电力机车逻辑控制单元检测台的研究

姚永生，王永泉

（天津电力机车有限公司，天津300452）

电力机车逻辑控制单元检测台的研究

姚永生，王永泉

（天津电力机车有限公司，天津300452）

逻辑控制单元（Logic Control Unit）是电力机车的控制核心，其可靠性、操纵性、安全性要求极高。LCU装载电力机车前，需对其性能进行检测，确保LCU性能可靠。研究设计了电力机车逻辑控制单元检测台，可对LCU性能进行可靠全面检测，节省大量人力物力财力，具有一定的理论和实践价值。

电力机车；LCU；检测台；研究设计

LCU是电力机车的控制核心，目前我国绝大多数电力机车都安装了LCU，大大提高了电力机车的可操纵性和安全性[1]。电力机车工作环境复杂，对设备的可靠性要求高，为确保LCU控制精准、性能可靠，需对其进行定检，发现存在的问题隐患，针对性做好整改，防止发生事故给国家和人民生命财产造成损失。如果将LCU安装在电力机车上进行试验，既不能保证安全，也不能保证检测全面彻底，还浪费人力、物力和财力。本文对LCU检测台进行了设计，为制作功能全面、性能可靠、测试精确的检测台提供思路，这样可以提高电力机车的检测效率，保证检测安全，节约检测成本，提升检测效益。

1　LCU检测台功能分析

电力机车LCU检测台通过软件控制，完成对LCU各功能模块和整机的检测[2]，主要包括上电自检、板卡测试、整机测试、故障提示与结果打印等。

1.1上电自检

检测台工作前需对自身功能参数进行检查，确认无故障时才可对LCU进行检测。上电检测内容包括：（1）检查计算机与数据采集单元、电源控制单元、模拟电子负载等的通信是否正常；（2）检查电源调节模块功能；（3）检查数据采集单元工作情况；（4）检查模拟电子负载功能。

1.2板卡测试

板卡测试主要测试控制插件板和电源插件板，内容包括：（1）检测看门狗是否正常工作；（2）检测控制面板指示灯是否正常显示；（3）检测CAN通信和RS232、RS485通信是否可通信联络；（4）检测在不同电压情况下的工作稳定性；（5）检测指定负载下的输出端口电压是否可靠；（6）板卡检测故障时，报警系统工作情况；（7）检测电压转换电路是否工作正常。

1.3整机测试

整机测试主要检测LCU的整机性能：（1）设置检测初始值，采样LCU输出结果，检查工作情况；对于只有单机箱的LCU，可模拟另一机箱进行检测；（2）采样输出端电压值，对照输出电压范围，检查是否稳定；（3）检查最大、最小和额定电压条件下，LCU逻辑控制是否正确；（4）对检测结果进行判断，记录并显示结果；（5）出现故障时，分析采集的数据，判断故障现象，得出故障结论。

1.4故障提示与结果打印

故障分析和结果打印主要提示检测故障，显示并打印检测结果，包括：（1）检测有故障时，为检测人员提供便捷直观的信息；（2）检测有故障时，将故障现象与故障库比对，判断故障原因，得出故障结论；当出现新故障时加入故障库，完善故障库信息；（3）根据测试结果生成规定的报表并打印输出。

2　LCU检测台的设计

2.1总体结构设计

采用模块化设计思想，将检测台分为工控计算机、通信转换、程控电源、数据采集和控制、模拟电子负载5个模块，系统框图如图1所示。

图1　LCU测试台总体结构设计框图

2.2工控计算机

工控计算机用于检测台的控制和测试，通过串行接口获得LCU的数据，利用计算机进行处理，通过显示器和打印机分别显示打印。工控计算机采用工控机龙头企业硕华IPC-610工控机，显示器为三星S24C370HL，打印机为HPM451.工控机模拟生成机车控制信号，通过D/A转换成LCU的输入控制信号。它将数据采集和控制模块采集的LCU输出信号，通过A/D转换并进行分析，判断LCU工作情况是否正常。当LCU工作不正常时，将故障现象与故障库比对，通过显示器显示诊断结果，为检测人员判断故障提供信息参考。检测人员可以选择不同的电子负载，模拟LCU带载运行情况。

2.3通信转换模块

通信转换模块结构如图2所示，该模块主要将工控机模拟生成的信号传输给其他各模块，同时将其他各模块的反馈信号传给工控机。工控计算机使用RS232通信协议，其他模块使用CAN通信协议和RS485通信协议，通信转换模块将RS232通信协议转换为其他模块使用的CAN和RS485通信协议。

图2　通信转换模块结构图

2.4程控电源模块

程控电源模块主要包括电源模块和监控模块。电源模块为LCU测试台提供直流70 V、77 V、110 V、137.5 V四挡。监控模块主要监控电源和输出电压情况，电流控制采用相同的控制方式。当程控电源过载时，延迟100~500 us再次检测，如果仍过载，则断开继电器，切断电源，保护检测台和LCU不被烧坏。

2.5数据采集和控制模块

数据采集和控制模块结构如图3所示，该模块负责采集LCU输出数据并控制输入数据。它将工控机输出的控制命令转换为LCU的的输入控制信号。采集LCU的输出信号，通过A/D转换传给工控机处理。

图3　数据采集与控制模块结构图

2.6模拟电子负载模块

模拟电子负载模块结构如图4所示，该模块主要用于模拟LCU实际工作环境，检测带负载工作情况。模块有4种可选负载，可根据不同LCU选择相应负载，检测LCU的带载工作情况。同时，该模块在设备自检时，可通过ADC采集电阻电压，分析判断负载是否短路或断路，确保检测台工作可靠。

图4　模拟电子负载模块结构图

基于以上设计的LCU检测台已制作成型并投入使用，实际证明，采用LCU检测台可以大幅提高检测效率，原先需要几天才能完成的检测工作使用检测台只需几个小时就可以完成；可以全面检测LCU性能，根据需要检测的内容，在工控机上选择检测项目即可实时查看检测结果；可以有效节约检测成本，原本需要机车配合，动用大量的人力物力的检测工作现在只需两三个检测人员就可以完成测试，实际使用效益显著。

3　结束语

本文设计了电力机车LCU检测台，给出了检测台的总体框图，设计了工控机、通信转换、程控电源、数据采集和控制、模拟电子负载等模块单元。根据以上设计制作LCU检测台，可以全面准确的检测电力机车LCU的性能，节约检测成本，简化检测流程，便于检测操作，提升机车性能。

[1]徐洋波.电力机车传动单元分布式智能控制系统的研究与设计[D].成都：西南交通大学，2007.

[2]马力伟.基于双CAN冗余网络的电力机车逻辑控制单元设计[D].合肥：合肥工业大学，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，助理工程师，研究方向：机械及自动化；王永泉（1988-）男，天津人，本科，助理工程师，研究方向：机电一体化。