重載機車網絡重聯TCN 故障節點識別方法研究*

曾 周，李小勇，朱廣超，閆迷軍，鄭 斌

（1 朔黃鐵路發展有限責任公司，河北肅寧062350；2 北京縱橫機電科技有限公司，北京100094）

目前，國內外的高速動車組、大功率機車和編組的城市軌道交通車輛在使用網絡重聯方式時多數采用IEC 61375-1 標準中的列車通信網絡（Train Communication Network，TCN）技術。通過絞線式列車總線（Wire Train Bus，WTB）和多功能車輛總線（Multifunction Vehicle Bus，MVB）兩級總線結構實現列車電氣設備的控制和管理。其中，TCN 網關節點為絞線式列車總線和多功能車輛總線之間的連接橋梁，實現兩級總線間的通信協議轉換。絞線式列車總線的采用使機車車輛可以根據運營需求進行靈活的重聯或者解編，實現機車車輛的互聯互通和互操作［2-3］。

由機車電氣系統（如TCN 網關節點供電電路故障，TCN 網關節點設備隔離）外部原因導致的TCN 網關節點故障或者TCN 網關節點自身原因（電源模塊故障，背板控制信號故障，TCN 網關板卡故障，TCN 網關軟件故障）導致的故障，TCN 網關故障節點不會參與WTB 總線的TCN 初運行，將不被編入整車網絡控制系統列車級網絡中，將導致整車的網絡控制系統拓撲結構不完整，對整車的控制以及列車狀態和故障信息在司機顯示器中的顯示造成一定風險，為規避該風險，探討機車網絡重聯時對故障TCN 網關節點進行位置識別［4］。

1 機車重聯列車級網絡配置

機車重聯在硬件上對車鉤機械部分（機械接口、車鉤高度），車鉤電氣部分（連接器，電氣接口），互聯互通列車線（安全環路，控制硬線）以及通信接口進行統型。機車重聯在軟件上通過制定機車網絡初運行互聯互通控制規范、機車列車級數據傳輸規范、機車互聯互通網絡控制功能需求規范、機車網絡故障代碼編制規則及故障代碼以及機車司機顯示屏接口和界面統型來實現。機車重聯互通互操作的核心為機車網絡初運行互聯互通控制規范以及機車列車級數據傳輸規范。

機車重聯互聯互通控制分為TCN 初運行和操作初運行兩部分。TCN 初運行完成WTB 總線配置，為每個TCN 網關節點分配TCN 地址，建立WTB 過程數據通信。操作初運行又分為3 個功能：機車編組地址識別、主控機車識別和方向識別。重聯機車的TCN 網關節點在正確完成TCN初運行和操作初運行后，將按照TJ/JW 059-2015《交流傳動機車TCN 網絡互聯互通暫行技術條件》的要求進行命令、狀態診斷等互聯互通關鍵數據的傳輸。TCN 網關是機車互聯互通互操作的軟硬件載體，是基于網絡控制的機車重聯的關鍵核心設備。

2 機車重聯故障節點識別

目前，速度350 km/h 中國標準動車組已批量運營較長時間，TCN 故障節點識別方法在中國標準動車組上得到充分的驗證，為故障工況下司機安全合理控制列車以及機械師快速定位故障和排解故障起到很好的指導和運用效果。350 km/h 中國標準動車組在1 車、8 車設置重聯繼電器，輸入輸出采集單元采集1 車、8 車的重聯繼電器信號，當列車重聯時電氣車鉤內的連接器聯掛狀態反饋線使重聯繼電器吸合，從而使TCMS 得到準確的重聯位置（1 車或8 車）。

借鑒350 km/h 中國標準動車組的成功經驗，在機車A 節、B 節分別設置重聯繼電器，輸入輸出采集單元增加A 節、B 節重聯繼電器狀態采集，并且將電氣車鉤內的連接器聯掛狀態反饋線接入電路中，當機車網絡重聯時TCMS 能得到準確的重聯位置（A 節或B 節）。結合機車編號能夠準確的將故障的TCN 網關節點位置識別出來，并且與TCN網關節點索引、TCN 網關節點地址和實際被控牽引單元有機的結合起來，保證了TCN 網關節點故障工況下重聯機車控制和監控的安全性、可靠性，能夠將故障單元在司機顯示器上進行正確的顯示，提高司機顯示器的可用性，也方便維修人員快速定位故障位置，提高TCN 網關節點的可維修性。

