对地铁车辆LCU冗余技术的相关思考

宋娟娟

摘要：本文主要分析了LCU冗余技术，重点介绍了在地铁车辆中LCU冗余技术的应用情况，它不仅能够改良地铁车辆低压控制系统，而且还可以提高地铁车辆运行效率。通过对LCU冗余技术的应用情况进行研究，以期为地铁车辆的安全生产提供可靠保障，创造出最大化的经济与社会效益。

关键词：地铁车辆;LCU冗余技术;应用效果

在现代化城市建设过程中，各大城市开始进行地铁的建设，通过对现有地铁车辆故障进行分析发现，列车出现电气问题的主要原因是继电器等有触点部件性能下降及故障导致，最常见的是易变形、老化，进而引发触点粘连、发热等现象，这样不仅会使电路整体性能下降，而且还会对列车日常运营产生不利影响。如今，随着LCU冗余技术的发展，在地铁车辆运行中得到了广泛应用，大大提高了地铁车辆运行的安全性、可靠性。下面将会对LCU冗余技术进行分析。

1.LCU冗余技术

1.1“双机热备”架构

通常情况下，在LCU冗余技术中“双机热备”系统（图1）主要是由2组可互换且功能完全相同的子系统组成，各子系统都具有故障诊断和检测功能，且采用同时上电热备的方式，其安全性能等级为SIL2。在“双机热备”系统运行阶段，当其中一组出现故障，另一组将会无缝切换到正常工作状态，进而确保地铁车辆的安全、高效运行。

1.2“三取二”架构

该冗余架构属于三通道系统，由3组子系统组成，各子系统功能完全独立，而且将表决电路加入至输出部分，通过逻辑判断后各系统由表决器来对输出结果进行判断，如果3个子系统中有2个输出相同，就可以对外传输或输出运算结果，其所对应的安全性能等级为SIL2。与“双机热备”进行对比可以发现，“三取二”冗余架构不仅增加了一组控制单元，而且还增加了运算结果表决环节，进而使逻辑运算结果的可靠性得到有效提升。图2描述的是“三取二”架构控制示意图。

1.3“二乘二取二”架构

在LCU冗余技术中，“二乘二取二”冗余框架通常是基于“双机热备”冗余结构升级而来，既在“双机热备”冗余结构中增设了诊断单元，并由两个“二取二”子系统结合在一起构建了“二乘二取二”冗余框架。实际上，“二取二”子系统一般是指将2个处理器单元集成在一套系统上，不仅严格同步，而且实时比较，只有当2个单元处于同步运行时，才允许对外传输或输出运算结果。通常情况下，两个“二取二”子系统相互之间为热备冗余，具有更高冗余性能，其所对应的安全性能等级最高，能够达到SIL4。图3描述的是“二乘二取二”架构控制示意图。

2.LCU冗余技术在广佛线增购列车中的应用效果

2.1数字输入输出模块冗余

通常情况下，广佛线增购列车的LCU选择了标准机箱结构，且采用了3U机箱，具体如图4所示。实际上，每个LCU机柜配备了120个IO通道，其中输出52个，输入68个，且“双机热备”输入56路，“二乘二取二”输入12路;“双机热备”输出40路，“二乘二取二”输出12路。在数字输入输出模块冗余中，相同类型的10板卡间具备可互换，相邻两块10板互为冗余。

广佛线增购列车选择了“二乘二取二”冗余框架，其主要包含了牵引安全、牵引制动指令、紧急制动等多个方面，具体如表1所示。

在对“二乘二取二”冗余框架进行设计过程中，其主要是由4个相互独立的输入输出模块、CPU等部分组成控制单元来开展逻辑运算，其中每2个控制单元构成一系，并且每个CPU采用二取二的表决方式来实现运算结果的输出处理，如果表决并不一致时将会转入故障自检，反之如果表决一致时为有效，同时两个系间构成了双机热备冗余。

2.2主控板冗余

在地铁车辆运行过程中，每个LCU机箱均按照要求设计有2组主控板，主要用于负责监控组内各板卡运行状态，进而实现逻辑的故障保护、实时计算、日志记录、通信调度以及维护等功能。当某个主控板出现故障或两个主控板逻辑运算结果不同时，可以结合系统的故障检测情况来实现A、B组主控板的主从实时切换，进而保证LCU机箱的正常运行。

2.3电源冗余

通常情况下，每个LCU机箱部门都需要配置两个冗余电源板，负责对机箱内A/B两组板卡进行供电，而且还能够为所有通信板卡共同供电，以此来避免单个电源板卡故障而影响整个LCU冗余技术的正常运行。实际上，两组电源处于相互独立状态，而且借助独立的母線完成供电，通过独立的空气开关给予有效控制。此外，电源板具有过温保护、输出过/欠压保护、短路保护、输出过载保护及故障自恢复等功能，进而充分发挥电源冗余的优势。

2.4通信冗余

在广佛线增购列车中，LCU机箱内部网络选择了CAN总线冗余设计，每一个功能板件均配备了两个独立的CAN通信模块，并借助背板总线来实现与两条相互独立的CAN总线进行连接。在正常状态下，两路CAN总线可以实现同时通信，其如果任意一个CAN 出现异常时，另一路CAN总线将会维持系统正常运行，进而保证数据信息的正确传输。

3.结束语

综上所述，在地铁车辆运行过程中，LCU冗余技术得到了广泛应用，其不仅能够从根本上解决因接触不良、继电器卡滞等诱发的地铁车辆运行故障，而且还可以提高列车控制电路的有效性，进而提高地铁车辆的运行效率。

参考文献：

[1]魏调忠.地铁车辆LCU冗余技术探讨[J].机电工程技术，2020，6（8）：98-99.

[2]郝博，陈超，刘英.地铁车辆全冗余控制电路设计与研究[J].建筑工程技术与设计，2019，11（20）：134-135.