HXD3C機(jī)車MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷造成制動(dòng)機(jī)不緩解故障的分析探討

梁世超

(中國(guó)鐵路鄭州局集團(tuán)有限公司 鄭州機(jī)務(wù)段， 鄭州 450000)

HXD3C機(jī)車安裝的是CCBII制動(dòng)機(jī)，其微處理器-IPM采用的是MVB總線通信協(xié)議，而機(jī)車控制監(jiān)視系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱TCMS)與其他機(jī)車設(shè)備(如司機(jī)室微機(jī)顯示屏、主變流器、輔助變流器)均采用RS485總線接口進(jìn)行通信傳輸。為實(shí)現(xiàn)IPM與TCMS之間的網(wǎng)絡(luò)通信功能，HXD3C機(jī)車在TCMS柜內(nèi)加裝了MVB/RS485網(wǎng)關(guān)，從而三者就構(gòu)成了MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，會(huì)造成制動(dòng)機(jī)重啟后或換端后不能緩解。因司機(jī)室換端是機(jī)車擔(dān)當(dāng)運(yùn)輸任務(wù)時(shí)經(jīng)常需要進(jìn)行的操作(尤其是機(jī)車出段和折返回段時(shí))，加之?dāng)嗪闲铍姵剡M(jìn)行大復(fù)位是常用的應(yīng)急處理手段，所以一旦MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷，必將嚴(yán)重影響機(jī)車的正常運(yùn)用。對(duì)因MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷造成的制動(dòng)機(jī)不緩解故障進(jìn)行分析探討，提出建議措施供同行參考。

1 故障案例

案例1：2017年6月HXD3C 0798機(jī)車準(zhǔn)備出庫(kù)時(shí)，機(jī)車乘務(wù)員發(fā)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)不能緩解，制動(dòng)顯示屏提示“加電懲罰制動(dòng)”、“司機(jī)室轉(zhuǎn)換懲罰制動(dòng)”，TCMS顯示屏提示“制動(dòng)機(jī)傳送異?！?、“制動(dòng)機(jī)故障”，經(jīng)處理無(wú)果后臨時(shí)換車。在兩端司機(jī)室進(jìn)行制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，故障現(xiàn)象一致。更換IPM處理后，故障依舊存在，排查分析認(rèn)為網(wǎng)關(guān)故障造成MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷，更換網(wǎng)關(guān)后，制動(dòng)機(jī)緩解正常。

案例2：2017年10月HXD3C 0408機(jī)車I端操作牽引客運(yùn)列車正點(diǎn)到達(dá)鄭州站，在D9道下線折返時(shí)，換II端操作后，機(jī)車乘務(wù)員發(fā)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)無(wú)法緩解，斷合蓄電池大復(fù)位后依舊不能正常緩解，特請(qǐng)求附掛回段。因折返道為最邊道，沒(méi)有影響其他列車通行，險(xiǎn)些造成機(jī)破。機(jī)車回段后，故障現(xiàn)象依舊存在。排查分析認(rèn)為IPM主機(jī)內(nèi)MVB板卡故障造成MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷，更換IPM后，制動(dòng)機(jī)緩解正常。

案例3：2017年11月HXD3 C0058機(jī)車I端操作牽引客運(yùn)列車于到達(dá)洛陽(yáng)站，折返時(shí)換II端操作后，機(jī)車乘務(wù)員發(fā)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)無(wú)法緩解，斷合蓄電池大復(fù)位后依舊不能正常緩解，返回I端操作也不能緩解，故請(qǐng)求救援。因折返道為中間道，影響1列貨車通行，造成機(jī)破。機(jī)車附掛到洛陽(yáng)折返段后，故障現(xiàn)象依舊存在。排查分析認(rèn)為IPM主機(jī)內(nèi)MVB板卡故障造成MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷，更換IPM后，制動(dòng)機(jī)緩解正常。

2 制動(dòng)機(jī)不緩解原理分析

制動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)觸發(fā)“加電懲罰制動(dòng)”和“司機(jī)室轉(zhuǎn)換懲罰制動(dòng)”，通過(guò)閉合操作端司機(jī)室電鑰匙可以激活當(dāng)前端EBV，進(jìn)而消除這兩種懲罰制動(dòng)源，制動(dòng)機(jī)允許通過(guò)當(dāng)前處于激活狀態(tài)的EBV進(jìn)行緩解。當(dāng)斷開(kāi)司機(jī)室電鑰匙時(shí)，會(huì)再次觸發(fā)“司機(jī)室轉(zhuǎn)換懲罰制動(dòng)”。換端操作時(shí)，電鑰匙從原操作端斷開(kāi)到當(dāng)前端閉合的過(guò)程中，制動(dòng)機(jī)首先觸發(fā)“司機(jī)室轉(zhuǎn)換懲罰制動(dòng)”，而后激活當(dāng)前端EBV并消除“司機(jī)室轉(zhuǎn)換懲罰制動(dòng)”，兩端EBV完成激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

