基于“二乘二取二”LCU的弓靴轉換控制方案設計

洪旭

摘 要：本文主要介紹了深圳地鐵6號線采用“二乘二取二”安全冗余架構的LCU實現弓靴轉換控制的方案。在列車出入庫時通過LCU自動或手動完成受電弓與受流靴的模式切換和升降操作，進一步提升受電弓與受流靴轉換的可靠性、安全性與智能化。

關鍵詞：“二乘二取二”LCU;弓靴轉換;可靠性;安全性

0 引言

深圳地鐵6號線列車同時具備DC1500V第三軌和架空接觸網兩種受流方式，在正線上采用第三軌受流靴向列車供電，在車輛段采用架空接觸網向列車供電[1]。在列車到達出入庫轉換區后，為保證受電弓和受流靴安全快速切換，采用安全可靠的“二乘二取二”冗余架構的LCU代替傳統繼電器控制電路來實現，同時充分考慮弓靴轉換時的各種控制邏輯，確保在出入庫進行轉換時可以快速、安全、可靠的執行升降弓、升降靴的操作。

1 控制方案設計

1.1 LCU網絡架構

列車為6節編組，每輛車配置一臺LCU，各個LCU之間功能相互獨立，所有LCU通過獨立于TCMS的安全CAN網絡實現列車級信號的自組網數據交互。兩個Tc車的LCU采用MVB網絡與TCMS通訊。

LCU機箱內部網絡采用兩路CAN總線冗余通信。正常工作時，兩路CAN總線同時參與通信。當任一單CAN異常時，維持另一路CAN總線運行，保證LCU內部數據正常通信[2]。

各車的LCU通過雙冗余CAN總線進行通信。每臺LCU均有兩個獨立的CAN通信模塊，分別接至兩條相互獨立的列車CAN總線上。正常工作時，兩路CAN總線同時參與通信，當任意單CAN異常時，維持另一路CAN總線運行，可保證不同車之間的數據正常通信。

LCU采用“二乘二取二”控制邏輯，在輸入、邏輯計算和輸出三個環節均采用二乘二取二控制，通過A、B兩系來實現二乘的冗余關系[3]。

1.2 弓靴轉換控制

深圳6號線每輛車配置了4個受流靴，共計24個受流靴，兩個Mp車分別配置了1個受電弓，每輛車受流靴的位置狀態和受電弓的位置狀態信息通過LCU自組CAN內網進行交互。列車在出入庫轉換區會進行受電弓和受流靴的模式切換，LCU根據所有受電弓和受流靴的位置狀態來執行相應的邏輯控制程序，主要分為出庫自動切換邏輯、出庫手動切換邏輯、入庫自動切換邏輯、入庫手動切換邏輯。

（1）出庫切換邏輯。列車出庫至轉換區區域內，TCMS接收到出庫信標信號并發給LCU，LCU執行出庫自動切換邏輯，如圖3所示。此時受電弓保持升弓狀態，收到出庫位置信號后，打斷升弓保持信號，首先執行切負載指令，經過1 s后執行降弓指令。兩個受電弓全部降到位后，受電弓降狀態指示燈常亮，如有一個受電弓未降到位，指示燈則會保持1 Hz頻率閃爍。受電弓降到位后，此時LCU根據零速信號、TCMS切換信號、出庫位置信號和受電弓降到位信號自動執行受流靴模式指令，受流靴模式指令激活后，則MP車弓靴高壓轉換開關切換為受流靴位，并保持自鎖狀態（當所有受流靴降到位且受電弓受流靴切換信號激活且入庫位置信息激活，或來自CAN網的人工轉入受流靴模式輸出的下降沿觸發時，受流靴模式復位變量激活，此時自鎖狀態斷開），且與弓靴高壓轉換開關切換為受電弓位互鎖。如有受電弓未降到位，司機觸摸HMI屏上受電弓故障旁路軟按鈕同樣可以進入受流靴模式指令。指令執行成功后受流靴模式指示燈常亮，同時LCU采集到受流靴使能信號，此時LCU根據出庫位置信息、自動切換信號、司機室激活信號、受流靴使能信號判斷執行升靴指令，并持續發送5 s。激活端LCU通過列車級聯CAN網將升靴指令發送給其他各車LCU，同時執行升靴指令。

