兩萬噸重載列車LTE無線同步控制系統(tǒng)故障原因分析及改進(jìn)措施

張潔

摘? 要：文章對朔黃鐵路兩萬噸重載列車LTE無線同步控制系統(tǒng)故障的原因進(jìn)行分析，并有針對性地提出了技術(shù)改進(jìn)措施，大大減少了兩萬噸重載列車區(qū)間停車分解對運(yùn)輸生產(chǎn)的干擾，對運(yùn)輸生產(chǎn)任務(wù)的順利完成具有重要意義。

關(guān)鍵詞：HXD1型交流機(jī)車;LTE脫網(wǎng);GDTE單元;OCE控制單元;無線同步控制

中圖分類號：U284.48? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）11-0011-04

Abstract： This paper analyzes the causes of the failure of LTE wireless synchronous control system of 20，000ton heavy haul train on Shuohuang Railway， and puts forward some technical improvement measures， which greatly reduces the interference of interval stop decomposition of 20，000ton heavy haul train to transportation production. It is of great significance to the successful completion of the task of transportation and production.

Keywords： HXD1 AC locomotive; LTE off-grid; GDTE unit; OCE control unit; wireless synchronous control

1 概述

朔黃鐵路作為晉煤東運(yùn)的重要通路，運(yùn)輸任務(wù)逐年攀升，而線路通過能力基本上達(dá)到飽和，這無疑給煤炭資源的開發(fā)、利用和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來不利影響。為了提高運(yùn)輸能力，朔黃鐵路運(yùn)輸處自2014年開始利用LTE無線同步控制系統(tǒng)開行兩萬噸重載列車，編組方式為1臺HXD1型交流機(jī)車+108輛C80車底+1臺HXD1型交流機(jī)車+108輛C80車底+可控列尾，LTE無線同步控制系統(tǒng)通過LTE網(wǎng)使兩臺交流機(jī)車實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程同步操控，減少了列車之間的相互作用力，為兩萬噸重載列車的開行提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持。但是，在兩萬噸重載列車開行的三年多時(shí)間內(nèi)，LTE無線同步控制系統(tǒng)故障造成的列車區(qū)間停車分解問題一直較為突出，已經(jīng)嚴(yán)重影響了列車運(yùn)行安全，干擾了正常的運(yùn)輸秩序，因此，必須采取有效措施減少LTE無線同步控制系統(tǒng)故障的發(fā)生。

2 LTE無線同步控制系統(tǒng)介紹

LTE無線同步控制系統(tǒng)主要由同步控制單元OCE、無線數(shù)據(jù)傳輸單元GDTE（包括LTE多頻天線傳輸系統(tǒng)和數(shù)字電臺通信系統(tǒng)）、人機(jī)交換及信息顯示單元IDU、其他輔助系統(tǒng)組成，各控制單元之間通過MVB總線、RS422總線和以太網(wǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1。

2.1 同步控制單元OCE

同步控制單元OCE通過串口向數(shù)據(jù)傳輸單元發(fā)送控制指令，控制從控機(jī)車的運(yùn)行，同時(shí)接收數(shù)據(jù)傳輸單元發(fā)回的從控機(jī)車的狀態(tài)及故障信息;并通過MVB與人機(jī)接口及信息顯示裝置IDU進(jìn)行通信，提供需要顯示的機(jī)車狀態(tài)信息。具體如圖2。

2.2 無線數(shù)據(jù)傳輸單元GDTE

無線數(shù)據(jù)傳輸單元GDTE為機(jī)車同步控制設(shè)備提供空口數(shù)據(jù)傳輸通道，空口數(shù)據(jù)主要包括編組信息、主車向從車發(fā)送的控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、從車向主車反饋的狀態(tài)信息、無線重聯(lián)設(shè)備和可控列尾設(shè)備的數(shù)據(jù)交互信息等。具體如圖3。

2.3 人機(jī)交換及信息顯示單元IDU

采用目前機(jī)車通用顯示裝置，具備MVB（中繼器）通信接口，增加了機(jī)車無線重聯(lián)編制設(shè)置和狀態(tài)顯示界面，具有更好的可靠性。具體如圖4。

2.4 其他系統(tǒng)

其他系統(tǒng)是指機(jī)車原有的牽引制動系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等一系列保證機(jī)車運(yùn)行的系統(tǒng)。

3 LTE無線控制系統(tǒng)故障原因分析

LTE無線控制系統(tǒng)是兩萬噸重載列車開行的關(guān)鍵技術(shù)，其主要功能為無線傳輸和無線控制，任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生問題，均會造成無線控制系統(tǒng)故障，從而導(dǎo)致列車區(qū)間停車分解。

3.1 同步控制單元OCE數(shù)據(jù)分析

對因LTE無線控制系統(tǒng)故障而區(qū)間停車分解的機(jī)車，逐臺下載OCE數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)所有機(jī)車操縱端故障時(shí)刻的OCE燈顯為綠色，狀態(tài)字為1000，說明當(dāng)時(shí)OCE工作正常，即無線控制系統(tǒng)功能正常;發(fā)現(xiàn)所有機(jī)車操作端故障時(shí)刻的LTE狀態(tài)燈顯為紅色，說明此時(shí)無線傳輸處于故障狀態(tài)。典型OCE數(shù)據(jù)分析如圖5。

3.2 無線數(shù)據(jù)傳輸單元GDTE數(shù)據(jù)分析

3.2.1 下載機(jī)車網(wǎng)路拓?fù)鋱D分析

對因LTE無線控制系統(tǒng)故障而區(qū)間停車分解的機(jī)車，逐臺下載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)故障機(jī)車操縱端的GDTE在拓?fù)鋱D中均顯示紅色，表示此時(shí)GDTE單元故障，無法實(shí)現(xiàn)無線傳輸數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的交換，導(dǎo)致整體控制系統(tǒng)故障。典型拓?fù)鋱D分析如圖6。

