当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

HXD3型交流传动电力机车网络控制系统


第 3卷 第 1 1 期 20 年 1 2 08 月 0日

电力机车与城轨车辆           
Eetc  c moie lcr L o t s& Mas  ast  hce i o v s T ni V i s r e l

V l3 No 1 o.  1  . 

Jn 2 t,  8 a . h 2 0 0 0

.研 究开发 .

H D型交流传动电力机车网络控制系统 X3
张丽红, 新,            李 杨守君
( 中国北车集团大连机车车辆有限公司, 辽宁 大连 162) 101

摘 要:      介绍了H D型电力机车网络控制系统的结构、 X3 特点、 系统组成与功能、 信息流向、 机车重联控制等。实际运 用表明, 该网络控制系统性能稳定、 可靠。 关键词:      网络控制系统; C S 重联控制; TM ; 交流传动机车
中图分类号:24 11 N 1.      U 6. '  99 9 ;  2 T 文献标识码: A 文章编号: 62 18(080-000 17- 1720 )102-3

N tok  t l e ot e  D A di e c il o o v e r cnr ss m  y H 3  r e  tc  m t e w o o yt f  X C  v l r o p e c i
M A G  hn,  i, A G  u u                 n N L og LXn Y N So一 i - I  h
(a n  mte onScC. t,  , a 1 01Ci ) Dl Lc ov&Rl g k , C R Dl 1 2,h a i o i a o l t oL . N a n  i o d i 6 n
A s at h aep s s  ofu tn u sc ps g  f tndt l ad  m te  t e o e i      Tippr  ett cngri ft e,  on ad co,  fw  l o ov m l l c nco bt c:  r s  r n h e e  i ao e r o i n u i a o n o i ui - n tn a m n a  c p
cn oot nto cn ossm  H D e cil o ov.  p cc sos t  prrac ot nto cn o otl h e r otl e i X3  tc  m teTe  te w t t eo ne  h e r otl r f  w k  r y e  t n  lr o e c i h r i h h h fm a a e  f  w k  r e  s t isay  ri l ye s  d ad a e s m  t e n e b. l K y r :  o otl  m ti o r ad  ir g e m l e o e i o r ;  re  m te     s nt rcnos t ;  c tl m non s t ; tl c nco c tlA dv l o ov e w d e k  r ye rn  o n o ti y m ui - n tn  o C  o i o w s a n s p n i c

0 弓言 1
目      前, 在国内的机车和动车组上,S ,A ,o FKC NIn ,- W r ,C , tl o s N cr 网络控制技术都有一定数量的应 k T L oo o 用。 基于W B V 的I TN网 T 和M B E C 络技术是专为铁路 C 
应用而开发的, 其具有时限确定、 差错恢复能力强、 可控 性好、 网络层次清晰等优点, 已成为列车控制网络技术的

网络系统拓扑结构如图1 所示。

以太网 ( e e Ehr t t n
R 45 S8总线

Dsa il py
Unt  il

-LS5 A C  4, I 1- - i P _ R

凶险 R4互 S, 80 1

R 4 总线   5 S8

Ds a il py
Unt i 2

沟 R8 S5 4巡

主流。 于W B 但由 T 通信速率低( 仅为1 / , Mi ) b s  t 重联机车
之间传送的数据量受到很大限制。

A8      R,  5 S1   4- C 5 1 -

H D型交流传动电力机车的TM 列车控制监视系      X3 CS
统将以太网引人列车控制中解决了T N网络的上述问 C 题。 该网络控制系统以日 本成熟的列车通信网络技术为

TM   一控制监视系统装置;il Ui,il Ui一显示单元 CS D py  1 sa n2 sa n D py  t  t 12C1C6 ,;I I一主变流器;P I P 2 - A U , U一辅变流器;-P一主控制单 A M CU 元;ae 主 统;a一辅系 Msr 系 Sv t- le 统。 图1 X3           H o型电力机车网络系统拓扑结构

