摘要：随着总线技术与微机控制技术的不断发展，现代列车的控制系统已经发展为基于通信网络的分布式控制系统。DTECS系统是基于TCN协议的分布式列车网络通信与控制系统，采用模块化的分布式控制技术，极大地减少了机车现场布线，提高了机车控制系统的可靠性和可扩展性。
关键词：机车网络；控制软件；调试方法及系统
1、前言
HXD2型电力机车技术先进、适用范围广、兼容性强、工艺性好、性价比高、维护方便快捷等明显优势。机车单轴功率1200KW，总功率达到7200kW，可实现单机牵引5000-6000t重载货物列车。机车吸收了国内外先进电力机车的成熟技术，机车技术指标达到了世界一流。机车通信网络采用基于IEC61375标准的两级TCN列车通信网络：列车级和车辆级。列车级通信采用绞线式列车总线WTB，车辆控制级采用多功能车辆总线MVB.单节机车网络控制系统采用分布式控制技术，即分布采集及执行，中央集中控制与管理的模式。
2、网络控制系统功能
列车网络控制系统软件开发过程的验证内容包括：软件设计文档内部一致性、正确性、充分性、完整性、可测性、可读性和溯源性等要求的验证；软件设计文档在满足硬件和软件之间限制条件时的适用性的验证：使用的方法、工具和技术的验证；本阶段承担任务人员能力检查：与软件质量保证计划一致性检查：与软件验证确认计划一致性检查；输出信息验证。
2.1网络控制系统控制功能
机车网络控制系统主要实现列车级和车辆级的控制功能。主要有以下控制功能：机车的主电路逻辑控制、机车牵引/制动特性控制、辅助系统的控制、制动系统相关功能控制、机车的重联控制、过分相控制、定速控制等。
2.2.1主电路逻辑控制
HXD2机车每台机车配置一个主断路器，一个受电弓，一个高压隔离开关，主电路逻辑控制包含主电路相关接触器控制、受电弓升弓、降弓控制、主断路器控制、机车模式选择（库内动车、辅机测试、正常模式）、高压隔离开关控制、主断硬件环回路控制、机车自动换端控制、原边电压及电流的监视、主变压器油温及油流的监视等。
2.2.2机车的牵引/制动特性控制
机车的牵引/制动特性控制主要包括以下功能：网络控制系统根据乘务员对主司控器手柄的操作实时地获得乘务员需要机车发挥的牵引/制动力的值，然后综合考虑机车当前工况（接触网网压、主变压器油温等因素）以及机车的牵引/制动特性曲线等因素计算出在该时刻机车的设定力的值；然后根据该时刻机车电机的实际工况将机车牵引/制动设定值按照一定的策略分配到每个电机上；最后每个电机以需要发挥的牵引/制动力为目标，按照一定的斜率上升或下降得到每个电机设定力的瞬时值，并将该设定力的瞬时值实时地发送给TCU，TCU以网络控制系统要求的设定力为目标实时地控制每个电机发挥网络控制系统所要求的牵引/制动力。
2.2.3机车的辅助系统的控制
大功率配置有两台辅助变流器为辅助负载供电，正常情况下辅助变流器1以VVVF（变频变压）方式为牵引风机、冷却塔风机等设备供电，辅助变流器2以CVCF（定频定压）方式为压缩机、空调等设备供电。网络控制系统根据实际情况对辅助系统进行配置，辅助变流器1的工作频率由网络控制系统根据主变流器的温度、油温以及牵引电机的温度等因素综合来决定。当一台辅助变流器故障时，可以采用冗余模式用一台辅助变流器以CVCF方式为所有负载供电。主要包括辅助系统接触器控制、辅助变流器频率设定、接触器自检等逻辑功能。
2.2.4制动系统相关逻辑控制
列车制动力来自空气制动和电制动。空气制动由BCU控制实现，BCU安装在制动柜中，BCU与CCU的控制指令及状态信息通信通过车辆总线完成。涉及到的逻辑控制功能有制动机本补切换、BCU与CCU通信状态监测、制动指令监测与传输、空气制动与牵引封锁相关逻辑、单独制动管理、停放制动管理、惩罚制动管理、紧急制动管理、主压缩机控制、辅助压缩机控制、空电联合管理、撒砂控制、踏面清扫、坡停启动功能。
2.2.5机车的重联控制
