无触点逻辑控制单元在地铁车辆上的应用与研究

无触点逻辑控制单元在地铁车辆上的应用与研究
摘要：电力机车逻辑控制单元（LCU）是利用现代电子技术和微计算机技术构成
无触点控制电路取代机车上原有的时间继电器、中间继电器等低压电气和大量的
迂回线路。

文章阐述了地铁车辆逻辑控制单元和无触点逻辑控制单元的应用现状，并对两种形式的控制单元进行了对比。

关键词：地铁车辆；无触点逻辑控制单元；LCU；应用
1 应用背景
为了控制各接触器按一定的逻辑关系动作，国内地铁车辆大部分采用了有触
点逻辑控制电路对电气系统进行控制，以实现车辆的逻辑控制。

地铁车辆上采用
的有触点逻辑控制电路主要包括中间继电器、时间继电器及接触器等器件。

传统
的继电器控制电路原理和结构较简单，应用成熟[1]，价格较低，但在其也有自身
固有的缺陷，例如：使用过程中因继电器卡位、抖动、接触不良等偶发性部件故
障导致的列车故障在出库检查时极难发现，且在故障发生后，列车进行回库检查
时很难重现。

从而大大影响了车辆运营和维护效率[2]。

同时地铁车辆控制回路中“与”逻辑较多，且冗余设计较少，一旦某一环节出现问题，导致整条控制回路失
效的概率明显增加。

为从根本上解决有触点逻辑控制电路的不足，适应地铁车辆
控制技术不断发展的需要，电力机车逻辑控制单元应运而生。

本文对电力机车逻
辑控制单元进行了详细介绍，通过与传统有触电逻辑控制电路的对比分析了两种
系统的优缺点。

2 电力机车逻辑控制单元的应用
电力机车逻辑控制单元(Logical Control Unit—简称LCU) 相当于通常的可编程控制器(PLC)。

是利用现代电子技术和微计算机技术构成无触点控制电路取代机车上
原有的时间继电器、中间继电器等低压电气和大量的迂回线路。

目前，国铁内
SS9、SS7D、SS7E及DF8B型机车均采用了LCU 相关技术。

城轨车辆方面广州地铁1号线、深圳地铁1号线的部分车辆及深圳地铁9号线车辆均采用了LCU技术，
其中广州地铁1号线、深圳地铁1号线车辆是在有触电车辆基础上改造而成的，
而深圳地铁9号线车辆在设计时及按照LCU标准进行设计，目前开通运营。

2.1 LCU的组成
每节车安装1套LCU，每套LCU均提供相应接口与列车TMS网络连接，LCU
之间可通过列车总线共享数据。

每套LCU可提供以太网接口用于设备维护。

系统
框架如图1所示。

图1 LCU系统框架
LCU采用模块化结构，由相同的A/B两组构成，A/B之间互为热备，每组由
电源模块、控制模块和CAN/MVB模块组成。

每组分别由电源板、主控制板、输
入/输出控制板组成。

系统的两组均上电工作后，其中一组作为工作组，另外一组为备用组，当工作组发生故障时，备用组会自动投入工作，且在备用组投入工作后，发生故障的工作组进行自我隔离。

2.2 系统冗余
主机冗余：采用完全相同并独立的两组硬件系统相互冗余，也就是说LCU只
要有一组是正常的，系统均能保证正常工作和进行列车逻辑控制。

电源冗余：采用两组独立的DC110V电源分别为LCU的A组、B组提供驱动
电源。

控制冗余：LCU的输入输出板卡的输入、输出单元电路均能实现冗余控制，
即A组、B组板卡的输入单元电路进行冗余，输出单元电路进行冗余。

采用LCU
系统不影响使用原车的“旁路”开关。

两组设备上电后均启动，当工作组发生故障时，自动切换至备用组，且发生
故障的工作组进行自我隔离。

同时也配置手动切换开关，方便手动切换。

LCU自备的故障自诊断能力，每组均配有自诊断电路，在系统上电后不间断
的对LCU进行监控，当出现故障自动切换至另一组控制，同时通过TMS显示屏提示司机故障现象，保证列车安全运营；
可对LCU状态信息进行监测并将数据存储，故障时可下载查看相关数据，方
便对故障进行分析。

3 无触点电气与有触点电气的对比
综上所述，电力机车逻辑控制单元就是通过可编程的逻辑控制单元的软件逻
辑来代替传统的继电器构架逻辑进行列车的控制[2]。

文章从以下几点对LCU与有
触点逻辑控制进行对比，对比结果如表1所示。

表1无触点电气与有触点电气的对比
本文对电力机车逻辑控制单元的原理及组成进行了详细说明，并从系统设计、列车使用及维护等方面进行了对比和分析，得出了电力机车逻辑控制单元在系统
冗余性、安全性、可靠性、设计便利性、减少车辆布线、后期维护、故障分析及
处理等方面均有较大优势的结论。

参考文献：
[1]陈特放，黄志武，蒋新华.逻辑控制单元在SS8001号电力机车上的应用[J].
机车电传动，1999，2：14-16.
[2]周利.无触点逻辑控制技术在城轨车辆中的应用分析[J].电力机车电力机车与城轨车辆，2014，37（3）：33-39.。