ＳＳ４機車大邏輯控制裝置測試儀的研制

夏忠健

[摘要] 針對我國干線貨運機車SS4機車的大邏輯控制裝置檢修的需要，以確保其質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)計研制了SS4機車大邏輯控制裝置便攜式測試儀。通過實際運用，表明其測試精度準確、操作簡便、性能穩(wěn)定。

[關(guān)鍵詞] 大邏輯控制裝置 測試儀 研制 SS4機車

隨著科學技術(shù)日新月異的發(fā)展，我國電力機車裝備技術(shù)不斷提升，新技術(shù)、高科技產(chǎn)品在機車上得到廣泛運用。2004年原永安段新配屬的SS4-800系列機車控制系統(tǒng)采用了最新技術(shù)的大邏輯控制裝置，此項技術(shù)的運用結(jié)束了長達一個世紀以來用有觸點電器作為控制電路主令電器的歷史，大幅度地提高了機車控制電路的可靠性和穩(wěn)定性。與此同時也給我們帶來了新問題，即如何對這些新技術(shù)裝備進行日常維修后的檢測，以確保這些新技術(shù)裝備修后的質(zhì)量穩(wěn)定。為此，我們于2006年將SS4機車大邏輯控制裝置測試儀作為一個研究課題立項研制，并于2007年研制成功投入運用。一年多來，其性能可靠，測試準確，使用及維護方便。

1 系統(tǒng)設(shè)計原理

首先根據(jù)大邏輯控制電路T形圖，確定大邏輯控制裝置共有多少種不同組合的邏輯輸入信號，以確定系統(tǒng)要產(chǎn)生多少種輸出信號送至大邏輯裝置，再確定大邏輯控制裝置共有多少種輸出信號，以確定系統(tǒng)要檢測多少路的大邏輯控制裝置輸出信號，以此判斷大邏輯控制裝置輸入與輸出信號之間是否符合設(shè)定的邏輯關(guān)系。

根據(jù)大邏輯控制裝置電路T形圖計算，大邏輯控制裝置共有64路不同組合輸入信號，因此系統(tǒng)需提供64路不同的輸出信號，作為大邏輯控制裝置所需的輸入信號。系統(tǒng)采用單片機技術(shù)來實現(xiàn)這64路的信號輸出。系統(tǒng)設(shè)計考慮日常維護的方便，采用分立的單片機來完成這64路信號的輸出，系統(tǒng)共由8塊相同的分立單片機分別完成此項任務(wù)。當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時可以很快地通過自檢程序判斷出故障處所，及時將其修復。系統(tǒng)產(chǎn)生的信號通過電纜與大邏輯控制裝置的輸入接口相連接，將不同的輸出信號送至大邏輯控制裝置對應(yīng)的輸入接口，作為大邏輯控制裝置不同組合的輸入信號。為了消除系統(tǒng)與大邏輯裝置間電源的干擾，系統(tǒng)接口的輸出全部采用光電隔離，使系統(tǒng)與大邏輯控制裝置沒有直接的電路相連，以提高系統(tǒng)測試的穩(wěn)定性。

系統(tǒng)檢測通過采集大邏輯控制裝置輸出信號來判斷大邏輯控制裝置的輸入信號與輸出信號是否符合正確的邏輯關(guān)系。系統(tǒng)根據(jù)大邏輯控制裝置的T形圖，把大邏輯控制裝置的輸入信號與輸出信號的邏輯關(guān)系預先通過編程寫入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，然后將采集到的大邏輯控制裝置的輸出信號與預先編程的大邏輯數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行比較，判斷出大邏輯控制裝置的正確與否，通過液晶顯示直接進行顯示。大邏輯控制裝置信號采集通過電纜將大邏輯裝置的輸出接口與系統(tǒng)相連接，再通過光電轉(zhuǎn)換隔離，把大邏輯的110V的高電平信號變?yōu)橄嗷ジ綦x的5V電平信號，作為系統(tǒng)采集信號。大邏輯控制裝置在64路不同組合的信號輸入情況下，共有48路的邏輯信號輸出。

2 系統(tǒng)硬件模塊組成及其邏輯關(guān)系

系統(tǒng)由硬件模塊和軟件模塊兩部分組成，硬件模塊組成及其邏輯關(guān)系如圖1所示。硬件模塊達到的性能，分別是：

輸入低電平電壓范圍：0-30VDC。輸入高電平電壓范圍：77-137.5VDC。輸出低電平電壓：0-30VDC。輸出高電平電壓：77-137.5VDC。支持64路輸出和48路輸入?？垢蓴_性要強，工作穩(wěn)定可靠。輸入輸出采用光電隔離。輸出帶過流保護，防止短路等損壞。

硬件模塊的接口，主要有：電源接口、輸出信號接口、輸入信號接口、PC通訊RS232接口、參數(shù)下載接口、指示燈及報警聲音接口。硬件模塊系統(tǒng)設(shè)有鍵盤功能：菜單，上翻，下翻，返回。

3 系統(tǒng)軟件模塊組成及其邏輯關(guān)系

3.1 軟件模塊的組成（見圖2）

3.2 硬件驅(qū)動模塊

液晶驅(qū)動、串口驅(qū)動、EEPROM驅(qū)動、鍵盤驅(qū)動、LED驅(qū)動、蜂鳴器驅(qū)動

3.3 數(shù)據(jù)采集模塊

采集輸入數(shù)據(jù)，封裝后送給邏輯運算模塊。

數(shù)據(jù)輸出模塊：輸出邏輯運算模塊的結(jié)果或邏輯控制的結(jié)果。

邏輯運算模塊：根據(jù)設(shè)定的邏輯關(guān)系，對輸入的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的邏輯運算。

