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1、LKJ2000监控装置检修培训,哈密电务段车载设备车间设备检修工区 2013年10月,2,目录,第一章 监控装置的电路原理第二章 故障处理的一般方法第三章 常见故障的处理,3,第二章 装置的电路原理,2.1 系统原理2.2 监控记录插件原理2.3 地面信息处理插件原理2.4 通信插件原理2.5 模拟量输入/出插件原理2.6 数字量输入插件原理2.7 数字量输入/出插件原理2.8 电源插件原理2.9 过压抑制板原理2.10 屏幕显示器硬件原理2.11 母板的主要功能2.12 扩展通信板的主要功能,4,2.1.1 系统原理系统说明,一、系统说明 LKJ2000型监控装置车载部分主要由主机箱、显示器

2、、事故状态记录器（选件）、速度传感器、压力传感器、双针速度表组成。装置主机采用双套热备冗余工作方式，由A、B两组完全独立的控制单元组成，每组单元都有完整的信号输入及控制输出接口模块连接，单元内部各不带CPU的插件之间采用VME并行总线与监控记录插件连接，不带CPU的插件包括模拟量输入/出插件、数字量输入插件、数字量输入/出插件及电源插件；带CPU的插件之间采用CAN标准串行总线连接，这些模块包括监控记录插件、地面信息处理插件及通信插件。系统内部串行通信网络也采用A、B两组冗余方式。A、B组两个监控记录插件之间采用同步通信方式进行数据交换。主机箱与显示器及事故状态记录器之间采用与主机箱内部网络相

3、同的双路CAN网络进行连接。系统原理框图如下图所示：,5,2.1.1 系统原理系统说明,6,2.1.1 系统原理系统说明,监控记录插件的MC68332系统是监控装置的核心。它负责对各种外部信息进行采样并根据采集的数据和自行设定的数据对制动设备进行控制。 色灯信号及机车工况信息由MC68332通过数字量输入插件、数字量输入/出插件的并行口采集。 模拟量输入/出插件负责频率信号、模拟信号的采集（输入）及输出：模拟量输入信号通过模拟量输入/出插件的信号条件变换电路A/D转换器进行A/D转换后，送上数据总线，由MC68332进行读取、处理。速度、转速信号通过模拟量输入/出插件信号的信号条件变换电路后送

4、到MC68332的TP输入口，由MC68332再进行处理。速度输出信号由MC68332输出，通过模拟量输入/出插件的信号调整电路，D/A转换、V/I转换后驱动双针速度表。,7,2.1.1 系统原理系统说明,通信插件通过CAN总线与MC68332交换信息，通过RS485串口与外部设备（如TAX2）交换信息。 地面信息处理插件通过CAN总线接收MC68332送出的信号制式，送出的过绝缘节（JYJ）信息则送到MC68332的外部中断IRQ4端，由监控记录插件的CPU进行过机校正处理。同时地面信息处理插件（含点式信息接收模块），接收点式信息发码装置发送的点式信息，并通过双口RAM实现与TMS320系统

5、之间的信息传递。并通过CAN总线把点式信息传送给监控记录插件。 常用制动、紧急制动继电器接点输出由MC68332通过数字量输入/出插件的并行口控制。 MC68332通过CAN总线与显示器、事故状态记录器交换信息。 机车110V电源经过过压抑制板进行滤波及干扰信号吸收处理后送入电源板进行电源变换产生5V、15V、24V、12V等各路输出电压。,8,2.1.2 系统原理VME总线概述,二、VME总线概述 1、VME总线是在VERSA总线和欧洲板结构基础上提出的开放式32位标准总线，是用于实现信息传输的公共通路（VME是Versa Module Europa的缩写 ）。VME总线的最大实际传输率可达

6、30Mbps，其所有传输均采用异步控制方式，地址和数据均以非多路复用的并行方式传输。 2、VME总线结构：VME总线采用标准96针DIN416针型连接器实现总线连接。 3、VME总线主要由四组总线构成： A、数据传输总线：用于传输地址和数据信号。它包括：寻址线 A01-A31、AM0-AM5（地址修改码）、LWORD（长字）。数据线 D00-D31；控制线 AS（地址选通）、DS0-DS1（数据选通）、BERR（总线出错）、DTACK(数据传输应答）、WRITE（写信号）。,9,2.1.2 系统原理VME总线概述,B、仲裁总线：用于多处理器对总线资源占用权的裁决。 它包括：Bg0In Bg3I

