電力機車邏輯控制單元檢測臺的研究

姚永生，王永泉

（天津電力機車有限公司，天津300452）

電力機車邏輯控制單元檢測臺的研究

姚永生，王永泉

（天津電力機車有限公司，天津300452）

邏輯控制單元（Logic Control Unit）是電力機車的控制核心，其可靠性、操縱性、安全性要求極高。LCU裝載電力機車前，需對其性能進行檢測，確保LCU性能可靠。研究設計了電力機車邏輯控制單元檢測臺，可對LCU性能進行可靠全面檢測，節省大量人力物力財力，具有一定的理論和實踐價值。

電力機車；LCU；檢測臺；研究設計

LCU是電力機車的控制核心，目前我國絕大多數電力機車都安裝了LCU，大大提高了電力機車的可操縱性和安全性[1]。電力機車工作環境復雜，對設備的可靠性要求高，為確保LCU控制精準、性能可靠，需對其進行定檢，發現存在的問題隱患，針對性做好整改，防止發生事故給國家和人民生命財產造成損失。如果將LCU安裝在電力機車上進行試驗，既不能保證安全，也不能保證檢測全面徹底，還浪費人力、物力和財力。本文對LCU檢測臺進行了設計，為制作功能全面、性能可靠、測試精確的檢測臺提供思路，這樣可以提高電力機車的檢測效率，保證檢測安全，節約檢測成本，提升檢測效益。

1　LCU檢測臺功能分析

電力機車LCU檢測臺通過軟件控制，完成對LCU各功能模塊和整機的檢測[2]，主要包括上電自檢、板卡測試、整機測試、故障提示與結果打印等。

1.1上電自檢

檢測臺工作前需對自身功能參數進行檢查，確認無故障時才可對LCU進行檢測。上電檢測內容包括：（1）檢查計算機與數據采集單元、電源控制單元、模擬電子負載等的通信是否正常；（2）檢查電源調節模塊功能；（3）檢查數據采集單元工作情況；（4）檢查模擬電子負載功能。

1.2板卡測試

板卡測試主要測試控制插件板和電源插件板，內容包括：（1）檢測看門狗是否正常工作；（2）檢測控制面板指示燈是否正常顯示；（3）檢測CAN通信和RS232、RS485通信是否可通信聯絡；（4）檢測在不同電壓情況下的工作穩定性；（5）檢測指定負載下的輸出端口電壓是否可靠；（6）板卡檢測故障時，報警系統工作情況；（7）檢測電壓轉換電路是否工作正常。

1.3整機測試

整機測試主要檢測LCU的整機性能：（1）設置檢測初始值，采樣LCU輸出結果，檢查工作情況；對于只有單機箱的LCU，可模擬另一機箱進行檢測；（2）采樣輸出端電壓值，對照輸出電壓范圍，檢查是否穩定；（3）檢查最大、最小和額定電壓條件下，LCU邏輯控制是否正確；（4）對檢測結果進行判斷，記錄并顯示結果；（5）出現故障時，分析采集的數據，判斷故障現象，得出故障結論。

1.4故障提示與結果打印

故障分析和結果打印主要提示檢測故障，顯示并打印檢測結果，包括：（1）檢測有故障時，為檢測人員提供便捷直觀的信息；（2）檢測有故障時，將故障現象與故障庫比對，判斷故障原因，得出故障結論；當出現新故障時加入故障庫，完善故障庫信息；（3）根據測試結果生成規定的報表并打印輸出。

2　LCU檢測臺的設計

2.1總體結構設計

采用模塊化設計思想，將檢測臺分為工控計算機、通信轉換、程控電源、數據采集和控制、模擬電子負載5個模塊，系統框圖如圖1所示。

圖1　LCU測試臺總體結構設計框圖

2.2工控計算機

工控計算機用于檢測臺的控制和測試，通過串行接口獲得LCU的數據，利用計算機進行處理，通過顯示器和打印機分別顯示打印。工控計算機采用工控機龍頭企業碩華IPC-610工控機，顯示器為三星S24C370HL，打印機為HPM451.工控機模擬生成機車控制信號，通過D/A轉換成LCU的輸入控制信號。它將數據采集和控制模塊采集的LCU輸出信號，通過A/D轉換并進行分析，判斷LCU工作情況是否正常。當LCU工作不正常時，將故障現象與故障庫比對，通過顯示器顯示診斷結果，為檢測人員判斷故障提供信息參考。檢測人員可以選擇不同的電子負載，模擬LCU帶載運行情況。

