HXD2B型机车网络故障的原因分析

HXD2B型机车网络故障的原因分析

闫少辉

中国铁路北京局集团有限公司 石家庄电力机务段 河北石家庄 050000

摘要：通过对HXD2B型机车微机数据进行分析，解析车载数据的难点和技术关键，介绍机车网络故障诊断规则和机车故障判断方法。

关键词：机车运行状态监测控制；系统设备工作状态监测；故障诊断

引言：电力机车微机网络控制系统是一个典型的集散控制系统，综合了微机控制、通信、显示等技术，实现分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便，而正是这一特点也使得网络故障成为机车的惯性问题，一旦机车网络发生故障、网络丢失将会导致机车大面积隔离。

1 石家庄电力机务段HXD2B型机车现状

石家庄电力机务段现配属HXD2B型机车53台，主要担当京广线的货运牵引任务，HXD2B型机车作为货运机车的主力车型，总功率9600千瓦，可牵引8000吨货运列车，最大运行时速达120公里/小时。

1.1 HXD2B型机车控制系统特点

网络通信采用WorldFIP总线技术;

采用系统热备冗余方案 （含网络设备和网线介质);

与TCN网络相比，无需网关设备（车辆网和列车网协议相同）。

1.2 HXD2B机车TCMS网络结构划分

FIPT列车冗余网络：用于三台重联机车MPU之间数据通信（机车级）;

FIPV车辆冗余网络：用于机车本地设备与MPU之间数据通信（部件级）;

MVB车辆冗余网络：用于RIOM和ACU之间数据通信（部件级）;

CAN控制局域网络：用于机箱内功能插件与主控插件之间数据通信（板卡级）。

1.3车辆网FIPV功能特点

HXD2B机车TCMS基于车辆网FIPV实现机车本地设备间信息交互；采用两路介质热备冗余设置，以保证网络通信的安全可靠性；

允许增加新的附加设备以提供新的功能，如GPS系统或TCN接口等;设置RIOM、DDU、TCU、ACU、BCU的参数;管理MPU与其他设备之间的周期性数据交换;

管理MPU与其他设备之间的非周期性数据交换（维护用）。

2 机车网络故障的出现有以下几个方面的原因：

2.1 FIPV介质失效

从故障数据可见，直接原因均为MPU误报‘主变压器原边过流’导致主断路器分断隔离所致，但在时间段内又同时存在RIOM在车辆网FIPV上缺失故障。RIOM1/RIOM2反复报某FIPV介质‘缺失’和‘再现’(黄色部分) ，MPU2报设备‘丢失’和‘再现’(橙色部分)，最终MPU误判主变原边过流而导致主断跳闸隔离(红色部分)

原因分析：关于FIPV介质失效（DA_MEDHS: Invalidation medium），该故障涉及到MPU和TCU，若多个设备报该故障，则故障多半定位在介质布线级；若仅单个MPU或TCU报该故障，则故障应定位在该设备布线级或FIPV板卡级。

2.2 MPU误报FIPT节点缺失

前期MPU大量报‘FIPT节点缺失（ME_DISPN）’和‘FIPT节点重现（ME_REAPN）’，若这类故障词条大量、连续、反复、交替地播报，甚至长达数十分钟，如此下去极易引发‘另一MPU缺失（ME_DISMPU）’故障，以至“系统异常（ME_SYST）”，最终导致TCU1～TCU6因运行方向不明确而使六轴牵引变流柜隔离，ACU1～ACU4因六轴隔离而使辅变柜隔离（包括2个充电机)，最终导致主断路器分断，受电弓降弓隔离。

原因分析：与FIPV网一样，FIPT网具有2套冗余介质网线，用于多达3台重联机车的信息交互。就故障‘FIPT节点缺失（ME_DISPN）’而言，无论该故障起因如何，问题现象集中体现在热备冗余的2个MPU。经现场反馈数据分析，RIOM/MPU设备在FIPV网上缺失，通常有两种可能：FIP网介质故障，RIOM/MPU网卡异常。

2.3 RIOM单元SST问题

RIOM持续报‘SST测试永久故障（DA_SST）’。原因通常有两种情况： 一是负载开路。若断开电磁阀线圈接线，则SST板输出电流反馈自检机制失效，致使该通道持续报故障。将其接线恢复后故障消失。 二是MOS管击穿。近两年的机车故障记录表明，SST板MOS管击穿属于偶发故障。

2.4关于ACU-PC3X板问题

ACU1、ACU2分别持续、大量、反复报两类故障信息，ACU1报“上电→后备RAM不可用→掉电”；ACU2报“上电→因15V异常掉电”； 结果：ACU1/ACU2隔离→辅变柜1隔离→ACU在MVB网缺失→断主断→牵引电机1/2/3隔离......

原因分析：ACU经功能测试发现疑似后备电源板PC3X超级电容或相关芯片失效致使电源异常，导致上电初始化过程数据插头以I²C方式传送数据有误。

处理：更换后备电源板PC3X后，该项测试通过。

由此将关注焦点集中在PC3X板最有可能出问题的超级电容上。基于以往返修记录和维修经验分析，此类问题或因超级电容长期高温环境下工作引发老化、漏液所致。

3 FIP网共性问题

3.1连接器电气接触不良。主要指网线与设备或机箱与托架间连接器的电气接触，其原因是：机车运行时长期持续机械振动/冲击，致使FIP信号随振动频率瞬时通/断；频繁更换/插拔机箱致使连接器插针变形甚至缩针而接触不良，造成FIP信号时通时断； 长期高低温、高湿环境恶劣交变，致使针/孔接触面氧化，FIP网线直流阻抗增大，信号幅值衰减。解决方案：确保连接器电气接触良好。网线与设备或控制单元与托架安装时，其连接器插接应按标准工艺要求锁紧，确保紧固无松动；更换/插拔机箱过程中应顺势轻插避免用力过猛导致插针变形或缩针。

3.2网线与屏蔽层短路。工艺处理不当、长期机械振动或网线老化等或将致使信号线与屏蔽层触碰引起FIP信号短路。 避免网线与屏蔽层短路。建议在有网络故障频发时，可用数字万用表MΩ档对网线与屏蔽层间绝缘电阻进行测量，应大于5MΩ。

3.3网络终端电阻连接不良。FIPV网终端电阻位于各司机室的每个DDU-CPU机箱上。若FIP网线插头插接松动或插接有误，必然导致网线阻抗失配而通信异常。 解决方案：确保网络终端电阻连接良好。

3.4 EMI电磁干扰和电源串扰。机车内部运行环境复杂，通过网线或电源传导，FIP信号极易受到环境影响或电磁干扰，如网压波动、气候变化、功率设备投切、空间电磁辐射等。若电磁屏蔽、硬软件节流阀滤波、防错处理等系列防干扰措施失效，则必然造成FIP网通信异常。解决方案：处理EMI电磁干扰，检查FIP网线屏蔽层是否可靠接地（车体）。

3.5现场管理。曾有案例，疑似有人在机车上电后利用DDU-USB口给手机充电，其结果是连续大量报FIPT介质缺失故障。后经现场专项模拟试验得到证实。解决方案：加强现场维护管控，严禁利用DDU-USB口做其他用途（如手机充电）。

结语：总之，由于HXD2B型机车网络环境变量较多，造成多种形式的网络故障，为我们的机车安全运输带来了很大的隐患。作为一个生产企业，在考虑安全的前提下，降低检修成本，因此，我们要在实际工作过程中，善于总结故障规律，发现故障问题根源，采取有效措施减少故障的发生，将机车隐形故障消除在萌芽阶段，保证机车安全运行。