霍建華,沈海濱,蘇萍

摘 要：繼電保護裝置是地鐵車輛中電力系統(tǒng)的主要設備，確保這些設備的安全正確地動作對于改善地鐵車輛的運作穩(wěn)定性至關重要，隨著電子技術的發(fā)展，新形勢下新的控制手段逐漸嶄露頭角，有趨勢成為地鐵車輛控制的中堅力量。

關鍵詞：地鐵車輛;繼電器;LCU

0 前言

在傳統(tǒng)的車輛邏輯控制應用中，繼電器是絕對的主力。但是，繼電器可能會受到外部環(huán)境因素的影響，從而影響其在地鐵、機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、機車繼電器的應用情況和相應的失效模式，以確保在地鐵、機車工作中的穩(wěn)定性和安全性，進而通過已知的缺陷，有應對的做更優(yōu)的解決方案。

1 繼電器的使用場景和失效模式

繼電器在地鐵列車控制上發(fā)揮著重要作用，每列地鐵列車繼電器數(shù)量多達600個以上（當前執(zhí)行設計的六輛編組上海地鐵車輛每列604個繼電器）。它們涉及列車激活、司機室占有、車門狀態(tài)檢測、受電弓/受流器控制以及牽引制動等控制回路。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，阻礙了對回庫后故障原因的調查工作。

造成繼電器失效的主要原因如下：

（1）機械觸點動作次數(shù)的先天限制，個別繼電器，如開關門繼電器日動作次數(shù)高達900次以上，其壽命僅為2到3年左右。

（2）長期保持得電狀態(tài)的繼電器，高溫鐵芯導致內部材料加速老化，導致出現(xiàn)觸點卡滯故障。

（3）長期低負載的觸點，由于潤濕電流不足，不能有效去除表面氧化薄膜，導致接觸電阻增大，接觸不良。

（4）大負載的觸點，因分合瞬間的沖擊電流帶來觸點材料損耗，導致觸點損壞。

由于地鐵車輛上存在大量各類繼電器，這些繼電器通過電纜連接起來，就構成了列車的邏輯控制系統(tǒng)。龐大而復雜的電氣系統(tǒng)直接影響到了列車運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：

（1）控制電路本身存在單點及多點失效隱患。絕大多數(shù)控制電路中的邏輯條件沒有采取冗余設計，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”邏輯是采用多個繼電器搭建的方式來實現(xiàn)的，只要其中任何一個繼電器出現(xiàn)失效，整個電路就會失效。

（3）繼電器線圈的頻繁動作會帶來相應的電磁污染。

（4）傳統(tǒng)的繼電器控制電路接線復雜，布線等工作容易出錯。

（5）后期加改邏輯困難。

（6）失效后的繼電器就帶來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的施工成本。

2 LCU產(chǎn)品的優(yōu)勢

回顧工業(yè)領域控制器件的發(fā)展歷程，歷經(jīng)繼電接觸控制到邏輯控制單元/工控機這一路線，載人軌道列車使用符合鐵路標準的邏輯控制單元一定是大勢所趨。邏輯控制單元是一套安裝在軌道列車上，多個通用的控制器組成系統(tǒng)，它們取代原列車上部分繼電器和列車線，提供總數(shù)可達1 000路以上具有安全、反饋檢測的IO通道（基于六輛編組配置），連接車上的關鍵設備，進行列車行駛相關的信號的邏輯和時序上控制，完成列車啟動激活、升弓、降弓、牽引制動、運行模式選擇、開關門、警惕、隔離切換等操作，實現(xiàn)列車安全可靠地運行作業(yè)，更好地保障地鐵列車的安全運行、免維護、高效檢修的目標。

在大鐵路方面，我國生產(chǎn)的新型電力機車上都設計安裝了邏輯控制單元，而老型電力機車經(jīng)過大修后，也都經(jīng)過改造，加裝了該裝置。城軌地鐵列車上的應用目前還比較少，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用有以下優(yōu)點：

（1）全部IO通道狀態(tài)可記錄，可以根據(jù)預設規(guī)則進行異常數(shù)據(jù)自動篩選定位。使用邏輯控制單元，車輛90%邏輯信號可以被記錄，將極大的提高對列車狀態(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熱備冗余，包括電源冗余、控制冗余、IO冗余、網(wǎng)絡冗余，發(fā)生單點故障系統(tǒng)仍可以正常運行。（3）檢修便利，全部IO模塊可無差異互換，整機每15年需要進行一次檢修，檢修更換周期小于繼電器。（4）車間通訊的變革，以往車間信號都是通過獨立線纜進行傳遞，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）響應快速，無繼電器的勵磁時間，不需要考慮器件間的動作時差，簡化電路邏輯。（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行智能電器箱柜的設計。

3 結語

綜上所述，LCU系統(tǒng)在地鐵列車上的運用，對于提高車輛系統(tǒng)的可靠性和使用壽命以及降低維修維護成本具有重大意義，對國內地鐵列車車輛設計、維修保障有重大的促進作用。