重载机车网络重联TCN 故障节点识别方法研究*

2021-05-21李小勇朱广超闫迷军

铁道机车车辆 2021年2期

曾周，李小勇，朱广超，闫迷军，郑斌

（1 朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁062350；2 北京纵横机电科技有限公司，北京100094）

目前，国内外的高速动车组、大功率机车和编组的城市轨道交通车辆在使用网络重联方式时多数采用IEC 61375-1 标准中的列车通信网络（Train Communication Network，TCN）技术。通过绞线式列车总线（Wire Train Bus，WTB）和多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，MVB）两级总线结构实现列车电气设备的控制和管理。其中，TCN 网关节点为绞线式列车总线和多功能车辆总线之间的连接桥梁，实现两级总线间的通信协议转换。绞线式列车总线的采用使机车车辆可以根据运营需求进行灵活的重联或者解编，实现机车车辆的互联互通和互操作［2-3］。

由机车电气系统（如TCN 网关节点供电电路故障，TCN 网关节点设备隔离）外部原因导致的TCN 网关节点故障或者TCN 网关节点自身原因（电源模块故障，背板控制信号故障，TCN 网关板卡故障，TCN 网关软件故障）导致的故障，TCN 网关故障节点不会参与WTB 总线的TCN 初运行，将不被编入整车网络控制系统列车级网络中，将导致整车的网络控制系统拓扑结构不完整，对整车的控制以及列车状态和故障信息在司机显示器中的显示造成一定风险，为规避该风险，探讨机车网络重联时对故障TCN 网关节点进行位置识别［4］。

1 机车重联列车级网络配置

机车重联在硬件上对车钩机械部分（机械接口、车钩高度），车钩电气部分（连接器，电气接口），互联互通列车线（安全环路，控制硬线）以及通信接口进行统型。机车重联在软件上通过制定机车网络初运行互联互通控制规范、机车列车级数据传输规范、机车互联互通网络控制功能需求规范、机车网络故障代码编制规则及故障代码以及机车司机显示屏接口和界面统型来实现。机车重联互通互操作的核心为机车网络初运行互联互通控制规范以及机车列车级数据传输规范。

机车重联互联互通控制分为TCN 初运行和操作初运行两部分。TCN 初运行完成WTB 总线配置，为每个TCN 网关节点分配TCN 地址，建立WTB 过程数据通信。操作初运行又分为3 个功能：机车编组地址识别、主控机车识别和方向识别。重联机车的TCN 网关节点在正确完成TCN初运行和操作初运行后，将按照TJ/JW 059-2015《交流传动机车TCN 网络互联互通暂行技术条件》的要求进行命令、状态诊断等互联互通关键数据的传输。TCN 网关是机车互联互通互操作的软硬件载体，是基于网络控制的机车重联的关键核心设备。

2 机车重联故障节点识别

目前，速度350 km/h 中国标准动车组已批量运营较长时间，TCN 故障节点识别方法在中国标准动车组上得到充分的验证，为故障工况下司机安全合理控制列车以及机械师快速定位故障和排解故障起到很好的指导和运用效果。350 km/h 中国标准动车组在1 车、8 车设置重联继电器，输入输出采集单元采集1 车、8 车的重联继电器信号，当列车重联时电气车钩内的连接器联挂状态反馈线使重联继电器吸合，从而使TCMS 得到准确的重联位置（1 车或8 车）。

借鉴350 km/h 中国标准动车组的成功经验，在机车A 节、B 节分别设置重联继电器，输入输出采集单元增加A 节、B 节重联继电器状态采集，并且将电气车钩内的连接器联挂状态反馈线接入电路中，当机车网络重联时TCMS 能得到准确的重联位置（A 节或B 节）。结合机车编号能够准确的将故障的TCN 网关节点位置识别出来，并且与TCN网关节点索引、TCN 网关节点地址和实际被控牵引单元有机的结合起来，保证了TCN 网关节点故障工况下重联机车控制和监控的安全性、可靠性，能够将故障单元在司机显示器上进行正确的显示，提高司机显示器的可用性，也方便维修人员快速定位故障位置，提高TCN 网关节点的可维修性。

