基于TCN与WordFIP网络的HXD2机车微机控制系统比较

马延品

【摘要】 介绍了基于TCN网络的新八轴HXD2机车及基于WordFIP网络的微机控制系统，对两种微机控制系统的组成、功能进行了比较，为机务运用、检修人员快速熟悉新八轴HXD2机车微机控制系统提供借鉴和帮助。

【关键词】 TCN WordFIP 新八轴HXD2机车 微机控制

基于WordFIP网络的HXD2型电力机车与基于TCN网络的新八轴HXD2机车都是中国北车集团大同电力机车有限公司生产。前者是大同电力机车有限公司与法国ALSTOM公司在Prima BB43700型电力机车平台基础上联合开发的，其微机控制系统采用了ALSTOM公司成熟可靠的AGATETM系列产品。基于TCN的新八轴HXD2型电力车机车是由中国北车大同电力机车有限责任公司生产的具有完全自主知识产权的大功率电力机车，装有我国自主知识产权的微机控制系统。HXD21001 机车于2012年12月到达包西机务段开始运用考核工作，并担当重载货物列车牵引任务。现已完成运用考核并配属包头西机务段69台该型机车。本文就这两种机车的微机控制系统进行简要的分析。

一、两种机车微机网络控制系统结构

基于WordFIP网络的HXD2机车微机控制系统结构分为两级：车辆级通信和列车级通信，对应的PIP网也分为两级：FIP车辆网（FIPV网）和FIP列车网（FIPT网）。基于TCN网络的新八轴HXD2机车微机控制系统结构也分为两级：列车级总线（WTB）和车辆级总线（WVB）。单节车的网络结构如图1所示。

这两种微机控制系统均由2组主处理单元（MPU1、MPU2）、2组远程输入输出模块（RIOM1、RIOM2）、4组牵引控制单元（TCU1、TCU2、TCU3、TCU4）、2组辅助控制单元（ACU1、ACU2）、1组制动控制单元（BCU）组成。基于WordFIP网络的HXD2机车微机控制系统中司机显示单元（DDU）有两组，而新八轴HXD2机车的司机显示单元只有一组，其微机网络控制系统中还增加了2组TCN网关（GW1、GW2）。两种微机控制系统都采用模块化设计，实现了机车控制、监控功能、网络通信、牵引控制、辅助控制、检修维护功能。

二、主要设备功能

（1）MPU（主处理单元）：两种微机控制系统中的MPU都是用于机车内部各个控制单元之间的信息交换和控制，负责网络管理功能。MPU均采用主机冗余模式工作，在正常情况下，只有一组MPU主机处于控制机车的工作状态，而另一组MPU主机处于热备状态，只有在主控MPU主机故障时处于热备状态的MPU才接替故障MPU 主机工作。

（2）TCN网关（GW）：基于WordFIP网络的HXD2机车微机控制系统的车辆级通信时通过FIPV网进行，列车级通信是通过FIPT网进行，用于每台机车的两节车或多机重联时所有信息的交换。而新八轴HXD2机车微机控制系统中WTB网络和MVB网络之间的数据传输时通过TCN网关来实现的。可以自动完成WTB设备的列车自动编组、机车的重联控制，也可以作为MVB设备完成机车设备状态查询、过程数据通讯、消息数据通讯、监控数据通讯和总线管理等功能。

（3）RIOM（远程输入输出单元）：负责采集控制柜内的现场数据，同时驱动控制台的模拟仪表及显示灯和执行控制命令，驱动各电器柜内的继电器、接触器等现场执行设备动作。

（4）TCU（牵引控制单元）：负责机车牵引控制与制动控制功能，满足整车的控制要求。

（5）ACU（辅助控制单元）：负责辅助变流器及充电机的控制功能。

（6）DDU（司机显示单元）：负责实时显示机车运行状态信息、设备工作状态和机车故障信息等。

（7）BCU（制动控制单元）：负责机车空气制动控制，满足整车的制动控制要求。

三、WordFIP与 TCN网络微机控制系统所应用的核心技术

（1）WorldFIP网络通信技术是由ALSTOM等几家法国公司在原有通信技术的基础上根据IEC 6ll58-2、EN 50170《通用现场通信系统》国际标准及用户的要求所制定。HXD2机车微机网络控制系统是国内首次引进WorldFIP网络通信技术。

（2）TCN总线技术是基于TCN国际标准（IEC61375-1） 实现轨道交通车辆数据的高实时传输的现场总线。近年来，中国南车集团、北车集团技术引进的HXD1机车、HXD1B机车、HXD1C机车、 HXD2C机车、HXD3B机车、CRH1动车组、CRH3动车组、CRH5动车组以及国内地铁车辆等控制系统大多采用TCN网络微机控制系统。

四、WordFIP与 TCN网络微机控制系统的优缺点

WordFIP網络在可靠性、灵活性、通用性、信息量传输上都比TCN网络好。目前我国采用的WordFIP网络配件都是国外的标准件，虽然有自主研发的产品，但都是替换或代用，同时WordFIP网络对于硬件的要求严格，对于设备的连接要求也高于TCN网络。TCN是专门为列车通信网络制定的标准，在实时性、可管理性、介质访问控制方法方面有一定的优势。TCN网络的微机控制系统在研制过程中融入了许多先进技术和实际应用经验，使系统更加完善、易于安装、调试。但TCN网络中列车级与车辆级的通信是通过网关（GW）来实现的，由于MVB/MTB网关的增加在一定程度上降低了系统的可靠性，同时也增加了系统的复杂性和制造成本。

五、结论

新八轴HXD2型电力机车自在呼和浩特铁路局包头西机务段投入使用以来，基于TCN网络的微机网络控制系统虽然具备了完善的故障诊断、记录、存储、显示及下载功能。但也发生了由于系统中TCN网关故障导致机破的事件。随着列车通信要求的不断提高，国内的研发、生产单位一是进一步改进TCN微机网络控制系统及设备质量，二是掌握WordFIP网络核心技术，自主研发WordFIP网络高端设备来带动中国电力机车微机网络控制水平都是非常有必要的。

参考文献：

[1]高健，赵明元，梁斌. HXD2型大功率交流传动货运电力机车微机网络控制系统[J].机车电传动.2008（4）：8????-12.

[2]任宝兵，于跃，宁寿辉，王晓鹏. 基于交流传动机车TCN网络控制系统的半实物仿真平台设计[J].内燃机车.2010（6）：8-15.

[3]于跃，姜悦礼，吴健. 基于TCN的大功率机车网络控制系统[J]内燃机车.2010（12）：34-35

[4]张曙光.HXD2型电力机车[M].北京：中国铁道出版社.2009

参 考 文 献

[1]高健，赵明元，梁斌. HXD2型大功率交流传动货运电力机车微机网络控制系统[J].机车电传动.2008（4）：8????-12.

[2]任宝兵，于跃，宁寿辉，王晓鹏. 基于交流传动机车TCN网络控制系统的半实物仿真平台设计[J].内燃机车.2010（6）：8-15.

[3]于跃，姜悦礼，吴健. 基于TCN的大功率机车网络控制系统[J]内燃机车.2010（12）：34-35

[4]张曙光.HXD2型电力机车[M].北京：中国铁道出版社.2009