电力机车逻辑控制单元检测台的研究与设计

摘要

逻辑控制单元(LCU)是电力机车控制系统中重要的组成设备，对电力机车运行安全起着非常重要的作用，随着我国铁路运输事业的不断发展，逐步取代了原来的继电器有触点逻辑控制系统，使得机车运行可靠性得到较大的提高，目前我国生产的新型电力机车都安装了这种装置，老式电力机车经过大修后也都加装了这种逻辑控制单元；由于LCU逻辑控制单元在机车安全运行中起着非常重要的作用，它的正常运行关系到整个列车的行车安全，但目前在机车上对LCU进行实时检测还存在一定的困难，为了保证其运行的状态良好，必须定期在现场其进行检测、保养和维护，所以研究、设计和开发一种专门的检测设备—LCU检测台是十分必要的，它具有十分重大的社会和经济意义。
　　 论文所设计的LCU检测台以SS4G型电力机车车载LCU为主要检测对象，并兼顾SS3型电力机车车载LCU和车载DKL的检测，它能够检测LCU输出逻辑是否正常，当出现故障时，能够根据检测数据对故障进行分析处理，给出故障发生的可能原因及处理方法。
　　 首先对LCU检测台的检测对象—YLCU型车载逻辑控制单元的特点、工作原理、逻辑梯形图原理、主要技术参数和结构进行详细分析和介绍，在此基础上，给出了LCU检测台的功能和性能需求；然后阐述了LCU检测台的总体设计思想，论文中，采用模块划设计的思想，将整个系统划分为五个功能模块，并给出各功能模块的概要设计及功能分析；接着对CAN通信协议进行了详细的设计，主要包括各模块间CAN帧的ID定义和数据帧的定义。
　　 在完成系统整体设计后，论文对其重要组成部分—数据采集及控制模块的软硬件设计进行了详细的描述，对本模块各组成部分的功能、硬件电路设计等进行了阐述，编写了板卡驱动程序，将μC/OS-Ⅱ实时操作系统移植到单片机MB90F543G中，并对系统应用层程序进行了详细的设计，给出各任务的具体功能、重要数据结构、流程图及实现函数。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1电力机车逻辑控制单元的概述

1.1.1 LCU的特点

1.1.2 LCU的主要功能

1.1.3 LCU的应用现状

1.2 LCU检测台研究的背景及意义

1.3论文的内容结构

第2章逻辑控制单元检测台需求分析

2.1 YLCU特点

2.2 YLCU工作原理

2.3 YLCU逻辑梯形图

2.4 YLCU系列逻辑控制单元技术参数及结构

2.4.1 SS4G逻辑控制单元的主要技术参数

2.4.2 SS4G逻辑控制单元的结构

2.4.3 SS3逻辑控制单元的主要技术参数

2.4.4 SS3逻辑控制单元的结构

2.4.5 SS3制动逻辑控制单元的主要技术参数

2.4.6 SS3制动逻辑控制单元的结构

2.5 LCU检测台功能分析

2.5.1上电自检功能

2.5.2输出过流过压保护功能

2.5.3 DC110V电源电压调节功能

2.5.4 LCU整机测试功能

2.5.5板卡测试功能

2.5.6故障提示功能

2.5.7故障信息字典库功能

2.5.8测试报表生成和打印功能

2.5.9网络通信接口功能

2.6检测台硬件需求

2.6.1 工业控制计算机

2.6.2数据采集及控制插件

2.6.3程控直流电源

2.6.4模拟电子负载

2.6.5测试台其它硬件接口

本章小结

第3章逻辑控制单元检测台的总体设计

3.1检测台的总体结构设计

3.2工控计算机模块

3.3通信转换模块

3.4程控电源模块

3.5数据采集及控制模块

3.6模拟电子负载模块

本章小结

第4章CAN通信协议设计

4.1 CAN总线性能特点

4.2 CAN通信协议的帧格式

4.3检测台的CAN网络结构

4.4.CAN通信方式的设计

4.4.1 帧标识符SFID

4.4.2网络节点的设计

4.4.3帧标识符其余位的用法

4.4.4 CAN协议帧的数据段

4.4.5 CAN协议的通信方式

4.4.6 CAN数据帧的定义

本章小结

第5章数据采集及控制模块的硬件设计

5.1模块硬件结构

5.2嵌入式CPU芯片介绍

5.3 电源模块的设计

5.3.1 数字隔离器电源设计

5.3.2.AD转换器供电电源设计

5.3.3 场效应管工作电源设计

5.4.AD转换模块的设计

5.4.1 AD采集电路的设计

5.4.2 14路高输出电压选通及反馈电路设计

5.4.3 线性降压电路的设计

5.5输出控制及反馈模块的设计

5.6通信模块的设计

5.6.1 CAN通信接口电路的设计

5.6.2 RS232串行通信接口电路的设计

5.6.3 RS485串行通信接口电路的设计

5.7看门狗及复位电路的设计

5.8 LED显示模块

本章小结

第6章数据采集及控制模块软件设计

6.1 软件系统开发工具介绍

6.2嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植

6.2.1 嵌入式操作系统

6.2.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的特点

6.2.3 μC/OS-Ⅱ在MB90F543G上的移植

6.3数据采集及控制模块的系统软件结构

6.4系统驱动层程序设计

6.4.1 通用串口驱动程序

6.4.2 CAN驱动程序

6.4.3 串行I/O口驱动程序

6.4.4端口操作程序

6.4.5 中断处理函数

6.4.6 AD采集程序

6.5系统应用层程序设计

6.5.1 CAN接收任务

6.5.2 CAN发送任务

6.5.3输出更新任务

6.5.4输入采集任务

6.5.5系统任务管理任务

本章小结

总结和展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文