一、什么是LCU
LCU是英文logical control 的缩写,中文叫逻辑控制单元。LUG相当于可*程控制器PLC,是进年来用在新型电力,内燃机车上的一种可*程逻辑控制器件。它在电力机车上的作用．主要就是取代传统机车上原有的时间继电器、中间继电器等低压电器和大皿的迂回线路，实现机车控制系统无触点控制，从而提高机车电气控制线路的可靠性。其内部核心是单片机，主要由主机板、电源板、输入板、输出板等所组成。Lcu利用现代电力电子技术和微计算机技术构成无触点控制电路，其本身就是一个微机控制系统，带有自己的CPU（中央处理器）、输入输出接口以及与输入输出接口相配套的输入输出转换电路。这种器件具有直接输入直流100v信号、输出大电流驱动负载的能力，因而具有控制方式灵活、编程方便、布线直观、检修条理清晰等特点，另外，它采用无触点输出控制方式，解决了原有系统在强振动环境下的不可靠问题。 战术防身笔LCU与一般工业用的可编程控制器PLc有一些区别。例如：
(l）机车电子装置必须符合TB/T1394《机车动车电子装置》的要求。而一般的PLC很难满足这一标准要求。简单地说，一般的PLc无法适应机车的工作环境，也无法满足机车控制系统的技术要求。而电力机车逻辑控制单元Lcu符合TB/TI394《机车动车电子装置》的要求，其结构组成符合高速列车硬件规范。
（2）根据IEc标准，一般PLc的工作电压为Dc24v或AC220v，直流输出点的负载能力较低。而电力机车控制电压为Dc110v，且负载电流比较大
二、LCU的优势
光固化剂传统的机车控制电路由主令电器、各种功能的继电器、接触器、转换开关、保护电器以及电源等主要部件组成，其中继电器就有中间继电器、时间继电器、电压继电器、电流继电器、油流继电器、压力继电器等。继电器控制电路的原理和结构都比较简单，应用成熟，但继电器控制方式的可靠性比较差，控制功能少，不能随意变更控制功能，且布线工作量很大，接线十分复杂，当需要变更控制功能时，需重新布线，控制系统的通用性与灵活性差。更为严重的是，当机车速度达到120km/h以上时，由于机车震动加剧，继电器触点的振动也随之增大，容易造成控制电路误动作而引发李故。
另外，由于电器柜体积比较大，车体内走线员既多且繁，整个控制系统重量大，不利于高速电力机车对降低轴重的要求。通过对采用了LCU取代电力机车继电器控制电路的分析后可知，LCU与传统的继电器控制方式相比，有如下优势：
（1）Lcu盯涵百采用大规模集成电路技术、外部琏线少，可靠性高，抗干扰性能好，逻辑功能强、功耗低、速度快、精度高。
(2）可以利用软件编程来完成控制任务，故对变更电力机车的控制或对不同的机车，可以方便地通过修改程序来满足控制要求，即容易实现“柔性控制”。这样不仅给机车控制系统的设计带来方便，而且可大大简化机车组装布线、检验及维修工作。
(3)Lcu的硬件结构为通用型模块设计，可根据不同对象进行组合和扩展，以满足不同控制要求，具有很大的灵活性和可扩展性，不仅可在电力机车上应用，也可以在电传动内燃机车及其它继电器控制电路中应用。所以LCU具有较大的应用价值。
三、LCU在国产机车控制电路中的应用
国产电力机车均采用传统的屏柜形式安装控制电器，除了个别分散的继电器外，中间继电
器与时间继电器均集中在低压电器柜，所以在用LCU实现继电器的功能时，在结构上容易实现与原控制的兼容。
SS9、SS7D、SS7E型电力机车及DF8B型内燃机车是我国新型的国产机车，在控制电路中采用逻辑控制单元（Lcu）取代机车上传统的继电器有触点控制电路，可以克服继电器控制电路的不足，适应机车微机控制技术不断发展的需要。
韶山系列电力机车的几种主型机车的继电器电路参数如表6
另外，电力机车继电器电路的负载情况是比较复杂的，除上表所列的三相接触器和主断路器外，实际机车上作为继电器触头的负载还有电空接触器及电空阀等，不仅负载电流比较大，线圈带载开关所产生的感应电压峰值可达1kv以上，因此，对LCU的可靠性及抗干扰性擦出了很高要求。
国产电力机车上的辅助电机都是采用三相交流异步电动机，而这些三相交流异步电动机是通过三相交流接触器进行控制的。由于三相交流接触器型号的不同，其控制电流变化很大。电空阀与电空接触器的线圈控制电流虽然只有0.12A，但由于线圈有13000匝，所以在
线圈开断时感应出的干扰电压可高达L3kv，对机车微机控制系统和电子线路形成极大的危害。因此，要求LCU不仅能够适应机车恶劣的工作环境，并且应该具有抗干扰性能好等特点。
由于各型机车的LCU结构、组成、功能相近，下面以55：和559型电力机车为例介绍LCU在机车控制电路中的具体应用。
1. SS8型电力机车的Lcu系统
SS8型电力机车的无触点控制电路是从韶山系列电机机车传统的有触电电路发展而来的，该机车上继电器数星、类型都比较多，一些特殊的继电器是作为检测与保护环节运用的，安装位置也比较分散。例如，压力继电器（544KP,547KP）、油流继电器（l6KF）、风速继电器（13KF、14KF、7KF、9KF、11KF、5KF、6KF）、过流继电器（loKc、llKC、12KC、5KC）等，是不适于或不准备用Lcu取代的。所以，Lcu所取代的对象是机车上两个电器柜内的中间继电器与时间继电器。Lcu也分成两个相互独立的单元，I#柜对应LCUI II#柜对应LCU2。两柜之间预留标准串行通信接口进行信息与数据交换。LCU1取代I#电器柜内时间继电器及中间继电器14个（时间继电器4个，中间继电器10个），总共有30对触ci524
