SS9型电力机车逻辑控制单元使用说明书

1、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（Logical Control UnitLCU）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

2、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

3、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/T 1394 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

4、。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。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/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。 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

5、； ·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

6、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

7、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

8、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:123456789101112131415161718192021A输出板1B输出板1A输出板2B输出板2A输出板3B输出板3A主机板B主机板A输入板1B输入板1A输入板2B输入板2A输入板3B输入板3空电源板1电源板21 5 9 13 17 21

9、25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 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

10、的ATMEL 89C55PI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

11、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

12、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

13、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A1B1405向后手柄406制动手柄A2B2407牵引手柄412手柄离零手柄A3B3804大闸紧制紧制531给钥匙钥匙A4B444593KM已合牵引接触器430主断已合主断反馈A5B5523紧急制动按键528合主断按键A6B6529MG起动按键551通风机起按键A7B7552制动风机按键553压缩机起按键A8B8562微机复位按键1626供电过流1AEA9B91627供电过流2AE611LKJ-93监控A10B10538MG正常位2

14、42QS1位539MG切除位242QS0位A11B11540MG2位242QS2位495自动撒砂AEA12B12527主断正常586QS-0位456牵5MA正常575QS-0位A13B13458牵7MA正常577QS-0位554压3MA正常579QS-0位A14B144609制11正常581QS-0位419低级位A15B155771MG已起动201KM4641MG自开215QAA16B16576MG正在起动213KM537MG起动成功283AKA26B264311M闭合成功12KM4322M闭合成功22KMA27B274333M闭合成功32KM4371M切除19QSA28B284382M切除2

15、9QS4393M切除39QSA29B2944391KM合成功励磁接触器4521端入库20QPA30B30558供电过流1383KC输入板2线 号名 称符 号灯灯线 号名 称符 号411零位手柄A1B1424电空制动用516KF、466QS839撒砂脚踏A2B2619供电联锁572QS、TC526交流保护236QS-0位A3B346110制12正常581QS-0位5502MG正常583QS-0位A4B4510牵引风速到519-522KF563泵14MA正常584QS-0位A5B5457牵6MA正常576QS-0位459牵8MA正常578QS-0位A6B6518制动风速到511-514KF555压

16、4MA正常580QS-0位A7B7557变13MA正常599QS-1位5782MG已起动202KMA8B84622MG自动开关216QA524网侧过流101KCA9B9525辅过流282KC572供电接地1385KEA10B10573供电接地2386KE468网压故障AEA11B11469次边过载AE470励磁过载AEA12B12480电机过载AE564自动合主断AE（保留）A13B134344M闭合成功42KM4355M闭合成功52KMA14B144366M闭合成功62KM4404M切除49QSA15B154415M切除59QS4426M切除69QSA16B1644492KM合成功励磁接触器

17、4532端入库50QPA26B26446牵引到位107、108QPT447制动到位107、108QPBA27B27448向前到位107F、108R449向后到位107R、108FA28B28454空载试验10QP、60QP559供电过流2384KCA29B29604启动电阻560QS606备压缩机411SK1、2A30B30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A1B1备5输入备6输入A2B2备7输入备7输入A3B3备9输入备10输入A4B4备11输入备12输入A5B5备13输入备14输入A6B6备15输入备16输入A7B7备17输入备18输入A8B8备19输入备20

18、输入A9B9备21输入备22输入A10B10备23输入备24输入A11B11备25输入备26输入A12B12备27输入备28输入A13B13备29输入备30输入A14B14备31输入备32输入A15B15备33输入备34输入A16B16备35输入备36输入A26B26备37输入备38输入A27B27备39输入备40输入A28B28备41输入备42输入A29B29备43输入A30B30输出板1线 号名 称符 号灯灯线 号名 称符 号541合主断4QFNA1B1417切除1架电机AE418切除2架电机AEA2B2489制动构成AE4921架牵引构成AEA3B34932架牵引构成AE561主断合AE

19、A4B4653AE复位AE810撒砂1撒砂1A5B5702欠压显示703预备显示A6B6704零位显示705原边过流显示A7B7706次边过流显示707励磁过流显示A8B8708牵引电机显示711辅过流显示A9B97251MG显示7282MG显示A10B10714过分相显示（保留）752供电输出显示A11B115681MG201KM575牵风5MA205KMA12B12583牵风7MA207KM598压缩机3MA203KMA13B13588制风9、11MA209KM备23A备23BA14B14空A15B15A16B16A26B26A27B27输出板2线 号名 称符 号灯灯线 号名 称符 号54

20、9分主断4QFFA1B1567MG起动213KM281MG起动283AKA2B2486零位568KA487前107F、108RA3B3488后107R、108F490制动107、108YVBA4B4491牵引107、108YVT466压起放空阀1247YVA5B5481线路接触器12、22KM483线路接触器32KM（3M）A6B6547主接地恢复97、98KER428励磁接触器91、92KMA7B7463牵引接触器93KM820撒砂2撒砂2A8B8804紧急制动制动机系统595制风10、12MA210KMA9B95702MG202KM587油泵14MA212KMA10B10581牵风6MA2

21、06KM585牵风8MA208KMA11B11597压缩机4MA204KM589变压器13MA211KMA12B12467压起放空阀2248YV610供电恢复385、386KERA13B13223辅接地恢复辅接地恢复备24A备24BA14B14空A15B15A16B16A26B26A27B27输出板3线 号名 称符 号灯灯线 号名 称符 号484线路接触器42KMA1B1485线路接触器52、62KM621供电1301KMA2B2624供电2302KM605臂相机启动214KMA3B3备2输出备3输出A4B4备4输出备5输出A5B5备6输出备7输出A6B6备8输出备9输出A7B7备10输出备1

22、1输出A8B8备12输出备13输出A9B9备14输出备15输出A10B10备16输出备17输出A11B11备18输出备19输出A12B12备20输出备21输出A13B13备22输出备25A备25BA14B14空A15B15A16B16A26B26A27B274.2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) LCU N201N201(端子柜1) LCU N20212341234A404523538431A411578434备I9B405528539432B424462435备I10C406529540433C812524436备I11D407551495437D619525440备I12E412552527