LKD2-T2型列控中心LEU切換電路改進探討

趙太柱 上海鐵路局調度所

LKD2-T2型列控中心LEU切換電路改進探討

趙太柱 上海鐵路局調度所

LEU及應答器能否正常輸出報文，是高鐵線動車運行安全的重要保證，其中LEU及其切換電路是車地通信鏈路中的重要一環。通過對目前既有冗余LEU切換電路存在的設計缺陷進行分析，發現LEU“軟故障”是影響動車組正常運行的根本原因，從而通過對LEU切換電路的改進及相應的軟件修改，克服了目前既有高鐵冗余LEU切換單元存在的缺陷。

冗余LEU；切換電路；修改；邏輯判斷

LEU設備在列控系統地面設備中充當列控中心和有源應答器之間數據傳輸的橋梁和紐帶，是保證高速動車組安全行車的重要地面電子設備之一。主要用于實時接收列控中心傳送的報文數據并將其發送給有源應答器，實現數據的安全傳輸。當LEU設備故障時，如何確保冗余的LEU設備進行無縫安全切換，保證應答器報文的實時輸出就顯得尤為重要。

1 LEU設備基本原理及功能

1.1 LEU設備簡介

地面電子單元（簡稱LEU：Lineside Electronic Unit）是一種數據采集與處理單元，當有數據變化時依據變化后的數據形成報文，并送給地面有源應答器進行發送，可以獨立驅動4個有源應答器，將列控中心發送的報文（信號狀態表示及執行的臨時限速TSR），經過一個冗余及安全的串行鏈路（接口“S”）接收，再動態地連續發送給有源應答器。

1.2 LEU設備功能

LEU主要實現五大功能：①接收外部發送的應答器報文并連續向應答器轉發；②當輸入通道故障或LEU內部有故障時，向應答器發送預先存儲的默認報文；③當有車載天線經過有源應答器上方時，LEU在一定時間內不轉換新的報文；④一臺LEU可以同時向4臺有源應答器發送4種不同的報文；⑤設備自檢及事件記錄，并可向外部設備上傳。

1.3 LEU設備的配置方案

每個有源應答器都配置LEU。一臺LEU采用FSFB/2安全協議，可以用500 ms的間隔獲取并同時向4臺有源應答器發送不同信息內容的報文。按照有源應答器的分布，LEU分別配置在中繼站與車站LEU綜合柜或遠程LEU機柜內，并帶有ECI監測裝置。車站的正反向進站信號機處、中繼站以及遠程有源應答器配置LEU為雙套熱備工作，備系接120 Ω假性負載，故障時自動切換。

1.4 LEU設備基本原理（見圖1）

圖1 LEU工作原理框圖

（1）報文接收。微處理器通過通信接口周期性地從TCC接收報文，并把報文傳送到邏輯控制單元，由邏輯控制單元把周期性的報文輸入變為連續的報文輸出。

（2）邏輯控制單元。微處理器收到報文后，把報文轉儲在邏輯控制單元中，邏輯控制單元相當于發送緩沖器，以564.48 kbps的速率把這個1023位的報文循環地輸出。

（3）功率放大。由于C接口定義的報文數據C1和接口供電信號C6在頻率上相差很大，需要分別進行功率放大。將經過放大后的C1和C6信號耦合到一個變壓器內，從而實現了在一對傳輸線上傳送兩種信號。

2 LEU切換電路現狀及存在問題原因分析

2.1 故障舉例

2.1.1 故障現象

2014年5 月4日8：31：37-10：43：51，合武客專某站列控中心維護終端頻繁出現“LEU1通信故障”、“LEU切換單元故障”、“LEU端口故障”等報警信息，短時間后自動恢復。造成該時段途經該站的部分動車組在下行進站口收到有源應答器默認報文，動車組異常制動停車，影響了動車組的正常運行。

2.1.2 故障原因

現場列控中心記錄數據顯示，列控中心多次出現與LEU1通信狀態故障報警（與LEU通信中斷會導致該LEU四個應答器端口故障報警），同時TIU板報警與LEU1雙通道通信故障，導致列控中心驅動LEU1的GZJ頻繁切換，如表1所示。