HXD2型机车可以支持二机重联。机车重联时机车之间用WTB总线进行通信。机车的重联控制主要完成以下功能：机车重联编组主控制车与从控制车的确定，主控车通过WTB总线将控制命令发送给从控车从而使得从控车的操作与主控车步调一致，同时从控制车将本车相关设备的状态及故障信息反馈给主控车，主控车根据从控车的状态进行列车级的牵引力分配及列车级的控制，使得从控车与主控车的运行工况一致。
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其余相关的逻辑功能还有定速控制、自动过分相控制、无人警惕控制、轴重转移控制等。
3、网络控制系统RAMS设计
3.1可靠性设计
系统的可靠性取决于组成系统的各个子部件的可靠性，为满足网络控制系统设备的可靠性性能，各设备在进行设计时，采取了大量的措施来执行可靠性要求。
主要表现在如下方面：
1）模块硬件的可靠性规范设计、电磁兼容设计；
2）多种冗余设计：通信电缆双通道冗余、关键部件热备份冗余、重要输入信号冗余；
3）通信总线采用专用电缆及连接器，且与高压电源保证一定距离；
4）采用全压接电缆制作；
5）不同电压等级电缆的安全距离；
6）尽可能的降低总线负荷。
3.2可维护性设计
HXD2型电力机车网络控制系统以DTECS平台为基础，DTECS产品采用模块化设计，模块集中安装于低压柜中，可以正面进行安装维护，模块安装间距合理，可通过互换地址线对模块的好坏进行测试，可维护性高[4]。另外，在司机室设置以太网接口，可以通过该接口对整车进行程序调试与升级以及故障数据下载等。机车网络控制系统模块生命周期为8年，平均无故障运行时间为4万小时，其硬件维护成本极低，产品平均维修时间为0.5h.
3.3可用性设计
测试作为源代码形成后的主要验证形式，包括软件单元测试、集成测试和软件验收测试。
测试活动贯穿于项目开发的整个生命周期。规范的测试活动能够通过独立于开发人员之外对产品开发各阶段成果进行验证，从生命周期各个环节保障产品质量。测试过程结果的输出记录是宝贵的经验积累能够有效反映开发过程中碰到的问题，进而指导后续项目的开发。
DTECS系统中模块电源的开断均通过低压柜上的电源开关进行控制，模块地址通过地址线插头进行标识，同型号模块可以互换。系统中模块可靠接地，减少人员触电以及设备损坏的概率。并且有明显标记提醒相关人员。
GWM模块实现车辆控制以及网关功能，ERM模块实现故障以及事件记录功能，并且可以通过司机室对整车进行程序的调试及故障数据下载，极大地缩减了系统的硬件成本及维修时间。
整个网络控制系统采用多种冗余设计，如设备间的双通道冗余，关键信号冗余等，使得在当其中一个通道或者信号发生故障时，不影响机车的正常运行。
4、结束语
本文详细介绍了HXD2型机车网络控制系统的构成、控制功能以及RAMS方案设计，目前该机车已经配属集宁机务段、襄阳机务段、兰州机务段等上十个机务段，批量近千台，现场批量运用表明，机车网络控制系统性能可靠，达到了用户的要求。
参考文献：
[1]张俊峰，李飞.基于WebGIS的神华机车实时状态远程监测系统[J].机车电传动，2019（01）：117-120+125.
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[3]袁璐，江伟波，史熹，刘平正.HXD1型电力机车网络控制系统方案设计与实现[J].装备制造技术，2018（11）：132-136.
[4]王铭，张姣姣.一种机车终端设备的实时以太网通信实现[J].电子技术与软件工程，2018（19）：44-46.
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[6]华蕾，刘斌，邵秋荣.气相色谱-质谱法测定水果中嘧霉胺残留量[J].中国科技信息，2018（08）：51-52.
论文作者:潘正阳
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
标签：机车论文; 控制系统论文; 变流器论文; 网络论文; 功能论文; 冗余论文; 列车论文; 《电力设备》2019年第7期论文;