论文部分内容阅读
摘 要：本文主要介紹了深圳地铁6号线采用“二乘二取二”安全冗余架构的LCU实现弓靴转换控制的方案。在列车出入库时通过LCU自动或手动完成受电弓与受流靴的模式切换和升降操作，进一步提升受电弓与受流靴转换的可靠性、安全性与智能化。
关键词：“二乘二取二”LCU;弓靴转换;可靠性;安全性
0 引言
深圳地铁6号线列车同时具备DC1500V第三轨和架空接触网两种受流方式，在正线上采用第三轨受流靴向列车供电，在车辆段采用架空接触网向列车供电[1]。在列车到达出入库转换区后，为保证受电弓和受流靴安全快速切换，采用安全可靠的“二乘二取二”冗余架构的LCU代替传统继电器控制电路来实现，同时充分考虑弓靴转换时的各种控制逻辑，确保在出入库进行转换时可以快速、安全、可靠的执行升降弓、升降靴的操作。
1 控制方案设计
1.1 LCU网络架构
列车为6节编组，每辆车配置一台LCU，各个LCU之间功能相互独立，所有LCU通过独立于TCMS的安全CAN网络实现列车级信号的自组网数据交互。两个Tc车的LCU采用MVB网络与TCMS通讯。
LCU机箱内部网络采用两路CAN总线冗余通信。正常工作时，两路CAN总线同时参与通信。当任一单CAN异常时，维持另一路CAN总线运行，保证LCU内部数据正常通信[2]。
各车的LCU通过双冗余CAN总线进行通信。每台LCU均有两个独立的CAN通信模块，分别接至两条相互独立的列车CAN总线上。正常工作时，两路CAN总线同时参与通信，当任意单CAN异常时，维持另一路CAN总线运行，可保证不同车之间的数据正常通信。
LCU采用“二乘二取二”控制逻辑，在输入、逻辑计算和输出三个环节均采用二乘二取二控制，通过A、B两系来实现二乘的冗余关系[3]。
1.2 弓靴转换控制
深圳6号线每辆车配置了4个受流靴，共计24个受流靴，两个Mp车分别配置了1个受电弓，每辆车受流靴的位置状态和受电弓的位置状态信息通过LCU自组CAN内网进行交互。列车在出入库转换区会进行受电弓和受流靴的模式切换，LCU根据所有受电弓和受流靴的位置状态来执行相应的逻辑控制程序，主要分为出库自动切换逻辑、出库手动切换逻辑、入库自动切换逻辑、入库手动切换逻辑。
（1）出库切换逻辑。列车出库至转换区区域内，TCMS接收到出库信标信号并发给LCU，LCU执行出库自动切换逻辑，如图3所示。此时受电弓保持升弓状态，收到出库位置信号后，打断升弓保持信号，首先执行切负载指令，经过1 s后执行降弓指令。两个受电弓全部降到位后，受电弓降状态指示灯常亮，如有一个受电弓未降到位，指示灯则会保持1 Hz频率闪烁。受电弓降到位后，此时LCU根据零速信号、TCMS切换信号、出库位置信号和受电弓降到位信号自动执行受流靴模式指令，受流靴模式指令激活后，则MP车弓靴高压转换开关切换为受流靴位，并保持自锁状态（当所有受流靴降到位且受电弓受流靴切换信号激活且入库位置信息激活，或来自CAN网的人工转入受流靴模式输出的下降沿触发时，受流靴模式复位变量激活，此时自锁状态断开），且与弓靴高压转换开关切换为受电弓位互锁。如有受电弓未降到位，司机触摸HMI屏上受电弓故障旁路软按钮同样可以进入受流靴模式指令。指令执行成功后受流靴模式指示灯常亮，同时LCU采集到受流靴使能信号，此时LCU根据出库位置信息、自动切换信号、司机室激活信号、受流靴使能信号判断执行升靴指令，并持续发送5 s。激活端LCU通过列车级联CAN网将升靴指令发送给其他各车LCU，同时执行升靴指令。
手动切换则是在自动切换失败时，需要司机手动操作执行切换逻辑，如图4所示。司机按下受电弓降按钮，LCU发出切负载指令，经过1 s后，执行降弓指令，受电弓降到位后复位受电弓模式按钮，受电弓模式指示灯灭掉后，司机按下受流靴模式按钮进入受流靴模式，然后按下受流靴升按钮执行升受流靴指令。激活端LCU通过级联CAN将升靴指令发送给其他车LCU执行升靴指令。所有受流靴升到位后，受流靴位置状态指示灯点亮。当司机按下降靴按钮，则执行降靴指令。激活端LCU通过级联CAN将降靴指令发送给其他车LCU，同时执行降靴指令。降靴指令可以打断升靴指令，但升靴指令不可以打断降靴指令。
