對地鐵車輛LCU冗余技術的相關思考

宋娟娟

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

關鍵詞：地鐵車輛;LCU冗余技術;應用效果

在現代化城市建設過程中，各大城市開始進行地鐵的建設，通過對現有地鐵車輛故障進行分析發現，列車出現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致，最常見的是易變形、老化，進而引發觸點粘連、發熱等現象，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生不利影響。如今，隨著LCU冗余技術的發展，在地鐵車輛運行中得到了廣泛應用，大大提高了地鐵車輛運行的安全性、可靠性。下面將會對LCU冗余技術進行分析。

1.LCU冗余技術

1.1“雙機熱備”架構

通常情況下，在LCU冗余技術中“雙機熱備”系統（圖1）主要是由2組可互換且功能完全相同的子系統組成，各子系統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”系統運行階段，當其中一組出現故障，另一組將會無縫切換到正常工作狀態，進而確保地鐵車輛的安全、高效運行。

1.2“三取二”架構

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

1.3“二乘二取二”架構

在LCU冗余技術中，“二乘二取二”冗余框架通常是基于“雙機熱備”冗余結構升級而來，既在“雙機熱備”冗余結構中增設了診斷單元，并由兩個“二取二”子系統結合在一起構建了“二乘二取二”冗余框架。實際上，“二取二”子系統一般是指將2個處理器單元集成在一套系統上，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果。通常情況下，兩個“二取二”子系統相互之間為熱備冗余，具有更高冗余性能，其所對應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”架構控制示意圖。

2.LCU冗余技術在廣佛線增購列車中的應用效果

2.1數字輸入輸出模塊冗余

通常情況下，廣佛線增購列車的LCU選擇了標準機箱結構，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個控制單元構成一系，并且每個CPU采用二取二的表決方式來實現運算結果的輸出處理，如果表決并不一致時將會轉入故障自檢，反之如果表決一致時為有效，同時兩個系間構成了雙機熱備冗余。

2.2主控板冗余

在地鐵車輛運行過程中，每個LCU機箱均按照要求設計有2組主控板，主要用于負責監控組內各板卡運行狀態，進而實現邏輯的故障保護、實時計算、日志記錄、通信調度以及維護等功能。當某個主控板出現故障或兩個主控板邏輯運算結果不同時，可以結合系統的故障檢測情況來實現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，負責對機箱內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冗余技術的正常運行。實際上，兩組電源處于相互獨立狀態，而且借助獨立的母線完成供電，通過獨立的空氣開關給予有效控制。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等功能，進而充分發揮電源冗余的優勢。

2.4通信冗余

在廣佛線增購列車中，LCU機箱內部網絡選擇了CAN總線冗余設計，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與兩條相互獨立的CAN總線進行連接。在正常狀態下，兩路CAN總線可以實現同時通信，其如果任意一個CAN 出現異常時，另一路CAN總線將會維持系統正常運行，進而保證數據信息的正確傳輸。

3.結束語

綜上所述，在地鐵車輛運行過程中，LCU冗余技術得到了廣泛應用，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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