地鐵車輛控制電路備用模式設計與研究

沃野，龔娟，張涵，李平，范浩彪

（寧波市軌道交通集團有限公司運營分公司，浙江 寧波 315101）

地鐵車輛控制電路有緊急制動、受電弓、司機室占有和牽引控制電路等重要電路，與地鐵車輛的正常運營密切相關，如果出現問題，將會引起車輛清客和救援等重大事件。故而，這些重要的控制電路是否具有穩定可靠性顯得非常關鍵。對于以上重要控制電路，傳統地鐵車輛采用繼電器控制。本文介紹的備用模式，采用可編程邏輯控制單元（LCU）來旁路影響車輛動車的關鍵控制電路，如果繼電器控制電路出現問題時，可轉換為LCU控制模式，由其采集到車輛狀態信息，經邏輯計算后，輸出驅動車輛的控制設備，解決硬線控制電路中單點和繼電器故障引起的重大救援事故等問題，使車輛運營效率大幅提升。

1 LCU配置方案介紹

LCU（邏輯控制單元）是主要應用于軌道交通環境下的數字邏輯控制裝置。其對按鍵開關組、接觸器輔助觸點以及司機控制器等DC110V的信號加以采集，通過邏輯運算再對驅動車輛的一系列負載予以輸出，完成特定的時序控制功能，

LCU不僅能實現分布式I/O功能，還具有雙冗余數據采集處理功能，通過A、B路熱備雙冗余機制實現輸入輸出功能。各輸出的控制應用了雙開關，使輸入和輸出的診斷功能彼此獨立。并且，AB板卡實現數據同步和緊密切換，確保整機的信號輸入和輸出不會受外界因素的干擾。再者，能夠記錄和保存故障信息，實現數據的同步。同時具有自診斷能力，提升了車輛信息采集與處理的可靠性。

圖1 LCU內部示意圖

本文LCU配置方案為Tc車配置各配置1臺LCU機箱，應用十六寸小3U機箱，其中主控板、電源板和通信擴展板都有2塊，數字量IO板、GIO板和接線板分別有6塊、2塊和3塊，各板件由內部總線實行通信。

2 備用模式控制電路設計

2.1 備用模式切換控制電路

在列車總風壓力正常情況下，可以切換至備用模式，電路圖如圖2所示。為了防止誤操作設置了2個旋鈕開關用于控制列車在繼電器控制模式和LCU控制模式間切換，當2個旋鈕開關同時操作也是激活備用模式的必要條件。如果轉換到LCU備用模式，列車由LCU進行控制。當切換至硬線模式時，LCU將所有輸出端口無輸出狀態，輸入端只對數據加以監控。由繼電器硬線電路來控制列車。用戶可結合自身需要選擇備用模式的使用條件。

圖2 備用模式切換控制電路

2.2 司機室占有控制電路

具體設計見圖3。LCU在繼電器控制模式下，全部輸出端都不存在輸出狀態。如果司機轉動控制器鑰匙到“ON”位，控制電經占有繼電器的常閉觸點，都吸合本端司機室占有繼電器，并經其常開觸點展開自保持。

在這種情況下，由受控端司機室將操作指令發出，常開觸點閉合，從而接通電路。并且整車的列車占有繼電器將電吸合，列車占有繼電器常閉觸點斷開，確保在另一端無法對司機控制器鑰匙進行操作，整車只有一個司機室為占有狀態。

如果繼電器出現問題使司機室占有失效，那么可轉換到“LCU”控制模式。司機控制器的鑰匙處在“ON”位端的LCU激活備用模式，本端LCU則可以控制司機室占有的邏輯，同時所有影響到列車動車的司機室占有繼電器觸點將由LCU來旁路。

2.3 牽引控制電路

具體見圖4。在繼電器控制模式下，將司機控制器方向手柄向前推，警惕按鈕按下，將主控手柄推向牽引位，緩解全部停放制動，全部車門閉合，在不存在緊急制動的狀態下，列車將發出牽引指令。

圖3 司機室占有控制電路

圖4 牽引控制電路

圖5 緊急制動控制電路

如果牽引控制電路中存在繼電器故障問題，通過操作備用模式旋鈕將控制模式轉換至“LCU”控制的備用模式。司機按下警惕按鈕，將主控手柄推向牽引位，那么，LCU將輸出信號旁路掉全部停放制動緩解，列車左、右門閉合以及緊急制動的硬線邏輯。當LCU采集到緊急制動施加后，將LCU將牽引指令旁路信號封鎖。

2.4 緊急制動控制電路

具體見圖5。此控制電路由司機室占有繼電器、緊急牽引超速、警惕、緊急制動、VCU緊急制動和總風壓力可用繼電器、司機控制器等構成。在繼電器控制模式下，如果司機室占有信號丟失，或VCU施加緊急制動，或總風壓力無法使用，或警惕按鈕沒有按下在3s以上等情況時，列車將發出緊急制動命令。

如果此電路中存在有繼電器故障問題，則可操作備用模式旋鈕開關將控制模式轉換至備用模式。進入備用模式激活后只要LCU沒有采集到緊急停車按鈕被操作，將旁路掉VCU緊急制動、總風壓力無法使用、緊急牽引狀態下超速和警惕按鈕等條件。若LCU輸入信號采集到列車施加緊急制動，通過LCU軟件控制邏輯來執行零速緩解緊急制動。

3 結語

列車控制電路發生關鍵控制電路單點故障、繼電器故障后，列車需清客下線甚至救援，本文介紹的由LCU控制的備用模式，為一種降級運營模式，能保證不影響安全的情況下，降低車輛清客、救援的概率，一定程度上提高了車輛的運營效率。