电力机车逻辑控制单元检测台的研究与设计

论文摘要

逻辑控制单元（Logic Control Unit-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。论文首先对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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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 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