電力機(jī)車邏輯控制單元測試臺硬件系統(tǒng)設(shè)計

0 引言
電力機(jī)車邏輯控制單元(Logic Control Unit——LCU)是電力機(jī)車上重要的控制部分，它使用現(xiàn)代化的電子元件來取代原來電力機(jī)車上的有觸點繼電器，從而提高了電力機(jī)車控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。目前，我國生產(chǎn)的新型電力機(jī)車上都裝置了LCU，而老型電力機(jī)車經(jīng)過大修后，也都加裝了該裝置。但是，由于電力機(jī)車的運行環(huán)境通常十分惡劣，在機(jī)車邏輯控制單元使用一段時間后，可能會導(dǎo)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(jī)車LCU測試臺的硬件系統(tǒng)提出了一種可行的設(shè)計方案。

1 LCU測試臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文中的LCU測試臺系統(tǒng)采用的是模塊化設(shè)計思想，系統(tǒng)的主要功能模塊由上位機(jī)、通信模塊、數(shù)據(jù)采集及控制模塊、程控電源及監(jiān)控模塊、模擬負(fù)載模塊組成。其LCU測試系統(tǒng)框圖如圖l所示。

1．1 上位機(jī)
上位機(jī)是本測試臺的核心部分，主要功能是模仿電力機(jī)車的控制信號并發(fā)送給LCU，同時根據(jù)反饋數(shù)據(jù)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(jī)還具有LCU邏輯梯形圖繪制功能；根據(jù)LCU邏輯梯形圖，自動或手動完成邏輯測試表的功能；自動或手動完成LCU測試功能，并具有測試報表打印功能和不斷豐富故障數(shù)據(jù)庫的功能。本上位機(jī)采用的CPU為賽揚1．8 GHz，內(nèi)存512 MB，操作系統(tǒng)為WindowsXP．80 GB硬盤空間。同時具有良好的操作界面和人機(jī)交互能力，而且圖形界面簡潔直觀，操作方便簡單。
1．2 通信模塊
通信模塊主要負(fù)責(zé)上位機(jī)和其他各功能模塊之間的通信，并在進(jìn)行單機(jī)箱測試時模擬另外一個機(jī)箱來完成聯(lián)機(jī)測試。本設(shè)計使用RS485作為上位機(jī)的通信協(xié)議，其它模塊間使用CAN總線進(jìn)行通信。設(shè)計中，為了防止總線干擾信號進(jìn)入系統(tǒng)，影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，本設(shè)計對單片機(jī)和CAN總線之間進(jìn)行了數(shù)據(jù)隔離。其通信模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

1．3 數(shù)據(jù)采集及控制模塊
數(shù)據(jù)采集及控制模塊的主要功能是將通信模塊發(fā)過來的邏輯控制命令(5 V)轉(zhuǎn)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(jī)，以供上位機(jī)檢測。數(shù)據(jù)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(jī)車的LCU一一對應(yīng)。
數(shù)據(jù)采集及控制模塊的具體工作原理是：上位機(jī)通過通信模塊的CAN總線向本模塊發(fā)送相關(guān)控制命令，然后單片機(jī)根據(jù)命令來控制24路光電開關(guān)的接通或關(guān)閉。為LCU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(shè)計使用24路光電反饋電路將其轉(zhuǎn)化成TTL電平信號，再送回單片機(jī)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AD轉(zhuǎn)換器，并采用分時復(fù)用的方式來對各個輸出進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。另外，在對LCU的高輸出進(jìn)行檢測時，還需檢測其在帶載情況下的輸出電壓。
本設(shè)計我們同樣采用分時復(fù)用的方式來對高輸出進(jìn)行帶載情況測試。此外，本模塊還具有自檢功能。數(shù)據(jù)采集及控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。