引 言
機(jī)車邏輯控制模塊(LCM)是一種鐵路機(jī)車專用的采用硬件可編程的邏輯控制單元，是機(jī)車實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。將該模塊與整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用在干線電力機(jī)車上，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的繼電器控制電路的可編程無觸點(diǎn)控制，大大減少了控制電路的觸點(diǎn)和布線，簡化了機(jī)車控制電路的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和調(diào)試過程，并使機(jī)車電氣系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)檢測、故障診斷與存儲(chǔ)顯示等功能；特別是列車速度提高后，繼電器電路因振動(dòng)加劇而出現(xiàn)誤動(dòng)作，無觸點(diǎn)邏輯控制模塊可以方便地克服該缺點(diǎn)，提高控制系統(tǒng)可靠性，并可方便地用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)各種控制功能，具有靈活性和通用性。無觸點(diǎn)控制是機(jī)車電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。
圖1所示為機(jī)車實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)示意圖。

隨著系統(tǒng)集成技術(shù)不斷成熟，出現(xiàn)了IP(IntellectualPropelrty，知識(shí)產(chǎn)權(quán))產(chǎn)品及模塊化設(shè)計(jì)。在集成電路設(shè)計(jì)中，IP特指可以通過知識(shí)產(chǎn)權(quán)貿(mào)易在各設(shè)計(jì)公司間流通的實(shí)現(xiàn)特定功能的電路模塊。IP核的本質(zhì)特征是可重用性，通常滿足良好的通用性、良好的可移植性及絕對(duì)正確三個(gè)基奉特征，是未來SOPC設(shè)計(jì)的核心。要使SOPC設(shè)計(jì)成功，就要更多地采用知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)復(fù)用，以快速完成設(shè)計(jì)，得到價(jià)格低廉的硅器件，從而滿足市場需求。
本設(shè)計(jì)主要針對(duì)韶山3型4000系電力機(jī)車控制邏輯進(jìn)行分析優(yōu)化，并設(shè)計(jì)了可以完全取代原有邏輯控制功能的IP核；在此基礎(chǔ)上利用SOPC技術(shù)設(shè)計(jì)了機(jī)車邏輯控制模塊。


1 機(jī)車邏輯控制模塊簡介
主要針對(duì)韶山3型4000系電力機(jī)車設(shè)計(jì)的邏輯控制模塊，借鑒了以往在韶山4G型電力機(jī)車上應(yīng)用的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在狀態(tài)采集(輸入)電路、驅(qū)動(dòng)(輸出)電路、保護(hù)電路、冗余設(shè)計(jì)以及邏輯處理方面都做了一定改進(jìn)。尤其是在邏輯處理部分大量采用現(xiàn)代集成技術(shù)和模塊化的設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化了控制邏輯，進(jìn)一步提高了集成度和可靠性，其原理如圖2所示。

邏輯控制模塊將控制指令信息通過采集電路輸入，經(jīng)過邏輯處理后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并將當(dāng)前狀態(tài)信息通過CAN總線發(fā)送到司機(jī)顯示屏。

2 邏輯替代的基本原理
獲取繼電器的狀態(tài)即通過檢測與繼電器關(guān)聯(lián)的線號(hào)的得失電狀態(tài)，經(jīng)過與之對(duì)應(yīng)的邏輯組合得出繼電器是否得電；得到的繼電器狀態(tài)構(gòu)成繼電器狀態(tài)表，供后級(jí)電路查詢。以最基本的自鎖連接的中間繼電器來說明，其示意圖如圖3所示，替代后的虛擬繼電器如圖4所示。

替代后的中間繼電器采用通用的模塊化設(shè)計(jì)。在具體應(yīng)用過程中只要調(diào)用這些繼電器模塊，按原繼電器連接信號(hào)進(jìn)行端口定義就可以方便的使用。自鎖連接的繼電器功能仿真如圖5所示，其端口定義和Verilog HDL實(shí)現(xiàn)如下：

對(duì)于時(shí)間繼電器．在輸出級(jí)根據(jù)繼電器狀態(tài)表里的狀態(tài)信息，通過對(duì)外部輸入脈沖的計(jì)數(shù)來達(dá)到延時(shí)動(dòng)作的目的。這種處理方式得到的延遲時(shí)間精度高，狀態(tài)穩(wěn)定。以零位時(shí)間繼電器為例說明其一般替代原理。其繼電器原理如圖6所示，替代后的虛擬繼電器如圖7所示。