夏忠健

[摘要] 針對(duì)我國(guó)干線貨運(yùn)機(jī)車(chē)SS4機(jī)車(chē)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(jì)研制了SS4機(jī)車(chē)大邏輯控制裝置便攜式測(cè)試儀。通過(guò)實(shí)際運(yùn)用，表明其測(cè)試精度準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定。

[關(guān)鍵詞] 大邏輯控制裝置 測(cè)試儀 研制 SS4機(jī)車(chē)

隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，我國(guó)電力機(jī)車(chē)裝備技術(shù)不斷提升，新技術(shù)、高科技產(chǎn)品在機(jī)車(chē)上得到廣泛運(yùn)用。2004年原永安段新配屬的SS4-800系列機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)采用了最新技術(shù)的大邏輯控制裝置，此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用結(jié)束了長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)以來(lái)用有觸點(diǎn)電器作為控制電路主令電器的歷史，大幅度地提高了機(jī)車(chē)控制電路的可靠性和穩(wěn)定性。與此同時(shí)也給我們帶來(lái)了新問(wèn)題，即如何對(duì)這些新技術(shù)裝備進(jìn)行日常維修后的檢測(cè)，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(jī)車(chē)大邏輯控制裝置測(cè)試儀作為一個(gè)研究課題立項(xiàng)研制，并于2007年研制成功投入運(yùn)用。一年多來(lái)，其性能可靠，測(cè)試準(zhǔn)確，使用及維護(hù)方便。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(hào)，以確定系統(tǒng)要產(chǎn)生多少種輸出信號(hào)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(hào)，以確定系統(tǒng)要檢測(cè)多少路的大邏輯控制裝置輸出信號(hào)，以此判斷大邏輯控制裝置輸入與輸出信號(hào)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(jì)算，大邏輯控制裝置共有64路不同組合輸入信號(hào)，因此系統(tǒng)需提供64路不同的輸出信號(hào)，作為大邏輯控制裝置所需的輸入信號(hào)。系統(tǒng)采用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這64路的信號(hào)輸出。系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮日常維護(hù)的方便，采用分立的單片機(jī)來(lái)完成這64路信號(hào)的輸出，系統(tǒng)共由8塊相同的分立單片機(jī)分別完成此項(xiàng)任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以很快地通過(guò)自檢程序判斷出故障處所，及時(shí)將其修復(fù)。系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)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(hào)送至大邏輯控制裝置對(duì)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(hào)。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(méi)有直接的電路相連，以提高系統(tǒng)測(cè)試的穩(wěn)定性。

系統(tǒng)檢測(cè)通過(guò)采集大邏輯控制裝置輸出信號(hào)來(lái)判斷大邏輯控制裝置的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)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(hào)與輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系預(yù)先通過(guò)編程寫(xiě)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后將采集到的大邏輯控制裝置的輸出信號(hào)與預(yù)先編程的大邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷出大邏輯控制裝置的正確與否，通過(guò)液晶顯示直接進(jìn)行顯示。大邏輯控制裝置信號(hào)采集通過(guò)電纜將大邏輯裝置的輸出接口與系統(tǒng)相連接，再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換隔離，把大邏輯的110V的高電平信號(hào)變?yōu)橄嗷ジ綦x的5V電平信號(hào)，作為系統(tǒng)采集信號(hào)。大邏輯控制裝置在64路不同組合的信號(hào)輸入情況下，共有48路的邏輯信號(hào)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(dá)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(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠。輸入輸出采用光電隔離。輸出帶過(guò)流保護(hù)，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(hào)接口、輸入信號(hào)接口、PC通訊RS232接口、參數(shù)下載接口、指示燈及報(bào)警聲音接口。硬件模塊系統(tǒng)設(shè)有鍵盤(pán)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(jiàn)圖2）

3.2 硬件驅(qū)動(dòng)模塊

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

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(yùn)算模塊。

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

邏輯運(yùn)算模塊：根據(jù)設(shè)定的邏輯關(guān)系，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)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(jī)交互模塊