（2）入库切换逻辑。列车由正线回库时经过转换区，TCMS收到入库信标信号并发送给LCU，LCU执行入库自动切换逻辑。此时受流靴保持升靴状态，收到入库位置信号后，激活端LCU首先执行切负载指令，经过1 s后执行降靴指令。激活端LCU通过级联CAN将降靴指令发送给其他各车LCU，同时执行降靴指令。24个受流靴降靴完成后，受流靴状态指示灯常亮，如有靴未降到位，指示灯则保持1 Hz频率闪烁。受流靴降到位后，LCU根据零速信号、TCMS切换信号、入库位置信号和受流靴降到位信号自动执行受电弓模式指令，受电弓模式指令激活后，则MP车弓靴高压转换开关切换为受电弓位，并保持自锁状态（当所有受电弓降到位且受电弓受流器切换信号激活且出库位置信息激活，或来自CAN网的人工转入受电弓模式输出的下降沿触发时，受流靴模式复位变量激活，此时自锁状态断开），且与弓靴高压转换开关切换为受流靴位互锁。如有受流靴未降到位，司机触摸HMI屏上受流靴故障旁路按钮同样进入受电弓模式指令。执行完成后受电弓模式指示灯常亮，同时LCU采集到受电弓使能信号，LCU根据入库位置信息、自动切换信号、受电弓使能信号、蘑菇按钮信号、高压箱盖板状态、半自动车钩状态判断执行升弓指令。当任一条件不满足则不会执行升弓指令。一旦输出升弓指令，则通过自锁持续保持升弓指令输出。当按下降弓按钮或再次到达出库位置时，则会打断升弓保持指令，执行降弓指令。
入库手动切换则是在自动切换失败时，需要司机手动操作执行切换逻辑。司机按下受流靴降按钮，LCU发出切负载指令，经过1 s后，执行降靴指令，受流靴降到位后复位受流靴模式按钮，受流靴模式指示灯灭掉后，司机按下受电弓模式按钮进入受电弓模式，然后按下受电弓升按钮执行升受电弓指令。所有受电弓升到位后，受电弓位置状态指示灯点亮。司机机按下降弓按钮，则执行降弓指令。
2 结束语
本文通过采用“二乘二取二”冗余架构的LCU替代继电器实现对受电弓和受流靴的控制，充分考虑转换过程中的各个影响环节，设计出安全可靠的转换控制方案，保证列车在出入库时安全、快速的执行弓靴转换操作，且已应用在列车上。
参考文献：
[1]周海涛.双制式受流方式在城轨车辆上的应用[J].电力机车与城轨车辆，2004，27（1）：46.
[2]吕强.地铁列车LCU系统技术发展与应用[J].科技创新导报，2016，13（28）：1-2.
[3]侯文军.深圳地铁列车下一代LCU技术创新方案[J].电力机车与城轨车辆，2019（3）：58-62+67.
关键词：“二乘二取二”LCU;弓靴转换;可靠性;安全性
0 引言
深圳地铁6号线列车同时具备DC1500V第三轨和架空接触网两种受流方式，在正线上采用第三轨受流靴向列车供电，在车辆段采用架空接触网向列车供电[1]。在列车到达出入库转换区后，为保证受电弓和受流靴安全快速切换，采用安全可靠的“二乘二取二”冗余架构的LCU代替传统继电器控制电路来实现，同时充分考虑弓靴转换时的各种控制逻辑，确保在出入库进行转换时可以快速、安全、可靠的执行升降弓、升降靴的操作。
1 控制方案设计
1.1 LCU网络架构
列车为6节编组，每辆车配置一台LCU，各个LCU之间功能相互独立，所有LCU通过独立于TCMS的安全CAN网络实现列车级信号的自组网数据交互。两个Tc车的LCU采用MVB网络与TCMS通讯。
LCU机箱内部网络采用两路CAN总线冗余通信。正常工作时，两路CAN总线同时参与通信。当任一单CAN异常时，维持另一路CAN总线运行，保证LCU内部数据正常通信[2]。
各车的LCU通过双冗余CAN总线进行通信。每台LCU均有两个独立的CAN通信模块，分别接至两条相互独立的列车CAN总线上。正常工作时，两路CAN总线同时参与通信，当任意单CAN异常时，维持另一路CAN总线运行，可保证不同车之间的数据正常通信。
LCU采用“二乘二取二”控制逻辑，在输入、逻辑计算和输出三个环节均采用二乘二取二控制，通过A、B两系来实现二乘的冗余关系[3]。
1.2 弓靴转换控制
深圳6号线每辆车配置了4个受流靴，共计24个受流靴，两个Mp车分别配置了1个受电弓，每辆车受流靴的位置状态和受电弓的位置状态信息通过LCU自组CAN内网进行交互。列车在出入库转换区会进行受电弓和受流靴的模式切换，LCU根据所有受电弓和受流靴的位置状态来执行相应的逻辑控制程序，主要分为出库自动切换逻辑、出库手动切换逻辑、入库自动切换逻辑、入库手动切换逻辑。
