引 言
機車邏輯控制模塊(LCM)是一種鐵路機車專用的采用硬件可編程的邏輯控制單元，是機車實時監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的一個CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。將該模塊與整個系統(tǒng)應(yīng)用在干線電力機車上，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的繼電器控制電路的可編程無觸點控制，大大減少了控制電路的觸點和布線，簡化了機車控制電路的設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)試過程，并使機車電氣系統(tǒng)具有實時檢測、故障診斷與存儲顯示等功能；特別是列車速度提高后，繼電器電路因振動加劇而出現(xiàn)誤動作，無觸點邏輯控制模塊可以方便地克服該缺點，提高控制系統(tǒng)可靠性，并可方便地用硬件描述語言實現(xiàn)各種控制功能，具有靈活性和通用性。無觸點控制是機車電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。
圖1所示為機車實時監(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，知識產(chǎn)權(quán))產(chǎn)品及模塊化設(shè)計。在集成電路設(shè)計中，IP特指可以通過知識產(chǎn)權(quán)貿(mào)易在各設(shè)計公司間流通的實現(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正確三個基奉特征，是未來SOPC設(shè)計的核心。要使SOPC設(shè)計成功，就要更多地采用知識產(chǎn)權(quán)(IP)復(fù)用，以快速完成設(shè)計，得到價格低廉的硅器件，從而滿足市場需求。
本設(shè)計主要針對韶山3型4000系電力機車控制邏輯進行分析優(yōu)化，并設(shè)計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)計了機車邏輯控制模塊。


1 機車邏輯控制模塊簡介
主要針對韶山3型4000系電力機車設(shè)計的邏輯控制模塊，借鑒了以往在韶山4G型電力機車上應(yīng)用的設(shè)計經(jīng)驗，在狀態(tài)采集(輸入)電路、驅(qū)動(輸出)電路、保護電路、冗余設(shè)計以及邏輯處理方面都做了一定改進。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)計方法，優(yōu)化了控制邏輯，進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)動執(zhí)行機構(gòu)，并將當(dāng)前狀態(tài)信息通過CAN總線發(fā)送到司機顯示屏。

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)的線號的得失電狀態(tài)，經(jīng)過與之對應(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。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進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實現(xiàn)如下：

對于時間繼電器．在輸出級根據(jù)繼電器狀態(tài)表里的狀態(tài)信息，通過對外部輸入脈沖的計數(shù)來達到延時動作的目的。這種處理方式得到的延遲時間精度高，狀態(tài)穩(wěn)定。以零位時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。