7、n（总线授权03输入）、Bg0OutBg3Out（总线授权03输出）、BR0 BR3(总线请求0-3)、BBSY（总线忙）、BCLR（总线清除）。 C、优先中断总线：主要用于突发事件响应和处理。 它包括：IRQ1 IRQ7（中断请求）、IACK（中断应答）、IACKIN（中断应答输入）、IACKOUT（中断应答输出）。 D、公用总线：主要用于给各VME总线系统中功能模块提供服务。 它包括：SYSRESET（系统复位）、SYSCLK（系统时钟，16MHZ，占空比50%）、ERCLK（串行时钟）、SERDAT（串行数据）、ACFAIL（交流故障）、SYSFAIL（系统故障）。 4、LKJ2000型

8、中VME总线采用单总线连接器，96条信号线，支持16位数据线，24位地址线。由母板上的各96针插座和各插件板上的96针插头共同实现VME结构。,10,2.1.3 系统原理CAN总线,三、CAN总线 CAN(局域网控制器)属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持 。 较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言， 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：,11,2.1.3 系统原理

9、CAN总线,首先，CAN控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；,12,2.1.3 系统原理CAN总线,其次，CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相

10、连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。,13,2.1.3 系统原理CAN总线,而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。另外，与其它现场总线比较而

11、言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。,14,2.1.4 系统原理双机热备原理介绍,四、双机热备工作原理介绍 为了提高工作可靠性，系统采用双机主从热备冗余方式，系统主机由A、B两组完全独立控制单元组成， 如下图所示：,15,2.1.4 系统原理双机热备原理介绍,系统双机冗余结构示意图,16,2.1.4 系统原理双机热备原理介绍,1、双机中两个单元互为热备，两个单元同时工作，一个处于主机工作状态，另一个处于备机工作状态，一旦主机单元任何一块插件或插件上的某一通道发生故障

12、时，备机单元的相应插件或相应通道将马上投入工作（电源插件和监控记录插件除外）。当主机单元的监控记录插件或电源插件发生故障时，备机单元将马上转为主机工作状态，故障单元将自动退出主机工作状态。监控记录插件的1B灯点亮，表示其正处于主机工作状态。 2、双机中每组单元都有完整的信号输入及控制输出接口模块。每组单元中110V等级数字量输入/输出模块、50V等级数字量输入模块及模拟量输入/输出模块均是不带CPU的插件，这些插件与主机CPU是通过VME总线方式连接，而地面信息处理、通信、显示器等单元部件，本身都有独立的CPU来处理本单元的信息，这些单元与主机CPU之间通过CAN串行总线来交换信息。,17,2

13、.1.4 系统原理双机热备原理介绍,3、系统内部CAN串行通信网络也采用A、B组冗余方式工作。A、B两组总线同时进行发送和接收，复位时系统以CANA为主，当CANA出现故障时自动切换至以CANB为主。 4、为了保证记录的数据的完整性和唯一性，备机不进行主动记录，备机记录的数据来源于主机。,18,2.1.5 系统原理电路原理分析方法,五、电路原理分析方法 由于LKJ2000型监控装置是一个多CPU系统，所以要明确各CPU的工作任务及相互之间的密切联系，要注意各CPU间信息交换方式。 深入理解LKJ2000型比LKJ-93A型新增的双机冗余、CAN总线、VME总线等知识。 在理解系统原理的基础上理

14、解各插件的电路原理，学习各插件原理时，了解各主要芯片的功能、作用及其实现方法，弄清各信号的走向。 监控装置各功能模块以欧洲标准的插件方式联接，通过母板完成各插件的CAN总线连接、VME总线连接、输入/输出信号的连接。所以要通过母板明确各插件间的联系。,19,2.2 监控记录插件原理,监控记录插件负责完成监控运行参数的记录和同步，通过CAN总线及VME总线与其它插件或装置进行数据信息交换，并具有将所记录的数据向转储器传送的功能。其原理如下图所示：,20,2.2 监控记录插件原理,监控记录插件原理框图,21,2.2 监控记录插件原理,本插件是监控装置的核心，它以32位单片机MC68332为核心器件