头参与控制，LCUZ取代n”电器柜内时间继电器6个、中间继电器10个，取代继电器总数为16个，II#电器柜内参与控制的触头总数为50对。Lcul、Lcu2总共取代继电器30个，继电器触头80对。对Lcu而言，30个继电器就意味着要从外部引入30路输入信号到LCU的输入端，而每一路信号中又包含了若干影响该路逻辑状态的信号，例如，预备中间继电器25kA线圈的得电、失电，与主断路器、中间继电器、时间继电器、接触器及隔离开关等众多电器的工作状态有关，而零位中间继电器线圈则仅受司控器控制。
a．结构
LCU控制系统的组成框图如图6一7所示。从图6一7可以看出，LcU控制系统由输入单元、中央处理单元、输出单元、电源系统四个部分组成。
由于司机控制器、按键开关组等来的指令信号及从主断路器、隔离开关、两位置转换开关和接触器等的辅助连锁来的信号作为LCU系统的输入信号，均为DC110v信号，因此，在进入Lcu进行逻辑控制运算前，首先要经过电阻网络的降压、稳压限幅、电容滤波、光电隔离等环节进行处理，将每路DC110v机车信号转换为5V电平信号，进入Lcu参加逻辑运算。每路转换在输入控制板中完成，同时具有硬件抗干扰设计，让10ms以内的尖峰电压串入输
入电路后不被误认为是正常的输入信号。
中央处理单元主要完成逻辑运算、延时控制及软件抗干扰功能等。该单元主要根据机车的实际工况确定的输入信号状态来决定各输出的状态。
输出单元通过输出电路，用光电隔离的方式实现高、低电压的隔离扣驱功功率放人，从而直接驱动各类机车负载。
b．输人和输出
Lcu系统的输入信号的类型也比较复杂，大致可分为三大类
(l）保留信号，即不能或不准备用逻辑控制单元取代的输入信号，主要有：
·司机控制器、按键开关组等指令电器的信号。
·主断路器的铺助触头、隔离开关、两位置转换开关及接触器铺助触头来的信号。
·特殊继电器的信号,如过电流继电器、风速继电器、接地继电器等、这些继电器在逻辑控制电路中主要完成一些检测与保护等功能。
以上信号在用Lcu取代继电器时仍需保留，为保证接触可靠，110v直流控制电源也不能改变，所以称之为保留信号。
(2）被取代继电器的自锁与互锁信号。当某个继电器被LCU取代后，原继电器触头产生的信号都是由Lcu来输出的，这种信号可分为两种情况：
·在LCU内可由软件完成自锁或互锁的信号，这类信号可以不再输出到LCU以外。
·自、互锁信号出现在多种保留信号或接触器辅助触头之间，不更改机车布线就无法或不便于由LCu内部处理的信号，或者说虽然继电器已被取代，但线圈的自锁触头或与另一被取代继电器之间的互锁信号仍需输出到Lcu以外才能实现。许多继电器的自锁触头都存在这种现象。
(3）电力机车微机控制系统来的信号，这些信号可以直接输入LCU。
另外，机车的110v信号是不能直接输入到LCu主机板里面去的，必须经过输入电路进行降压、隔离，即经过电阻网络降压、用稳压管限幅、电容滤波，再经光祸隔离后输入LCU主机。
实现LCU控制时，对应所取代的每个继电器线圈，都必须引入一路输入信号进入LCU内部。与继电器线圈的得电与失电相同，这一路信号的逻辑电平会受到多个信号的影响。对于继电器的触头，只有一部分是在电路中实际运用的，对参与控制的每对继电器触头（除了那些能在LCU内部实现逻辑自锁或互锁的外），都必须从LCU内对应一路输出。
LCU内部的工作电压为几V水平，负载能力较小，为了使其具有足够的驱动能力，LCU输出单元电路采用MOSFET作功率开关元件，负载能力大，开关速度高，采用高频调制信号通过脉冲变压器祸合去控制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LCU与电力机车控制系统的接口电路，其性能直接影响机车的行车安全。表6一4示出了电力机车LCU的输入输出电路的性能参数。
表6一4LCU的输入输出电路的主要性能参数
牙箱2. SS9型电力机车的LCu系统
a． 结构
根据系统所需完成的功能及电力机车特殊的工作环境,LCU在硬件结构．上采用模块化设计，可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。SS9型机车的Lcu系统的结构见图6一8。LCU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Lcu采用双路冗余设计，即包含功能相同的A、B两组，并能进行手动转换，当其中一路出现故障时，可人为切换至另一路工作，从而提高了整个机车控制系统的可靠性。采用标准的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、安装外接插头和安装冷却风扇、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6一9所示。
磁卡门禁机(l）主机板主要完成输入点状态的采集、逻辑运算、输出点状态的确定以及与司机台彩显示器进行数据交换等。
主机板采用了双机冗余设计：一台单片机处于在线工作状态时，另一台处于热等待。当在
线工作状态的单片机发生故障时，主机板上的冗余管理系统自动将处于热等待状态的单片机取代发生故障的单片机来管理整个系统，并报警；若故障单片机恢复正常，另一台单片机又恢复热等待状态。在正常工作时，两台单片机通过串行通信保持具有同样的输入点、输出点，各个定时器的状态信息也一样，以避免单片机切换时发生输出点状态不确定
pc104总线的现象。
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