趙太柱 上海鐵路局調(diào)度所

LKD2-T2型列控中心LEU切換電路改進探討

趙太柱 上海鐵路局調(diào)度所

LEU及應答器能否正常輸出報文，是高鐵線動車運行安全的重要保證，其中LEU及其切換電路是車地通信鏈路中的重要一環(huán)。通過對目前既有冗余LEU切換電路存在的設計缺陷進行分析，發(fā)現(xiàn)LEU“軟故障”是影響動車組正常運行的根本原因，從而通過對LEU切換電路的改進及相應的軟件修改，克服了目前既有高鐵冗余LEU切換單元存在的缺陷。

冗余LEU；切換電路；修改；邏輯判斷

LEU設備在列控系統(tǒng)地面設備中充當列控中心和有源應答器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄汉图~帶，是保證高速動車組安全行車的重要地面電子設備之一。主要用于實時接收列控中心傳送的報文數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給有源應答器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸。當LEU設備故障時，如何確保冗余的LEU設備進行無縫安全切換，保證應答器報文的實時輸出就顯得尤為重要。

1 LEU設備基本原理及功能

1.1 LEU設備簡介

地面電子單元（簡稱LEU：Lineside Electronic Unit）是一種數(shù)據(jù)采集與處理單元，當有數(shù)據(jù)變化時依據(jù)變化后的數(shù)據(jù)形成報文，并送給地面有源應答器進行發(fā)送，可以獨立驅(qū)動4個有源應答器，將列控中心發(fā)送的報文（信號狀態(tài)表示及執(zhí)行的臨時限速TSR），經(jīng)過一個冗余及安全的串行鏈路（接口“S”）接收，再動態(tài)地連續(xù)發(fā)送給有源應答器。

1.2 LEU設備功能

LEU主要實現(xiàn)五大功能：①接收外部發(fā)送的應答器報文并連續(xù)向應答器轉(zhuǎn)發(fā)；②當輸入通道故障或LEU內(nèi)部有故障時，向應答器發(fā)送預先存儲的默認報文；③當有車載天線經(jīng)過有源應答器上方時，LEU在一定時間內(nèi)不轉(zhuǎn)換新的報文；④一臺LEU可以同時向4臺有源應答器發(fā)送4種不同的報文；⑤設備自檢及事件記錄，并可向外部設備上傳。

1.3 LEU設備的配置方案

每個有源應答器都配置LEU。一臺LEU采用FSFB/2安全協(xié)議，可以用500 ms的間隔獲取并同時向4臺有源應答器發(fā)送不同信息內(nèi)容的報文。按照有源應答器的分布，LEU分別配置在中繼站與車站LEU綜合柜或遠程LEU機柜內(nèi)，并帶有ECI監(jiān)測裝置。車站的正反向進站信號機處、中繼站以及遠程有源應答器配置LEU為雙套熱備工作，備系接120 Ω假性負載，故障時自動切換。

1.4 LEU設備基本原理（見圖1）

圖1 LEU工作原理框圖

（1）報文接收。微處理器通過通信接口周期性地從TCC接收報文，并把報文傳送到邏輯控制單元，由邏輯控制單元把周期性的報文輸入變?yōu)檫B續(xù)的報文輸出。

（2）邏輯控制單元。微處理器收到報文后，把報文轉(zhuǎn)儲在邏輯控制單元中，邏輯控制單元相當于發(fā)送緩沖器，以564.48 kbps的速率把這個1023位的報文循環(huán)地輸出。

（3）功率放大。由于C接口定義的報文數(shù)據(jù)C1和接口供電信號C6在頻率上相差很大，需要分別進行功率放大。將經(jīng)過放大后的C1和C6信號耦合到一個變壓器內(nèi)，從而實現(xiàn)了在一對傳輸線上傳送兩種信號。

2 LEU切換電路現(xiàn)狀及存在問題原因分析

2.1 故障舉例

2.1.1 故障現(xiàn)象

2014年5 月4日8：31：37-10：43：51，合武客專某站列控中心維護終端頻繁出現(xiàn)“LEU1通信故障”、“LEU切換單元故障”、“LEU端口故障”等報警信息，短時間后自動恢復。造成該時段途經(jīng)該站的部分動車組在下行進站口收到有源應答器默認報文，動車組異常制動停車，影響了動車組的正常運行。

2.1.2 故障原因

現(xiàn)場列控中心記錄數(shù)據(jù)顯示，列控中心多次出現(xiàn)與LEU1通信狀態(tài)故障報警（與LEU通信中斷會導致該LEU四個應答器端口故障報警），同時TIU板報警與LEU1雙通道通信故障，導致列控中心驅(qū)動LEU1的GZJ頻繁切換，如表1所示。