手動切換則是在自動切換失敗時，需要司機手動操作執行切換邏輯，如圖4所示。司機按下受電弓降按鈕，LCU發出切負載指令，經過1 s后，執行降弓指令，受電弓降到位后復位受電弓模式按鈕，受電弓模式指示燈滅掉后，司機按下受流靴模式按鈕進入受流靴模式，然后按下受流靴升按鈕執行升受流靴指令。激活端LCU通過級聯CAN將升靴指令發送給其他車LCU執行升靴指令。所有受流靴升到位后，受流靴位置狀態指示燈點亮。當司機按下降靴按鈕，則執行降靴指令。激活端LCU通過級聯CAN將降靴指令發送給其他車LCU，同時執行降靴指令。降靴指令可以打斷升靴指令，但升靴指令不可以打斷降靴指令。

（2）入庫切換邏輯。列車由正線回庫時經過轉換區，TCMS收到入庫信標信號并發送給LCU，LCU執行入庫自動切換邏輯。此時受流靴保持升靴狀態，收到入庫位置信號后，激活端LCU首先執行切負載指令，經過1 s后執行降靴指令。激活端LCU通過級聯CAN將降靴指令發送給其他各車LCU，同時執行降靴指令。24個受流靴降靴完成后，受流靴狀態指示燈常亮，如有靴未降到位，指示燈則保持1 Hz頻率閃爍。受流靴降到位后，LCU根據零速信號、TCMS切換信號、入庫位置信號和受流靴降到位信號自動執行受電弓模式指令，受電弓模式指令激活后，則MP車弓靴高壓轉換開關切換為受電弓位，并保持自鎖狀態（當所有受電弓降到位且受電弓受流器切換信號激活且出庫位置信息激活，或來自CAN網的人工轉入受電弓模式輸出的下降沿觸發時，受流靴模式復位變量激活，此時自鎖狀態斷開），且與弓靴高壓轉換開關切換為受流靴位互鎖。如有受流靴未降到位，司機觸摸HMI屏上受流靴故障旁路按鈕同樣進入受電弓模式指令。執行完成后受電弓模式指示燈常亮，同時LCU采集到受電弓使能信號，LCU根據入庫位置信息、自動切換信號、受電弓使能信號、蘑菇按鈕信號、高壓箱蓋板狀態、半自動車鉤狀態判斷執行升弓指令。當任一條件不滿足則不會執行升弓指令。一旦輸出升弓指令，則通過自鎖持續保持升弓指令輸出。當按下降弓按鈕或再次到達出庫位置時，則會打斷升弓保持指令，執行降弓指令。

入庫手動切換則是在自動切換失敗時，需要司機手動操作執行切換邏輯。司機按下受流靴降按鈕，LCU發出切負載指令，經過1 s后，執行降靴指令，受流靴降到位后復位受流靴模式按鈕，受流靴模式指示燈滅掉后，司機按下受電弓模式按鈕進入受電弓模式，然后按下受電弓升按鈕執行升受電弓指令。所有受電弓升到位后，受電弓位置狀態指示燈點亮。司機機按下降弓按鈕，則執行降弓指令。

2 結束語

本文通過采用“二乘二取二”冗余架構的LCU替代繼電器實現對受電弓和受流靴的控制，充分考慮轉換過程中的各個影響環節，設計出安全可靠的轉換控制方案，保證列車在出入庫時安全、快速的執行弓靴轉換操作，且已應用在列車上。

參考文獻：

[1]周海濤.雙制式受流方式在城軌車輛上的應用[J].電力機車與城軌車輛，2004，27（1）：46.

[2]呂強.地鐵列車LCU系統技術發展與應用[J].科技創新導報，2016，13（28）：1-2.

[3]侯文軍.深圳地鐵列車下一代LCU技術創新方案[J].電力機車與城軌車輛，2019（3）：58-62+67.