两万吨重载列车LTE无线同步控制系统故障原因分析及改进措施

张洁

摘  要：文章对朔黄铁路两万吨重载列车LTE无线同步控制系统故障的原因进行分析，并有针对性地提出了技术改进措施，大大减少了两万吨重载列车区间停车分解对运输生产的干扰，对运输生产任务的顺利完成具有重要意义。

关键词：HXD1型交流机车;LTE脱网;GDTE单元;OCE控制单元;无线同步控制

中图分类号：U284.48       文献标志码：A           文章编号：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

朔黄铁路作为晋煤东运的重要通路，运输任务逐年攀升，而线路通过能力基本上达到饱和，这无疑给煤炭资源的开发、利用和地区经济的发展带来不利影响。为了提高运输能力，朔黄铁路运输处自2014年开始利用LTE无线同步控制系统开行两万吨重载列车，编组方式为1台HXD1型交流机车+108辆C80车底+1台HXD1型交流机车+108辆C80车底+可控列尾，LTE无线同步控制系统通过LTE网使两台交流机车实现远程同步操控，减少了列车之间的相互作用力，为两万吨重载列车的开行提供了关键的技术支持。但是，在两万吨重载列车开行的三年多时间内，LTE无线同步控制系统故障造成的列车区间停车分解问题一直较为突出，已经严重影响了列车运行安全，干扰了正常的运输秩序，因此，必须采取有效措施减少LTE无线同步控制系统故障的发生。

2 LTE无线同步控制系统介绍

LTE无线同步控制系统主要由同步控制单元OCE、无线数据传输单元GDTE（包括LTE多频天线传输系统和数字电台通信系统）、人机交换及信息显示单元IDU、其他辅助系统组成，各控制单元之间通过MVB总线、RS422总线和以太网总线进行数据交换。网络拓扑图如图1。

2.1 同步控制单元OCE

同步控制单元OCE通过串口向数据传输单元发送控制指令，控制从控机车的运行，同时接收数据传输单元发回的从控机车的状态及故障信息;并通过MVB与人机接口及信息显示装置IDU进行通信，提供需要显示的机车状态信息。具体如图2。

2.2 无线数据传输单元GDTE

无线数据传输单元GDTE为机车同步控制设备提供空口数据传输通道，空口数据主要包括编组信息、主车向从车发送的控制业务数据、从车向主车反馈的状态信息、无线重联设备和可控列尾设备的数据交互信息等。具体如图3。

2.3 人机交换及信息显示单元IDU

采用目前机车通用显示装置，具备MVB（中继器）通信接口，增加了机车无线重联编制设置和状态显示界面，具有更好的可靠性。具体如图4。

2.4 其他系统

其他系统是指机车原有的牵引制动系统、辅助系统、控制系统、安全监控系统等一系列保证机车运行的系统。

3 LTE无线控制系统故障原因分析

LTE無线控制系统是两万吨重载列车开行的关键技术，其主要功能为无线传输和无线控制，任何一个环节发生问题，均会造成无线控制系统故障，从而导致列车区间停车分解。

3.1 同步控制单元OCE数据分析

对因LTE无线控制系统故障而区间停车分解的机车，逐台下载OCE数据进行分析，发现所有机车操纵端故障时刻的OCE灯显为绿色，状态字为1000，说明当时OCE工作正常，即无线控制系统功能正常;发现所有机车操作端故障时刻的LTE状态灯显为红色，说明此时无线传输处于故障状态。典型OCE数据分析如图5。

3.2 无线数据传输单元GDTE数据分析

3.2.1 下载机车网路拓扑图分析

对因LTE无线控制系统故障而区间停车分解的机车，逐台下载网络拓扑数据进行分析，发现故障机车操纵端的GDTE在拓扑图中均显示红色，表示此时GDTE单元故障，无法实现无线传输数据与控制数据的交换，导致整体控制系统故障。典型拓扑图分析如图6。

3.2.2 下载机车LTE数据分析

对因LTE无线控制系统故障而区间停车分解的机车，逐台下载LTE数据进行分析，发现机车在同步控制系统发生故障时刻，操纵端的LTE数据显示业务串口、状态串口、AB端串口变为0，表示GDTE与LTE通讯模块通讯中断，LTE处于脱网状态，无法自行恢复。典型LTE数据分析图如图7。