上述過(guò)程依賴于MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)的正常通信，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷發(fā)生后，IPM不能正常接收TCMS發(fā)出的電鑰匙閉合/斷開(kāi)信號(hào)。此時(shí)，若進(jìn)行換端操作，斷開(kāi)原端電鑰匙雖不會(huì)觸發(fā)“司機(jī)室轉(zhuǎn)換懲罰制動(dòng)”，但因閉合當(dāng)前端電鑰匙無(wú)法激活當(dāng)前端EBV，使得原端EBV仍處于激活狀態(tài)，所以制動(dòng)機(jī)不能通過(guò)當(dāng)前端EBV進(jìn)行緩解；若制動(dòng)機(jī)重啟，因無(wú)法通過(guò)閉合電鑰匙來(lái)消除“加電懲罰制動(dòng)”和“司機(jī)室轉(zhuǎn)換懲罰制動(dòng)”，所以兩端EBV均無(wú)法使制動(dòng)機(jī)緩解。

案例1中，MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷發(fā)生在制動(dòng)機(jī)完全啟動(dòng)之前，因IPM不能正常接收TCMS發(fā)出的電鑰匙閉合信號(hào)，所以制動(dòng)機(jī)不能緩解。分析案例2、案例3中制動(dòng)機(jī)及TCMS數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩故障機(jī)車TCMS在到站前就已多次提示“制動(dòng)機(jī)傳送異?！保⒆罱K顯示“制動(dòng)機(jī)故障”，但制動(dòng)顯示屏卻沒(méi)有任何提示，機(jī)車乘務(wù)員試減壓緩解后維持運(yùn)行到站、制動(dòng)停車，并摘機(jī)、緩解運(yùn)行至折返道岔處。此過(guò)程說(shuō)明制動(dòng)機(jī)本身功能正常，僅MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷，且制動(dòng)機(jī)和TCMS均沒(méi)有因此觸發(fā)懲罰制動(dòng)。由于沒(méi)有懲罰制動(dòng)的施加，加之當(dāng)前操作端EBV仍處于激活狀態(tài)，所以暫時(shí)不影響制動(dòng)機(jī)的正常使用，機(jī)車可在當(dāng)前操作端維持運(yùn)行至終點(diǎn)站。然而，MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷雖不會(huì)觸發(fā)懲罰制動(dòng)，但會(huì)影響到換端時(shí)EBV激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)換以及“加電懲罰制動(dòng)”和“司機(jī)室轉(zhuǎn)換懲罰制動(dòng)”的正常消除，進(jìn)而造成機(jī)車運(yùn)用中無(wú)法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)EBV的換端以及制動(dòng)機(jī)重啟后不能緩解。

3 MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)及其可靠性探討

MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)通信示意圖如圖1所示。

圖1 MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)通信示意圖

從圖中可以看出，MVB/RS485網(wǎng)關(guān)是連接制動(dòng)機(jī)與TCMS的紐帶，其上面設(shè)有PWR、COM1和MVB1三個(gè)連接端口。該網(wǎng)關(guān)通過(guò)PWR端口與I架微機(jī)斷路器相連獲得110 V工作電源，通過(guò)COM1端口與TCMS主機(jī)進(jìn)行RS485總線通信，通過(guò)MVB1端口與制動(dòng)機(jī)IPM進(jìn)行MVB總線通信，MVB與RS485兩種通信方式的轉(zhuǎn)換由MVB/RS485網(wǎng)關(guān)完成。

MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)除了用于向制動(dòng)機(jī)傳輸電鑰匙閉合/斷開(kāi)信號(hào)外，還用于TCMS對(duì)制動(dòng)機(jī)的授時(shí)(IPM將獲取的時(shí)鐘信息作為“制動(dòng)機(jī)事件/故障記錄時(shí)間”)以及制動(dòng)機(jī)將EBV手柄位置和故障記錄實(shí)時(shí)傳送給TCMS。因此，MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)對(duì)HXD3C型機(jī)車的正常運(yùn)用具有非常重要的作用。該網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)由TCMS進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，TCMS顯示屏?xí)小爸苿?dòng)機(jī)傳送異?！钡墓收咸崾?，但此時(shí)TCMS和制動(dòng)機(jī)均不會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的懲罰制動(dòng)。正常情況下，“制動(dòng)機(jī)傳送異?！钡墓收咸崾緯?huì)出現(xiàn)在庫(kù)內(nèi)閉合機(jī)車蓄電池之后，因?yàn)門CMS啟動(dòng)完成時(shí)，制動(dòng)機(jī)還處于啟動(dòng)過(guò)程中，TCMS沒(méi)有收到制動(dòng)機(jī)信號(hào)，故提示“制動(dòng)機(jī)傳送異?！?，待制動(dòng)機(jī)完全啟動(dòng)后，該提示消除。若該提示一直不消除，說(shuō)明MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)處于中斷狀態(tài)，則制動(dòng)機(jī)不能緩解。若MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)通信故障出現(xiàn)在機(jī)車運(yùn)用途中，該網(wǎng)絡(luò)首先會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，伴隨TCMS屏多次提示“制動(dòng)機(jī)傳送異?！倍筇崾鞠敝辆W(wǎng)絡(luò)徹底中斷后，“制動(dòng)機(jī)傳送異?！碧崾静辉傧?，同時(shí)TCMS屏顯示“制動(dòng)機(jī)故障”。