15、。其主要的功能包括： 1、以预先存储在EPROM(U5、U6)内的线路运行参数为依据，通过实时检测列车速度，计算列车的走行距离和限制速度，从而不断确定和校正列车的位置和控制速度； 2、确定列车距信号机的距离，检测列车速度是否超过限速； 3、实时采样列车制动管压力和内燃机柴油机转速或电力机车原边电流、电压；,22,2.2 监控记录插件原理,4、控制数字量输入，继电器输出； 5、完成监控运行状态参数的记录和同步； 6、提供系统内部的日历时钟； 7、通过同步通信实现工作主机与热备主机之间的数据交换； 8、通过双路CAN串行通信总线或VME并行总线实现对系统其它功能模块的控制与管理。 9、文件的转储传

16、送功能； 10、向地面信息处理插件传递当前地面轨道电路信号制式及闭塞方法，并以中断方式接收地面信息处理插件的过节信号。,23,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,一、本插件主要器件说明 （一）主CPU介绍 1、LKJ2000型监控装置的主CPU选用MOTOROLA公司生产MC68K系列的MC68332，,24,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,2、新型监控装置采用MC68332作为主CPU的优点： （1）由于具备高速输入功能，使得速度、转速等脉冲信号的测量变得非常容易，不需复杂的外部电路，其高速通道的分辨率为0.2s，可获得相当高的测量精度。 （2）PWM输出功能使模拟量输出功能更容易实

17、现，无需D/A转换器。 （3）尽管MC68332还不能称为故障安全型CPU，但它具备很强的故障处理功能，可处理各种外部及内部故障，包括：中断错误、总线错误、非法指令、地址错误、格式错误及除零错误等。作为以故障安全为研究重点之一的新型监控来说，MC68332的故障安全性能非常重要。,25,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,（4）MC68332最高可达16.78M的工作频率；采用流水线工作方式（即取指令和执行指令可重叠进行），此功能大大加快了CPU运行速度，使得其处理速度远远高于普通的微处理器，复杂的制动计算因而变得快速而准确。 （5）芯片的寻址范围宽、内部片选功能有利于最小的CPU模块单元的

18、组成。其内部数据处理能力达32位（外部数据总线宽度为16 位），具有16M字节的寻址空间，无需扩充地址总线即可满足寻址要求。 （6）其内置异步和同步通信接口、内部RAM以及内部片选逻辑功能大大简化了外围电路的设计，特别是它的内部定时处理器单元（TPU）可以脱离CPU独立工作，以相当高的分辨率专门处理16路输入/输出通道，一方面大大减轻了CPU负担，另一方面也提高了速度、距离及转速等参数的测量精度。,26,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,3、MC68332的组成模块 MC68332是采用模块化结构的芯片。具有不同功能的模块被设计在一个芯片内，这些模块主要有：中央处理器CPU32、系统集成模

19、块SIM、队列串行模块QSM、片上存储器RAM、定时处理器TPU等。 模块功能见下页图：,27,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,68332功能模块,28,2.2.1 监控记录插件原理器件说明,MC68332的组成模块,29,2.2.2监控记录插件原理CPU最小系统,二、CPU最小系统 1、板内系统总线（1）数据总线D0-D15 （2）地址总线A0-A23（3）控制总线,30,2、复位电路(DS1232) 监控装置系统复位信号流程如下图 ：,复位信号流程示意图,2.2.2监控记录插件原理CPU最小系统,31,3、晶体振荡电路 MC68332 的最高工作频率为 16.78 MHz，本设计中采

20、用外部 EXTAL 提供 16MHz 的频率信号作为系统时钟。频率产生由内置振荡电路和 U37四脚晶振来完成。 4、面板指示灯驱动电路 U16（HC273）用来点亮面板指示灯(HL1A/BHL4A/B)，U36 用来点亮面板指示灯(HL5A/BHL8A/B)。 当 HC273 输出为“0”时，点亮面板灯，为“1”时灭灯。U16及 U36 的数据闩入脉冲 CLK 由片选信号 CS2和 A16/或后形成，在 R/W 的上升沿，CLK将 MC68332 送到总线上的数据锁存到 U16 及 U36 中。HC273 的 CLR（清零端接）RESET（复位信号）。 HC273 是带有清零端的八D锁存器。,

