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摘要：地铁车辆故障危害性极大，需要采取合理措施及时控制消除故障。文章阐述地铁车辆触点继电器的常见问题，无触点逻辑控制单元在当前运用的价值与优势，同时对比运用多年LCU故障数据进行综合分析，阐述结论提出建议。列车出现大量电气问题是因为列车上部分继电器发生触点粘连而影响到电路整体性能，进而影响到列车的日常运营。在当前时代发展背景下人们为了更好控制、监测，因此重视对新技术的研究，将其运用在生活当中，造福百姓。
关键词：LCU逻辑控制；可靠性；冗余；继电器
从对以往地铁车辆的故障情况分析来看，大部分电气问题的出现均是因为继电器触点故障，人们在研究的过程中针对关键电路使用继电器来进行冗余设计，但是具体运用过程中受到安装、设计、逻辑实现等各方面的限制，导致故障问题还是会重复出现。但是近年来LCU越发成熟，被广泛使用，能够在很大程度上解决有触点电路的诸多问题。鉴于当前地铁事业的发展水平，需要合理分析无触点逻辑技术的控制应用。
1.研究背景
继电器在轨道交通当中发挥了重要作用，继电器在列车运行中发挥了重要作用，继电器在轨道交通当中的主要作用是逻辑控制、信号传递。比如激活列车和牵引控制回路等方面，在实际生活当中因为继电器故障产生的列车晚点、各种救援事件等，因此可以看出继电器的运行直接关系到交通运输的发展。LCU是针对轨道交通环境而设计出来的数字逻辑控制装置，和传统继电器相比LCU为无触点可编程控制技术，能够从根本上解决继电器运行过程中存在的卡滞、抖动、接触不良、延迟等缺陷。而且在具体使用过程中热备冗余技术的运用还可以提高LCU在地铁列车控制电路当中运用的整体性和有效性。文章通过分析我国首条LCU示范性线路，研究该技术的运用，对LCU在后期的推广运用具有十分重要的参考意义[1]。
2.LCU的应用
2.1 方案
LCU（Logic Control Unit）——逻辑控制单元，使用冗余模块设计，结构有电源、接口、主控制器与网络控制器来构成。在整车中负责采集司机控制器与按键开关、隔离开关、接触器辅触点等信号，根据系统的逻辑推算来输出各种车辆的驱动负载，完成之后实现时序控制功能。LCU装置的软件设备为PLC内核，依托公司平台作为软件开发平台来对列车控制编辑的二次开发、编程。LCU具备故障诊断、定位、切换功能，同时具备离线和日志记录的功能。LCU功能丰富。
2.2 系统组成
系统由主控板、输入输出、MVB、以太网、电源板、接口等组成，有两套硬件，主控板和输入板等完全一致，内部网络设计采用冗余设计。
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图1 LCU的系统设计
在装置当中电源模块提供工作电源，电源独立，输入与输出模块实现数据采集、控制，每一台的LCU功能插件面板上都安装了LED灯源，指示工作状态，且有通路、故障状态等。
目前的LCU具备两种规格，一般是6U机箱尺寸，另外一种是3U尺寸设计。本次研究中LCU 取代的继电器包括中间继电器、时间继电器等。从功能电路上取代了继电器的范围。
2.3实际案例
（1）案例
某市地铁九号线列车为6节编组列车，整个LCU系统使用分布式网络进行控制，LCU遍布每一节车厢。其中A1与A2的司机室使用6U和3U机箱；B1、B2、C1、C2使用3U机箱。LCU机箱之间相互独立，分别控制不同车厢，通过MVB通信对整车控制网络上报数据信息[2]。上位机通过以太网连接车上的任意LCU节点，实现监控。
（2）取代设备
在本次研究中的地铁线路，LCU取代了大部分通用继电器，除了部分无法取代的永久性设备、大电流设备以及其他内部设备继电器。其中继电器被取代类型有中间继电器、时间继电器等；在功能电路上取代了方向控制、牵引制动控制、停放制动缓解等。本次研究LCU取代继电器约有 180个，替换比例为61.2%。
本次研究中电路部分有安全性方面需求的设计，目前设计方面LCU和继电器属于双备份工作。
表1 LCU代替继电器图示
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（3）LCU技术特征
首先，调试方便。LCU支持在线调试。在本次研究中，选择科维软件的PLC技术实现控制，科维软件能够实现在线调试与仿真，提供友好的可编程逻辑控制界面，方便调试人员实现对逻辑的分析与更改[3]。调试人员还可以通过接口面板来读取当前的点位信息数据，查找方便。其次网络信息化，LCU通过MVB与以太网将各种LCU的状态进行上报，通过TCMS之后传输HMI。而具备自动监测、自动诊断功能，能够准确识别故障及时定位。故障信息上报到司机室方便维修人员检查。LCU还具备故障存储、日志数据存储功能，能够实现故障数据的记录、输入和输出状态变化、关键状态数据监测等。所有数据均可以通过通讯端口来进行下载维护，维护人员通过LCU专用的维护软件下载日志数据，分析、定位，确定故障时间等[4]。其三，可操作性。LCU安装在电气柜内，维修操作界面位于前面，机箱内部背板外所有功能均可以拆除，拆除方便，维修也方便。其四，防错性，机箱背板的板卡防插错功能，可以防止插反与插错的情况。外部电源和通信等都具备明显标识，避免插错，具备非常明显的防错性。其五，模块化设计，和传统继电器相比，LCU走线更简单，模块化设计可以让整车布局更加方便，可以节省大量空间。
LCU使用热备冗余方案设计，在正常运行过程中两组板卡同时处于上电工作状态。在冗余状态下两组主控板和输入、输出都具备主用、备用状态。实际运行过程中主用态板卡承担进退的控制功能。冗余板卡功能板能够实现自检和互检，准确识别和定位故障之后进行切换。所有的切换时间均控制在16ms内，单板切换对LCU的负载无任何影响，在切换过程中整车运行正常。可靠性高，LCU机箱背部使用8层PCB布线设计，整车使用专门的连接器连接，可靠性强、寿命长，EMC性能良好。
结束语：
LCU是地铁车辆控制中的重要单元，目前运行过程中取得了良好效果，能够保证安全无故障顺利运行时长达到104h，提高了列车运行的安全性与可靠性，增加了维护的方便，能实现快速定位。对于未来的发展，人们会将LCU运用在无人驾驶当中，LCU的运用价值值得期待。
参考文献：
[1]李天一.地铁列车LCU逻辑控制系统二乘二取二的两系输入输出交叉冗余复用课题研究[J].中国标准化，2019（S2）：237-239+247.
[2]钟铨.广佛地铁增购列车二乘二取二LCU技术应用与分析[J].铁道机车车辆，2019，039（0z1）：32-34.
[3]郑辉.装配式综合管廊在地铁车辆基地中的发展及应用探讨[J].铁道标准设计，2019，63（04）：169-173.
[4]马群圣，袁骏毅，汤钦华，等.基于联机分析处理OLAP技术的医院运营分析管理系统实现与应用[J].中国医学装备，2020，v.17；No.185（01）：141-144.