HXN5 机车CCA 网络结构及其故障排除浅析

2014-12-23常泓洁王瑞娜

科技视界 2014年2期

常泓洁王瑞娜

（1.南车戚墅堰机车有限公司客户服务部，江苏常州 213011）

（2.南车戚墅堰机车有限公司工艺技术部，江苏常州 213011）

0 引言

集中控制体系结构（CCA）由相互联系的许多电子单元组成，它是一个基于计算机的电子控制系统。CCA 执行所有测量、计算、决策以及控制操作及其他车载系统所需的功能。此种控制系统，以微型机为核心，采用单元组合方式，根据不同需要灵活组合成一个完整系统。该系统既有计算机控制系统控制算式先进、精度高、响应速度快的优点，又有仪表控制系统安全可靠、维护方便的优点。

1 ARCNet 网络

1.1 拓扑结构

HXN5 机车的CCA 结构中，智能显示器是主要的控制计算机，其他的设备，诸如集成式输入/输出控制板（CIO）、牵引电动机控制器（TMC）和柴油机控制单元（ECU）等均受其控制，它们通过一个串联的通信网络相互连接，该通信网络被称为ARCNet。

1.2 技术参数

网络电缆是特殊构造的电缆，用于传递信号并降低噪声敏感性和减少对外扰动。在HXN5 型机车上，ARCNet 是通过使用DB9 插头连接机车上所有微机控制智能面板的四线网络而实现的。该网络电缆容纳两个独立的网络（网络0、网络1），每个网络由两根电缆线组成，通过采用双绞线耦合来降低噪声干扰。ARCNet 基本技术要求：

数据传输速率：5Mbps，最大10Mbps；

设备间距：双绞线电缆与两端终端设备的距离60m；

负载时驱动输出信号电平（最小）：±1.5V；

空载时驱动输出信号电平（最大）：±6V；

接收输入电压范围：－7V～+12V；

设备最大编号：20；

多个A、B 通道相连时，每通道两根线。

1.3 数据传输

HXN5 机车由两个ARCNet 物理网络用于控制系统。所有面板都通过这两个网络进行通信。接有电揽的ARCNet 统一控制构架体系（CCA）使用简单的交替算法，该算法将更新的采样数据传到与上一次使用的数据传递网络相对的网络上。交替算法使得数据传递对一个网络只有50%的依赖性。两个物理网络用于相互提供冗余，当一个网络发生故障时仍有50%的控制数据可以通过另一个网络成功传输。

2 故障分析

智能显示器DS1、DS2、DS3 是主要的控制计算机，它们通过使用ARCNet 网络传递和接受相关信息，从而达到控制机车上所有其他计算机和功能模块运行的目的。当机车控制信号传递异常时，智能显示器屏幕和机车日志里会出现相应“网络故障”的提示，此时需要进入级别3（IL3）调出“控制网络监视器”查看以便进一步确定故障所在。

2.1 故障现象

“控制网络监视器”屏幕中包含“重新配置次数”——该数字是每个网络自通电以来重新配置的次数。试图访问网络的节点导致重新配置。这些节点可能已经断开连接并正在尝试重新建立连接，或节点可能正首次（即通电时）接入网络。从“控制网络监控器”屏幕可以看到各个面板网络上重新配置的次数。

表1 ARCNet 网络DB9 连接器引脚功能定义

当网络异常时，网络重新配置0/网络重新配置1 的计数会以每秒1 次或更大数值的速率不断递增，通过该计数可以确认故障的发生。

2.2 故障排除

影响机车信号传递的因素有两个：1）机车各个智能控制面板；2）ARCNet 网络电缆。

2.2.1 对失效面板进行故障排除

要确定某个面板是否是重新配置源，可以使用以下两种方法。

（1）断开该面板的电源——逐个断开面板的电源。这就从网络中除去了该节点，但网络仍然会使用网卡中的网络跟踪来完成总线配置。此时如果重新配置数继续递增，就可以排除对该面板的怀疑。

（2）用旁路法通过将面板的ARCNet 网络电缆连接在一起来旁路该面板——这将完全旁路该面板。如果重新配置数继续递增，就可以完全排除对该面板的怀疑。

2.2.2 对失效电缆进行故障排除

在网络中信号传递时总线的每一端都需要网络终结器，以确保信号的完整性。终结器短接接头由DB9 接头组成，它将引脚3 跳接/短接到引脚7，将引脚5 跳接/短接到引脚9（如图1 所示）。在终结器跳接线对之间增加一条电缆，防止失去终结器，同时又保持了物理一致性。

DB9 插头引脚功能定义如表1 所示。

要确定故障是否是在其中一条网络电缆中，可以使用短接插头来构造一个较小的网络，然后将电缆重新恢复到网络中。具体方法如下：将所有网络电缆连接在一起，仅在环路中留下3 个面板，在CIO 面板上的CIO-WB 处装上一个短接插头，从最后一个面板开始，逐渐移动终结器，如果重新配置计数停止，则证明此前连接的一根电缆为故障电缆，对故障电缆应该更换。