表1 列控中心維護終端報警信息列表

2.2 冗余LEU切換電路現狀及工作原理

2.2.1 電路現狀

冗余LEU切換單元采用信號安全繼電器實現應答器信號的切換。既有客運專線LEU切換原理如圖2所示，LEU1、2的配置完全一樣，都有四路應答器輸出至切換單元。在正常情況下，冗余LEU中的LEU1控制應答器T1和T2，LEU2控制應答器T3和T4。當冗余LEU中的某一個LEU出現故障時，列控中心主機單元進行周期性檢測后，通過軟件輸出邏輯控制信號，驅動相應的GZJ進行動作，通過控制切換電路將故障LEU控制的應答器轉為由冗余LEU中的另一個LEU控制，完成冗余LEU切換控制應答器的過程。

圖2 既有冗余LEU切換電路原理示意圖

2.2.2 電路工作原理

如圖3所示，LKD2-T2型列控中心通過相應LEU的串口A/B通道狀態，判斷LEU是否正常工作。若任一通道通信正常，則該LEU對應的GZJ（工作繼電器）吸起，保持常規狀態；若與某LEU雙通道均通信異常(通道異常有2s延時判斷)，則立即驅動該LEU對應的GZJ落下，實現LEU通道冗余切換，通過正常工作的LEU輸出報文；若檢測到任一通道通信恢復，則該LEU對應GZJ恢復吸起，恢復本LEU正常通道輸出狀態。

2.3 電路分析及存在問題

如圖3所示，當LEU1和LEU2均工作正常時，列控中心采集到LEU正常工作時的狀態輸入，會通過邏輯判斷，由輸入輸出接口單元輸出一個驅動電壓，驅動1GZJ和2GZJ均處于勵磁狀態，LEU1的端口1和2輸出至有源應答器T1和T2，LEU2的端口3和4輸出至有源應答器T3和T4，電路處于正常工作狀態。

圖3 既有冗余LEU切換電路原理圖

當LEU1和 LEU2其中任意一個LEU故障時，列控中心采集到LEU的故障信息，經過邏輯判斷，通過控制切換電路，均可通過GZJ的切換，使系統甩開故障的LEU，保證有源應答器報文的正常輸出。如圖2中LEU1故障，將導致1GZJ落下，有源應答器T1→1GZJ11-13→LEU2端口1，有源應答器T2→1GZJ21-23→LEU2端口2，從而保證了有源應答器T1和T2在LEU1故障時能夠無縫切換到LEU2，保證了應答器T1和T2的報文正常輸出。

但該電路的正常輸出有一個前提，那就是LEU徹底故障，不會造成切換電路的反復切換。如果LEU故障后存在反復自動恢復的情況，將會造成GZJ的不停勵磁和落下，LEU切換電路反復進行切換，導致有源應答器報文的斷續輸出，最終影響動車組的正常運行。

3 LEU切換電路改進方案

3.1 修改思路

（1）正常情況下，LEU1的四路輸出與四個有源應答器連通，由 LEU1向各有源應答器發送報文；

（2）當 LEU1故障且 LEU2正常時，由列控中心控制切換電路將 LEU2的輸出與有源應答器連通，此時由LEU2向各有源應答器發送 報文。

（3）LEU1恢復后不再切回，直到下次重啟列控中心。

3.2 修改方法

3.2.1 軟件修改

根據修改思路，由廠家軟件編制人員進行列控中心主機單元的軟件修改，主要是修改列控中心對LEU的邏輯判斷條件。即在任何條件下，只由LEU1處于工作狀態，LEU2處于熱備狀態。當列控中心檢測到LEU1故障后，立即控制切換電路使LEU2倒接至工作狀態，且對LEU1進行旁路，直至列控中心進行重啟。

3.2.2 電路修改

根據軟件邏輯，同步對LEU切換電路的配線進行修改，使之符合軟件邏輯的判斷要求。修改后的示意圖及電路圖如圖4及圖5所示。

圖4 改進后的冗余LEU切換電路原理示意圖

圖5 修改后的冗余LEU切換電路原理圖

4 結束語

LKD2-T2型列控系統冗余LEU切換電路改進設計結構簡單，改造較為方便，適用于既有高鐵線列控系統設備的施工改造。改造過后，解決了車站進站口有源應答器在LEU發生“軟故障”的情況下不能持續發送進路報文的潛在隱患，確保了高鐵線動車組的安全可靠運行。

責任編輯：萬寶安 竇國棟

來稿日期：2016-07-19