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，是機車實時監測與故障診斷系統的一個CAN網絡節點。將該模塊與整個系統應用在干線電力機車上，實現了傳統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計、生產和調試過程，并使機車電氣系統具有實時檢測、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，提高控制系統可靠性，并可方便地用硬件描述語言實現各種控制功能，具有靈活性和通用性。無觸點控制是機車電氣控制系統的發展方向。
圖1所示為機車實時監測與故障診斷系統示意圖。

隨著系統集成技術不斷成熟，出現了IP(IntellectualPropelrty，知識產權)產品及模塊化設計。在集成電路設計中，IP特指可以通過知識產權貿易在各設計公司間流通的實現特定功能的電路模塊。IP核的本質特征是可重用性，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設計的核心。要使SOPC設計成功，就要更多地采用知識產權(IP)復用，以快速完成設計，得到價格低廉的硅器件，從而滿足市場需求。
本設計主要針對韶山3型4000系電力機車控制邏輯進行分析優化，并設計了可以完全取代原有邏輯控制功能的IP核；在此基礎上利用SOPC技術設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系電力機車設計的邏輯控制模塊，借鑒了以往在韶山4G型電力機車上應用的設計經驗，在狀態采集(輸入)電路、驅動(輸出)電路、保護電路、冗余設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代集成技術和模塊化的設計方法，優化了控制邏輯，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，經過邏輯處理后驅動執行機構，并將當前狀態信息通過CAN總線發送到司機顯示屏。

2 邏輯替代的基本原理
獲取繼電器的狀態即通過檢測與繼電器關聯的線號的得失電狀態，經過與之對應的邏輯組合得出繼電器是否得電；得到的繼電器狀態構成繼電器狀態表，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計。在具體應用過程中只要調用這些繼電器模塊，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實現如下：

對于時間繼電器．在輸出級根據繼電器狀態表里的狀態信息，通過對外部輸入脈沖的計數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，狀態穩定。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。