地铁车辆LCU技术方案研究

地铁车辆 LCU技术方案研究

高战召 姜洲

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116022

摘要：

地铁车辆上，存在大量的机械触点、中间继电器、时间继电器，单列车辆使用继电器多达300个以上，而且大多关联到列车关键信号和逻辑，因此，采用无触点逻辑控制技术，取代继电器方案，可有效降低运营维护成本、降低车辆故障和风险，提高车辆的可靠性和检修效率，提高运营保障能力，有非常重要的作用和意义。

关键词：LCU、继电器、逻辑控制、冗余

1. 前言：

地铁列车无触点逻辑控制单元（Logic Control Unit，简称LCU），应用新型光耦和场效应管等电路实现开关的无触点控制，并通过硬件与软件结合，完成列车控制所需的各种逻辑和延时控制功能。

2.基本原理：

逻辑控制单元（LCU）取代传统的中间、时间继电器等触点元件电路，通过软件逻辑，实现直接控制和驱动地铁列车接触器和电空阀等元件，完成车辆各种控制功能，并将诊断数据、状态信息上传至列车控制系统且在HMI 上进行显示。整个控制系统功能框图如下图所示：

图1 系统原理框图

2.1硬件构架

机箱内部采用模块化设计，根据功能设计独立的板卡，所有板卡间通过背板

内网总线进行数据交互，背板采用全PCB板设计，整机无飞线。

图2 硬件系统架构图

3 功能冗余

3.1电源冗余

电源板承担为系统其它功能板卡提供5V 及110V 的功能，电源板本身具备输出过压保护、过载保护、短路保护等功能。整机配置3 块电源板，每个电源板输入电压范围为43V-160V，输出恒定为5V，通过背板并联给机箱内所有功能板隔离供电，单组电源可为整机供电。输出通道110V 电源3 组独立，任意一路110V发生故障不影响输出功能。

图3 电源并联供电

3.2功能冗余

LCU 采用三取二控制技术，即在输入采集、逻辑计算和输出驱动三个环节分别采用三取二控制，包含三组（以下简称A 组、B 组、C 组）功能相同的控制系统。每组控制系统的正极线、负极线和空开等供电线路应完全独立，自主运行。任一组LCU 供电线路的任一节点故障不影响另外两组LCU 的正常供电。LCU 工作时，A 组、B 组、C 组控制系统均正常工作。当某一组控制系统的某一个功能模块发生故障（包括供电故障、生命信号丢失、输出故障、输入故障等）时，故障功能模块自动隔离。

图4 三取二LCU 构架示意图

3.3通讯冗余

LCU 系统内网采用双CAN总线冗余设计，所有的功能板件均有两个独立的CAN通信模块，分别通过背板总线连接至两条相互独立的CAN 总线上。正常工作过程中，两路CAN 总线同时参与通信，当任意一路CAN 总线故障时，系统进入降级模式，可以维持单CAN 通信，保证整车系统功能正常运行。

图5 内网CAN 通信冗余

4.故障诊断

LCU的无触点设计的功能是由DIO 板来实现，它们都有独立的输入电路、微处理器、输出电路和诊断模块，输入电路主要依靠光电耦合器来实现信号的采集和隔离，输出电路主要依靠控制MOS 的开通和关断来实现对输出信号的控制。每套板件都有独立的诊断模块，对板件中的安全回路进行故障诊断，一旦诊断出故障后能立即对故障板卡进行隔离。

5.小结

地铁列车无触点逻辑控制单元（Logic Control Unit，简称LCU），它极大提高逻辑控制系统的使用寿命和可靠性，并且具备了网络化、智能化、免维护、节能环保的特点，减少车上占用空间，优化了安装方式、简化检修流程，为用户节约成本。

参考文献：

[1]工业以太网在地铁车辆中的应用[J].钟碧羿.电力机车与城轨车辆.2017(04)

[2]地铁列车LCU系统技术发展与应用[J]科技创新导报.2016(28)