SS4机车大逻辑控制装置测试仪的研制

[摘要] 针对我国干线货运机车SS4机车的大逻辑控制装置检修的需要，以确保其质量稳定，设计研制了SS4机车大逻辑控制装置便携式测试仪。通过实际运用，表明其测试精度准确、操作简便、性能稳定。

[关键词] 大逻辑控制装置 测试仪 研制 SS4机车

随着科学技术日新月异的发展，我国电力机车装备技术不断提升，新技术、高科技产品在机车上得到广泛运用。2004年原永安段新配属的SS4-800系列机车控制系统采用了最新技术的大逻辑控制装置，此项技术的运用结束了长达一个世纪以来用有触点电器作为控制电路主令电器的历史，大幅度地提高了机车控制电路的可靠性和稳定性。与此同时也给我们带来了新问题，即如何对这些新技术装备进行日常维修后的检测，以确保这些新技术装备修后的质量稳定。为此，我们于2006年将SS4机车大逻辑控制装置测试仪作为一个研究课题立项研制，并于2007年研制成功投入运用。一年多来，其性能可靠，测试准确，使用及维护方便。

1 系统设计原理

首先根据大逻辑控制电路T形图，确定大逻辑控制装置共有多少种不同组合的逻辑输入信号，以确定系统要产生多少种输出信号送至大逻辑装置，再确定大逻辑控制装置共有多少种输出信号，以确定系统要检测多少路的大逻辑控制装置输出信号，以此判断大逻辑控制装置输入与输出信号之间是否符合设定的逻辑关系。

根据大逻辑控制装置电路T形图计算，大逻辑控制装置共有64路不同组合输入信号，因此系统需提供64路不同的输出信号，作为大逻辑控制装置所需的输入信号。系统采用单片机技术来实现这64路的信号输出。系统设计考虑日常维护的方便，采用分立的单片机来完成这64路信号的输出，系统共由8块相同的分立单片机分别完成此项任务。当系统出现问题时可以很快地通过自检程序判断出故障处所，及时将其修复。系统产生的信号通过电缆与大逻辑控制装置的输入接口相连接，将不同的输出信号送至大逻辑控制装置对应的输入接口，作为大逻辑控制装置不同组合的输入信号。为了消除系统与大逻辑装置间电源的干扰，系统接口的输出全部采用光电隔离，使系统与大逻辑控制装置没有直接的电路相连，以提高系统测试的稳定性。

系统检测通过采集大逻辑控制装置输出信号来判断大逻辑控制装置的输入信号与输出信号是否符合正确的逻辑关系。系统根据大逻辑控制装置的T形图，把大逻辑控制装置的输入信号与输出信号的逻辑关系预先通过编程写入系统数据库，然后将采集到的大逻辑控制装置的输出信号与预先编程的大逻辑数据库的数据进行比较，判断出大逻辑控制装置的正确与否，通过液晶显示直接进行显示。大逻辑控制装置信号采集通过电缆将大逻辑装置的输出接口与系统相连接，再通过光电转换隔离，把大逻辑的110V的高电平信号变为相互隔离的5V电平信号，作为系统采集信号。大逻辑控制装置在64路不同组合的信号输入情况下，共有48路的逻辑信号输出。

2 系统硬件模块组成及其逻辑关系

系统由硬件模块和软件模块两部分组成，硬件模块组成及其逻辑关系如图1所示。硬件模块达到的性能，分别是：

输入低电平电压范围：0-30VDC。输入高电平电压范围：77-137.5VDC。输出低电平电压：0-30VDC。输出高电平电压：77-137.5VDC。支持64路输出和48路输入。抗干扰性要强，工作稳定可靠。输入输出采用光电隔离。输出带过流保护，防止短路等损坏。

硬件模块的接口，主要有：电源接口、输出信号接口、输入信号接口、PC通讯RS232接口、参数下载接口、指示灯及报警声音接口。硬件模块系统设有键盘功能：菜单，上翻，下翻，返回。

