1、BA输入板主机板预留板位输出板电源板 根据系统所需完成的功能，以及电力机车特殊的工作环境，分析LCU的输入输出电路。同时，LCU包含功能相同的A,B两组，可实现手动转换。3）电力机车逻辑控制单元在应用中常见的故障分析。在电力机车逻辑控制单元实际应用中，统计LCU单元发生过的硬件和软件故障，分析其常见故障，并提出改进方法。2、设计内容与要求1）选择一个型号的电力机车，分析其基本技术参数、总体设布置和通风系统、机车的工作原理、机车主要电器设备的控制逻辑要求。2）分析电力机车逻辑控制单元（LCU）的系统硬件组成和工作原理，并画出硬件系统组成方框图。3）分析电力机车逻辑控制单元（LCU）的IO电路，并
2、绘出LCU接线原理图,列表写出IO表。4）分析电力机车逻辑控制单元（LCU）的梯形图5）总结出电力机车逻辑控制单元（LCU）在实际应用中故障，并分析之。针对电力机车逻辑控制单元（LCU）的常见故障，提出改进建议。四、设计参考书SS4G型电力机车 中国铁道出版社PLC原理及应用技术 中国标准出版社电力机车控制基础 中国铁道出版社LCU使用说明书 中国铁道出版社 五、设计说明书内容1封面2目录3内容摘要（200400字左右，中英文）4引言5正文（设计课题、内容与要求，设计方案，原理分析、设计过程及特点）6设计图纸7结束语8附录（图表、材料清单、参考资料）六、设计进程安排第1周： 资料准备与借阅，了
3、解课题思路。第2周：设计要求说明及课题内容辅导,完成图纸初稿。第3周：进行毕业设计，完成说明书初稿。第4周：检查、完成说明书、打印、装订。第5周： 毕业答辩准备及答辩。七、毕业设计答辩及说明书要求1.毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2毕
4、业设计论文要求文字要求：说明书要求打印（除图纸外），不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。 图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。 曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。摘 要 韶山9型电力机车电气线路的设计与分析是选自机车运用的实际课题，涉及范围较广。电力机车电气线路的设计与分析包括很多专业知识和内容，是一个综合性的课题。本课题要求学生在己学的电力机车控制与线路、牵引电器、电力机车运用和检修专业知识基础上，根据所分配的不
5、同车型，对电力机车电气线路进行综合分析，并利用所学专业知识和现场学习所得，对电力机车进行简单的设计与分析。通过对本课题的设计，要求学生能整体分析电力机车主电路，辅助电路、LCU逻辑控制电路的I/O接线组成、LCU逻辑控制功能及工作原理，能设计电力机车主电路、辅助电路电气原理图。并对各元件及参数列出明细表示进行校核。 通过对此课题的学习和设计，使学生能更好的理解电力机车总体布置和电气控制线路，掌握电力机车实际运用中的基本专业技能。培养学生运用所学的基础知识和专业知识的能力，提高学生利用所学基本理论和自身具备的技能来综合分析解决本专业相应问题的能力，使学生树立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序
6、和方法，完成电气工程技术人员必须具备的基本 能力的培养和训练。关键词： 电气线路 主电路 辅助电路 韶山9型 电力机车Abstract Shaoshan 9-line electric locomotive electrical design and analysis of the locomotive is from the actual use of the subject, involving a wider scope. Electric power lines locomotives of the design and analysis, including a lot of exp
7、ertise and content, is a comprehensive issue. This has been the subject requires students to study in the electric locomotive and control lines, electric traction, electric locomotive maintenance and use of expertise based on the distribution of the different models of electric power lines locomotiv
8、es comprehensive analysis and the use of science expertise And learning from the scene, the electric locomotive on a simple design and analysis. The subject of this design, require students to the overall analysis of the electric locomotive circuit, auxiliary circuits, CU logic control circuit of th
