进行降压、隔离。

所谓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LCU主机。

这种电路有着应用成熟的优点，实验表明其可靠性很高，抗干扰能力强，能适应电力机车的工作环境。

1.4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。

所以，逻辑控制单元的负载，要求LCU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。

1.5电力机车逻辑控制单元的输出电路

LCU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，LCU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LCU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。

实验表明，上述的输入输出电路能满足机车控制的要求。

2、逻辑控制单元的硬件系统

2.1硬件设计

根据系统所需完成的功能及电力机车特殊的工作环境，LCU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。

每套LCU包含功能相同的A、B两组，并能进行手动转换。

2.2系统框图、机箱及接插件

LCU的硬件结构主要包括机箱、电源、主机板、输入板、输出板等。

由于标准6U机箱本身并不具备防尘功能，所以在机箱外面，还有外部机箱，用于防尘、安装外接插头和安装冷却风扇、风道。

接插件为铁路专用56针插座,共四个,其中输入两个、输出两个。

长度为84R的标准6U机箱共有21个板位。

标准6U机箱内的插件布置如下图所示。

下面简要介绍各个插件。

LCU----------插件箱布置图

84R/6U机箱:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

A

输出板

1

B

输出板

1

A

输出板

2

B

输出板

2

A

输出板

3

B

输出板

3

A

主机板

B

主机板

A

输入板

1

B

输入板

1

A

输入板

2

B

输入板

2

A

输入板

3

B

输入板

3

空

电

源

板

1

电

源

板

2

1591317212529333741454953576165697377

2.3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ATMEL89C55PI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，从而避免其他干扰串入影响单片机正常工作。

2.4.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。

每套LCU输入板设计为每组总的输入点数为126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。

2.5输出板

LCU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LCU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。