为建立重联机车实际被控设备与TCN 网关节点的逻辑映射关系，根据重联机车基于司机室钥匙占用信号的位置，命名离主控钥匙最近的端车为第一牵引单元，依次命名后续的牵引单元为第二牵引单元、第三牵引单元和第四牵引单元。因此，根据最近端车原则主控机车单元可能是第一牵引单元或第二牵引单元（重联牵引单元司机室钥匙占用）。

2.1 无故障TCN 网关节点

机车网络重联成功后，无故障的TCN 网关节点，4 个TCN 网关节点可以进行正常的单元映射。TCN 网关节点向机车中央控制单元汇报重联机车不存在故障的TCN 网关节点。重联后4 个TCN 网关节点正常工作时，有2 种情景，其中第X单元（O）表示第X个牵引单元且该牵引单元TCN 网关节点为正常状态；第X单元（F）表示第X个牵引单元且该牵引单元TCN 网关节点为故障状态，见表1。

表1 无故障TCN 网关节点的节点识别情况

2.2 1 个故障TCN 网关节点的识别

机车重联后仅有3 个TCN 网关节点正常工作时，存在1 个故障TCN 网关节点，该故障TCN 网关节点可以为机车1 或机车2 的任意1 个网关，TCN 网关节点向机车中央控制单元汇报重联机车存在1 个故障的TCN 网关节点，并将故障的牵引单元位置汇报给中央控制单元。根据节点索引的顺序存在8 种情景，由于机车1 或机车2 的TCN 网关节点故障情况具有对称关系，文中使用机车1 的TCN 网关节点故障的4 种情景作为说明，机车2 的TCN 网关节点故障的4 种情景与此类似不再赘述，见表2。

表2 1 个故障TCN 网关节点的节点识别情况

2.3 2 个故障TCN 网关节点的识别

机车重联后仅有2 个TCN 网关节点正常工作时，存在2 个故障TCN 网关节点。2 个故障的TCN网关节点存在3 种情形：机车1 的2 个TCN 网关节点全部故障；机车2 的2 个TCN 网关节点全部故障；机车1 存在1 个TCN 网关节点故障，机车2 存在1 个TCN 网关节点故障。TCN 网关节点向机车中央控制单元汇报重联机车存在2 个故障的TCN 网关节点，并将故障的牵引单元位置汇报给中央控制单元。前2 种故障情形类似，以机车1 的2 个TCN 网关节点全部故障为例，见表3。第3 种情形见表4。

表3 机车1 的2 个TCN 网关节点全部故障

2.4 3 个故障TCN 网关节点的识别

机车重联后仅有1 个TCN 网关节点正常工作时，存在3 个故障TCN 网关节点，该正常TCN 网关节点可以为机车1 或机车2 的任意1 个网关，TCN 网关节点向机车中央控制单元汇报重联机车存在3 个故障的TCN 网关节点，并将故障的牵引单元位置汇报给中央控制单元。根据节点索引的顺序存在4 种情景，使用机车1 的TCN 网关节点故障的2 种情景作为说明，机车2 的TCN 网关节点故障的2 种情景与此类似不再赘述，见表5。

3 结束语

机车车辆的互联互通已成为我国轨道交通机车车辆专业的顶层设计要求，重载机车在使用网络重联方式时多数采用列车通信网络，TCN 网关是机车互联互通互操作的软硬件载体，是基于网络控制的机车重联的关键核心设备。文中借鉴速度350 km/h 中国标准动车组的成功经验，提出重载机车网络重联时故障TCN 网关识别方法，提高了机车网络控制系统的安全性、可靠性、可用性和可维修性，具有一定借鉴意义。