關于地鐵車輛LCU冗余技術淺析

朱昊宇

摘要：本文首先闡述LCU冗余技術，然后對地鐵車輛LCU冗余技術的具體應用進行介紹，主要包括列車LCu方案、電源冗余、主控板冗余，通過不斷分析旨在充分彰顯出LCU冗余技術的應用價值，僅供參考。

關鍵詞：地鐵車輛;LCU冗余技術;應用

一、LCU冗余技術

（一）“雙機熱備”架構

對“雙機熱備”系統的構成要素進行分析，主要包括互換性質的子系統，這兩組功能并無明顯差異性，加強同時上電熱備方式的應用，在每個子系統中，故障檢測和診斷功能都可以得到落實。在運行過程中，無需深入對比2個子系統的運行結果，面對其中一組故障問題的出現，可以實現在另一組的順利轉化，以免對正常工作造成影響，將Lcu故障程度控制在合理范圍內，促進列車正常運行。圖1為“雙機熱備”冗余的控制結構圖：

（二）“三取二”架構

對于“三取二”冗余架構來說，其構成要素主要包括3組子系統，其功能具有高度的獨立性，所以稱之為三通道系統，并將表決電路納入到輸出部分，各系統借助邏輯判斷，然后表決器可以判斷輸出結果【1】，在3個子系統中，只要兩個具有一致輸出的特點，對外輸出或傳輸運算結果的性能等級便可以得到保障。

與“雙機熱備”進行對比，“三取二”冗余架構不僅僅對一組控制單元進行增設，而且運算結果的表決環節也有所涉及，確保邏輯運算結果與準確性、可靠性要求相符。

（三）“二乘二取二”架構

“雙機熱備”冗余系統的構建，為“二乘二取二”冗余框架提供了有利支撐，“二取二”系統的形成，主要得益于診斷單元的增設，并在兩個“二取二”子系統共同作用下，確保“二乘二取二”冗余框架的順利生成。對于“二取二”子系統來說，是指在一套系統上，集成的處理器單元主要為兩個，在2個單元具有相同運行狀態的情況下，對外輸出便可實現，同時實現運算結果的順利傳輸。熱備冗余，在兩個“二取二”子系統間之間得到了充分發揮，對于構建的雙機熱備冗余系統，不僅具有一定的特殊性，而且冗余性能也得到了進一步強化，其安全性能等級較高。

（四）三種冗余架構對比分析

基于結構原理、安全等級等視角，對于“雙機熱備”冗余框架來說，憑借基礎的冗余功能，可以使功能需求得到保障，且具有明顯的低成本優勢;對于“三取二”冗余框架來說，具有較強的安全性能，但與“雙機熱備”冗余系統進行對比，其背板有著明顯的差距，一定程度上加劇了兼容的難度性;“二乘二取二”冗余框架，具有雙重兼顧的特點，不僅僅體現在安全性和可靠性方面，同時還可以兼容于“雙機熱備”，在3個冗余框架中，具有高成本的性質特點。

二、地鐵車輛LCU冗余技術的具體應用

（一）列車LCu方案

以廣佛線增購列車為例，簡稱為A。現階段，“雙機熱備”冗余設計，在我國地鐵列車中得到了廣泛應用，其子系統的A、B兩組軟硬件具有高度的一致性和相符性。在雙冗余系統中，面對邏輯應用功能異常的發生，會對Lcu對外的業務功能造成負面影響，從而不利于列車的正常運行，并加劇列車退出服務幾率的發生。

在列車關鍵控制回路方面，要想確保“雙機熱備”冗余框架的有效性，應對Lcu的可用性和成本進行深入分析與兼顧，A列車在普通非關鍵的控制邏輯中，不僅僅將“雙機熱備”與“二乘二取二”組合的Lcu技術融入其中【2】，而且“雙機熱備”的冗余框架也有著直接的作用，而“二乘二取二”的冗余框架，直接參與到牽引、制動等關鍵控制邏輯之中，實現了安全性與經濟性雙重目標。

（二）電源冗余

一般來說，兩個冗余電源板，廣泛應用于各個Lcu機箱內，供電范圍主要包括機箱內A/B兩組板卡，并且與所有通信板卡供電之間也有著密切的聯系，防止單個電源板卡故障的發生，最大程度地維護整個Lcu通信系統。在兩組電源之間，獨立性特點顯著，采取的母線供電具有高度的獨立性，并加強空氣開關控制的設置，同樣具有獨立性。同時，對電源板的功能進行分析，主要涵蓋輸出過/欠壓保護、過溫保護、短路保護等功能。

（三）主控板冗余

在每個Lcu機箱中，設計的主控板均為兩組，分別監控組內各板卡狀態，從而將邏輯的實時計算和維護等功能發揮出來，并為通信調度提供便捷性。在兩個主控板邏輯預算結果不相符的情況下，或者面對某個主控板故障的出現，應從系統的故障檢測情況出發，順利切換A、B組主控板，將實時性優勢發揮出來，構建安全可靠的LCu運行環境。

三、結束語

總之，LCU冗余技術在地鐵車輛中具有較高的應用價值，有助于防止異常現象的出現，不斷提高列車控制的有效性，并將全壽命周期的運行維護成本控制在合理范圍內。

參考文獻：

[1]何曄、袁浩智、彭冬良、肖曦、汪婷. 熱備雙冗余邏輯控制單元冗余，安全導向及可靠性分析[J]. 技術與市場，2020，v.27;No.323（11）：13-17.

[2]何曄、陳健、楊楠、陳翔、鄭少彬. 地鐵列車三取二邏輯控制單元CAN通信智能監測軟件設計[J]. 機電信息，2020，No.633（27）：114-115.

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