引 言
机车逻辑控制模块(LCM)是一种铁路机车专用的采用硬件可编程的逻辑控制单元，是机车实时监测与故障诊断系统的一个CAN网络节点。将该模块与整个系统应用在干线电力机车上，实现了传统的继电器控制电路的可编程无触点控制，大大减少了控制电路的触点和布线，简化了机车控制电路的设计、生产和调试过程，并使机车电气系统具有实时检测、故障诊断与存储显示等功能；特别是列车速度提高后，继电器电路因振动加剧而出现误动作，无触点逻辑控制模块可以方便地克服该缺点，提高控制系统可靠性，并可方便地用硬件描述语言实现各种控制功能，具有灵活性和通用性。无触点控制是机车电气控制系统的发展方向。
图1所示为机车实时监测与故障诊断系统示意图。

随着系统集成技术不断成熟，出现了IP(IntellectualPropelrty，知识产权)产品及模块化设计。在集成电路设计中，IP特指可以通过知识产权贸易在各设计公司间流通的实现特定功能的电路模块。IP核的本质特征是可重用性，通常满足良好的通用性、良好的可移植性及绝对正确三个基奉特征，是未来SOPC设计的核心。要使SOPC设计成功，就要更多地采用知识产权(IP)复用，以快速完成设计，得到价格低廉的硅器件，从而满足市场需求。
本设计主要针对韶山3型4000系电力机车控制逻辑进行分析优化，并设计了可以完全取代原有逻辑控制功能的IP核；在此基础上利用SOPC技术设计了机车逻辑控制模块。


1 机车逻辑控制模块简介
主要针对韶山3型4000系电力机车设计的逻辑控制模块，借鉴了以往在韶山4G型电力机车上应用的设计经验，在状态采集(输入)电路、驱动(输出)电路、保护电路、冗余设计以及逻辑处理方面都做了一定改进。尤其是在逻辑处理部分大量采用现代集成技术和模块化的设计方法，优化了控制逻辑，进一步提高了集成度和可靠性，其原理如图2所示。

逻辑控制模块将控制指令信息通过采集电路输入，经过逻辑处理后驱动执行机构，并将当前状态信息通过CAN总线发送到司机显示屏。

2 逻辑替代的基本原理
获取继电器的状态即通过检测与继电器关联的线号的得失电状态，经过与之对应的逻辑组合得出继电器是否得电；得到的继电器状态构成继电器状态表，供后级电路查询。以最基本的自锁连接的中间继电器来说明，其示意图如图3所示，替代后的虚拟继电器如图4所示。

替代后的中间继电器采用通用的模块化设计。在具体应用过程中只要调用这些继电器模块，按原继电器连接信号进行端口定义就可以方便的使用。自锁连接的继电器功能仿真如图5所示，其端口定义和Verilog HDL实现如下：

对于时间继电器．在输出级根据继电器状态表里的状态信息，通过对外部输入脉冲的计数来达到延时动作的目的。这种处理方式得到的延迟时间精度高，状态稳定。以零位时间继电器为例说明其一般替代原理。其继电器原理如图6所示，替代后的虚拟继电器如图7所示。