基于Lcu控制的地铁车辆冗余失效故障分析及解决

时间：2022-03-17 00:12:08

关键字：地铁车辆冗余失效

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[导读]摘要:针对广州地铁某项目基于LCU控制的车辆在应用中出现DIO板卡续流二极管短路导致通道冗余失效的故障,从DIO板卡原理方面进行分析,提出了临时处理措施及根本处理措施。

引言

目前城轨车辆大部分逻辑控制功能都是采用继电器来实现,而继电器本身受其机械触点动作次数及性能的限制,部分动作频繁的器件容易发生故障,进而影响车辆的正常运营。随着硬件新技术的发展,采用无触点可编程逻辑控制单元(LCU）来取代继电器,可从根本上消除继电器机械触点动作次数受限的缺陷。

广州地铁某项目基于热备双冗余LCU控制的车辆,在运营过程中出现LCU板卡单点故障导致系统冗余功能失效的异常情况。本文结合车辆电路及LCU的DIO板卡原理分析了故障原因,并提出解决方案。

1故障情况

广州地铁某配置热备双冗余列车正线运营时,出现LCU红点,ATo无法动车,LCU自动由B组切换到A组后,列车ATo仍无法启动。

列车回库后读取并分析LCU记录数据,如图1所示,数据记录该车Io5组A板、B板均报oUT47点位有输出无反馈故障。

其中0x030xFC0xBF转化为十进制如图2所示,第一列为输出指令,第二列为接收到的反馈信号。即oUT47点位应输出110V电压,而板卡的反馈电路检测到的电压为0,实际输出电压为0。

如图3所示,根据列车控制电路,ATo启动电路中的LCU主控输出触点oUT47关断,一直无法有效输出高电平信号,导致ATo启动列车线低电平,因此ATo无法启动。

2故障原因分析

2.1热备双冗余LCuD1o板卡原理

DIO板卡原理如图4所示,DIO板卡每路输入的DC110V信号经滤波、分压、光耦隔离后进入CPU,当触发输入通道自检信号后,会进入输入检测电路进行通道自检。CPU输出的信号,经过磁隔离、输出驱动、过流保

护等电路后输出到外部,并且每路输出信号均有输出反馈检测,当反馈信号符合输出诊断规则后进行输出。

输入、输出采用A路、B路热备双冗余机制,如图5所示。每路输出采用双开关控制,具备输入、输出独立诊断功能,同时A/B板卡进行相关数据同步,使A/B板卡能够无缝切换,保证整机的输入信号采集和输出信号控制不受单点故障影响。

2.2故障检查

LCU的oUT47输出点位位于LCU的第五组DIO板卡,检查发现该组板卡的A板与B板同时故障指示灯闪烁。测量发现A板正常,B板二极管D3短路:正向电压为0V,正常值应为0.55V:反向电压为0V,正常值应为无穷大。

oUT47的逻辑图如图6所示,当司机室主控钥匙拧到"oN"位时,oUT47点位输出高电平。鉴于oUT47输出的续流二极管短路,对oUT47输出端列车的后级负载进行测量,检查是否有冲击电压导致二极管故障。

选取故障车与一列良好车进行对比。将示波器的采样间隔调整为200us,设置触发电压为130V时,多次开/关主控钥匙,示波器均无波形显示,即开/关主控钥匙后oUT47的瞬间冲击电压不超过130V。经多次测量发现,故障车oUT47输出的电压均平稳,为118～125V,与良好车一致。

通过对oUT47输出端列车的后级负载进行测量,可排除列车后级负载存在冲击电压导致二极管故障的可能。

2.3原因分析

双冗余LCU的DIO板的A板、B板内部输出电路并联后通过同一个点位输出到列车外部回路,如图7所示。本次故障中Io5组B板的oUT47点位续流二极管短路导致输出对地短路,A板内部输出电路与B板输出并联后,A板的oUT47点位输出同时对地短路。

3解决方案

针对A板、B板任一板块的续流二极管输出短路则两块板同时故障,无法实现冗余功能的问题,有以下处理措施。

3.1临时处理措施

针对DIO板卡续流二极管失效故障,现场开展普查,对续流二极管参数质量进行检测,将性能参数已经降低的二极管排查出来,降低二极管短路失效概率。

检测方法为采用万用表测试二极管压降参数,测量正向压降参数偏差超过基准值0.05V的二极管判定为参数偏移不良,参数范围为0.5～0.6V:测量反向压降参数万用表读数应为"oL"(无穷大）。考虑到二极管器件参数的离散性,且不同万用表测量存在偏差,基准值取同一万用表测试功能正常的单板上的10个续流二极管参数的平均值。

3.2根本处理措施

原DIO板输出续流二极管设计如图7所示,单板续流二极管短路失效,会导致DIO板A/B输出通道均短路保护,进而无输出。因此,对DIO板进行升级改造,输出续流回路电路如图8所示。