邏輯控制模塊：根據(jù)設(shè)定的邏輯關(guān)系，改變相關(guān)的邏輯控制單元狀態(tài)。

3.4 人機交互模塊

菜單；檢測過程、結(jié)果提示；鍵盤響應(yīng)；狀態(tài)燈控制；提示音控制

3.5 參數(shù)配置模塊

配置工作參數(shù)、邏輯關(guān)系等

3.6 通訊模塊

實時數(shù)據(jù)傳輸、檢測記錄傳輸

3.7 數(shù)據(jù)讀取模塊

參數(shù)、邏輯關(guān)系讀取，記錄讀取

4 運行模塊設(shè)計

該模塊完成LCU故障檢測儀的主要功能。該功能主要流程如圖3所示。

4.1 準備檢測

此狀態(tài)下，用戶可通過按“檢測”鍵，進入開始檢測狀態(tài)。

4.2 開始檢測

此狀態(tài)下，掃描輸入端口，當取到穩(wěn)定的數(shù)值后保存數(shù)據(jù)，并進入處理過程。

4.3 處理過程

此狀態(tài)根據(jù)給定的邏輯關(guān)系，處理掃描得到的數(shù)據(jù)，并得出處理結(jié)果，進入處理結(jié)束狀態(tài)。

4.4 處理結(jié)束

此狀態(tài)負責把處理結(jié)果以相應(yīng)的方式展現(xiàn)給用戶。如液晶提示，蜂鳴器提示音，從輸出口輸出等。一些必要的中間結(jié)果也可以展現(xiàn)給用戶。

4.5 關(guān)鍵算法

邏輯關(guān)系運算：根據(jù)實際邏輯關(guān)系，配置相應(yīng)的邏輯關(guān)系表（或腳本），輸入數(shù)據(jù)由此邏輯關(guān)系表（或腳本）得出輸出數(shù)據(jù)。

邏輯關(guān)系表（或腳本）的設(shè)計為該項目的軟件難點。

考慮到該邏輯關(guān)系的關(guān)聯(lián)性，擬建立一個矩陣模型表示邏輯關(guān)系表。

邏輯關(guān)系式和梯形圖的對應(yīng)關(guān)系示例如圖4所示。

5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)存儲為處理器內(nèi)部RAM(256字節(jié))和外部SRAM (32K字節(jié))兩部分。IDATA：為內(nèi)部RAM；XDATA：為外部SRAM，地址：0000H—7FFFH。

6 軟件測試計劃書

各模塊測試以代碼審查為主。

集成測試主要是功能測試，分別是：邏輯檢測；參數(shù)配置；記錄查看；自檢流程；數(shù)據(jù)讀取。

7 軟件開發(fā)工具

以C51語言為開發(fā)語言，選擇KEIL C V7.53為開發(fā)工具。

軟件設(shè)計規(guī)范，其中：編碼規(guī)范：用C語言編碼規(guī)范； 版本控制：采用CVS系統(tǒng)。

8 產(chǎn)品主要技術(shù)指標

① 工作電壓：AC220V±20%，50Hz

② 額定功率：<100W

③ 適用于SS4G型電力機車TYLCU邏輯功能測試

④ 輸入點數(shù)：48點（<20mA,暫不測試LCU驅(qū)動能力暫定），可擴展

⑤ 輸出點數(shù)：64點（輸出能力>20mA，暫定），可擴展

⑥ 132*64點陣液晶顯示，可顯示中文，液晶帶背光顯示

⑦ 帶4個鍵盤輸入

9 產(chǎn)品主要功能特點

① 自動判斷測試結(jié)果是否合格，帶聲音報警、提示

② 可單步測試，也可自動測試

③ 測試記錄，可文本方式實現(xiàn)打印輸出

④ RTC功能，實時記錄測試結(jié)果

⑤ 可通過串口下載測試規(guī)則或配置參數(shù)，可讀取測試記錄

10 結(jié)語

SS4機車測試儀于2006年研制成功并通過了南昌鐵路局科委的鑒定，于2007年投入運用。在運用中該測試儀有效地發(fā)揮了作用，分別測試出了SS4G848、852、849、850四臺機車大邏輯控制裝置的5塊輸入輸出控制插件的故障，保證了機車大邏輯控制裝置的質(zhì)量，保障了鐵路運輸?shù)陌踩Ｍㄟ^一年多的運用，該測試儀性能穩(wěn)定，從未出現(xiàn)任何故障，該測試儀已成為SS4電力機車檢修工藝不可缺的一項檢測設(shè)備。

然而，該測試儀是根據(jù)目前我段配屬的SS4電力機車大邏輯控制裝置型號而設(shè)計的，在以后國內(nèi)新造機車大邏輯控制裝置有新的型號可能無法進行檢測。我們的改進措施是：在設(shè)計上留有充足的擴展接口電路，在新型的大邏輯控制裝置產(chǎn)品制造出來后，我們只須通過調(diào)整接口和重新編寫擴展軟件數(shù)據(jù)，就能方便地實現(xiàn)多種不同型號的大邏輯控制裝置的檢測。