城轨车辆LCU在客室照明控制中的应用

摘要：在城轨车辆中，为了减少元器件维护频率、提高可靠性、节省设备安装空间，且能更好的实现列车集中控制功能，提高设备集成性，提出一种使用可编程逻辑控制单元（LCU）控制客室照明智能调光的方案，从而替代传统的照明调光控制器及部分照明控制硬线电路，结合一定的LCU设备软硬件配置和控制策略，实现了城轨车辆客室照明的智能调光控制。此种应用方案不仅能高效可靠的实现客室照明根据环境光照自动调节照度，提高了控制效率，并且能够有效的减少车辆中设备数量，节省成本，节约安装空间，提高整车维护效率。

关键词：地铁车辆；客室照明；LCU控制

1  引言

城市轨道车辆中，为了减少元器件维护频率、提高可靠性、节省设备安装空间，提出了可编程逻辑控制单元（LCU）的应用。LCU在采集轨道车辆中开关按钮、列车线等列车相关控制信号后，通过软件逻辑编程，直接控制和驱动列车的继电器等元件，实现整车控制功能，并将诊断数据、状态信息上传至列车控制系统进行相应的数据存储显示[1]。

为了更好的实现列车集中控制功能，提高设备集成性，提出一种使用LCU控制客室照明智能调光的方案，从而替代传统的照明调光控制器及部分照明控制硬线电路，进行客室照明自动调光控制。此方案能够有效的减少车辆整体的设备数量，节省成本，节约安装空间，提高整车维护效率。且无需人工介入操作即可实现根据环境照度自动调节客室照明的功能，更加节能环保，有效可靠。

2  LCU及其控制逻辑

可编程逻辑控制单元（LCU）是专为轨道车辆的逻辑控制而设计的一套车载计算机系统，采用计算机及网络技术，通过光耦和场效应管等无触点电路替代列车传统的中间继电器、时间继电器、双稳态继电器等有触点控制电路，实现列车逻辑控制、故障诊断及综合保护等功能，可简化车辆电路、提升系统智能化水平和RAMS指标。

LCU由数字量输入/输出板卡、主控板卡、电源板卡、通信板卡等组成。LCU在采集司控制器、开关按钮、列车相关控制信号后，经过逻辑计算，实现整车控制功能，并将诊断数据、状态信息上传至列车控制系统。LCU通过软件逻辑编程，直接控制和驱动列车的继电器等元件，完成列车的各种控制功能，并将诊断数据、状态信息传至列车控制系统进行相应的数据存储显示等功能。

将LCU应用于城轨车辆客室照明进行智能调光控制后，客室灯具的照度能根据外界环境实际的亮度进行自动调整，不需要人为操作。当外界环境亮度过高时，LCU自动下调灯具的亮度以节约电源能耗和降低照度；而当外界环境亮度过低时，LCU自动上调灯具的亮度以使客室的实际照度保持相对恒定[2]。

2.1  控制策略

客室环境的照度值由光照度传感器（下文均简称为感光器）获得，然后通过模拟量输入（0～20mA）把该照度值传输至LCU，LCU根据模拟量值计算出对应的环境照度，并计算出补偿照度，转换为模拟量输出给灯具进行照度控制。在LCU进行照度计算时，可以根据实际项目情况在LCU中预先设定自动调光的目标照度值。当实际照度高于此值时LCU会控制降低灯具亮度，而当实际照度低于此值时LCU会控制提高灯具亮度。目标照度的设定值也影响到照明的驱动电源及照明灯具的选型，例如当客室照明的目标照度设置为300LX，那么：

●在没有外界环境光的情况下（外界环境照度为0LX），客室照明灯具需要提供300LX的照度；

●外界环境光较弱的情况下（外界环境照度为100LX），客室照明灯具需要提供200LX的照度；

●外界环境光很强的情况下（外界环境照度大于300LX），客室照明灯具将提供最低照度或者关闭照明。

考虑到使设备接口普适性更高，便于统型，将控制方案设计为由LCU根据整车的照明控制指令及采集到的环境照度输出不同的占空比（电压型）给驱动电源，以此来调节驱动电源给灯具的输出功率，最终实现控制客室照明灯具照度的目的。

2.2  感光器数据处理策略

为了适应轨道交通的实际应用环境，在LCU对一个车厢内的两个感光器进行数据采集时，做了以下特殊处理。当任意一个感光器检测到环境照度变暗，则LCU输出控制提高本车厢客室照度。当两个感光器都检测到环境照度变亮，则LCU输出控制降低本车厢客室照度。这样的处理可以有效提高列车运行时照明的连续性及舒适性，当列车驶入地下或隧道时，一个感光器探测到外界环境光变暗时，LCU已经开始提高车厢内的照度了。而当列车驶出地下或隧道时，只有当两个感光器都探测到照度变亮时，才会降低整个客室照度，避免过早的调暗照明引发乘客不适。

3  设备配置

（1）照明设备

传统的客室照明，每个车厢配置集中驱动电源4块、调光控制器1个、照明灯带数个、感光器2个。使用LCU控制客室照明后，设备配置中每个车厢减少1个调光控制器。

（2）硬线电路元器件

使用LCU控制客室照明后，设备配置中每个头车减少1个控制开关、3个继电器，以及大部分使用元器件搭建的照明控制电路。

按照一列6编组的地铁列车来配置照明相关设备时，可以看到，使用LCU进行客室照明控制的方案后，一列车可减少6个调光控制器、6个继电器、2个开关，以及数个其他相关元器件及电缆等搭建硬线电路的设备，可以有效的减少车辆中设备数量，节省成本，节约安装空间，并提高整车维护效率。

4  软硬件接口

LCU为了实现自动调光控制功能，需具备以下软硬件接口：

（1）硬件接口

LCU需从车辆获得照明控制指令，那么需要配置DI板卡，通过输入通道采集车辆的客室照明开关状态（开或关）、司机室选择信号、紧急照明信号等和照明控制相关的硬线信号。

LCU需配置AI输入板卡，采集感光器的电流模拟量输入，来判断客室环境照度。LCU配置一定数量的DO端口和AI输出板卡，进行驱动电源启动、切换、PWM功率控制等输出，通过对驱动电源的控制，最终实现对照明灯具照度的控制。

（2）软件接口

LCU会实时采集照明驱动电源的状态，当驱动电源故障时，LCU在数据记录和故障报警的同时，会根据电源故障数量及分组配置，来进行驱动电源切换控制或停用。

LCU和车辆TCMS之间会进行各种数据交互，并能实时监测自身DI、DO通道的故障状态并进行数据一致性比对，并具备板卡冗余和故障切换的功能，确保了LCU设备自身的可靠性。

5  结论

在城轨车辆中，通过使用LCU取代照明设备的调光控制器，并替换一部分硬线电路，结合一定的LCU设备软硬件配置和控制策略，实现了客室照明的智能调光控制。此种应用方案不仅能高效可靠的实现客室照明根据环境光照自动调节照度，提高了控制效率，并且能够有效的减少车辆中设备数量，节省成本，节约安装空间，提高整车维护效率。

在应用此方案后，城轨车辆的客室照明可以得到有效的统型，降低对供应商的设备依赖性，能更好的实现整车集成控制，且能降低整车能耗，更加绿色环保，提高设备可维护性和可用性。

参考文献：

[1]傅思良，王文辉.深圳地铁列车LCU控制电路备用模式方案设计[J].电力机车与城轨车辆，2019，42（4）：40.

[2]李志富，魏金鑫等.浅析地铁列车客室照明节能改造方案[J].工程建设与发展，2023，2（8）：28.