9、e I / O wiring components, LCU control logic and principles of design to electric locomotive circuit, auxiliary electrical circuit Fig. And the various components and parameters set out details for that check.In connection with the issue through the study and design, so that students can better unde
10、rstand the overall layout of electric locomotive and control of electrical lines, electric locomotive to master the practical application of basic professional skills. Students use what they learn basic knowledge and expertise in the ability of students to use what they learn basic theory and their
11、own skills to solve a comprehensive analysis of the appropriate professional skills to enable students to establish the correct design, engineering master general Procedures and methods to complete the electrical engineers must have the basic abilities and training.Key words: electrical auxiliary ci
12、rcuit main circuit lines Shaoshan 9-electric locomotive.第1章 SS9型电力机车概述 SS9型电力机车简介韶山9型干线客运电力机车，代号SS9。以成熟的韶山型系列电力机车技术为基础，采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。机车主电路采用三段不等分半控桥整流电路，三台电机并联，无级磁场削弱及加馈电阻制动，实现了机车全过程的无级调速。机车内装有8668kVA大容量主变压器，实现了六轴电力机车主变压器与平波电抗器及滤波电抗器的一体化。韶山9电力机车外观图机车具有向列车供电能力，供电电压DC600V、容量为240
13、0kW。采用了轮对空心轴六连杆弹性传动机构和牵引电机架承式全悬挂三轴转向架，车体整体轴载结构能承受1960KN的纵向静载荷；装有全叠片机座机构的900kW脉流牵引电动机；一、二系悬挂系统及基础制动系统等结构设计合理，二系弹簧采用高圆弹簧支承，配以垂向，横向液压减振器 ，减小了簧下重量。机车进行了外形气动力学优化设计及轻量化设计，采用侧壁承载式全钢焊接结构的车体及各部件轻量化设计，满足了机车轴重21吨的要求；机车采用恒流准恒速的特性控制方式，能较好地发挥机车最大起动牵引力，装有防空转滑行保护系统、轴重转移补偿控制、轮轨自动润滑系统、列车安全监控装置。电力机车逻辑控制单元LCU （Logical
14、Control Unit）又称电力机车逻辑控制仪，逻辑控制单元（LCU）是高速列车、准高速列车必须装备的控制单元，主要取代传统的继电器有触点控制电路，应用于电力机车的电器控制系统。是通过微机发出的指令直接控制接触器等外部负载,避免传统逻辑控制电路的多级驱动,大大简化电力机车的有触点控制电路,减少外部连线,提高系统的可靠性;同时大大简化电力机车控制系统的设计,提高控制系统设计制造的灵活性,每台机车装置两台由电脑（单片机）控制器，实现机车从升弓、启动到速度和制动的全过程控制，并自动记录各个操作过程，有报警功能，通过机车中控台屏显显示机车全方位动态。 韶山9电力机车技术参数韶山9电力机车主要技术参数
15、如表1：序号名称备注用 途 铁路干线，客车牵引电流制单相交流 50Hz工作电压 额定值25 kV最高值29 kV最低值19 kV 电传动方式交直电传动 机车功率4800kW（持续值）机车最大功率5400kW持续牵引力169kN（半磨耗）启动牵引力286kN（半磨耗）电制动方式加馈电阻制制动功率4000 KW加馈制动的控制准恒速特性控制牵引电动机磁场削弱控制相控无级最大制动力180 k N（15km/h80km/h）额定速度99 km/h（持续制）最大速度170 km/h（半磨耗）牵引恒功速度范围99 km/h160 km/h 最深磁场削弱系数18功率因数（额定工况）不小于19机车安全通过的最小