每套LCU输出板设计为每组总的输出点数为81点。

每点的输出电流最大为8安。

每块输出板为27点，各点都有指示灯指示该点的工作状态。

2.6电源

电源采用机车电子控制装置专用电源。

电源符合有关的铁路标准，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。

3、使用说明

当司机合上蓄电池开关后，逻辑控制单元（LCU）即得到了电源。

当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LCU不正常，须进行A、B组切换。

如果运行途中LCU出现异常，司机可以通过A、B转换来切换，在切换前请先将司机钥匙关掉后，再进行A、B组切换。

LCU不要求司机在途中进行检修。

当机车110V控制电源输入LCU内部的开关电源。

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LCU面板上的转换开关来进行选择。

当转换开关的红色箭头指向A或B，则对应的那组LCU正在工作。

4、LCU状态说明

4。

1输入、输出板

LCU每组有3块输入板和3块输入板。

分别表示为：

输入板1

线号

名称

符号

灯

灯

线号

名称

符号

404

向前

手柄

A1

B1

405

向后

手柄

406

制动

手柄

A2

B2

407

牵引

手柄

412

手柄离零

手柄

A3

B3

804

大闸紧制

紧制

531

给钥匙

钥匙

A4

B4

445

93KM已合

牵引接触器

430

主断已合

主断反馈

A5

B5

523

紧急制动

按键

528

合主断

按键

A6

B6

529

MG起动

按键

551

通风机起

按键

A7

B7

552

制动风机

按键

553

压缩机起

按键

A8

B8

562

微机复位

按键

1626

供电过流1

AE

A9

B9

1627

供电过流2

AE

611

LKJ-93

监控

A10

B10

538

MG正常位

242QS—1位

539

MG切除位

242QS—0位

A11

B11

540

MG2位

242QS—2位

495

自动撒砂

AE

A12

B12

527

主断正常

586QS-0位

456

牵5MA正常

575QS-0位

A13

B13

458

牵7MA正常

577QS-0位

554

压3MA正常

579QS-0位

A14

B14

460

9制11正常

581QS-0位

419

低级位

A15

B15

577

1MG已起动

201KM

464

1MG自开

215QA

A16

B16

576

MG正在起动

213KM

537

MG起动成功

283AK

A26

B26

431

1M闭合成功

12KM

432

2M闭合成功

22KM

A27

B27

433

3M闭合成功

32KM

437

1M切除

19QS

A28

B28

438

2M切除

29QS

439

3M切除

39QS

A29

B29

443

91KM合成功

励磁接触器

452

1端入库

20QP

A30

B30

558

供电过流1

383KC

输入板2

线号

名称

符号

灯

灯

线号

名称

符号

411

零位

手柄

A1

B1

424

电空制动用

516KF、466QS

839

撒砂

脚踏

A2

B2

619

供电联锁

572QS、TC

526

交流保护

236QS-0位

A3

B3

461

10制12正常

581QS-0位

550

2MG正常

583QS-0位

A4

B4

510

牵引风速到

519-522KF

563

泵14MA正常

584QS-0位

A5

B5

457

牵6MA正常

576QS-0位

459

牵8MA正常

578QS-0位

A6

B6

518

制动风速到

511-514KF

555

压4MA正常

580QS-0位

A7

B7

557

变13MA正常

599QS-1位

578

2MG已起动

202KM

A8

B8

462

2MG自动开关

216QA

524

网侧过流

101KC

A9

B9

525

辅过流

282KC

572

供电接地1

385KE

A10

B10

573

供电接地2

386KE

468

网压故障

AE

A11

B11

469

次边过载

AE

470

励磁过载

AE

A12

B12

480

电机过载

AE

564

自动合主断

AE（保留）

A13

B13

434

4M闭合成功

42KM

435

5M闭合成功

52KM

A14

B14

436

6M闭合成功

62KM

440

4M切除

49QS

A15

B15

441

5M切除

59QS

442

6M切除

69QS

A16

B16

444

92KM合成功

励磁接触器

453

2端入库

50QP

A26

B26

446

牵引到位

107、108QPT

447

制动到位

107、108QPB

A27

B27

448

向前到位

107F、108R

449

向后到位

107R、108F

A28

B28

454

空载试验

10QP、60QP

559

供电过流2

384KC

A29

B29

604

启动电阻

560QS

606

备压缩机

411SK1、2

A30

B30

备3

输入

输入板3

线号

名称

符号

灯

灯

线号

名称

符号

备4

输入

A1

B1

备5

输入

备6

输入

A2

B2

备7

输入

备7

输入

A3

B3

备9

输入

备10

输入

A4

B4

备11

输入

备12

输入

A5

B5

备13

输入

备14

输入

A6

B6

备15

输入

备16

输入

A7

B7

备17

输入

备18

输入

A8

B8

备19

输入

备20

输入

A9

B9

备21

输入

备22

输入

A10

B10

备23

输入

备24

输入

A11

B11

备25

输入

备26

输入

A12

B12

备27

输入

备28

输入

A13

B13

备29

输入

备30

输入

A14

B14

备31

输入

备32

输入

A15

B15

备33

输入

备34

输入

A16

B16

备35

输入

备36

输入

A26

B26

备37

输入

备38

输入

A27

B27

备39

输入

备40

输入

A28

B28

备41

输入

备42

输入

A29

B29

备43

输入

A30

B30

输出板1

线号

名称

符号

灯

灯

线号

名称

符号

541

合主断

4QFN

A1

B1

417

切除1架电机

AE

418

切除2架电机

AE

A2

B2

489

制动构成

AE

492

1架牵引构成

AE

A3

B3

493

2架牵引构成

AE

561

主断合

AE

A4

B4

653

AE复位

AE

810

撒砂1

撒砂1

A5

B5

702

欠压

显示

703

预备

显示

A6

B6

704

零位

显示

705

原边过流

显示

A7

B7

706

次边过流

显示

707

励磁过流

显示

A8

B8

708

牵引电机

显示

711

辅过流

显示

A9

B9

725

1MG

显示

728

2MG

显示

A10

B10

714

过分相

显示（保留）

752

供电输出

显示

A11

B11

568

1MG

201KM

575

牵风5MA

205KM

A12

B12

583

牵风7MA

207KM

598

压缩机3MA

203KM

A13

B13

588

制风9、11MA

209KM

备23A

备23B

A14

B14

空

A15

B15

A16

B16

A26

B26

A27

B27

输出板2

线号

名称

符号

灯

灯

线号

名称

符号

549

分主断

4QFF

A1

B1

567

MG起动

213KM

281

MG起动

283AK

A2

B2

486

零位

568KA

487

前

107F、108R

A3

B3

488

后

107R、108F

490

制动

107、108YVB

A4

B4

491

牵引

107、108YVT

466

压起放空阀1

247YV

A5

B5

481

线路接触器

12、22KM

483

线路接触器

32KM（3M）

A6

B6

547

主接地恢复

97、98KER

428

励磁接触器

91、92KM

A7

B7

463

牵引接触器

93KM

820

撒砂2

撒砂2

A8

B8

804

紧急制动

制动机系统

595

制风10、12MA

210KM

A9

B9

570

2MG

202KM

587

油泵14MA

212KM

A10

B10

581

牵风6MA

206KM

585

牵风8MA

208KM

A11

B11

597

压缩机4MA

204KM

589

变压器13MA

211KM

A12

B12

467

压起放空阀2

248YV

610

供电恢复

385、386KER

A13

B13

223

辅接地恢复

辅接地恢复

备24A

备24B

A14

B14

空

A15

B15

A16

B16

A26

B26

A27

B27

输出板3

线号

名称

符号

灯

灯

线号

名称

符号

484

线路接触器

42KM

A1

B1

485

线路接触器

52、62KM

621

供电1

301KM

A2

B2

624

供电2

302KM

605

臂相机启动

214KM

A3

B3

备2

输出

备3

输出

A4

B4

备4

输出

备5

输出

A5

B5

备6

输出

备7

输出

A6

B6

备8

输出

备9

输出

A7

B7

备10

输出

备11

输出

A8

B8

备12

输出

备13

输出

A9

B9

备14

输出

备15

输出

A10

B10

备16

输出

备17

输出

A11

B11

备18

输出

备19

输出

A12

B12

备20

输出

备21

输出

A13

B13

备22

输出

备25A

备25B

A14

B14

空

A15

B15

A16

B16

A26

B26

A27

B27

4.2主机板

主机板：

主机板面板有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）

5、SS9---LCU插座编号

N201（端子柜1）LCUN201

N201（端子柜1）LCUN202

1

2

3

4

1

2

3

4

A

404

523

538

431

A

411

578

434

备I9

B

405

528

539

432

B

424

462

435

备I10

C

406

529

540

433

C

812

524

436

备I11

D

407

551

495

437

D

619

525

440

备I12

E

412

552

527

438

E

526

572

441

备I13

F

804

553

456

439

F

461

573

442

备I14

G

531

562

458

443

G

550

468

444

备I15

H

445

1626

554

452

H

510

469

453

备I16

J

430

1627

460

558

J

563

470

446

备I17

K

604

606

419

894

K

457

480

447

备I18

L

屏蔽地

611

577

502

L

459

564

448

备I19

M

685

503

464

备I6

M

518

备I20

449

备I21

N

687

备I7

576

备I8

N

555

454

400

P

560

560

537

400

P

557

559

400

N203（端子柜1）LCUN203N204（端子柜2）LCUN204

1

2

3

4

1