基础, 结合TN网络技术的优点开发研制而成, C 列车总

每台车为 1      个基本运转单元, 以TM 为中 车内 C S 心,
分别与显示单元、 主变流器、 辅变流器通过R45 S8 总线进

线采 0 s 用1Mp实时以 b 太网, 辆总 则采 车 线 用基于 级 高
数据链路控制(DG  S8 总线, H L ) 45 的R 具有较高的性价
t。 匕

行通信, 构成星 形网络; 车与车之间采用总 线式1Mp 0 s b
实时以太网 进行信息传输。C S T M 同时完成列车级信息与 车辆级信息的转换。

1  D型机车网络控制系统结构及系统特点     H3 X
1 系统结构 . 1

1 系统特点 . 2 1 X3      ) o网络控制系统是包含列车级功能、 H 车辆级功

H D机车网      络控制系统为分布式计算机体系结构, X3
按功能可划分为列车控制级、 车辆控制级和传动控制级。

能和传动控制级功能的 多计算机系统。 及车辆级功 列车
能均由T M 实现, CS 传动控制级功能由C来实现。 I

收稿日 20-92 期:070-2 作者简介: 张丽红, 工程师, 9 年毕业于大连交通大学电 18 9 力牵引与传动控制专业, 现从事电 力机车电气系 统设计工作。
-0 2-
万方数据

张丽红 等?X H O型交流传动电力机车网络控制系统 ?08 20 年第 1 期

2系统具有功能强大的多处理器体系,      ) 能进行设备 的自 诊断。系统配置与编程基于强大的软件工具。 3车辆级控制设备通过 R 45      ) S8 总线构成星形网络,

2 . 硬件组成 .2 1

实现点对点的 通信。 心结点TM 具有Msr le 中 CS aeSv两 t,a

套 统, 用 机 备 机 爆 网 系 的 靠 系 采 双 热 的 制, 证了 络 统 可
性。

4机车与机车之间采用总线式 1Mp实时以      ) 0  s b 太网
传输信息, 传输速度快、 传送数据量大。传统的以太网是 一种非集中控制的、 基于总线的广播式网络, 1 采用 坚持 的CM /D( S AC 载波监听与多路访问/ 冲突检测) 工作机 制,即总线上每个节点如果监听到信道空闲就可以传送 数据帧, 并继续监听下去, 一旦监听到发生冲突, 就立即 放弃该数据帧的发送, 并等待一段随机的时间, 然后再次 尝试发送数据帧。 这种机制容易造成数据的传输时延, 在 重载情况下, 甚至会使网络崩溃、 瘫痪。 因此, 传统的以太 网 无法满足列车通信实时性、 可靠性的要求。H }机车 X3 ) 采用的实时以太网是基于 U P P D / 协议开发的半双工通 I 信网络。 总线上各个节点信息由 令牌控制, 按照先后顺序 以广播的形式定周期发送, 因此避免了冲突的产生。 它的

TM 机箱内设有:V      CS A R电源模块; P U处理器单元, 包括CU软件、 P 、 与显示屏通讯的接口;E 检测模块, DT 检 测主控制系统是否存在故障, 以便进行主辅系统之间的 转换;F S 串行通讯接口, I 完成TM 与主变流器和辅助 OS 变流器之间的通讯;U 辅助模块, AX 实现对机车辅助电 路 的各继电器、 指示灯的控制;I D数字量输人模块;D M M调
制解调模块, 将本车的信息调制后传往它车, 并将它车的 信息解调后送给处理器单元, 实现机车的重联。 其控制单

元( -P ) 3 位多 CU 并在配置上采取冗余、 M CU采用 2 P, 双 机热备份, 提高了系统的可靠性。 2 . 冗余控制 .3 1 T M 的控制单元( - P )      CS M CU 由相同的2 重系统( a Ms -
t ,a ) e S v 构成, r le 可根据不同情况自动完成切换功能, 实现 资源的优化配置。