3 系统软件模块组成及其逻辑关系

3.1 软件模块的组成（见图2）

3.2 硬件驱动模块

液晶驱动、串口驱动、EEPROM驱动、键盘驱动、LED驱动、蜂鸣器驱动

3.3 数据采集模块

采集输入数据，封装后送给逻辑运算模块。

数据输出模块：输出逻辑运算模块的结果或逻辑控制的结果。

逻辑运算模块：根据设定的逻辑关系，对输入的数据进行相应的逻辑运算。

逻辑控制模块：根据设定的逻辑关系，改变相关的逻辑控制单元状态。

3.4 人机交互模块

菜单；检测过程、结果提示；键盘响应；状态灯控制；提示音控制

3.5 参数配置模块

配置工作参数、逻辑关系等

3.6 通讯模块

实时数据传输、检测记录传输

3.7 数据读取模块

参数、逻辑关系读取，记录读取

4 运行模块设计

该模块完成LCU故障检测仪的主要功能。该功能主要流程如图3所示。

4.1 准备检测

此状态下，用户可通过按“检测”键，进入开始检测状态。

4.2 开始检测

此状态下，扫描输入端口，当取到稳定的数值后保存数据，并进入处理过程。

4.3 处理过程

此状态根据给定的逻辑关系，处理扫描得到的数据，并得出处理结果，进入处理结束状态。

4.4 处理结束

此状态负责把处理结果以相应的方式展现给用户。如液晶提示，蜂鸣器提示音，从输出口输出等。一些必要的中间结果也可以展现给用户。

4.5 关键算法

逻辑关系运算：根据实际逻辑关系，配置相应的逻辑关系表（或脚本），输入数据由此逻辑关系表（或脚本）得出输出数据。

逻辑关系表（或脚本）的设计为该项目的软件难点。

考虑到该逻辑关系的关联性，拟建立一个矩阵模型表示逻辑关系表。

逻辑关系式和梯形图的对应关系示例如图4所示。

5 系统数据结构设计

物理数据结构设计

数据存储为处理器内部RAM(256字节)和外部SRAM (32K字节)两部分。IDATA：为内部RAM；XDATA：为外部SRAM，地址：0000H―7FFFH。

6 软件测试计划书

各模块测试以代码审查为主。

集成测试主要是功能测试，分别是：逻辑检测；参数配置；记录查看；自检流程；数据读取。

7 软件开发工具

以C51语言为开发语言，选择KEIL C V7.53为开发工具。

软件设计规范，其中：编码规范：用C语言编码规范； 版本控制：采用CVS系统。

8 产品主要技术指标

① 工作电压：AC220V±20%，50Hz

② 额定功率：

③ 适用于SS4G型电力机车TYLCU逻辑功能测试

④ 输入点数：48点（

⑤ 输出点数：64点（输出能力>20mA，暂定），可扩展

⑥ 132*64点阵液晶显示，可显示中文，液晶带背光显示

⑦ 带4个键盘输入

9 产品主要功能特点

① 自动判断测试结果是否合格，带声音报警、提示

② 可单步测试，也可自动测试

③ 测试记录，可文本方式实现打印输出

④ RTC功能，实时记录测试结果

⑤ 可通过串口下载测试规则或配置参数，可读取测试记录

10 结语

SS4机车测试仪于2006年研制成功并通过了南昌铁路局科委的鉴定，于2007年投入运用。在运用中该测试仪有效地发挥了作用，分别测试出了SS4G848、852、849、850四台机车大逻辑控制装置的5块输入输出控制插件的故障，保证了机车大逻辑控制装置的质量，保障了铁路运输的安全。通过一年多的运用，该测试仪性能稳定，从未出现任何故障，该测试仪已成为SS4电力机车检修工艺不可缺的一项检测设备。

然而，该测试仪是根据目前我段配属的SS4电力机车大逻辑控制装置型号而设计的，在以后国内新造机车大逻辑控制装置有新的型号可能无法进行检测。我们的改进措施是：在设计上留有充足的扩展接口电路，在新型的大逻辑控制装置产品制造出来后，我们只须通过调整接口和重新编写扩展软件数据，就能方便地实现多种不同型号的大逻辑控制装置的检测。