表1 列控中心維護終端報警信息列表

2.2 冗余LEU切換電路現(xiàn)狀及工作原理

2.2.1 電路現(xiàn)狀

冗余LEU切換單元采用信號安全繼電器實現(xiàn)應答器信號的切換。既有客運專線LEU切換原理如圖2所示，LEU1、2的配置完全一樣，都有四路應答器輸出至切換單元。在正常情況下，冗余LEU中的LEU1控制應答器T1和T2，LEU2控制應答器T3和T4。當冗余LEU中的某一個LEU出現(xiàn)故障時，列控中心主機單元進行周期性檢測后，通過軟件輸出邏輯控制信號，驅(qū)動相應的GZJ進行動作，通過控制切換電路將故障LEU控制的應答器轉(zhuǎn)為由冗余LEU中的另一個LEU控制，完成冗余LEU切換控制應答器的過程。

圖2 既有冗余LEU切換電路原理示意圖

2.2.2 電路工作原理

如圖3所示，LKD2-T2型列控中心通過相應LEU的串口A/B通道狀態(tài)，判斷LEU是否正常工作。若任一通道通信正常，則該LEU對應的GZJ（工作繼電器）吸起，保持常規(guī)狀態(tài)；若與某LEU雙通道均通信異常(通道異常有2s延時判斷)，則立即驅(qū)動該LEU對應的GZJ落下，實現(xiàn)LEU通道冗余切換，通過正常工作的LEU輸出報文；若檢測到任一通道通信恢復，則該LEU對應GZJ恢復吸起，恢復本LEU正常通道輸出狀態(tài)。

2.3 電路分析及存在問題

如圖3所示，當LEU1和LEU2均工作正常時，列控中心采集到LEU正常工作時的狀態(tài)輸入，會通過邏輯判斷，由輸入輸出接口單元輸出一個驅(qū)動電壓，驅(qū)動1GZJ和2GZJ均處于勵磁狀態(tài)，LEU1的端口1和2輸出至有源應答器T1和T2，LEU2的端口3和4輸出至有源應答器T3和T4，電路處于正常工作狀態(tài)。

圖3 既有冗余LEU切換電路原理圖

當LEU1和 LEU2其中任意一個LEU故障時，列控中心采集到LEU的故障信息，經(jīng)過邏輯判斷，通過控制切換電路，均可通過GZJ的切換，使系統(tǒng)甩開故障的LEU，保證有源應答器報文的正常輸出。如圖2中LEU1故障，將導致1GZJ落下，有源應答器T1→1GZJ11-13→LEU2端口1，有源應答器T2→1GZJ21-23→LEU2端口2，從而保證了有源應答器T1和T2在LEU1故障時能夠無縫切換到LEU2，保證了應答器T1和T2的報文正常輸出。

但該電路的正常輸出有一個前提，那就是LEU徹底故障，不會造成切換電路的反復切換。如果LEU故障后存在反復自動恢復的情況，將會造成GZJ的不停勵磁和落下，LEU切換電路反復進行切換，導致有源應答器報文的斷續(xù)輸出，最終影響動車組的正常運行。

3 LEU切換電路改進方案

3.1 修改思路

（1）正常情況下，LEU1的四路輸出與四個有源應答器連通，由 LEU1向各有源應答器發(fā)送報文；

（2）當 LEU1故障且 LEU2正常時，由列控中心控制切換電路將 LEU2的輸出與有源應答器連通，此時由LEU2向各有源應答器發(fā)送 報文。

（3）LEU1恢復后不再切回，直到下次重啟列控中心。

3.2 修改方法

3.2.1 軟件修改

根據(jù)修改思路，由廠家軟件編制人員進行列控中心主機單元的軟件修改，主要是修改列控中心對LEU的邏輯判斷條件。即在任何條件下，只由LEU1處于工作狀態(tài)，LEU2處于熱備狀態(tài)。當列控中心檢測到LEU1故障后，立即控制切換電路使LEU2倒接至工作狀態(tài)，且對LEU1進行旁路，直至列控中心進行重啟。

3.2.2 電路修改

根據(jù)軟件邏輯，同步對LEU切換電路的配線進行修改，使之符合軟件邏輯的判斷要求。修改后的示意圖及電路圖如圖4及圖5所示。

圖4 改進后的冗余LEU切換電路原理示意圖

圖5 修改后的冗余LEU切換電路原理圖

4 結(jié)束語

LKD2-T2型列控系統(tǒng)冗余LEU切換電路改進設計結(jié)構(gòu)簡單，改造較為方便，適用于既有高鐵線列控系統(tǒng)設備的施工改造。改造過后，解決了車站進站口有源應答器在LEU發(fā)生“軟故障”的情況下不能持續(xù)發(fā)送進路報文的潛在隱患，確保了高鐵線動車組的安全可靠運行。

責任編輯：萬寶安 竇國棟

來稿日期：2016-07-19