基于TCN與WordFIP網(wǎng)絡的HXD2機車微機控制系統(tǒng)比較

馬延品

【摘要】 介紹了基于TCN網(wǎng)絡的新八軸HXD2機車及基于WordFIP網(wǎng)絡的微機控制系統(tǒng)，對兩種微機控制系統(tǒng)的組成、功能進行了比較，為機務運用、檢修人員快速熟悉新八軸HXD2機車微機控制系統(tǒng)提供借鑒和幫助。

【關(guān)鍵詞】 TCN WordFIP 新八軸HXD2機車 微機控制

基于WordFIP網(wǎng)絡的HXD2型電力機車與基于TCN網(wǎng)絡的新八軸HXD2機車都是中國北車集團大同電力機車有限公司生產(chǎn)。前者是大同電力機車有限公司與法國ALSTOM公司在Prima BB43700型電力機車平臺基礎上聯(lián)合開發(fā)的，其微機控制系統(tǒng)采用了ALSTOM公司成熟可靠的AGATETM系列產(chǎn)品。基于TCN的新八軸HXD2型電力車機車是由中國北車大同電力機車有限責任公司生產(chǎn)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大功率電力機車，裝有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的微機控制系統(tǒng)。HXD21001 機車于2012年12月到達包西機務段開始運用考核工作，并擔當重載貨物列車牽引任務。現(xiàn)已完成運用考核并配屬包頭西機務段69臺該型機車。本文就這兩種機車的微機控制系統(tǒng)進行簡要的分析。

一、兩種機車微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于WordFIP網(wǎng)絡的HXD2機車微機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為兩級：車輛級通信和列車級通信，對應的PIP網(wǎng)也分為兩級：FIP車輛網(wǎng)（FIPV網(wǎng)）和FIP列車網(wǎng)（FIPT網(wǎng)）。基于TCN網(wǎng)絡的新八軸HXD2機車微機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也分為兩級：列車級總線（WTB）和車輛級總線（WVB）。單節(jié)車的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

這兩種微機控制系統(tǒng)均由2組主處理單元（MPU1、MPU2）、2組遠程輸入輸出模塊（RIOM1、RIOM2）、4組牽引控制單元（TCU1、TCU2、TCU3、TCU4）、2組輔助控制單元（ACU1、ACU2）、1組制動控制單元（BCU）組成。基于WordFIP網(wǎng)絡的HXD2機車微機控制系統(tǒng)中司機顯示單元（DDU）有兩組，而新八軸HXD2機車的司機顯示單元只有一組，其微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中還增加了2組TCN網(wǎng)關(guān)（GW1、GW2）。兩種微機控制系統(tǒng)都采用模塊化設計，實現(xiàn)了機車控制、監(jiān)控功能、網(wǎng)絡通信、牽引控制、輔助控制、檢修維護功能。

二、主要設備功能

（1）MPU（主處理單元）：兩種微機控制系統(tǒng)中的MPU都是用于機車內(nèi)部各個控制單元之間的信息交換和控制，負責網(wǎng)絡管理功能。MPU均采用主機冗余模式工作，在正常情況下，只有一組MPU主機處于控制機車的工作狀態(tài)，而另一組MPU主機處于熱備狀態(tài)，只有在主控MPU主機故障時處于熱備狀態(tài)的MPU才接替故障MPU 主機工作。

（2）TCN網(wǎng)關(guān)（GW）：基于WordFIP網(wǎng)絡的HXD2機車微機控制系統(tǒng)的車輛級通信時通過FIPV網(wǎng)進行，列車級通信是通過FIPT網(wǎng)進行，用于每臺機車的兩節(jié)車或多機重聯(lián)時所有信息的交換。而新八軸HXD2機車微機控制系統(tǒng)中WTB網(wǎng)絡和MVB網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)傳輸時通過TCN網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)的。可以自動完成WTB設備的列車自動編組、機車的重聯(lián)控制，也可以作為MVB設備完成機車設備狀態(tài)查詢、過程數(shù)據(jù)通訊、消息數(shù)據(jù)通訊、監(jiān)控數(shù)據(jù)通訊和總線管理等功能。

（3）RIOM（遠程輸入輸出單元）：負責采集控制柜內(nèi)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，同時驅(qū)動控制臺的模擬儀表及顯示燈和執(zhí)行控制命令，驅(qū)動各電器柜內(nèi)的繼電器、接觸器等現(xiàn)場執(zhí)行設備動作。