21、2.2.2监控记录插件原理 CPU最小系统,32,5、存储器电路及时钟电路 （1）数据与程序存储器电路 U3/U4 27C4001、U5/U6 27C801 （2）运行数据记录存储器电路 U11(低8位）、U12（高8位）、U13 (低8位）、U14 （高8位），（DS1250）用于存储运行记录文件 （3）时钟电路 时钟电路由挂在数据总线上的自带备用电池的RAM芯片U15（DS1386）及其外围电路组成.,2.2.2监控记录插件原理 CPU最小系统,33,2.2.3 串行通信接口,三、串行通信接口 主CPU（MC68332）的队列串行模块QSM提供了两个串行通信接口： A、串行通信接口SCI，

22、为异步串行通信接口； B、队列式串行外部接口QSPI，为同步串行通信接口，用于与带有同步接口的外设通信。 本插件中，用异步串行通信接口实现监控主机与转储器之间的通信，用队列式同步串行外部接口实现主备双机实时记录数据的一致性。,34,2.2.4 双路CAN总线通信电路,四、双路CAN总线通信电路 1、双路CAN供电电路 2、双路CAN总线电路 CAN总线是最早在我国得到应用的现场串行通信数据总线之一，它完成ISO/OSI国际标准七层框架中物理层和数据链路层功能。其主要特点有： A、多主机依据优先进行总线访问； B、无破坏性，基于竞争的仲裁； C、借助接收滤波的多地址帧传送； D、远程数据请求；

23、E、配置灵活性； F、系统宽度数据相容性； G、错误检测和出错信令； H、发送期间丢失仲裁或出错的帧可自动重新发送； I、暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离； J、CAN总线标准支持全双工通信，传输速率可达1Mbps,节点数可达256个。其容错能力和抗干扰能力强，传输安全性高。,35,2.2.4 双路CAN总线通信电路,LKJ2000型监控装置系统内部采用CAN总线作为串行通信网络，并采用CANA、CANB两组冗余方式工作，以提高设备工作的可靠性。 LKJ2000系统CAN总线上挂接的模块有：监控记录插件、地面信息处理插件、通信插件、I端显示器、II端显示器以及事故状态记录器

24、。其中每一个模块都分别通过CAN控制器、光电隔离、CAN总线收发器挂接到CANA和CANB两条独立的CAN总线上。,36,2.2.4 双路CAN总线通信电路,双端机车装两个显示器时，在两个显示器内部加接匹配电阻，通过拨动显示器底板上DIP开关S1设置。当S1的5、6设置为ON状态时，R1、R2分别作为CANA、CANB的匹配电阻。（在屏幕显示器与LKJ2000主机连接时，出厂设备已将S1-5、6设置为ON状态）。,37,2.3 地面信息处理插件,地面信息处理插件主要是完成地面轨道电路绝缘节点的识别，为监控记录插件提供用以校正前方信号机距离的绝缘节信号。并留有接收并处理地面轨道点式或叠加信息（哈

25、大线）的接口。 LKJ-93A型监控装置的绝缘节检测插件对机车地面感应器信号采用模拟电路进行滤波，而我国铁路信号的制式相对比较复杂，而每一种制式又必须有与之相对应的滤波电路，因此造成电路相对复杂，且不能完全兼顾。为解决上述问题带来的诸多不便，在LKJ2000型监控装置中，采用了数字信号处理（DSP）技术实现数字滤波。,38,2.3 地面信息处理插件,地面信息处理插件的工作原理是把从地面感应器感应上来的信号经过本插件的放大处理，并传送给DSP 处理器，然后由DSP处理器进行滤波、逻辑判断等处理，检测过绝缘节的条件，并把产生的过绝缘节信息以脉冲的形式传送给监控记录插件。 地面信息处理插件主要由四个

26、功能单元组成： 信息处理及DSP最小系统； 模拟量输入单元； 信息交换单元（包括接收轨道信息板信息及通过CAN总线交换信息的通信模块）； 指示灯驱动电路单元。各个单元的电源供电由系统的电源模块提供。地面信息处理插件电路原理框图如下图所示 :,39,2.3 地面信息处理插件,地面信息处理插件原理框图,40,2.3.1 主要器件介绍,一、本插件主要器件介绍 （一）TMS320F206介绍 TMS320F206是一种数字信号（DSP）处理芯片。它结合了先进的哈佛总线结构、片内外设、片内存储器和高效专用的指令系统使TMS320F206具备以下优点： 1、32K X 16字节的片内快闪EEPROM减少了

