LKD2-T2型列控中心LEU切换电路改进探讨

赵太柱 上海铁路局调度所

LKD2-T2型列控中心LEU切换电路改进探讨

赵太柱 上海铁路局调度所

LEU及应答器能否正常输出报文，是高铁线动车运行安全的重要保证，其中LEU及其切换电路是车地通信链路中的重要一环。通过对目前既有冗余LEU切换电路存在的设计缺陷进行分析，发现LEU“软故障”是影响动车组正常运行的根本原因，从而通过对LEU切换电路的改进及相应的软件修改，克服了目前既有高铁冗余LEU切换单元存在的缺陷。

冗余LEU；切换电路；修改；逻辑判断

LEU设备在列控系统地面设备中充当列控中心和有源应答器之间数据传输的桥梁和纽带，是保证高速动车组安全行车的重要地面电子设备之一。主要用于实时接收列控中心传送的报文数据并将其发送给有源应答器，实现数据的安全传输。当LEU设备故障时，如何确保冗余的LEU设备进行无缝安全切换，保证应答器报文的实时输出就显得尤为重要。

1 LEU设备基本原理及功能

1.1 LEU设备简介

地面电子单元（简称LEU：Lineside Electronic Unit）是一种数据采集与处理单元，当有数据变化时依据变化后的数据形成报文，并送给地面有源应答器进行发送，可以独立驱动4个有源应答器，将列控中心发送的报文（信号状态表示及执行的临时限速TSR），经过一个冗余及安全的串行链路（接口“S”）接收，再动态地连续发送给有源应答器。

1.2 LEU设备功能

LEU主要实现五大功能：①接收外部发送的应答器报文并连续向应答器转发；②当输入通道故障或LEU内部有故障时，向应答器发送预先存储的默认报文；③当有车载天线经过有源应答器上方时，LEU在一定时间内不转换新的报文；④一台LEU可以同时向4台有源应答器发送4种不同的报文；⑤设备自检及事件记录，并可向外部设备上传。

1.3 LEU设备的配置方案

每个有源应答器都配置LEU。一台LEU采用FSFB/2安全协议，可以用500 ms的间隔获取并同时向4台有源应答器发送不同信息内容的报文。按照有源应答器的分布，LEU分别配置在中继站与车站LEU综合柜或远程LEU机柜内，并带有ECI监测装置。车站的正反向进站信号机处、中继站以及远程有源应答器配置LEU为双套热备工作，备系接120 Ω假性负载，故障时自动切换。

1.4 LEU设备基本原理（见图1）

图1 LEU工作原理框图

（1）报文接收。微处理器通过通信接口周期性地从TCC接收报文，并把报文传送到逻辑控制单元，由逻辑控制单元把周期性的报文输入变为连续的报文输出。

（2）逻辑控制单元。微处理器收到报文后，把报文转储在逻辑控制单元中，逻辑控制单元相当于发送缓冲器，以564.48 kbps的速率把这个1023位的报文循环地输出。

（3）功率放大。由于C接口定义的报文数据C1和接口供电信号C6在频率上相差很大，需要分别进行功率放大。将经过放大后的C1和C6信号耦合到一个变压器内，从而实现了在一对传输线上传送两种信号。

2 LEU切换电路现状及存在问题原因分析

2.1 故障举例

2.1.1 故障现象

2014年5 月4日8：31：37-10：43：51，合武客专某站列控中心维护终端频繁出现“LEU1通信故障”、“LEU切换单元故障”、“LEU端口故障”等报警信息，短时间后自动恢复。造成该时段途经该站的部分动车组在下行进站口收到有源应答器默认报文，动车组异常制动停车，影响了动车组的正常运行。

2.1.2 故障原因

现场列控中心记录数据显示，列控中心多次出现与LEU1通信状态故障报警（与LEU通信中断会导致该LEU四个应答器端口故障报警），同时TIU板报警与LEU1双通道通信故障，导致列控中心驱动LEU1的GZJ频繁切换，如表1所示。