1      ) 控制信号的切换。 正常运行时,ae与Sv同时 Msr le t a
工作, 输人信号完全并列地输人到双系统中, 软件处理同 时动作。不同的是 M s r ae 的输出连接到外部设备 , t 而 S v 的输出悬空。 le a 当M sr ae出现故障, t 不能实施功能时, S v 的输出自 le a 动切换到外部设备, 继续执行控制功能, 维持机车继续运行。

传输速率为1Mp, 为 0 s b 接口 符合I E0. E 83 E 2 标准的串 行
链路, 传输介质是双绞屏蔽线。 该实时以 太网 具有传输速 率高、 实时性强、 结构简单、 造价低廉、 易于维护等特点。

2网络传输的切换。 C S I,I,I的连接如      ) TM 与CIC2C3
图2 所示。正常情况下,C S T M 的M sr S v 同时接 ae和 l e t a

2 网络控制系统的组成与功能
TM 既是车辆级控制核心,      OS 又是列车级的控制节
点, 在整个机车控制中占 有主导地位。T M 与各控制设 CS 备的通信接口 性能参数如表 1 所示。
表 1  M 与各控制设备的通信接口  T S C 性能参数
适用范围 接口 通信制式
传输
速率

收来自C的数据帧, I I 而C只能接收TM 的Msr C S ae发 t
出的数据帧。 ae不能发挥功能时, 当M sr t 系统相应切换继 电器动作, 则来自S v的数据帧会传送至 C 网络接口。 le a I

协议

与显 示单元 R45 行链路 4 全双工 3. bs 芝标准 S8 串 线/ 8 kp 东 4  协议
与C    I  R45 行链路 2 半双工 1 kp     8 串 S 线/ 0 bs议的东芝标准 0 

基于 H L 协                                          DC

协议                                          

基于 H L                                            D C协

与A     申 路 线/   U R45 行链 2 半双工 9 k P S8 . 印,议的 芝标准 6  东
与它车
T CMS

协议                                           T ,       X R -信号; -信号地;I X S C F 一屏蔽地;I ; C一主变流器;C S TM -

I E 8 23 E E 0.

串行链路

半双工

1M p 0  s  U PP b     / DI

控制监视系统装置;ae 主系统; a二 辅系统。 M s二 t Sv l

图2  C S I                  T M 与C 的网络接口

2 控制监视系统装置( M) . 1 TS C 2 . 功能 .1 1

A U与T S     M 主辅系统间网络传输的切换与上述情 P O
况类似。

T M 主要完成列车总线管理、      CS 车辆级接口 管理、 列 车级控制、 车辆级控制、 故障保护、 故障记忆以及通信协 议转换等功能。 列车级控制包含机车重联控制、 司机指令 运算等; 车辆级控制包含机车逻辑控制、 机车牵引/ 再生 制动特性控制、 主变流器控制、 辅变流器控制、 定速控制、 电空互锁制动控制、 冗余控制等。

显示单元与 C S      TM 主辅系统的网络传输的切换见 图3图4 、 。正常情况下, M 的M s: T S C ae控制 I t 端司机室

的Dpy l e I il Ui,  控制I sa n Sv tl a 端司机室的Dpy 2 il Ui} sa n t
而对于插人钥匙端( 有效的) 即 司机室的显示单元, 对 当 应的控制系统(ae或Sv) 现故障时, Msr le出 t a 该显示单元
由功能正常的系统进行后备控制。
- 1 2一

万方数据

电力机车与城轨车辆? 0 年第 1 28 0 期
1 ( 端 插人钥匙端 )
且端

3 信息流向
TM 通过各种人机接口      CS 接收司机控制命令, 采集各 种反馈信号, 进行相关运算, 生成相应控制命令, 通过

画ili_ sy p a 」 nt u l    

il }sa{ Dpy
n2 t! t L l口

R45 S8总线发送给主变流器、 辅变流器完成相应功能; 通 过实时以太网发送给它车的TM , 该TM 发送至 C S并由 C S
它车的主变流器、 辅变流器执行相应操作。 各车内的主变 流器、 辅变流器的状态信息以相反的方向传输至 T M CS 进行汇总和处理。C S T M 将计算结果、 故障信息、 有关参数 发送至显示单元显示, 从而完成整车的控制、 监视和保护
n端   