（4）TCU（牽引控制單元）：負責機車牽引控制與制動控制功能，滿足整車的控制要求。

（5）ACU（輔助控制單元）：負責輔助變流器及充電機的控制功能。

（6）DDU（司機顯示單元）：負責實時顯示機車運行狀態(tài)信息、設備工作狀態(tài)和機車故障信息等。

（7）BCU（制動控制單元）：負責機車空氣制動控制，滿足整車的制動控制要求。

三、WordFIP與 TCN網(wǎng)絡微機控制系統(tǒng)所應用的核心技術(shù)

（1）WorldFIP網(wǎng)絡通信技術(shù)是由ALSTOM等幾家法國公司在原有通信技術(shù)的基礎上根據(jù)IEC 6ll58-2、EN 50170《通用現(xiàn)場通信系統(tǒng)》國際標準及用戶的要求所制定。HXD2機車微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)是國內(nèi)首次引進WorldFIP網(wǎng)絡通信技術(shù)。

（2）TCN總線技術(shù)是基于TCN國際標準（IEC61375-1） 實現(xiàn)軌道交通車輛數(shù)據(jù)的高實時傳輸?shù)默F(xiàn)場總線。近年來，中國南車集團、北車集團技術(shù)引進的HXD1機車、HXD1B機車、HXD1C機車、 HXD2C機車、HXD3B機車、CRH1動車組、CRH3動車組、CRH5動車組以及國內(nèi)地鐵車輛等控制系統(tǒng)大多采用TCN網(wǎng)絡微機控制系統(tǒng)。

四、WordFIP與 TCN網(wǎng)絡微機控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點

WordFIP網(wǎng)絡在可靠性、靈活性、通用性、信息量傳輸上都比TCN網(wǎng)絡好。目前我國采用的WordFIP網(wǎng)絡配件都是國外的標準件，雖然有自主研發(fā)的產(chǎn)品，但都是替換或代用，同時WordFIP網(wǎng)絡對于硬件的要求嚴格，對于設備的連接要求也高于TCN網(wǎng)絡。TCN是專門為列車通信網(wǎng)絡制定的標準，在實時性、可管理性、介質(zhì)訪問控制方法方面有一定的優(yōu)勢。TCN網(wǎng)絡的微機控制系統(tǒng)在研制過程中融入了許多先進技術(shù)和實際應用經(jīng)驗，使系統(tǒng)更加完善、易于安裝、調(diào)試。但TCN網(wǎng)絡中列車級與車輛級的通信是通過網(wǎng)關(guān)（GW）來實現(xiàn)的，由于MVB/MTB網(wǎng)關(guān)的增加在一定程度上降低了系統(tǒng)的可靠性，同時也增加了系統(tǒng)的復雜性和制造成本。

五、結(jié)論

新八軸HXD2型電力機車自在呼和浩特鐵路局包頭西機務段投入使用以來，基于TCN網(wǎng)絡的微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)雖然具備了完善的故障診斷、記錄、存儲、顯示及下載功能。但也發(fā)生了由于系統(tǒng)中TCN網(wǎng)關(guān)故障導致機破的事件。隨著列車通信要求的不斷提高，國內(nèi)的研發(fā)、生產(chǎn)單位一是進一步改進TCN微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)及設備質(zhì)量，二是掌握WordFIP網(wǎng)絡核心技術(shù)，自主研發(fā)WordFIP網(wǎng)絡高端設備來帶動中國電力機車微機網(wǎng)絡控制水平都是非常有必要的。

參考文獻：

[1]高健，趙明元，梁斌. HXD2型大功率交流傳動貨運電力機車微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)[J].機車電傳動.2008（4）：8????-12.

[2]任寶兵，于躍，寧壽輝，王曉鵬. 基于交流傳動機車TCN網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的半實物仿真平臺設計[J].內(nèi)燃機車.2010（6）：8-15.

[3]于躍，姜悅禮，吳健. 基于TCN的大功率機車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)[J]內(nèi)燃機車.2010（12）：34-35

[4]張曙光.HXD2型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社.2009

參 考 文 獻

[1]高健，趙明元，梁斌. HXD2型大功率交流傳動貨運電力機車微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)[J].機車電傳動.2008（4）：8????-12.

[2]任寶兵，于躍，寧壽輝，王曉鵬. 基于交流傳動機車TCN網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的半實物仿真平臺設計[J].內(nèi)燃機車.2010（6）：8-15.

[3]于躍，姜悅禮，吳健. 基于TCN的大功率機車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)[J]內(nèi)燃機車.2010（12）：34-35

[4]張曙光.HXD2型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社.2009