27、系统的花费和促进了最小化。 2、增强的TMS320结构设计提高了性能与多功能性。 3、F206芯片引脚与指令兼容于C203芯片。 4、F206 DSP的软件源代码兼容于C1X和C2X DSP且向上兼容与第五代DSP（C5X）。 5、新的静态设计技术降低了电源的消耗并提高了对辐射的承受能力。,41,2.3.1 主要器件介绍,数字信号处理器DSP (DSP）是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快1050倍。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的旗手。业内人士预言，DSP将是未来集成电

28、路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素，它将彻底变革人们的工作、学习和生活方式。,42,2.3.2 各单元电路原理介绍,二、各单元电路原理介绍 1、信息处理及DSP最小系统 2、模拟量输入单元 主要组成元器件是隔离DC-DC变换器W1（DCP010505D）和隔离放大器OP1(ISO124)。地面信息处理插件的设计要求与其它单元要在电气上保持隔离。本插件使用的DC-DC变换器DCP010505D可由单电源实现双路双极性的电压隔离输出，此双路电源输出分别经过R16，C23，C25及R17，C24，C26的滤波，输出电源+5VA和-5VA供放大器使用。隔离放大器ISO124用于模

29、拟轨道信息的隔离传输，此模拟信号经过TLC320AC02的A/D变换后送给DSP处理器TMS320F206。电路如下图2-3-2所示,43,2.3.2 各单元电路原理介绍,模拟量输入单元原理图,44,2.3.2 各单元电路原理介绍,3、信息交换单元地面信息处理插件与外部交换信息，主要包括两部分，一是地面信息处理插件（含点式信息接收模块），接收点式信息发码装置发送的点式信息，通过双口RAM实现与TMS320系统之间的信息传递。并通过CAN总线把点式信息传送给监控记录插件；二是通过两路CAN总线利用串行通信的方式与监控装置系统其它单元交换信息（在此主要是接监控记录插件实时传送的当前的信号制式信息）

30、。CAN总线协议的实现利用Intel的芯片TN82527，同时设计为两路实现CAN总线级的双路备份工作。另外使用了光耦完成电气隔离。（CAN电路原理参考监控记录插件部分）。 信息交换单元的原理如下图所示：,45,2.3.2 各单元电路原理介绍,信息交换的原理框图,46,2.3.2 各单元电路原理介绍,4、指示灯驱动电路 本部分由16只发光二极管组成，可用于系统的自检及工作状态指示。主要由U15（74HC273）和U16（74HC273）及一些发光二极管、限流电阻排组成。当某一灯需要点亮时，相应数据端输出低电平。电路如下图所示： 74HC273是锁存器，它的片选信号CS3/由三八译码器产生。,4

31、7,2.3.2 各单元电路原理介绍,指示灯驱动电路,48,2.4 通信插件原理,通信插件主要完成监控装置与其它设备之间的通信调理，以使不同通信格式、不同通信接口和速率的设备可以和监控主机交换数据。通信插件设置的通信接口有： 1、两路半双工RS485通信接口，可分别与TAX2综合监测装置和列车总线连接； 2、一路HDLC全双工/半双工通信接口，可与地面点式信息等设备连接； 3、两路独立CAN通信接口，与主机内其它挂在CAN总线上的模块通信。 通信插件主要由五个功能模块组成： 1、CPU最小系统； 2、隔离电源； 3、CAN通信接口； 4、RS485通信接口； 5、HDLC通信接口。 由插件上的C

32、PU负责与内外设通信及协议转换。所有通信线路均使用独立的隔离电源，其中两路CAN使用主机提供的两路CAN专用隔离电源，对外RS485接口均有静电防护功能。,49,2.4.1 本插件主要器件介绍,一、本插件主要器件介绍 芯片SJA1000 SJA1000是使用于汽车和通用工业环境控制器局部网（CAN）的独立控制器。该器件同PCA82C200CAN控制器（基本CAN）软件和硬件兼容。另外，该器件实现了新的运行方式（增强CAN），支持具有新功能的CAN2.0B协议规范。 主要性能 1、引脚同PCA82C200 CAN控制器兼容； 2、电气性能同PCA82C200 CAN控制器兼容； 3、与PCA82