16、半径R=125m（5 km/h）20空气压缩机风量m3/min21主风缸容量1212 L22基础制动装置8单元制动器23空气制动系统DK-1 24轨距1435 mm25轴式C0-C026机车整备重量126-1%+3% t27轴重21 t28传动方式单边直齿传动29传动比77/31=30车钩中心距22216 mm 31车体底架长度21000 mm32车体宽度3100 mm33车体最高点距轨面高度4605 mm34转向架轴距2150 mm35机车全轴距15870 mm 36车钩水平中心线距轨面高度88010 mm37受电弓滑板中心距11100 mm38受电弓安装座距轨面高度4140 mm39车轮直
17、径1250 mm （新轮）1150 mm（全磨耗）40砂箱总容量0.1立方米8个表1 韶山9电力机车主要技术参数第2章 SS9LCU的常见故障及检修 SS9LCU概述SS9LCU逻辑控制单元相当于可编程控制器（PLC）它在电力机车上的作用主要就是取代传统的继电器有触点控制电路。SS9LCU电力机车逻辑控制单元结构组成符合高速列车硬件规范。其内部核心时单片机。主要由主机板、电源板、输入板、输出板等所组成。而电力机车逻辑控制装置就是希望用现代电力电子和微电子技术构成的逻辑控制单元取代电力机车上传统的继电器有触点控制电路，用计算机发出的指令通过LCU直接控制接触器等外部负载，避免目前的多级驱动，改善
18、电力机车的控制性能，克服上述继电器控制电路的不足，可以简化电力机车控制电路的设计、生产和调试过程，大大减少外部连线，提高系统的可靠性和灵活性，实现控制系统的通用性。逻辑控制系统的设计采用通用的模块化结构，使得今后不同的电力机车其控制功能的变化只要通过软件的改变即可实现。此外，由于微计算机所具有的卓越的数据处理和逻辑判断功能，使得原来难以实现的电力机车继电器控制电路的故障诊断变得相对简单。特别是故障率比较高的电力机车辅助系统，原来故障的判定是比较困难的，但在采用逻辑控制装置后，所有负载的状态都反馈回了LCU，因此，在电路故障时，只要通过简单的逻辑判断，就可以在电力机车微机控制系统的显示屏上，直接
19、告诉司机或随车工程师，是什么故障和应该采取什么样的对应措施，使得故障的判定变得非常方便。主要技术参数：输入电压 77（额定110V）瞬间最大负载电流 8A持续电流 驱动方式 隔离放大驱动 输入点数 最大126路输出点数 最大81路 SS9LCU逻辑控制单元的硬件系统根据系统所需完成的功能及电力机车特殊的工作环境，SS9LCU在硬件结构上采用模块化设计，课根据不同型号的机车的需要扩展输入输出点，利用软件进行不同的逻辑组合来满足要求，软件编写时采用软件容错和冗余设计。SS9LCU的硬件结构主要包括机箱、电源板、主机板、输入板、输出板等。每套SS9LCU包含功能相同的A、B两组，并能进行手动转换。采
20、用标准的6U机箱硬件结构，可与外围设备进行总线通信。由于标准6U机箱本身并不具备防尘功能，所以在机箱外面，还有外部机箱，用于防尘、安装外接插件和安装冷却风扇、风道。接插件为铁路专用56针插座，共4个，其中输入两个、输出两个。每路输入输出都有状态指示灯。长度为84R的标准6U机箱共有21个板位，其箱内插件布置如图2.2.1。1.电源板电源采用机车电子控制装置专用电源，其输入电压为77135V，输出电压为+5V/2A、24V/2A。A、B两组各自采用独立的稳压电源，自带过流、过压、过热等保护功能。2.主机板主机板主要完成输入点状态的采集、逻辑运算、输出点状态确定，以及与串行通信板的数据交换等。主机
21、板采用了双机冗余设计，一台单片机微机处于在线工作状态，而另一台处于热等待。当处于在线工作状态的单片微机发生故障时，由主机板上的冗余管理系统自动将处于热等待的单片微机取代发生故障的单片微机来管理整个系统并报警，若故障单片微机恢复正常则它又处于热等待状态。在正常工作时两台单片微机通图2.2.1 SS9LCU插件箱布置图过串行通信保持具有同样的输入点、输出点及各个定时器的状态信息一样，以使双微机切换时不发生输出点状态不确定的现象。3.输入板输入板用于输入数字信号。由于从司机控制器、按键开关组等来的信号及从主断路器、隔离开关、两位置转换开关和接触器等的辅助触点来的信号其输入信号为直流110V，因此必须
22、经过电阻网络降压、稳压管限幅、电容滤波、光电隔离后再经过施密特触发器输入给主机板。这种电路可靠性很高，抗干扰能力强，能适应电力机车上的恶劣工作环境。4.输出板 SS9LCU的输出模块设计：系统内工作电压为TTL，且其负载能力较低，为了与SS9LCU外部的110V直流工作电压一致，并具有足够的驱动能力必须有专门的输出模块。经过可行性分析研究决定采用MOSFET作为功率放大元件来取代传统的中间继电器，利用高频调制的控制信号通过脉冲变压器耦合控制MOSFET的通断，从而解决了多个串联触头间输出共地问题，SS9LCU内部工作电压为几伏水平，负载能力较小，为了使其具有足够的驱动能力，SS9LCU输出单元