（1）出库切换逻辑。列车出库至转换区区域内，TCMS接收到出库信标信号并发给LCU，LCU执行出库自动切换逻辑，如图3所示。此时受电弓保持升弓状态，收到出库位置信号后，打断升弓保持信号，首先执行切负载指令，经过1 s后执行降弓指令。两个受电弓全部降到位后，受电弓降状态指示灯常亮，如有一个受电弓未降到位，指示灯则会保持1 Hz频率闪烁。受电弓降到位后，此时LCU根据零速信号、TCMS切换信号、出库位置信号和受电弓降到位信号自动执行受流靴模式指令，受流靴模式指令激活后，则MP车弓靴高压转换开关切换为受流靴位，并保持自锁状态（当所有受流靴降到位且受电弓受流靴切换信号激活且入库位置信息激活，或来自CAN网的人工转入受流靴模式输出的下降沿触发时，受流靴模式复位变量激活，此时自锁状态断开），且与弓靴高压转换开关切换为受电弓位互锁。如有受电弓未降到位，司机触摸HMI屏上受电弓故障旁路软按钮同样可以进入受流靴模式指令。指令执行成功后受流靴模式指示灯常亮，同时LCU采集到受流靴使能信号，此时LCU根据出库位置信息、自动切换信号、司机室激活信号、受流靴使能信号判断执行升靴指令，并持续发送5 s。激活端LCU通过列车级联CAN网将升靴指令发送给其他各车LCU，同时执行升靴指令。
手动切换则是在自动切换失败时，需要司机手动操作执行切换逻辑，如图4所示。司机按下受电弓降按钮，LCU发出切负载指令，经过1 s后，执行降弓指令，受电弓降到位后复位受电弓模式按钮，受电弓模式指示灯灭掉后，司机按下受流靴模式按钮进入受流靴模式，然后按下受流靴升按钮执行升受流靴指令。激活端LCU通过级联CAN将升靴指令发送给其他车LCU执行升靴指令。所有受流靴升到位后，受流靴位置状态指示灯点亮。当司机按下降靴按钮，则执行降靴指令。激活端LCU通过级联CAN将降靴指令发送给其他车LCU，同时执行降靴指令。降靴指令可以打断升靴指令，但升靴指令不可以打断降靴指令。
（2）入库切换逻辑。列车由正线回库时经过转换区，TCMS收到入库信标信号并发送给LCU，LCU执行入库自动切换逻辑。此时受流靴保持升靴状态，收到入库位置信号后，激活端LCU首先执行切负载指令，经过1 s后执行降靴指令。激活端LCU通过级联CAN将降靴指令发送给其他各车LCU，同时执行降靴指令。24个受流靴降靴完成后，受流靴状态指示灯常亮，如有靴未降到位，指示灯则保持1 Hz频率闪烁。受流靴降到位后，LCU根据零速信号、TCMS切换信号、入库位置信号和受流靴降到位信号自动执行受电弓模式指令，受电弓模式指令激活后，则MP车弓靴高压转换开关切换为受电弓位，并保持自锁状态（当所有受电弓降到位且受电弓受流器切换信号激活且出库位置信息激活，或来自CAN网的人工转入受电弓模式输出的下降沿触发时，受流靴模式复位变量激活，此时自锁状态断开），且与弓靴高压转换开关切换为受流靴位互锁。如有受流靴未降到位，司机触摸HMI屏上受流靴故障旁路按钮同样进入受电弓模式指令。执行完成后受电弓模式指示灯常亮，同时LCU采集到受电弓使能信号，LCU根据入库位置信息、自动切换信号、受电弓使能信号、蘑菇按钮信号、高压箱盖板状态、半自动车钩状态判断执行升弓指令。当任一条件不满足则不会执行升弓指令。一旦输出升弓指令，则通过自锁持续保持升弓指令输出。当按下降弓按钮或再次到达出库位置时，则会打断升弓保持指令，执行降弓指令。
入库手动切换则是在自动切换失败时，需要司机手动操作执行切换逻辑。司机按下受流靴降按钮，LCU发出切负载指令，经过1 s后，执行降靴指令，受流靴降到位后复位受流靴模式按钮，受流靴模式指示灯灭掉后，司机按下受电弓模式按钮进入受电弓模式，然后按下受电弓升按钮执行升受电弓指令。所有受电弓升到位后，受电弓位置状态指示灯点亮。司机机按下降弓按钮，则执行降弓指令。
2 结束语
本文通过采用“二乘二取二”冗余架构的LCU替代继电器实现对受电弓和受流靴的控制，充分考虑转换过程中的各个影响环节，设计出安全可靠的转换控制方案，保证列车在出入库时安全、快速的执行弓靴转换操作，且已应用在列车上。
参考文献：
[1]周海涛.双制式受流方式在城轨车辆上的应用[J].电力机车与城轨车辆，2004，27（1）：46.
[2]吕强.地铁列车LCU系统技术发展与应用[J].科技创新导报，2016，13（28）：1-2.
[3]侯文军.深圳地铁列车下一代LCU技术创新方案[J].电力机车与城轨车辆，2019（3）：58-62+67.