表1 列控中心维护终端报警信息列表

2.2 冗余LEU切换电路现状及工作原理

2.2.1 电路现状

冗余LEU切换单元采用信号安全继电器实现应答器信号的切换。既有客运专线LEU切换原理如图2所示，LEU1、2的配置完全一样，都有四路应答器输出至切换单元。在正常情况下，冗余LEU中的LEU1控制应答器T1和T2，LEU2控制应答器T3和T4。当冗余LEU中的某一个LEU出现故障时，列控中心主机单元进行周期性检测后，通过软件输出逻辑控制信号，驱动相应的GZJ进行动作，通过控制切换电路将故障LEU控制的应答器转为由冗余LEU中的另一个LEU控制，完成冗余LEU切换控制应答器的过程。

图2 既有冗余LEU切换电路原理示意图

2.2.2 电路工作原理

如图3所示，LKD2-T2型列控中心通过相应LEU的串口A/B通道状态，判断LEU是否正常工作。若任一通道通信正常，则该LEU对应的GZJ（工作继电器）吸起，保持常规状态；若与某LEU双通道均通信异常(通道异常有2s延时判断)，则立即驱动该LEU对应的GZJ落下，实现LEU通道冗余切换，通过正常工作的LEU输出报文；若检测到任一通道通信恢复，则该LEU对应GZJ恢复吸起，恢复本LEU正常通道输出状态。

2.3 电路分析及存在问题

如图3所示，当LEU1和LEU2均工作正常时，列控中心采集到LEU正常工作时的状态输入，会通过逻辑判断，由输入输出接口单元输出一个驱动电压，驱动1GZJ和2GZJ均处于励磁状态，LEU1的端口1和2输出至有源应答器T1和T2，LEU2的端口3和4输出至有源应答器T3和T4，电路处于正常工作状态。

图3 既有冗余LEU切换电路原理图

当LEU1和 LEU2其中任意一个LEU故障时，列控中心采集到LEU的故障信息，经过逻辑判断，通过控制切换电路，均可通过GZJ的切换，使系统甩开故障的LEU，保证有源应答器报文的正常输出。如图2中LEU1故障，将导致1GZJ落下，有源应答器T1→1GZJ11-13→LEU2端口1，有源应答器T2→1GZJ21-23→LEU2端口2，从而保证了有源应答器T1和T2在LEU1故障时能够无缝切换到LEU2，保证了应答器T1和T2的报文正常输出。

但该电路的正常输出有一个前提，那就是LEU彻底故障，不会造成切换电路的反复切换。如果LEU故障后存在反复自动恢复的情况，将会造成GZJ的不停励磁和落下，LEU切换电路反复进行切换，导致有源应答器报文的断续输出，最终影响动车组的正常运行。

3 LEU切换电路改进方案

3.1 修改思路

（1）正常情况下，LEU1的四路输出与四个有源应答器连通，由 LEU1向各有源应答器发送报文；

（2）当 LEU1故障且 LEU2正常时，由列控中心控制切换电路将 LEU2的输出与有源应答器连通，此时由LEU2向各有源应答器发送 报文。

（3）LEU1恢复后不再切回，直到下次重启列控中心。

3.2 修改方法

3.2.1 软件修改

根据修改思路，由厂家软件编制人员进行列控中心主机单元的软件修改，主要是修改列控中心对LEU的逻辑判断条件。即在任何条件下，只由LEU1处于工作状态，LEU2处于热备状态。当列控中心检测到LEU1故障后，立即控制切换电路使LEU2倒接至工作状态，且对LEU1进行旁路，直至列控中心进行重启。

3.2.2 电路修改

根据软件逻辑，同步对LEU切换电路的配线进行修改，使之符合软件逻辑的判断要求。修改后的示意图及电路图如图4及图5所示。

图4 改进后的冗余LEU切换电路原理示意图

图5 修改后的冗余LEU切换电路原理图

4 结束语

LKD2-T2型列控系统冗余LEU切换电路改进设计结构简单，改造较为方便，适用于既有高铁线列控系统设备的施工改造。改造过后，解决了车站进站口有源应答器在LEU发生“软故障”的情况下不能持续发送进路报文的潜在隐患，确保了高铁线动车组的安全可靠运行。

责任编辑：万宝安 窦国栋

来稿日期：2016-07-19