23、电路采用MOSFET作功率开关元件，负载能力大，开关速度高。用高频调制信号通过脉冲变压器耦合去控制MOSFET的通断。并且当110V直流电源电压大范围变化时，逻辑功能保持正常。电力机车逻辑控制单元的输入输出电路是SS9LCU与电力机车控制系的接口电路，其性能直接影响机车的行车安全。 SS9LCU的常见故障及检修随着SS9型机车的大量投入运用，一些机车质量问题渐渐的暴露出来，LCU （逻辑控制单元）输出板烧损问题较为严重。在所有发生的l3件机破中，因LCU输出板烧损造成机破6件，占总件数的46。2，由于LCU是机车控制外部电器工作的逻辑中心，如果发生故障，将造成机破、临修，直接影响铁路运行安全。
24、（1）LCU故障原因分析造成LCU输出插件板烧损的原因有两种：一种是由于LCU输入输出板插件电子元件本身质量不高造成插件不工作，但不影响其他外部线路，将LCU转换到另外一组继续运行即可；第二种是由于LCU输出板插件所控制的外部线路、继电器、接触器线圈发生短路或接地造成输出的功率三极管烧损。由于LCU输出插件的输出阻抗很小，当外部线路如接触器线圈发生接地短路时,回路的总阻抗很小，形成很大的短路电流引起插件烧损。此时，乘务员很难判断是LCU插件本身故障还是外部线路故障，如果未判断清楚盲目将LCU转换到另外一组（LCU有两组独立的插件，正常情况下使用一组，故障时转换至另一组），由于短路、接地未消除，
25、将导致另一组的输出插件同样被烧损，扩大了故障，机车不能继续运用，只能请求救援。（2）改进方案的提出、论证和试验经过对故障情况和LCU输出插件电路的分析，我们拿出2个改造方案分别进行论证和试验。方案l：在外部线路，也就是在LCU输出插件所控制的电器线圈回路中加装保险管，当电器线圈发生短路时，保险管迅速熔断，从而保护LCU输出插件中电子元件不烧损，无需对LCU进行处理，只将显示故障的一组电器和辅助机组切除即可。方案2：在LCU的A、B组输出插件上加FIE保护电阻，该型电阻的特性相当于一个可自动恢复式开关，即当电流上升到额定值时，FIE电阻的阻值突变到几乎无穷大，自动断开接地或短路回路，保证所保护的
26、电器不被烧损，当接地、短路消除后，电阻自动恢复到正常状态，使IU输出插件得到保护。对两种方案分别论证和试验。对于二种方案实施改造。首先对LCU的备品进行改造，LCU共有A、B两组输出插件共8块，每一块输出插件有26路输出，共208路输出。在每一路输出上都加装焊接了Prc电阻，焊接完毕后再在各电阻片间加注固定胶，以防止各电阻片由于机车震动而使焊接点松脱。各插件改造完成通过测试良好后装车试验。经过运用考核试验后，开始对我段ss7D型机车逐台进行改造。首先准备两台已改造的备品，结合机小、辅修及临修时更换，再对换下的LCU输出插件进行改造，循环更换。到2OO2年11月3日全部改造完毕。（3）技术改造后
27、的成效目前，我段使用的SS7D型机车全部进行了改造，从改造完毕后到现在，从未发生过由于外线路接地、短路造成LCU输出插件烧损故障。以前，机车发生此类故障势必造成临修、机破，而且需要更换LCU及处理外部线路，工作量大，处理时间长，影响机车的正常交路；改造后此类故障使机车造成的是碎修，处理故障也省时省力，不影响机车运用。我们相信经过LCU的改造，可使我段ss7D型机车的质量大大提高，它不但较大减少了我段经济损失，同时保证了旅客列车的安全正点，取得了良好的经济效益和社会效益。第3章 主电路逻辑控制主断路器逻辑控制SS9型电力机车主要采用空气断路器，空气主断路器有合闸线圈和分闸线圈，分别控制空气主断路
28、器的闭合与分断。空气断路器的合闸同样受逻辑控制单元（LCU）控制。当扳动“主断合”扳键6经401SA1（401SA2）使528得电，输出信号给逻辑控制单元；此时，逻辑控制单元综合以上信息，输出信号541，再通过主断隔离开关586QS、主断常闭点使主断路器的合闸线圈4QFN得电动作，当主断路器风缸压力大于450kPa时，主断路器的动作机构在压缩空气推力的作用下，合上主、辅触头，从而完成主断路器的合闸操作，开关401SA1（401SA2）后，控制原理见图如图3.1.1所示。当按下“主断分”扳键开关401SA1（401SA2）后，经4QF联锁使主断路器分闸线圈4QFF得电，主断路器动作分闸。这是人为
29、操作使空气主断路器分断，同样还有许多种保护环节动作后，也会使空气主断路器分断。所以，要使空气断路器能顺利闭合，必须具备如下几个条件：全车所有司机控制器处于零位；主断路器本身处于正常开断状态 （非中间位）；劈相机扳键处于断开位；主断路器风缸压力大于450kPa。图3-1-1 控制原理图主断路器逻辑控制LCU梯形图如图3.1.2：图3.1.2 主断路器逻辑控制LCU梯形图 线路接触器逻辑控制线路接触器时沟通牵引电机回路的主要电器，当牵引或制动控制转换开关到位后，主司机调速手柄或辅司机调速手柄离开“0”位时，412得电，送出信号至逻辑控制单元，由逻辑控制单元控制延时，司机台电联锁开关570QS1合上。531送至逻
