浅析HXD2B机车模块化微机网络控制系统

浅析HXD2B机车模块化微机网络控制系统

本文根据作者多年经验对HXD2B机车模块化微机网络控制系统进行了简单的阐述。

标签HXD2B；机车模块化；微机网络控制系统

引言

机车主要由以下几个网络子系统有机构成：基于WorldFIP网络通信技术的微机网络控制系统；Eurotrol制动系统；贯穿在各子系统内的独立通风冷却系统；由机车运行监控装置、信号设备、Locotrol远程重联控制装置和可控列尾装置、无线电台等组成的列车安全运行控制和监测设备.机车控制用微机网络控制系统，有完善的控制，监测，检修，维护功能。控制和监测系统用模块化设计，有高的扩展性，支持系统的升级。机车有微机网络控制的电空制动柜，受司机操纵台上制动控制器的指令，使列车管压力控制更精确，缩短了制动与缓解时间，提高制动系统的可靠，安全性；制动机具有状态监控和故障诊断的功能。HXD2B 型电力机车为单缓功能的操作，能增加EPM模块。本文主要介绍HXD2B型电力机车WorldFIP现场总线技术和模块化微机网络控制系统.

1 HXD2B型电力机车微机网络控制系统结构和功能介绍

1.1 HXD2B型电力机车微机网络控制系统结构

HXD2B型机车的模块化微机网络控制系统通信结构为两级：（1）车辆级通信；（2）列车级通信。对应的FIP 网也分为两级：（1）FIP车辆网（FIPV网）；（2）FIP列车网（FIPT网）。

HXD2B型电力机车的微机网络控制系统里有两组主处理单元（MPU1，MPU2 ）、两组远程输入输出模块（RIOM1，RIOM2）、四组牵引控制单元（TCU1到TCU4）、两组辅助控制单元（ACU1，ACU2）、两组司机显示单元（DDU1，DDU2）和一组制动控制单元（BCU）。整个微机网络控制系统用模块化设计，具有充分的可扩展性。

1.2 微机网络控制系统功能

HXD2B型机车的微机网络控制系统是很强和极为丰富的控制能力，包括机车控制和监控功能、网络通信功能、牵引控制功能、辅助控制功能、检修维护功能集于一身的高端控制系统。

2 HXD2B型电力机车微机网络控制系统分析

HXD2B机车模块化微机网络控制系统基于WorldFIP总线的微机网络控制

系统，它的组成是两组主处理单元MPU1与MPU2以及两组远程输入输出模块RIOM1与RIOM2，六组牵引控制单元TCU1到TCU6，四组辅助控制单元：ACU11，ACU12，ACU21，ACU22，四组司机显示单元DDU11，DDU12，DDU21，DDU22还有一组制动控制单元BCU.

HXD2B车型微机网络控制系统通信结构有两级：列车级通信与车辆级通信，他们的FIP网也分两级：FIP列车网络（FIPT）以及FIP车辆网络（FIPV）。

2.1 FIPT

HXD2B的列车级通信通过列车网FIPT进行，可以相互交换重联机车之间的信息和功能.FIPT和FIPV都采用双路通信介质冗余设计，这样可保证通信安全和可靠性的要求. FIPT为动态网络，FIPT网络结构能随着接入FIPT的节点数进行自动改变，它接入节点网址不固定，主要是由主控机车主总线仲裁系统来完成分配指定的.在列车网终端将一个节点当作FIPT网络控制器，它一直控制FIPT 的网络结构，用来发现网络系统中节点的增加与消失，当网络控制器发觉FIPT 网络机构改变时，会实施FIPT的初始化.

FIPT主要功能：（1）实施管理在FIPT里每个设备的初始化任务；（2）完成控制FIPT网络拓扑结构；（3）进行各节点间的周期性数据交换工作；（4）机车只有MPU才能接入FIPT。

2.2 FIPV

由FIPV完成通信的设备主要有：MPU（主处理单元），远程的输入输出模块RIOM，TCU（牵引控制单元），ACU（辅助控制单元），BCU（制动控制单元），DDU（司机操纵显示单元）。FIPV帮助机车内部各个设备的数据信息交换分析，该机车的FIPV都用双路通信的介质的冗余设计模式，来确保通信网络的正常工作运行。并且车辆网是个静态地址网络，要用到人为的定义FIPV里设备之间的网址。主要功能是设置DDU，BCU，ACU，TCU，RIOM的数据网络参数；交换MPU和其余设备的周期性和非周期性数据。

MPU在系统柜里工作，里面有两组一样的MPU且互为冗余的MPU，主处理单元MPU用FIP网管系统与调度列车网或车辆网将智能设备间的信息传送交换，还能处理微机网络系统中的制动，牵引指示命令和现场实时信息。

RIOM安装在系统柜里，也是两组相同的RIOM1，RIOM2构成，他一冗余热备份方式来工作的，能确保变量实现冗余输入和输出。RIOM用MVB或者FIP 总线技术和ACU以及MPU交换数据，可以采集和处理以及驱动现场电气的低压输入输出信息

TCU在牵引变流柜中工作，机械间内有三个牵引变流柜，柜中一样有两组完全一样的TCU，机车一共有六组TCU1到TCU6。它用来控制管理变流装置里的第四象限整流装置以及相应的三相逆变器，以此来控制牵引电动机和再生制动

特征，利用FIP总线和MPU交换信息数据ACU在辅助变流柜里面，机械间有两个辅助变流柜，每一个里面有两组一样的ACU，在一个柜里的两组ACU相互作为热备冗余模式完成工作的，一旦出现故障状态，系统会自动切换。但是两个辅助变流柜不是相互为冗余。ACU控制管理辅助供电系统。

BCU整个集中在制动柜里面，BCU负责接收来自制动控制器里发出的控制指令，用司机制动阀间接控制机车管压力。制动机有状态监控与故障诊断的任务，BCU用FIP总线完成反馈，利用MPU的结果完成相应操作工作。

DDU在司机操纵台上，DDU有DDU主机以及两块LCD显示屏，显示屏完全一样，不一样的地方就是功能有小的差异。正常状态下，主状态屏来显示该车电力牵引界面，辅状态显示屏来反映机车运行状态和维护界面。一旦有1个屏出现显示故障，另一个将会进入降级的模式，暂时承担所有工作。DDU帮助机车司机和微机网络控制系统之间的信息数据交流分析。

3 牵引变流器的微机网络控制

HXD2B机车牵引电路系统里有原理与结构完全一样的三台牵引变流器，各自安装在相应的变流柜里。牵引变流器里有两套完全一样而独立的牵引变流器控制单元，牵引变流器控制单元由TCU，四象限整流器，输入电路，中间直流电路，输出电路，三相逆变器，冷却系统组成的。主变压器核心设备是一个原边绕组以及六个牵引绕组构成的单相的变压器，牵引绕组对应牵引变流器单元。系统正常运行时，需要首先闭合预充电接触器，给中间直流电路系统的支撑电容充电，之后闭合工作接触器用来给四象限整流器给电，如此工作可以避免合闸时候造成的大电流冲击带来的损害。

4 结语

HXD2B型机车已大量交付铁路使用，从机务段的运行反馈数据信息看，微机网络控制系统工作可靠且稳定。通过HXD2B型机车与ALSTOM公司的长期合作，国内铁路机车制造行业首次将该系统引进了WorldFIP网络通信技术，具有划时代的重大意义。

参考文献：

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