符合GOST-R标准的E.331型制动系统冗余功能及多机重联技术

王成程 吕 枭 王令军 吴君良 张茂松 王殿元

(中车青岛四方车辆研究所有限公司 山东 青岛 266031)

0 引言

E.331型制动系统符合独联体成员国铁路交通委员会批准的《机车车辆制动技术维护和控制规定》，具备客运模式、货运模式、客运电空制动模式等多种运用模式。根据货运状态载重不同，分为重载、中载、轻载设置，根据客运状态编组不同，分为短编、长编设置，该型制动系统可在独联体国家的电力或内燃机车装车运用。其中，搭载该型制动系统的O’Z-ELR电力机车从2013年起在乌兹别克斯坦批量运用，于2020年首次在2O’Z-ELR(12轴重联机车)和2O’Z-UY(8轴重联机车)型电力机车实现了多机重联技术的运用。

1 E.331型制动控制系统

E.331型制动控制系统由列车管控制模块(БЗПП)、分配阀控制模块(БТО)、单独制动控制模块(БИ)、多机重联通信模块(A2和A3)、电源转换模块(A1和A4)、调压器模块、升弓模块、停放控制模块、风源处理模块和柜体等组成，如图1所示。

图1 E.331型制动控制系统

其中列车管控制模块、分配阀控制模块、单独制动控制模块、多机重联通信模块以及电源转换模块为俄罗斯制动厂MTZ公司设计产品，其余模块为中车青岛四方车辆研究所有限公司设计产品。

为实现制动控制系统的可靠性、拓展性等需求，E.331型制动控制系统具备完善的冗余控制功能和多机重联设计端口。

冗余设计功能：E.331型制动控制系统的列车管控制模块(БЗПП)、分配阀控制模块(БТО)、单独制动控制模块(БИ)均含有冗余设计功能。可实现模块异常时，及时执行备用模块的投入和使用，降低制动系统异常对整车运用的影响，提高制动系统的安全性。

多机重联设计功能：E.331型制动控制系统支持4台机车的多机重联通信，且在4台机车重联通信时能够准确提示不同机车的故障信息，为机车实现重载运用提供技术保障。

2 多机重联通信

2.1 模块单元介绍

多机重联通信模块由A2和A3两个相同的模块组成，A2与I端单独制动控制器(KKBT)、单独制动模块(БИ)以及列车管控制模块(БЗПП)通过CAN通信连接，A3与II端单独制动控制器(KKBT)、分配阀控制模块(БТО)通过CAN通信连接，单独制动模块(БИ)与A2和A3的连接器内部短接，从而实现列车管、分配阀、单独制动、多机重联模块的CAN通信网络连接。

与此同时，A2和A3模块具备CAN通信拓展连接器，可与其他E.331型制动控制系统的A2和A3连接，最多可支持四套E.331型制动控制系统彼此通信。

2.2 通信原理和多机重联实现

E.331型制动控制系统采用CAN通信方式实现各个单元之间的信息传递，不同功能之间的CAN通信彼此隔离，用于提高制动系统通信可靠性。

(1)CAN1通信：用于实现单独制动控制器(KKBT)指令准确抵达单独制动控制模块(БИ)，该通信采用三路冗余方式实现，任何一路CAN通信异常，不会影响单独制动功能实现；

(2)CAN2通信：用于E.331型制动控制系统内部列车管控制模块(БЗПП)、分配阀控制模块(БТО)、单独制动控制模块(БИ)以及多机重联通信模块(A2和A3)之间的通信，用于将制动系统信息传递至多机重联模块，进而实现制动系统信息提供给它节制动系统、TCMS控制系统；

(3)CAN3通信：用于不同E.331制动控制系统之间的多机重联通信模块(A2和A3)通信，实现制动机的多机重联。

制动系统的多机重联通信需要TCMS系统支持，通过TCMS系统下发的机车号信息、激活端制动系统信息，实现不同E.331型制动系统排序，保证制动系统故障提示准确，网络拓扑如图2所示。