3.3 LTE无线控制系统故障综合分析

通过对发生LTE无线控制系统故障的机车进行OCE数据分析、网络拓扑图分析、LTE数据分析发现，故障点主要集中在无线传输控制单元GDTE。进一步对GDTE故障的原因进行调查、分析，发现LTE通讯模块安装在GDTE单元中，通过GDTE背板总线与GDTE交换数据，然后通过GDTE将LTE数据与OCE单元进行数据交换，在LTE通讯数据传输过程中，需要进行两次数据转换，大大增加了数据的校验次数和数据包误码概率，并且数据传输的准确性还受制于GDTE性能的稳定，数据的多次交换以及GDTE性能的不稳定最终造成LTE无线控制系统故障频发。LTE通讯数据传递关系图如图8。

4 改进措施

4.1 对LTE无线控制系统的数据交换进行优化

针对LTE无线控制系统数据传递中间环节多，容易造成通讯中断的问题，在保持硬件设备不变的前提下，对LTE无线控制系统各控制单元的连接和安装进行调整和优化，精简LTE数据传输的中间环节，从根本上提高LTE通信的可靠性，降低通讯延时。

将LTE通信板卡从GDTE单元中剥离出来，独立进行机箱安装，独立供电工作;采用与800M电台相同的RS422方式与同步控制单元OCE直接进行数据交换;原来无线传输系统中的OCE单元与GDTE单元的MVB通信仍然保留，两节车之间的LTE数据传输与以太网数据同步。改进后的LTE通讯数据传递关系图如图9。

4.2 对LTE数据传输设备性能进行优化

朔黄铁路LTE数据传输采用A网、B网双冗余通讯通道，改进后的LTE通讯控制箱新增自愈功能，当LTE控制箱检测到A网或B网发生单网脱网故障15秒以上后，内部控制程序能够使发生脱网的通讯板发生断电、自起，重新起动后自动进行网络寻址，并根据OCE的参数情况自动进入同步控制。

将LTE通信板卡从GDTE单元中剥离出来后，大大降低了GDTE单元的功耗和负载，利于LTE模块和GDTE单元本身的散热，很大程度上提高了GDTE单元的性能稳定性。LTE通讯控制箱、新型GDTE单元如图10、11。

5 改进效果检验

按照改进后的方案，对HXD1型7137、7138机车的LTE无线控制系统进行了升级改造，然后将升级改造后的HXD1型7137与7138机车、未进行升级改造的HXD1型7182、7183机车分别编组两万吨试验，测试主控机车与从控机车之间的控制指令传输情况，分别测试了10组数据，发现控制指令平均延时由改造前的736ms下降到215.47ms，最大延时由改造前的1141ms下降为445.5ms，最小延时由改造前的469ms下降为88.98ms，数据传输性能有了很大提高，具体如图12、13。

对朔黄铁路运输处的6台HXD1型交流机车的LTE无线控制系统进行了升级改造，运行半年多，LTE脱网故障大幅下降，改进效果显著。

6 結束语

LTE无线同步控制系统为两万吨重载列车的开行提供了重要的技术支持，自2014年在朔黄铁路运输处投入运用以来，为每年运输生产任务的顺利完成发挥了重要作用，但是在实际运用过程中，该控制系统也存在一些质量问题，造成多起重载列车区间停车分解的发生。本文通过对LTE无线同步控制系统故障的机车进行OCE数据分析、拓扑图分析以及LTE数据分析，找到了造成控制系统故障的原因，并通过对设备性能、数据交换进行优化，从根本上提高了控制系统性能稳定性，为两万吨重载列车运行安全提供了技术保证，在朔黄铁路赢得了良好的质量信誉。

参考文献：

[1]王伟军.大秦线GSM2R网络LOCOTROL中断原因分析[J].铁道通信信号，2009（5）.

[2]张毅力.机车重联控制系统的发展[J].机械管理开发，2009（1）.

[3]郭林.朔黄铁路机车无线重联系统故障及解决措施[Z].朔黄铁路，2013（3）.