33、C200软件兼容（缺省方式为基本CAN）； 4、扩展接收缓存器（64字节FIFO）； 5、支持CAN2.0B协议规范； 6、支持11位标识符，同样支持29位标识符； 7、位速率高达1Mb/s; 8、时钟频率为24MHz; 9、可连接各种微处理器接口； 10、CAN输出驱动器状态可编程,50,2.4.2 CPU总线及外围芯片,二、CPU总线及外围芯片 通信插件CPU总线及外围芯片如下图所示：,CPU总线及外围芯片,51,2.4.4 CAN通信接口电路,三、隔离电源 四、CAN通信接口电路 CAN（控制器局域网的缩写）通信接口完成通信插件与监控主机之间的通信。两路CAN电路完全相同，主要由CAN控

34、制器U13和U14（SJA1000），CAN控制接口芯片U11，U12 （82C250）完成。CAN控制接口的斜率控制电阻R29、R31可以根据不同的波特率选择相应的电阻，以达到较好的电磁兼容性的要求。,52,2.4.5 RS485接口电路,五、RS485接口电路 具备两路半双工通信RS485总线，一路已实现与TAX2综合监测装置通信，由U24、U25、U26、U18及有关外围电路组成；另一路预留与列车总线通信，由U27、U28、U29、U19及外围电路组成。两路485接口电路完全相同。,53,2.4.5 RS485接口电路,接口电路图,54,2.4.6 HDLC接口电路,六、HDLC接口电路

35、 HDLC也叫高级数据链路控制。HDLC接口电路用于实现与点式信号或机车信号接口，电路以U15（HDLC控制器）为核心，由光耦U20U23、MAX487E（U16、U17）及周围电路共同组成。电路如下图所示。,55,2.4.6 HDLC接口电路,HDLC接口电路框图,56,2.4.7 状态指示电路,七、状态指示电路 为方便现场使用，插件面板上设置了12个状态指示灯，其中6只黄色发光管指示插件上6路电源情况，其余绿色为2路485，2路CAN，以及2个可软件设置的状态灯。具体排列如右表：,57,2.5 模拟量输入/出插件原理,模拟量输入/出插件是速度传感器、柴油机转速传感器、列车管压力传感器、电力

36、机车原边电流互感器、双针速度表与监控记录插件之间的接口。把速度传感器、转速传感器输入的信号进行调整处理后送到监控主机插件，把压力传感器（三路/四路）、原边电流/电压互感器、输入的信号进行调整处理、模数转换后送到监控记录插件，同时根据监控记录插件指令送出电流信号驱动双针速度表，送出脉冲信号驱动里程计。 本插件有功率测量电路，根据原边电压和原边电流以频率的形式输出原边功率到监控记录插件。,58,2.5 模拟量输入/出插件原理,本插件通过2个插头X1、X2与母板相连。X2上的信号是VME总线，用于和监控记录插件之间传送数据。X1上的信号主要是和机车传感器之间输入输出的模拟信号和频率信号。下面仅对X1

37、的信号作一说明：,59,2.5 模拟量输入/出插件原理,ESO： 送往监控记录插件的柴速频率信号。 V0V2: 送往监控记录插件的3路速度频率信号。 FPO： 送往监控记录插件的原边功率频率信号。 VT0VT2: 速度传感器送来的3路速度信号。 VTG： 速度信号的公共地。 ESI、ESG: 柴速传感器送来的1路柴速信号。 FCI、FCG: 原边电流互感器送来的原边电流信号。 FVI、FVG: 原边电压互感器送来的原边电压信号。 GY0GY3:机车压力传感器送来的电压信号，包括列车管压力、总风缸压力、I端和II端均衡风缸压力等。,60,2.5 模拟量输入/出插件原理,LCJ： 监控记录插件送来

38、的里程计脉冲信号，该信号目前为备用。 LCO+、LCO-： 送往双针表里程计的脉冲信号。ASO、ASG： 送往双针表的实际速度电流信号。 TSO、TSG： 送往双针表的限制速度电流信号。 X12V、X12VG： 电源插件送来的供显示器的那路电源。该插件通过一个电源模块产生隔离的2路模拟电路用的电源A+12V和A-12V。 15V1、15V1G： 电源插件送来的供速度通道的电源。 15V2、15V2G： 电源插件送来的供压力传感器的电源。,61,2.5.1 本插件主要器件介绍,一、本插件主要器件介绍 （一）AD7755介绍 AD7755是美国模拟器件公司（ADI）生产的高精度功率乘法器，内部包含

