對地鐵車輛LCU冗余技術(shù)的相關(guān)思考

宋娟娟

摘要：本文主要分析了LCU冗余技術(shù)，重點介紹了在地鐵車輛中LCU冗余技術(shù)的應(yīng)用情況，它不僅能夠改良地鐵車輛低壓控制系統(tǒng)，而且還可以提高地鐵車輛運行效率。通過對LCU冗余技術(shù)的應(yīng)用情況進行研究，以期為地鐵車輛的安全生產(chǎn)提供可靠保障，創(chuàng)造出最大化的經(jīng)濟與社會效益。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;LCU冗余技術(shù);應(yīng)用效果

在現(xiàn)代化城市建設(shè)過程中，各大城市開始進行地鐵的建設(shè)，通過對現(xiàn)有地鐵車輛故障進行分析發(fā)現(xiàn)，列車出現(xiàn)電氣問題的主要原因是繼電器等有觸點部件性能下降及故障導(dǎo)致，最常見的是易變形、老化，進而引發(fā)觸點粘連、發(fā)熱等現(xiàn)象，這樣不僅會使電路整體性能下降，而且還會對列車日常運營產(chǎn)生不利影響。如今，隨著LCU冗余技術(shù)的發(fā)展，在地鐵車輛運行中得到了廣泛應(yīng)用，大大提高了地鐵車輛運行的安全性、可靠性。下面將會對LCU冗余技術(shù)進行分析。

1.LCU冗余技術(shù)

1.1“雙機熱備”架構(gòu)

通常情況下，在LCU冗余技術(shù)中“雙機熱備”系統(tǒng)（圖1）主要是由2組可互換且功能完全相同的子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)都具有故障診斷和檢測功能，且采用同時上電熱備的方式，其安全性能等級為SIL2。在“雙機熱備”系統(tǒng)運行階段，當其中一組出現(xiàn)故障，另一組將會無縫切換到正常工作狀態(tài)，進而確保地鐵車輛的安全、高效運行。

1.2“三取二”架構(gòu)

該冗余架構(gòu)屬于三通道系統(tǒng)，由3組子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)功能完全獨立，而且將表決電路加入至輸出部分，通過邏輯判斷后各系統(tǒng)由表決器來對輸出結(jié)果進行判斷，如果3個子系統(tǒng)中有2個輸出相同，就可以對外傳輸或輸出運算結(jié)果，其所對應(yīng)的安全性能等級為SIL2。與“雙機熱備”進行對比可以發(fā)現(xiàn)，“三取二”冗余架構(gòu)不僅增加了一組控制單元，而且還增加了運算結(jié)果表決環(huán)節(jié)，進而使邏輯運算結(jié)果的可靠性得到有效提升。圖2描述的是“三取二”架構(gòu)控制示意圖。

1.3“二乘二取二”架構(gòu)

在LCU冗余技術(shù)中，“二乘二取二”冗余框架通常是基于“雙機熱備”冗余結(jié)構(gòu)升級而來，既在“雙機熱備”冗余結(jié)構(gòu)中增設(shè)了診斷單元，并由兩個“二取二”子系統(tǒng)結(jié)合在一起構(gòu)建了“二乘二取二”冗余框架。實際上，“二取二”子系統(tǒng)一般是指將2個處理器單元集成在一套系統(tǒng)上，不僅嚴格同步，而且實時比較，只有當2個單元處于同步運行時，才允許對外傳輸或輸出運算結(jié)果。通常情況下，兩個“二取二”子系統(tǒng)相互之間為熱備冗余，具有更高冗余性能，其所對應(yīng)的安全性能等級最高，能夠達到SIL4。圖3描述的是“二乘二取二”架構(gòu)控制示意圖。

2.LCU冗余技術(shù)在廣佛線增購列車中的應(yīng)用效果

2.1數(shù)字輸入輸出模塊冗余

通常情況下，廣佛線增購列車的LCU選擇了標準機箱結(jié)構(gòu)，且采用了3U機箱，具體如圖4所示。實際上，每個LCU機柜配備了120個IO通道，其中輸出52個，輸入68個，且“雙機熱備”輸入56路，“二乘二取二”輸入12路;“雙機熱備”輸出40路，“二乘二取二”輸出12路。在數(shù)字輸入輸出模塊冗余中，相同類型的10板卡間具備可互換，相鄰兩塊10板互為冗余。

廣佛線增購列車選擇了“二乘二取二”冗余框架，其主要包含了牽引安全、牽引制動指令、緊急制動等多個方面，具體如表1所示。

在對“二乘二取二”冗余框架進行設(shè)計過程中，其主要是由4個相互獨立的輸入輸出模塊、CPU等部分組成控制單元來開展邏輯運算，其中每2個控制單元構(gòu)成一系，并且每個CPU采用二取二的表決方式來實現(xiàn)運算結(jié)果的輸出處理，如果表決并不一致時將會轉(zhuǎn)入故障自檢，反之如果表決一致時為有效，同時兩個系間構(gòu)成了雙機熱備冗余。

2.2主控板冗余

在地鐵車輛運行過程中，每個LCU機箱均按照要求設(shè)計有2組主控板，主要用于負責(zé)監(jiān)控組內(nèi)各板卡運行狀態(tài)，進而實現(xiàn)邏輯的故障保護、實時計算、日志記錄、通信調(diào)度以及維護等功能。當某個主控板出現(xiàn)故障或兩個主控板邏輯運算結(jié)果不同時，可以結(jié)合系統(tǒng)的故障檢測情況來實現(xiàn)A、B組主控板的主從實時切換，進而保證LCU機箱的正常運行。

2.3電源冗余

通常情況下，每個LCU機箱部門都需要配置兩個冗余電源板，負責(zé)對機箱內(nèi)A/B兩組板卡進行供電，而且還能夠為所有通信板卡共同供電，以此來避免單個電源板卡故障而影響整個LCU冗余技術(shù)的正常運行。實際上，兩組電源處于相互獨立狀態(tài)，而且借助獨立的母線完成供電，通過獨立的空氣開關(guān)給予有效控制。此外，電源板具有過溫保護、輸出過/欠壓保護、短路保護、輸出過載保護及故障自恢復(fù)等功能，進而充分發(fā)揮電源冗余的優(yōu)勢。

2.4通信冗余

在廣佛線增購列車中，LCU機箱內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)選擇了CAN總線冗余設(shè)計，每一個功能板件均配備了兩個獨立的CAN通信模塊，并借助背板總線來實現(xiàn)與兩條相互獨立的CAN總線進行連接。在正常狀態(tài)下，兩路CAN總線可以實現(xiàn)同時通信，其如果任意一個CAN 出現(xiàn)異常時，另一路CAN總線將會維持系統(tǒng)正常運行，進而保證數(shù)據(jù)信息的正確傳輸。

3.結(jié)束語

綜上所述，在地鐵車輛運行過程中，LCU冗余技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，其不僅能夠從根本上解決因接觸不良、繼電器卡滯等誘發(fā)的地鐵車輛運行故障，而且還可以提高列車控制電路的有效性，進而提高地鐵車輛的運行效率。

參考文獻：

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