LCU逻辑控制装置资料

第六节LCU逻辑控制单元

SS9型电力机车控制电路采用了逻辑控制单元（Logical Control Unit—简称LCU），实现无触点控制以提高机车电气控制线路的可靠性。LCU利用现代电力电子技术和微计算机技术构成无触点控制电路取代机车上原有的时间继电器、中间继电器等低压电器和大量的迂回线路，具有控制方式灵活、编程方便、布线直观、检修条理清晰等特点，同时采用无触点输出控制方式解决了原有系统在强振环境下的不可靠问题。

LCU逻辑控制装置采用双路冗余设计，并配置手动万能转换开关，当装置一路出现故障时，可人为切换至另一路工作。从而提高了机车整个控制系统的可靠性。

LCU逻辑控制装置内部逻辑梯形图见附图所示。

目前SS9型电力机车共装备了2种逻辑控制单元。一种是长沙瑞纬公司生产的SS9LCU，一种是深圳通业公司生产的TYLCU，两种LCU配置情况如表3.6－1所示：

表3.6－1 LCU机车配置情况

由于两种逻辑控制单元硬件、软件均不相同，下面分别介绍：

一、SS9LCU逻辑控制单元

㈠、概述

SS9LCU逻辑控制单元相当于可编程控制器（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。

1．SS9LCU逻辑控制单元与一般工业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：

（1）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。

（2）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，且负载电流比较大。

SS9LCU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。

2．SS9LCU的输入电路

输入信号主要有三类：

（1）电力机车微机控制系统来的信号。这些信号可以直接输入SS9LCU；

（2）从司机控制器、按键开关组等来的110V指令信号；

（3）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

SS9LCU无法取代的特殊继电器来的110V信号。

后面两种110V的信号是不能直接输入到SS9LCU里面去的，必须经过输入电路进行降压、隔离。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SS9LCU主机。这种电路有着应用成熟的优点，其可靠性很高，抗干扰能力强，能适应电力机车的工作环境。

3．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。因此，逻辑控制单元的负载，要求SS9LCU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。

4．电力机车逻辑控制单元的输出电路

SS9LCU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，SS9LCU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SS9LCU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。

㈡、SS9LCU主要技术参数

输入电压………………………………………………77V ~ 137.5V（额定110V）

瞬间最大负载电流……………………………………8A

持续电流………………………………………………1.2A、3A

驱动方式………………………………………………隔离放大驱动

输入点数………………………………………………最大126路

输出点数………………………………………………最大81路

㈢、SS9LCU逻辑控制单元的硬件系统

根据系统所需完成的功能及电力机车特殊的工作环境，SS9LCU 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。SS9LCU 的硬件结构主要包括机箱、电源、主机板、输入板、输出板等。结构示意如图（一）所示。每套SS9LCU包含功能相同的A、B两组，并能进行手动转换。采用标准的6U机箱硬件结构，可与外围设备进行总线通讯。

图一SS9LCU结构示意图

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。每路输入输出都有状态指示灯。长度为84R的标准6U机箱共有21个板位，其箱内插件布置如图二所示。

图二SS9LCU插件箱布置图

1．电源板

电源采用机车电子控制装置专用电源，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，自带过流、过压、过热等保护功能。

图三电源插件原理框图

2．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。