图3 主系统正常工作

功能。信息流向如图5 所示。
以太网

}i2 y Dp ia s l } Un t


T MS C
Sa e lv



C4 C6 1- 11         I U AP

图4 主系统故障切换

2 主变流器(I 1 . 2 CI 6 -C ) 主变流器的功能是完成牵引变压器与牵引电机之间      的能量转换。其控制单元为3 位多 CU高速运算微机 2 P 控制系统。 按功能可划分为: 网络信息传输、 接触器控制、 四象限变流器控制、 逆变器控制、 保护检测、 信号处理等。 四象限变流器的控制采用 P M控制方式; W 电机的控制策 略为高速矢量控制;I C综合控制 ( 包含总线数据传送控 制、 接触器控制、 保护检测等) 功能由Ie8 高速处理 nI 6 t4 器芯片完成;四象限变流器的控制和异步电动机的矢量 控制均采用数字信号处理器 D P S 完成高速运算功能。
2 辅变流器( U,P2 . 3 ( 1AU) A P 辅变流器的功能是向牵引通风机和压缩机等辅助设     

图5 信息流向                   

4 重联控制
H D型机车两端各设有2      X3 个重联插座, 系统能够实 现4 台车重联运行。 其以太网数据总线接口 如图6 所示。

备提供三相交流电。 机车设有 2 组辅变流器, 每一组辅变 流器对应独立的控制单元。 控制单元主要实现整流器控 制、 逆变器控制、 网络信息传输、 故障诊断、 保护功能。 逆
变器输出方式既可以采用 V V ( V F 变压变频) 方式, 也可

T     B 扁Z t 2 C- △C4  Z- 3 , } } - G  T

以 采用 C C ( V F恒压恒频) 方式。 2 显示单元(i l U ilDsl U i ) . 4 Ds a nt,i a nt p y  p y  2 显示单元用于显示机车运行工况、      设备状态和故障 信息, 记录运行数据和故障信息, 并具有查看、 设定、 清 除、 转储各类数据的功能。 显示单元为可触摸式液晶显示 屏。 操作人员可通过屏幕上设置的触摸健, 直接录人信息 ( 如设置时间、 轮径, 切除故障的 C 等) I 或快速进人下一 级菜单。 在机车调试过程中, 也可以通过显示屏对机车的

C1 C4      Z 一 Z-重联插座;B,B-端子排; - TI 2 T F 屏蔽地; M 一控 G ; S T C 制监视系统装置;R I , XAT XBTX B T XAT 2 , I, 2-信号;a二 主系 R R R Ms t

控制参数进行修正, 或者模拟机车工况, 方便调试过程,
加快调试速度。
-2 2-
万方数据

统;a - 统。 Sv - le 辅系 图6 以太网数据总线接口               

(           下转第3 页) 0

电力机车与城轨车辆. 0 年第 1 " 8 2 0 期

护设置有高压安全阀A3A9欠压保护设置有AO 0, ; 0 l.
在压缩机的压缩空气输出管上安装有高压安全阀      A3它保证压缩机和用风设备的最高安全压力。其开启 0, 压力为 1 br 排气容量的选择一般考虑不得低于压缩 2 , a 机的最大排气容量。 在设计时也可以简化考虑, 保证安全 阀的开启有效通径不小于从压缩机压缩空气输出口 到安 全阀的管道最小有效通径。 在干燥器输出口,      设置有高压安全阀A9保证总风 0, 管中压力不超过 1 br 0 。它不但控制本风源系统向列车 a 总风管所供压缩空气不高 1 br 0 ;同时也监控外车风源 a 系统向列车总风管的供风压力, 保证列车的总风压力不 超过 1 br 0  的最高工作压力。 a 在列车总风管上还设置有欠压保护开关,当总风压     