TCMS與制動(dòng)機(jī)能否保持正常的通信功能取決于網(wǎng)關(guān)與MVB板卡及RS485板卡的工作狀態(tài)，三者若有其一故障，MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)通信必將中斷。隨著HXD3C機(jī)車投入運(yùn)用的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，鄭州機(jī)務(wù)段配屬的HXD3C機(jī)車基本已過(guò)C5修，有的甚至過(guò)了2個(gè)C4修。各級(jí)修程對(duì)電子板卡的更新沒(méi)有明確規(guī)定，電子板卡基本處于狀態(tài)修的模式，什么時(shí)候出現(xiàn)故障什么時(shí)候更換。因電子板卡都有其設(shè)計(jì)的固有使用壽命，所以隨著時(shí)間的推移，電子板卡的故障率會(huì)越來(lái)越高，由3個(gè)電子器件組成的MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)的可靠性也會(huì)愈加低下。又因MVB/RS485網(wǎng)關(guān)電源與I架微機(jī)共用1個(gè)斷路器，當(dāng)I架微機(jī)故障或其他原因使該斷路器跳閘時(shí)，必將中斷MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)通信，這又降低了該網(wǎng)絡(luò)的可靠性。加之此類故障隱患在整備檢修的過(guò)程中不易被發(fā)現(xiàn)，因此機(jī)車的正常運(yùn)用要依賴于其控制系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)。如機(jī)車TCMS的雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，在MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)通信中斷的時(shí)候，有必要設(shè)置一種方式替代其主要功能，使機(jī)車維持運(yùn)行到終點(diǎn)機(jī)務(wù)段。

4 建議措施

筆者認(rèn)為，MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)的主要功能是傳輸電鑰匙閉合信號(hào)，用于激活操作端EBV，其他傳輸數(shù)據(jù)的中斷不會(huì)影響機(jī)車維持運(yùn)行。目前，制動(dòng)機(jī)EBV的激活信號(hào)單依靠MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)顯得不太可靠。所以，為有效避免因MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷造成的制動(dòng)機(jī)不緩解故障，筆者提出以下建議措施：

(1)建議將MVB/RS485網(wǎng)關(guān)電源單獨(dú)設(shè)置斷路器，避免其他電路的干擾，增強(qiáng)網(wǎng)關(guān)的可靠性；另外，增加EBV備用激活方式，采用類似HXD3型機(jī)車EBV激活的模式，使用開(kāi)關(guān)硬線的方式通過(guò)RIM箱給IPM輸送激活EBV的電壓信號(hào)，使得在MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下能通過(guò)開(kāi)關(guān)激活操作端EBV，從而消除“加電懲罰制動(dòng)”和“司機(jī)室轉(zhuǎn)換懲罰制動(dòng)”，正常緩解機(jī)車。

(2)建議增加后備空氣制動(dòng)，采用后備閘控制制動(dòng)機(jī)。此方法需加裝相關(guān)閥件并改動(dòng)部分原車風(fēng)管路，工程量較大，但可以一勞永逸，不僅能有效解決此類故障造成的制動(dòng)機(jī)無(wú)法緩解，也能確保在電空制動(dòng)故障的情況下正常行車。

(3)在未采取任何加改措施之前，機(jī)車乘務(wù)員若在運(yùn)行途中發(fā)現(xiàn)TCMS屏頻繁提示“制動(dòng)機(jī)傳送異常”或始終顯示“制動(dòng)機(jī)故障”但暫不影響制動(dòng)機(jī)功能及正常行車時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎采取大、小復(fù)位的方法。因?yàn)檫@很可能是突發(fā)性硬件故障造成的MVB/RS485網(wǎng)絡(luò)中斷，大、小復(fù)位不僅無(wú)法有效解決此故障，反而會(huì)觸發(fā)懲罰制動(dòng)，使得原本處于激活狀態(tài)的EBV也無(wú)法緩解制動(dòng)機(jī)。所以，機(jī)車乘務(wù)員須在終點(diǎn)站前及時(shí)聯(lián)系車站盡量靠邊道折返，在有人帶道的情況下可以不換端退行回段；若無(wú)人帶道，在機(jī)車大、小復(fù)位前提前聯(lián)系救援機(jī)車，因?yàn)榇髲?fù)位很可能使制動(dòng)機(jī)徹底封鎖，救援及時(shí)可縮小故障影響范圍。