2.3通信轉換模塊

通信轉換模塊結構如圖2所示，該模塊主要將工控機模擬生成的信號傳輸給其他各模塊，同時將其他各模塊的反饋信號傳給工控機。工控計算機使用RS232通信協議，其他模塊使用CAN通信協議和RS485通信協議，通信轉換模塊將RS232通信協議轉換為其他模塊使用的CAN和RS485通信協議。

圖2　通信轉換模塊結構圖

2.4程控電源模塊

程控電源模塊主要包括電源模塊和監控模塊。電源模塊為LCU測試臺提供直流70 V、77 V、110 V、137.5 V四擋。監控模塊主要監控電源和輸出電壓情況，電流控制采用相同的控制方式。當程控電源過載時，延遲100~500 us再次檢測，如果仍過載，則斷開繼電器，切斷電源，保護檢測臺和LCU不被燒壞。

2.5數據采集和控制模塊

數據采集和控制模塊結構如圖3所示，該模塊負責采集LCU輸出數據并控制輸入數據。它將工控機輸出的控制命令轉換為LCU的的輸入控制信號。采集LCU的輸出信號，通過A/D轉換傳給工控機處理。

圖3　數據采集與控制模塊結構圖

2.6模擬電子負載模塊

模擬電子負載模塊結構如圖4所示，該模塊主要用于模擬LCU實際工作環境，檢測帶負載工作情況。模塊有4種可選負載，可根據不同LCU選擇相應負載，檢測LCU的帶載工作情況。同時，該模塊在設備自檢時，可通過ADC采集電阻電壓，分析判斷負載是否短路或斷路，確保檢測臺工作可靠。

圖4　模擬電子負載模塊結構圖

基于以上設計的LCU檢測臺已制作成型并投入使用，實際證明，采用LCU檢測臺可以大幅提高檢測效率，原先需要幾天才能完成的檢測工作使用檢測臺只需幾個小時就可以完成；可以全面檢測LCU性能，根據需要檢測的內容，在工控機上選擇檢測項目即可實時查看檢測結果；可以有效節約檢測成本，原本需要機車配合，動用大量的人力物力的檢測工作現在只需兩三個檢測人員就可以完成測試，實際使用效益顯著。

3　結束語

本文設計了電力機車LCU檢測臺，給出了檢測臺的總體框圖，設計了工控機、通信轉換、程控電源、數據采集和控制、模擬電子負載等模塊單元。根據以上設計制作LCU檢測臺，可以全面準確的檢測電力機車LCU的性能，節約檢測成本，簡化檢測流程，便于檢測操作，提升機車性能。

[1]徐洋波.電力機車傳動單元分布式智能控制系統的研究與設計[D].成都：西南交通大學，2007.

[2]馬力偉.基于雙CAN冗余網絡的電力機車邏輯控制單元設計[D].合肥：合肥工業大學，2005.

Research on the Test Bench of the Logic Control Unit of Electric Locomotive

YAO Yong-sheng，WANG Yong-quan
（Tianjin Electric Locomotive Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China）

The logic control unit（Control Unit Logic）is the control core of the electric locomotive，its reliability，maneuverability，security requirements are very high.Before loading the LCU electric locomotive，it is necessary to test the performance of the electric locomotive to ensure the reliable performance of LCU.In this paper，the design of the electric locomotive logic control unit testing platform，LCU performance can be reliable and comprehensive testing，saving a lot of manpower and material resources，with a certain value of theory and practice.

electric locomotive；LCU；test bench；research and design

U264.91

A

1672-545X（2016）10-0081-03

2016-07-18

姚永生（1983-），男，河南周口人，本科，助理工程師，研究方向：機械及自動化；王永泉（1988-）男，天津人，本科，助理工程師，研究方向：機電一體化。