39、两路模数转换器（ADC），一个基准电压源和用来计算有功功率的全部信号处理电路。 （二）ADG508F介绍8选1多路模拟开关：,62,2.5.1 本插件主要器件介绍,（三）AD1674介绍 AD1674快速、逐次比较、12位模/数变换器 AD1674是高精度12位逐次逼近型快速ADC芯片，其内部包含采样保持电路，采样速度为10s。它有一个片选信号CS（第3脚），低电平时选中该芯片；有一个使能信号CE（第6脚），高电平时使该芯片进行读操作和转换；有一个启动信号输入端R/C（第5脚），该引脚负脉冲触发后，AD开始转换。AD1674还有一个转换完成信息STATUS（第28脚），当它为0时，表示转换完成

40、；当它为1时，表示转换正在进行。 （四）AD7247介绍双通道D/A转换器,63,2.5.1 本插件主要器件介绍,（五）MC33178介绍 该系列运算放大器采用了改进的高性能双极型技术，应用于保真音频和数据信号处理。由于用高频PNP输入晶体管和NPN输出极，使之具有许多优良特性。 特点 1、600输出驱动能力 2、输出电压摆幅大、温漂小 3、失调电压低： 0.15mV (平均值) 4、增益带宽高：5.0MHZ; 转换速率高：2.0V/s 5、双电源工作：2.018V 6、ESD固定在输入端增强了可靠性而不影响器件的性能,64,2.5.2 压力传感器通道原理,二、压力传感器通道原理 该插件共提供

41、了4路压力传感器信号通道GY0GY3。当然它们也可以用于采集05V的其它模拟信号。模拟信号经过该电路的滤波、放大等处理后送往A/D转换电路。 三、原边电流和原边电压通道 四、原边功率测量电路 五、机车速度通道 VT0VT2来自机车上的测速电机或光电式速度传感器。三路信号通道完全一样。,65,2.5.6 柴油机转速通道,六、柴油机转速通道 柴油机转速来自柴油机上的测速电机，对于每转1个脉冲的测速电机，其频率为025Hz（对应于01500转/分），其接口类似于速度通道。如下图，ESI经RC滤波器（R44、C70）滤波、限幅二级管D8、D9限幅后由施密特比较器（A8D）整形形成方波，方波信号通过光电

42、耦合器OP5隔离，经U2D（74HC14：施密特反相器）整形后由母板送到监控记录插件。,66,2.5 模拟量输入/出插件原理,七、A/D和D/A转换片选信号的译码电路 八、模数（A/D）转换电路 九、双针表实速和限速驱动电路 双针表实速和限速驱动电路通过D/A芯片A3（AD7247JN）输出2路电压信号，经隔离运放A5和A6（ISO124）隔离送到A4（MC33178）构成的电压/电流变换电路，最后以电流的形式驱动双针表实际速度和限制速度的表头。 十、双针表切换和里程驱动电路,67,2.6 数字量输入插件原理,数字量输入插件完成对机车信号的采集，并将转换后的电平送到数据总线，供监控记录插件采样

43、。插件共有16路开关量输入通道，由机车信号输入通道和机车信号自检电路两部分组成。,68,2.6.1 机车信号输入通道,一、机车信号输入通道 1、机车信号输入通道原理 为了提高机车信号的抗干扰能力和进行电平转换，机车信号通过光电隔离后再输入到并行输入口，然后通过母板由监控记录插件读取。各路信号的光电隔离和电平转换电路是类似的。 2、并行输入口电路数字量输入插件有二个8位的并行输入口（D4和D5），它们并行挂在监控记录插件CPU（MC68332）的16位数据总线上。当CS0/有效（低电平）时，同时将机车信号和50V备用信号B0B7送到数据总线D0D15上。,69,2.6.2 译码电路和机车信号自检

44、电路,二、译码电路和机车信号自检电路 1、译码电路： 译码电路产生2个信号： 对机车信号的读选通信号CS0/； D7（74HC74）的触发信号（CLK），用于输出机车信号自检条件。 译码电路由D6、D3E组成。,70,2.6.2 译码电路和机车信号自检电路,2、机车信号自检电路 （1）作用 机车信号自检电路用于给机车信号通道的输入端送50V电压信号50VCS，检测机车信号通道是否正常。 （2）电路原理 该电路包括D7（74HC74）、光耦OP5、三极管Q1及其外围元件；还有V33、R18等。如上图。当监控记录插件要对机车信号通道进行自检时，使数据线D1D0=10。使AM1有效、WRITE*写有