為建立重聯機車實際被控設備與TCN 網關節點的邏輯映射關系，根據重聯機車基于司機室鑰匙占用信號的位置，命名離主控鑰匙最近的端車為第一牽引單元，依次命名后續的牽引單元為第二牽引單元、第三牽引單元和第四牽引單元。因此，根據最近端車原則主控機車單元可能是第一牽引單元或第二牽引單元（重聯牽引單元司機室鑰匙占用）。

2.1 無故障TCN 網關節點

機車網絡重聯成功后，無故障的TCN 網關節點，4 個TCN 網關節點可以進行正常的單元映射。TCN 網關節點向機車中央控制單元匯報重聯機車不存在故障的TCN 網關節點。重聯后4 個TCN 網關節點正常工作時，有2 種情景，其中第X單元（O）表示第X個牽引單元且該牽引單元TCN 網關節點為正常狀態；第X單元（F）表示第X個牽引單元且該牽引單元TCN 網關節點為故障狀態，見表1。

表1 無故障TCN 網關節點的節點識別情況

2.2 1 個故障TCN 網關節點的識別

機車重聯后僅有3 個TCN 網關節點正常工作時，存在1 個故障TCN 網關節點，該故障TCN 網關節點可以為機車1 或機車2 的任意1 個網關，TCN 網關節點向機車中央控制單元匯報重聯機車存在1 個故障的TCN 網關節點，并將故障的牽引單元位置匯報給中央控制單元。根據節點索引的順序存在8 種情景，由于機車1 或機車2 的TCN 網關節點故障情況具有對稱關系，文中使用機車1 的TCN 網關節點故障的4 種情景作為說明，機車2 的TCN 網關節點故障的4 種情景與此類似不再贅述，見表2。

表2 1 個故障TCN 網關節點的節點識別情況

2.3 2 個故障TCN 網關節點的識別

機車重聯后僅有2 個TCN 網關節點正常工作時，存在2 個故障TCN 網關節點。2 個故障的TCN網關節點存在3 種情形：機車1 的2 個TCN 網關節點全部故障；機車2 的2 個TCN 網關節點全部故障；機車1 存在1 個TCN 網關節點故障，機車2 存在1 個TCN 網關節點故障。TCN 網關節點向機車中央控制單元匯報重聯機車存在2 個故障的TCN 網關節點，并將故障的牽引單元位置匯報給中央控制單元。前2 種故障情形類似，以機車1 的2 個TCN 網關節點全部故障為例，見表3。第3 種情形見表4。

表3 機車1 的2 個TCN 網關節點全部故障

2.4 3 個故障TCN 網關節點的識別

機車重聯后僅有1 個TCN 網關節點正常工作時，存在3 個故障TCN 網關節點，該正常TCN 網關節點可以為機車1 或機車2 的任意1 個網關，TCN 網關節點向機車中央控制單元匯報重聯機車存在3 個故障的TCN 網關節點，并將故障的牽引單元位置匯報給中央控制單元。根據節點索引的順序存在4 種情景，使用機車1 的TCN 網關節點故障的2 種情景作為說明，機車2 的TCN 網關節點故障的2 種情景與此類似不再贅述，見表5。

3 結束語

機車車輛的互聯互通已成為我國軌道交通機車車輛專業的頂層設計要求，重載機車在使用網絡重聯方式時多數采用列車通信網絡，TCN 網關是機車互聯互通互操作的軟硬件載體，是基于網絡控制的機車重聯的關鍵核心設備。文中借鑒速度350 km/h 中國標準動車組的成功經驗，提出重載機車網絡重聯時故障TCN 網關識別方法，提高了機車網絡控制系統的安全性、可靠性、可用性和可維修性，具有一定借鑒意義。

表4 機車1 的1 個TCN 網關節點故障，機車2 的1 個TCN 網關節點故障

表5 3 個故障TCN 網關節點的節點識別情況