菜單；檢測(cè)過(guò)程、結(jié)果提示；鍵盤(pán)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、檢測(cè)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(yùn)行模塊設(shè)計(jì)

該模塊完成LCU故障檢測(cè)儀的主要功能。該功能主要流程如圖3所示。

4.1 準(zhǔn)備檢測(cè)

此狀態(tài)下，用戶可通過(guò)按“檢測(cè)”鍵，進(jìn)入開(kāi)始檢測(cè)狀態(tài)。

4.2 開(kāi)始檢測(cè)

此狀態(tài)下，掃描輸入端口，當(dāng)取到穩(wěn)定的數(shù)值后保存數(shù)據(jù)，并進(jìn)入處理過(guò)程。

4.3 處理過(guò)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(jìn)入處理結(jié)束狀態(tài)。

4.4 處理結(jié)束

此狀態(tài)負(fù)責(zé)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(yùn)算：根據(jù)實(shí)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(jì)為該項(xiàng)目的軟件難點(diǎn)。

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

邏輯關(guān)系式和梯形圖的對(duì)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(jì)

物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(cè)試計(jì)劃書(shū)

各模塊測(cè)試以代碼審查為主。

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

7 軟件開(kāi)發(fā)工具

以C51語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，選擇KEIL C V7.53為開(kāi)發(fā)工具。

軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，其中：編碼規(guī)范：用C語(yǔ)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(biāo)

① 工作電壓：AC220V±20%，50Hz

② 額定功率：<100W

③ 適用于SS4G型電力機(jī)車(chē)TYLCU邏輯功能測(cè)試

④ 輸入點(diǎn)數(shù)：48點(diǎn)（<20mA,暫不測(cè)試LCU驅(qū)動(dòng)能力暫定），可擴(kuò)展

⑤ 輸出點(diǎn)數(shù)：64點(diǎn)（輸出能力>20mA，暫定），可擴(kuò)展

⑥ 132*64點(diǎn)陣液晶顯示，可顯示中文，液晶帶背光顯示

⑦ 帶4個(gè)鍵盤(pán)輸入

9 產(chǎn)品主要功能特點(diǎn)

① 自動(dòng)判斷測(cè)試結(jié)果是否合格，帶聲音報(bào)警、提示

② 可單步測(cè)試，也可自動(dòng)測(cè)試

③ 測(cè)試記錄，可文本方式實(shí)現(xiàn)打印輸出

④ RTC功能，實(shí)時(shí)記錄測(cè)試結(jié)果

⑤ 可通過(guò)串口下載測(cè)試規(guī)則或配置參數(shù)，可讀取測(cè)試記錄

10 結(jié)語(yǔ)

SS4機(jī)車(chē)測(cè)試儀于2006年研制成功并通過(guò)了南昌鐵路局科委的鑒定，于2007年投入運(yùn)用。在運(yùn)用中該測(cè)試儀有效地發(fā)揮了作用，分別測(cè)試出了SS4G848、852、849、850四臺(tái)機(jī)車(chē)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(jī)車(chē)大邏輯控制裝置的質(zhì)量，保障了鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?。通過(guò)一年多的運(yùn)用，該測(cè)試儀性能穩(wěn)定，從未出現(xiàn)任何故障，該測(cè)試儀已成為SS4電力機(jī)車(chē)檢修工藝不可缺的一項(xiàng)檢測(cè)設(shè)備。

然而，該測(cè)試儀是根據(jù)目前我段配屬的SS4電力機(jī)車(chē)大邏輯控制裝置型號(hào)而設(shè)計(jì)的，在以后國(guó)內(nèi)新造機(jī)車(chē)大邏輯控制裝置有新的型號(hào)可能無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。我們的改進(jìn)措施是：在設(shè)計(jì)上留有充足的擴(kuò)展接口電路，在新型的大邏輯控制裝置產(chǎn)品制造出來(lái)后，我們只須通過(guò)調(diào)整接口和重新編寫(xiě)擴(kuò)展軟件數(shù)據(jù)，就能方便地實(shí)現(xiàn)多種不同型號(hào)的大邏輯控制裝置的檢測(cè)。