45、效，产生对D7的触发信号， D7输出D1D0=10。光耦OP5导通、三极管Q1导通，50VCS送出50V自检信号。50VCS信号通过V33、R18等送入机车信号通道。 系统故障信号SYSFAIL*加于D7的复位端D，当系统故障时对D7复位，使D1D0=00，禁止自检信号输出。,71,2.7 数字量输入/出插件,数字量输入/出插件实现以下功能： 将机车工况等110V信号进行隔离和电平转换后送数据总线，并且各通道具有自检功能； 输出隔离的开关量控制信号，对机车常用制动阀和紧急制动阀等进行控制，输出通道也具有自检功能； 将系统工作正常时监控板送来的“系统正常”脉冲转换成“系统故障信号”，系统故障时使

46、系统交权。,72,2.7.1 机车工况信号采集电路,一、机车工况信号采集电路 1、机车工况信号输入通道 数字量输入/出插件有8路开关量输入通道。为了提高机车工况信号的抗干扰能力和进行电平转换，机车工况信号通过光电隔离后再输入到并行输入口，然后通过母板由监控记录插件读取。各路信号的光电隔离和电平转换电路是类似的。以第一路零位LW（零位）信号通道为例，电路如图2-7-1所示，输入通道原理如下： LW(零位)110V信号经过限流电阻R55、限幅稳压管Z21、Z13分压，流过光耦OP8输入端的7、8脚的电流近4mA粗略计算：（110V-30V-30V）/13K光耦的光敏三极管导通，OP8-9为高电平。

47、D7A的输入端1脚为高电平， D7A反相整形后2脚输出低电平，发光二极管LD1亮，指示有零位（LW）信号输入。当DICS/（D11-19）有效时，经D11（74HC245）驱动后送上数据总线，供监控记录插件CPU读取。,73,2.7.1 机车工况信号采集电路,2、机车工况信号名称定义LW：零位。XQ：向前。XH：向后。QY：牵引。ZD：制动。SBBAK0SBBAK2：备用通道。,74,2.7.1 机车工况信号采集电路,3、机车工况信号输入通道自检电路 （1）作用 机车工况信号通道自检电路用于给机车工况信号通道的输入端送110V电压信号110VCS，检测机车工况信号通道是否正常。 （2）电路原理

48、 该电路包括D1（74HC74）、光耦OP1、三极管Q1及其外围元件；还有R63、V22等。如图2-7-2所示。当监控记录插件要对机车工况信号通道进行自检时，使地址线A1=1、据线D0D1=10。使AM5低电平有效、WRITE*低电平写有效，D4A的3脚输入的WRITE*的低电平周期结束，由低变高时，D3A的5脚输出高电平，形成一个上升沿产生对D1、D0的触发信号，D1、D0的输出ZJA/ ZJB=10。光耦OP1导通、三极管Q1导通，110VCS送出110V自检信号。110VCS信号通过R63、V22等送入机车工况信号通道。,75,2.7.2 译码电路,二、译码电路 译码电路产生4个信号：对

49、机车工况信号的读信号DICS/。D1（74HC74）的触发信号（CLK），用 于输出机车工况信号通道的自检信号。开关量输出通道的选通信号DOCS。开关量输出通道检测信号的读信号JCCS/。,76,2.7.3 开关量输出电路,三、开关量输出电路 开关量输出电路提供7路继电器输出接口，并具有自检功能。其中前6路电路类似，是单继电器输出，最后1路“紧急停车”电路是双继电器输出。,77,2.8.1 主机电源插件原理电路组成,一、电路组成 本电源采用模块电源结构，整个电路由6个电源模块、相应的滤波电路及有关保护电路组成，原理框图如下图所示：,78,2.8.2 原理说明,二、原理说明 110V直流电压经保险管F1送至R1、L16、R2、L17、C3、C1、C2、L1组成的滤波电路，通过滤波获得一个比较平稳的直流电压信号，此电压信号送入电源模块U1的输入端，在U1的输出端得到一个24V的直流信号，再经过L2、C4、C16组成的LC滤波电路滤波后，同时送给各个模块和后面的以LT1074组成的稳压电路。V1（5KP180A）是硅瞬变电压吸收二极管。具有极快的响应速度和非常高的浪涌吸收能力，可用于保护设备和电路免受静电、电感负载切换过程以及感应雷击等所产生的瞬间过电压。它使危险的电压尖峰以箝位方式来限制在电路可以允许的范围内。,