3.2.2 下載機(jī)車LTE數(shù)據(jù)分析

對因LTE無線控制系統(tǒng)故障而區(qū)間停車分解的機(jī)車，逐臺下載LTE數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)車在同步控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)刻，操縱端的LTE數(shù)據(jù)顯示業(yè)務(wù)串口、狀態(tài)串口、AB端串口變?yōu)?，表示GDTE與LTE通訊模塊通訊中斷，LTE處于脫網(wǎng)狀態(tài)，無法自行恢復(fù)。典型LTE數(shù)據(jù)分析圖如圖7。

3.3 LTE無線控制系統(tǒng)故障綜合分析

通過對發(fā)生LTE無線控制系統(tǒng)故障的機(jī)車進(jìn)行OCE數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D分析、LTE數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，故障點(diǎn)主要集中在無線傳輸控制單元GDTE。進(jìn)一步對GDTE故障的原因進(jìn)行調(diào)查、分析，發(fā)現(xiàn)LTE通訊模塊安裝在GDTE單元中，通過GDTE背板總線與GDTE交換數(shù)據(jù)，然后通過GDTE將LTE數(shù)據(jù)與OCE單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在LTE通訊數(shù)據(jù)傳輸過程中，需要進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，大大增加了數(shù)據(jù)的校驗(yàn)次數(shù)和數(shù)據(jù)包誤碼概率，并且數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性還受制于GDTE性能的穩(wěn)定，數(shù)據(jù)的多次交換以及GDTE性能的不穩(wěn)定最終造成LTE無線控制系統(tǒng)故障頻發(fā)。LTE通訊數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系圖如圖8。

4 改進(jìn)措施

4.1 對LTE無線控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換進(jìn)行優(yōu)化

針對LTE無線控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞中間環(huán)節(jié)多，容易造成通訊中斷的問題，在保持硬件設(shè)備不變的前提下，對LTE無線控制系統(tǒng)各控制單元的連接和安裝進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，精簡LTE數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)，從根本上提高LTE通信的可靠性，降低通訊延時(shí)。

將LTE通信板卡從GDTE單元中剝離出來，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)箱安裝，獨(dú)立供電工作;采用與800M電臺相同的RS422方式與同步控制單元OCE直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;原來無線傳輸系統(tǒng)中的OCE單元與GDTE單元的MVB通信仍然保留，兩節(jié)車之間的LTE數(shù)據(jù)傳輸與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)同步。改進(jìn)后的LTE通訊數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系圖如圖9。

4.2 對LTE數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備性能進(jìn)行優(yōu)化

朔黃鐵路LTE數(shù)據(jù)傳輸采用A網(wǎng)、B網(wǎng)雙冗余通訊通道，改進(jìn)后的LTE通訊控制箱新增自愈功能，當(dāng)LTE控制箱檢測到A網(wǎng)或B網(wǎng)發(fā)生單網(wǎng)脫網(wǎng)故障15秒以上后，內(nèi)部控制程序能夠使發(fā)生脫網(wǎng)的通訊板發(fā)生斷電、自起，重新起動后自動進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)尋址，并根據(jù)OCE的參數(shù)情況自動進(jìn)入同步控制。

將LTE通信板卡從GDTE單元中剝離出來后，大大降低了GDTE單元的功耗和負(fù)載，利于LTE模塊和GDTE單元本身的散熱，很大程度上提高了GDTE單元的性能穩(wěn)定性。LTE通訊控制箱、新型GDTE單元如圖10、11。

5 改進(jìn)效果檢驗(yàn)

按照改進(jìn)后的方案，對HXD1型7137、7138機(jī)車的LTE無線控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，然后將升級改造后的HXD1型7137與7138機(jī)車、未進(jìn)行升級改造的HXD1型7182、7183機(jī)車分別編組兩萬噸試驗(yàn)，測試主控機(jī)車與從控機(jī)車之間的控制指令傳輸情況，分別測試了10組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)控制指令平均延時(shí)由改造前的736ms下降到215.47ms，最大延時(shí)由改造前的1141ms下降為445.5ms，最小延時(shí)由改造前的469ms下降為88.98ms，數(shù)據(jù)傳輸性能有了很大提高，具體如圖12、13。

對朔黃鐵路運(yùn)輸處的6臺HXD1型交流機(jī)車的LTE無線控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，運(yùn)行半年多，LTE脫網(wǎng)故障大幅下降，改進(jìn)效果顯著。

6 結(jié)束語

LTE無線同步控制系統(tǒng)為兩萬噸重載列車的開行提供了重要的技術(shù)支持，自2014年在朔黃鐵路運(yùn)輸處投入運(yùn)用以來，為每年運(yùn)輸生產(chǎn)任務(wù)的順利完成發(fā)揮了重要作用，但是在實(shí)際運(yùn)用過程中，該控制系統(tǒng)也存在一些質(zhì)量問題，造成多起重載列車區(qū)間停車分解的發(fā)生。本文通過對LTE無線同步控制系統(tǒng)故障的機(jī)車進(jìn)行OCE數(shù)據(jù)分析、拓?fù)鋱D分析以及LTE數(shù)據(jù)分析，找到了造成控制系統(tǒng)故障的原因，并通過對設(shè)備性能、數(shù)據(jù)交換進(jìn)行優(yōu)化，從根本上提高了控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定性，為兩萬噸重載列車運(yùn)行安全提供了技術(shù)保證，在朔黃鐵路贏得了良好的質(zhì)量信譽(yù)。

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