图2 E.331型制动控制系统 CAN通信网络拓扑

3 制动系统冗余

3.1 列车管控制模块(БЗПП)冗余

列车管控制模块主要用于控制列车管压力。模块内部电子控制单元根据接收到的自动制动控制器(ККМ)发送的硬线信号，驱动模块内部B1～B9电磁阀动作实现列车管充排风、保压以及紧急排风的功能[1]。

鉴于自动制动控制器(ККМ)为电子控制器件，存在故障可能，为提高列车管模块可靠性，通过增加备用电空制动控制器(纯机械控制)方式实现列车管模块冗余功能。正常状态下，列车管控制模块(БЗПП)通过控制B5和B8电磁阀控制列车管预控压力，并通过转换塞门(ДР)将预控压力输出至列车管中继阀；当自动制动控制器(ККМ)故障时，通过调整转换塞门(ДР)实现备用控制器的控制接入，备用制动控制器通过控制手柄实现预控压力增加、保压和下降，控制气路如图3所示。

图3 列车管控制模块 冗余设计简图

3.2 单独制动控制模块(БИ)冗余

单独制动控制模块主要用于控制单独制动模块预控压力输出。模块内部电子控制单元根据接收到的单独制动控制器(ККBT)发送的CAN通信指令，驱动模块内部BT(充气阀)和BO(排气阀)等电磁阀动作实现单独制动预控压力调整。

鉴于单独制动控制器(ККBT)为电子控制器件，存在故障可能，为提高单独制动控制模块可靠性，通过增加备用电空制动控制器方式实现单独制动控制模块冗余功能。正常状态下，单独制动控制模块(БИ)通过控制BT和BO电磁阀控制单独制动预控压力，并通过转换电磁阀(ЭПР1)将预控压力输出至单独制动预控中继阀；当单独制动控制器(ККBT)故障时，通过单独制动模块断电(转换电磁阀失电转入备用气路通道)实现备用控制器的控制接入，备用制动控制器通过控制手柄实现预控压力增加、保压和下降，如图4所示。

图4 单独制动控制模块 冗余设计简图

3.3 分配阀控制模块(БТО)冗余

分配阀控制模块(БТО)根据列车管压力变化控制制动缸中继阀压力输出，从而实现本节机车制动缸压力控制，该模块具备客运分配阀和货运分配阀，可以满足客运、货运的运用需求。

分配阀控制模块作为本节机车的制动缸压力控制执行结构，为确保制动系统是压力施加需求，具备四路压力控制输入，从而实现制动缸压力有效输出。四路预控输入如下：

(1)客运/货运分配阀模块压力控制输入，源于列车管控制模块(БЗПП)压力输入控制；

(2)单独制动控制模块(БИ)预控压力输入；

(3)断钩保护控制压力输入，当列车管压力小于250 kPa，在电磁阀弹簧力的作用下，断钩保护通路打开，预控压力将作用至制动缸中继阀模块；

(4)分配阀冗余控制输入，当分配阀模块检测制动缸无有效制动压力时，将打开冗余控制电磁阀，160 kPa的预控压力将作用至制动缸中继阀模块。冗余控制气路原理如图5所示。

图5 分配阀模块 冗余设计简图

4 结束语

E.331 型制动控制系统符合独联体成员国铁路交通委员会批准的《机车车辆制动技术维护和控制规定》(2014年5月6-7 日的第60号协议)，性能满足ГОСТ 33724.1—2016 文件具体要求，是符合 GOST-R 标准的制动控制系统[2]。

装用E.331型制动控制系统的2O’Z-ELR和2O’Z-UY型电力机车已于2020年12月陆续抵达乌兹别克斯坦塔什干和卡尔希机务段，并完成了制动系统性能测试、紧急距离功能测试、重联通信测试等，E.331型制动控制系统可满足2O’Z-ELR和2O’Z-UY型电力机车的制动控制要求，为“一带一路”节点城市的发展注入活力。