霍建華,沈海濱,蘇萍

摘 要：繼電保護(hù)裝置是地鐵車輛中電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，確保這些設(shè)備的安全正確地動(dòng)作對(duì)于改善地鐵車輛的運(yùn)作穩(wěn)定性至關(guān)重要，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，新形勢(shì)下新的控制手段逐漸嶄露頭角，有趨勢(shì)成為地鐵車輛控制的中堅(jiān)力量。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;繼電器;LCU

0 前言

在傳統(tǒng)的車輛邏輯控制應(yīng)用中，繼電器是絕對(duì)的主力。但是，繼電器可能會(huì)受到外部環(huán)境因素的影響，從而影響其在地鐵、機(jī)車的控制回路中的穩(wěn)定性和安全性。因此，需要深入分析地鐵、機(jī)車?yán)^電器的應(yīng)用情況和相應(yīng)的失效模式，以確保在地鐵、機(jī)車工作中的穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)而通過(guò)已知的缺陷，有應(yīng)對(duì)的做更優(yōu)的解決方案。

1 繼電器的使用場(chǎng)景和失效模式

繼電器在地鐵列車控制上發(fā)揮著重要作用，每列地鐵列車?yán)^電器數(shù)量多達(dá)600個(gè)以上（當(dāng)前執(zhí)行設(shè)計(jì)的六輛編組上海地鐵車輛每列604個(gè)繼電器）。它們涉及列車激活、司機(jī)室占有、車門狀態(tài)檢測(cè)、受電弓/受流器控制以及牽引制動(dòng)等控制回路。其中60%以上的地鐵列車故障是由于繼電器故障引起。部分故障為不可再現(xiàn)故障，阻礙了對(duì)回庫(kù)后故障原因的調(diào)查工作。

造成繼電器失效的主要原因如下：

（1）機(jī)械觸點(diǎn)動(dòng)作次數(shù)的先天限制，個(gè)別繼電器，如開關(guān)門繼電器日動(dòng)作次數(shù)高達(dá)900次以上，其壽命僅為2到3年左右。

（2）長(zhǎng)期保持得電狀態(tài)的繼電器，高溫鐵芯導(dǎo)致內(nèi)部材料加速老化，導(dǎo)致出現(xiàn)觸點(diǎn)卡滯故障。

（3）長(zhǎng)期低負(fù)載的觸點(diǎn)，由于潤(rùn)濕電流不足，不能有效去除表面氧化薄膜，導(dǎo)致接觸電阻增大，接觸不良。

（4）大負(fù)載的觸點(diǎn)，因分合瞬間的沖擊電流帶來(lái)觸點(diǎn)材料損耗，導(dǎo)致觸點(diǎn)損壞。

由于地鐵車輛上存在大量各類繼電器，這些繼電器通過(guò)電纜連接起來(lái)，就構(gòu)成了列車的邏輯控制系統(tǒng)。龐大而復(fù)雜的電氣系統(tǒng)直接影響到了列車運(yùn)行安全和檢修的便利性，傳統(tǒng)的由繼電器組成的控制電路存在以下劣勢(shì)：

（1）控制電路本身存在單點(diǎn)及多點(diǎn)失效隱患。絕大多數(shù)控制電路中的邏輯條件沒(méi)有采取冗余設(shè)計(jì)，因此一旦某條控制回路中的繼電器發(fā)生故障，就將使得整條控制電路失效，而且將會(huì)影響到其他回路。

（2）控制電路中“與”“或”邏輯很多，而“與”邏輯是采用多個(gè)繼電器搭建的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只要其中任何一個(gè)繼電器出現(xiàn)失效，整個(gè)電路就會(huì)失效。

（3）繼電器線圈的頻繁動(dòng)作會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的電磁污染。

（4）傳統(tǒng)的繼電器控制電路接線復(fù)雜，布線等工作容易出錯(cuò)。

（5）后期加改邏輯困難。

（6）失效后的繼電器就帶來(lái)了列車的故障率升高以及列車安全性降低;繼電器更換的成本也比較高，其中包括繼電器的成本及更換時(shí)的施工成本。

2 LCU產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)

回顧工業(yè)領(lǐng)域控制器件的發(fā)展歷程，歷經(jīng)繼電接觸控制到邏輯控制單元/工控機(jī)這一路線，載人軌道列車使用符合鐵路標(biāo)準(zhǔn)的邏輯控制單元一定是大勢(shì)所趨。邏輯控制單元是一套安裝在軌道列車上，多個(gè)通用的控制器組成系統(tǒng)，它們?nèi)〈熊嚿喜糠掷^電器和列車線，提供總數(shù)可達(dá)1 000路以上具有安全、反饋檢測(cè)的IO通道（基于六輛編組配置），連接車上的關(guān)鍵設(shè)備，進(jìn)行列車行駛相關(guān)的信號(hào)的邏輯和時(shí)序上控制，完成列車啟動(dòng)激活、升弓、降弓、牽引制動(dòng)、運(yùn)行模式選擇、開關(guān)門、警惕、隔離切換等操作，實(shí)現(xiàn)列車安全可靠地運(yùn)行作業(yè)，更好地保障地鐵列車的安全運(yùn)行、免維護(hù)、高效檢修的目標(biāo)。

在大鐵路方面，我國(guó)生產(chǎn)的新型電力機(jī)車上都設(shè)計(jì)安裝了邏輯控制單元，而老型電力機(jī)車經(jīng)過(guò)大修后，也都經(jīng)過(guò)改造，加裝了該裝置。城軌地鐵列車上的應(yīng)用目前還比較少，存在很大的修舊和新造車空間。邏輯控制單元在地鐵列車上應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）全部IO通道狀態(tài)可記錄，可以根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行異常數(shù)據(jù)自動(dòng)篩選定位。使用邏輯控制單元，車輛90%邏輯信號(hào)可以被記錄，將極大的提高對(duì)列車狀態(tài)的分析效率和列車狀態(tài)的掌控。（2）邏輯控制單元采用雙機(jī)熱備冗余，包括電源冗余、控制冗余、IO冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余，發(fā)生單點(diǎn)故障系統(tǒng)仍可以正常運(yùn)行。（3）檢修便利，全部IO模塊可無(wú)差異互換，整機(jī)每15年需要進(jìn)行一次檢修，檢修更換周期小于繼電器。（4）車間通訊的變革，以往車間信號(hào)都是通過(guò)獨(dú)立線纜進(jìn)行傳遞，車間跳線數(shù)量龐大，采用邏輯控制單元，可以采用多樣的網(wǎng)絡(luò)通訊替代原有硬線，大大減少車間跳線數(shù)量，節(jié)省成本。（5）響應(yīng)快速，無(wú)繼電器的勵(lì)磁時(shí)間，不需要考慮器件間的動(dòng)作時(shí)差，簡(jiǎn)化電路邏輯。（6）可以替代90%的繼電器和70%的跨接線纜，減少安裝空間的要求，減少電纜的數(shù)量，減重，更優(yōu)的成本控制。（7）可以借助邏輯控制單元進(jìn)行智能電器箱柜的設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，LCU系統(tǒng)在地鐵列車上的運(yùn)用，對(duì)于提高車輛系統(tǒng)的可靠性和使用壽命以及降低維修維護(hù)成本具有重大意義，對(duì)國(guó)內(nèi)地鐵列車車輛設(shè)計(jì)、維修保障有重大的促進(jìn)作用。