標準動車組單車網絡智能調試設備設計與應用

周鵬

摘要：隨著我國社會經濟的發展，動車投入不斷增加，為人們的出行提供了更多的便利。為了保證人們出行的安全，各大機車廠都在對動車組網絡內容進行調試，特別是單車網絡控制系統的調試方法較繁瑣，依靠人工調試將不斷增加其勞動強度。因此，需使用智能設備，減輕工人的勞動壓力。

關鍵詞：標準動車組;單車網絡;智能調試

實現動車組的自動調試是高速鐵路裝備制造向智能化方向發展的趨勢。為解決高速動車組靜態調試時無法建立列車網絡、無法檢測單車功能的問題，我國早在2013年就引進了SIMIT試驗臺，通過MVB車輛總線與單車建立網絡通信，實現車輛功能調試。隨著我國高鐵產能的不斷升級，現有移動工作臺調試平臺需根據例行測試項點文件逐項手動進行，牽引制動、輔助電源、門控、燈控等多個子系統的功能調試需投入大量時間，而且這些調試平臺是針對單個車型定制的，在擴展多個速度等級車型時很難迭代創新。基于此，本文重點論述了標準動車組單車網絡智能調試設備設計與應用。

一、調試工裝設計需求

調試工裝作為調試技術人員操作的控制設備，首先，實現動力集中型動車組在無動力車下的拖車（包括控制車）調試;其次，應滿足操作簡單、安全、維護方便等要求。工裝在控制中應實現以下功能：①模擬動力車與控制車之間的WTB總線數據交互功能;②模擬動力車與拖車之間LonWorks總線交互的數據通信;③模擬接收到的控制車信息和拖車狀態信息的界面顯示功能;④模擬動力車發送的控制指令和機車相關子系統的通信故障信息源;⑤模擬動力車的本地數字量輸入輸出源。

二、標準動車組單車網絡智能調試設備設計與應用

1、MVB總線通信機制。在單車網絡調試試驗中，由于每輛車都解編，因此涉及的列車通信網絡（TCN）主要采用MVB車輛總線，該總線為串行數據通信總線，主要用于具有互操作性及互換性要求的互聯設備間的數據通信，通過網絡能實現車內數據采集及控制。每個時刻，MVB總線通信系統由一個總線主設備作為通信發起者和其他設備作為總線從設備。總線傳輸數據分為周期性數據及非周期性數據。由于MVB網絡是一個靜態配置網絡，總線主設備根據應用程序預先配置的周期掃描表（主要是周期數據請求）發送主幀，定期輪詢從設備的源端口，接收輪詢的源端口將以從幀的形式向總線發送預先寄存的周期數據，相應的宿端口將讀取分析這些數據。

2、硬件方案設計。硬件設計部分包括：便攜式一體機、MVB網卡和MVB通信線纜。結合國內相關高鐵制造企業現有單車網絡測試裝置的優缺點，以及生產調試車間在大量實際調試工作中遇到的問題，單車網絡智能調試設備的硬件選擇應滿足以下要求：①整個設備輕量化、集成度高，監控主機顯示屏一體;②主機配備PCI-E、PCI104、USB擴展口等;③MVB網卡冗余設計，通信性能穩定;④通信介質能有效抵抗電磁等因素的干擾。為了方便用戶方便、高效地進行試驗工作，在便攜式一體機的外型尺寸選擇長×寬×高為370×270×80mm，質量≤7kg機型。由于MVB網卡需直接從計算機主板接入電源，因此應選擇與計算機主板工作電壓相同或相近的MVB網卡;MVB網卡通電時，網卡內需自啟動初始化處理，而且網卡需支持4096個過程變量端口（源端口與宿端口），16～256位可配置。MVB通信線纜為符合鐵路行業標準的EMD屏蔽雙絞線，線纜的結構特點能防止信號串擾，保證網絡數據傳輸的準確性。

3、變量、消息服務。實時協議是一種提供車輛內或車輛間通信的協議，它指定了兩種主要的應用通信服務：變量、消息服務。變量服務：為解決時間緊迫數據或過程變量可快速發送的問題而制定，過程變量由短數據組成，二進制布爾型變量只有一位或兩位，模擬變量有十六位或三十二位，若過程變量逐個傳輸效率低，則將多個數據幀組合成一個過程數據幀發送。有時列車通信網絡上許多地方的其他設備同時需要一處過程數據，因此過程數據通常以廣播的形式發送，在傳輸過程數據時使用源地址標識，因此稱為源尋址廣播。過程數據的通信過程由總線主機啟動，總線主機啟動一個主幀，其中包含過程數據標識符（源地址），總線上的所有從設備接收此主幀，并將其與自己的源地址進行比較，若相同則此設備作為源設備廣播一個從幀，總線上的其他從設備應接收該從幀，此時一輪通信完成。

4、EEMU動態調試。EEMU動車組的動態例行試驗與高速動車組的動態例行試驗主要不同為：①接觸網供電時混合動車組的動態性能。混合動力動車組除需測試在接觸網供電時的動態性能外，還需測試動力蓄電池在動態過程中的充電能力和制動過程中電制動反饋能量的吸收性能。②動力蓄電池供電時混合動力動車組的動態性能。當混合動力動車組在無接觸網供電時，動力蓄電池可向車輛牽引和輔助系統供電，此時混合動力動車組各系統的動態性能應與接觸網供電時相同，并應研究蓄電池的儲能能力和制動時電制動反饋能量的吸收性能。

5、多車型通信測試。依次選擇TC01、M02、TP03、M04單車，通過帶電氣接口，長度30m（滿足單車長度）的EMD屏蔽雙絞線與智能調試設備連接測試。首先，車上調試人員根據測試項點要求，閉合車上直流柜或控制柜內相應設備的繼電器開關，并在上位機的測試監控記錄界面上觀察測試結果的反饋輸出;其次，在上位機測試監控界面上切換手動測試模式，選擇需要指令控制輸出的測試項點，操作完成后，車上調試人員觀察相應線號繼電器的吸合狀態，而且操作的反饋輸出也可在測試界面上觀察到。

總之，隨著我國經濟的快速發展和社會的不斷進步，我國的綜合國力顯著增強。為改善我國標準動車組制造檢修過程中單車網絡控制系統（TCMS）功能調試模式繁瑣、調試過程人員勞動強度高等問題，針對不同速度等級的網絡工藝調試，研究設計單車網絡智能調試設備。與原同類調試設備相比，該設備的便攜性得到了充分提高。在手動監控測試模式的基礎上，創新性地增加了智能自動測試模式。該智能調試設備在實際生產中的應用表明，它不僅能穩定地實現與單列車的網絡通信，有效幫助調試人員排查網絡控制系統電氣原理設計或線路搭建時存在的問題，同時也提高了靜態調試工藝作業效率。

參考文獻：

[1]周浩尚.基于MVB和TRDP的列車主控雙網冗余設計與實現[J].機車電傳動，2018（05）.