重載機車網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)TCN 故障節(jié)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(fā)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)重聯(lián)方式時多數(shù)采用IEC 61375-1 標準中的列車通信網(wǎng)絡(luò)（Train Communication Network，TCN）技術(shù)。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(jié)構(gòu)實現(xiàn)列車電氣設(shè)備的控制和管理。其中，TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)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(xiàn)兩級總線間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。絞線式列車總線的采用使機車車輛可以根據(jù)運營需求進行靈活的重聯(lián)或者解編，實現(xiàn)機車車輛的互聯(lián)互通和互操作［2-3］。

由機車電氣系統(tǒng)（如TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點供電電路故障，TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)備隔離）外部原因?qū)е碌腡CN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點故障或者TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點自身原因（電源模塊故障，背板控制信號故障，TCN 網(wǎng)關(guān)板卡故障，TCN 網(wǎng)關(guān)軟件故障）導致的故障，TCN 網(wǎng)關(guān)故障節(jié)點不會參與WTB 總線的TCN 初運行，將不被編入整車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)列車級網(wǎng)絡(luò)中，將導致整車的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)不完整，對整車的控制以及列車狀態(tài)和故障信息在司機顯示器中的顯示造成一定風險，為規(guī)避該風險，探討機車網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)時對故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點進行位置識別［4］。

1 機車重聯(lián)列車級網(wǎng)絡(luò)配置

機車重聯(lián)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(lián)互通列車線（安全環(huán)路，控制硬線）以及通信接口進行統(tǒng)型。機車重聯(lián)在軟件上通過制定機車網(wǎng)絡(luò)初運行互聯(lián)互通控制規(guī)范、機車列車級數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范、機車互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)控制功能需求規(guī)范、機車網(wǎng)絡(luò)故障代碼編制規(guī)則及故障代碼以及機車司機顯示屏接口和界面統(tǒng)型來實現(xiàn)。機車重聯(lián)互通互操作的核心為機車網(wǎng)絡(luò)初運行互聯(lián)互通控制規(guī)范以及機車列車級數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范。

機車重聯(lián)互聯(lián)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(wǎng)關(guān)節(jié)點分配TCN 地址，建立WTB 過程數(shù)據(jù)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(lián)機車的TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)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(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通暫行技術(shù)條件》的要求進行命令、狀態(tài)診斷等互聯(lián)互通關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸。TCN 網(wǎng)關(guān)是機車互聯(lián)互通互操作的軟硬件載體，是基于網(wǎng)絡(luò)控制的機車重聯(lián)的關(guān)鍵核心設(shè)備。

2 機車重聯(lián)故障節(jié)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(jié)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(shè)置重聯(lián)繼電器，輸入輸出采集單元采集1 車、8 車的重聯(lián)繼電器信號，當列車重聯(lián)時電氣車鉤內(nèi)的連接器聯(lián)掛狀態(tài)反饋線使重聯(lián)繼電器吸合，從而使TCMS 得到準確的重聯(lián)位置（1 車或8 車）。

借鑒350 km/h 中國標準動車組的成功經(jīng)驗，在機車A 節(jié)、B 節(jié)分別設(shè)置重聯(lián)繼電器，輸入輸出采集單元增加A 節(jié)、B 節(jié)重聯(lián)繼電器狀態(tài)采集，并且將電氣車鉤內(nèi)的連接器聯(lián)掛狀態(tài)反饋線接入電路中，當機車網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)時TCMS 能得到準確的重聯(lián)位置（A 節(jié)或B 節(jié)）。結(jié)合機車編號能夠準確的將故障的TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點位置識別出來，并且與TCN網(wǎng)關(guān)節(jié)點索引、TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點地址和實際被控牽引單元有機的結(jié)合起來，保證了TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點故障工況下重聯(lián)機車控制和監(jiān)控的安全性、可靠性，能夠?qū)⒐收蠁卧谒緳C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(wǎng)關(guān)節(jié)點的可維修性。

為建立重聯(lián)機車實際被控設(shè)備與TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點的邏輯映射關(guān)系，根據(jù)重聯(lián)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(xù)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(jù)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(lián)牽引單元司機室鑰匙占用）。

2.1 無故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點

機車網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)成功后，無故障的TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點，4 個TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點可以進行正常的單元映射。TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點向機車中央控制單元匯報重聯(lián)機車不存在故障的TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點。重聯(lián)后4 個TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)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(wǎng)關(guān)節(jié)點為正常狀態(tài)；第X單元（F）表示第X個牽引單元且該牽引單元TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點為故障狀態(tài)，見表1。

表1 無故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點的節(jié)點識別情況

2.2 1 個故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點的識別

機車重聯(lián)后僅有3 個TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點正常工作時，存在1 個故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點，該故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點可以為機車1 或機車2 的任意1 個網(wǎng)關(guān)，TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點向機車中央控制單元匯報重聯(lián)機車存在1 個故障的TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點，并將故障的牽引單元位置匯報給中央控制單元。根據(jù)節(jié)點索引的順序存在8 種情景，由于機車1 或機車2 的TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點故障情況具有對稱關(guān)系，文中使用機車1 的TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點故障的4 種情景作為說明，機車2 的TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)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(wǎng)關(guān)節(jié)點的節(jié)點識別情況

2.3 2 個故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點的識別

機車重聯(lián)后僅有2 個TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點正常工作時，存在2 個故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點。2 個故障的TCN網(wǎng)關(guān)節(jié)點存在3 種情形：機車1 的2 個TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點全部故障；機車2 的2 個TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點全部故障；機車1 存在1 個TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點故障，機車2 存在1 個TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點故障。TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點向機車中央控制單元匯報重聯(lián)機車存在2 個故障的TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)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(wǎng)關(guān)節(jié)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(wǎng)關(guān)節(jié)點全部故障

2.4 3 個故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點的識別

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

3 結(jié)束語

機車車輛的互聯(lián)互通已成為我國軌道交通機車車輛專業(yè)的頂層設(shè)計要求，重載機車在使用網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)方式時多數(shù)采用列車通信網(wǎng)絡(luò)，TCN 網(wǎng)關(guān)是機車互聯(lián)互通互操作的軟硬件載體，是基于網(wǎng)絡(luò)控制的機車重聯(lián)的關(guān)鍵核心設(shè)備。文中借鑒速度350 km/h 中國標準動車組的成功經(jīng)驗，提出重載機車網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)時故障TCN 網(wǎng)關(guān)識別方法，提高了機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)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(wǎng)關(guān)節(jié)點故障，機車2 的1 個TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點故障

表5 3 個故障TCN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點的節(jié)點識別情況