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
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