力低于某个值时, 通知相应的控制装置采取措施。

3 结束语
目      前我国地铁车辆多采用进口 空气制动系统,国外 相关资料大多集中在原理、 功能方面描述, 而对设计参数 以及系统设置不作说明。 本文为地铁车辆制动装置风源 系统的相关参数设置提供一定的理论依据, 给地铁车辆
制动系统的设计、 研究提供一定借鉴作用。

参考文献:
[ 1 ]成大先 机械设计手册[] 版. M.  北京; 4 化学工业出版社, 0. 22 0 [ 2 ]刘豫湘, 陆绪华, 潘传熙.  1 D - 型电控制动机与电力机车空气管 K

幽M.      中国 ] 北京; 铁道出 社, 9. 版 18 9
J止汤止场I汤止汤止场止满心场心决心场L L 汤‘决止诵心场心汤心场心场心

( 上接第2 页) 2 重联车组中 每台车的T M 根据重 CS 联插座内的 硬线连接来识别其它机车的I 端或I 并 I 端, 默认一个正方向。 重联时, 系统以 一台机车的TM 正 CS 方向为基准, 当检测出其它机车T M 方向相反时, CS 系统 将所有反向TM 的以 传输方向调转( C S 太网 通过TM CS 内部设置的切换继电器实现) , 使其与基准机车传输方向 一致, 以保证整个列车网络控制系统的正常工作。

全满足机车运用所需的监视、 控制与保护等要求。

参考文献:
[ 1 ]路向阳. 列车通信网络的发展与应用阴 机车电 我国 . 传动20() 016.

[ 元 列车 2 ]张 林. 控制网 络技术的 状与 现 发展趋势[ 电 [ 力机车与城轨 I l .
车辆, 0 4: 4     ()-. 26 1 0

[ T e a A 算 络【 . 潘爱民译. 京:华大 3 a n u St 机网 M 4 ]  b m i   n ] 版. , 北 清 学出
版社, 0      . 24 0

5 结束语
H o型交流传动电力机车已      X3 经批量生产, 首批6 台 0
机车配属在上海铁路局宁东机务段和武汉铁路局江岸机

[ 4 I缪学勤. 论六种实时以 太网的 通信协议田 自 . 动化仪表, 0() 2 54 0 [ 5 I黄济荣, 冯江华. 交流牵 我国 引传动技米的 最新进展团 机车电 传
动, 0( : 1.      )-1 2 11 7 0

[ 6 I吴迎年, 张建华, 莲. 侯国 网络控制系统研究综述( ) . I田 现代电力,
20(0 7 .     : 1 03 1) 小8

务段, 机车于20 年 3 07 月全部交付使用, 前机车已经 目 运行半年多, 机车网 络系统运行非常稳定。 该系统具有传 输速率高、 造价低廉、 信息化和自 动化程度高等优点, 完

[ 7 )杨守君,会岩.X3 刘 H n型交流 传动电 机车 . 力机车与城轨车 力 田电
辆, 0( : 1.      )-3 2 74 9 0

.简讯 .

国产首列时速 30  和谐号’ 0 k“ m f 动车组成功下线
2 7 2 2 首列国 0 年1 月2 日, 0 产时速 30  和谐号” 0k “ m 动车组列车(R 230  C H -0) 在南车四方机车车辆股份有限公司竣工下
线。

时速30      m 和谐号” 0k “ 动车组是在引进消化吸收国外时速 20  0 k 动车组技术平台的 m 基础上, 由我国自 主研制的, 前 是目 世界上运营速度最高的动车组列车之一。 该列车采用轻量化铝合金车体、 高速转向架、 高速受电弓以及交流传动、 集成一体化 的光纤网络控制等国际一流的先进技术。 尤其是列车采用的大断面中空型材铝合金车体, 每辆车体的质量约为7 左右, t 动车 组整体轻量化设计达到世界先进水平, 具有优越的节能、 环保性能。 列      车全部为座车, 宽型车体结构, 采用流 气动外形, 线型 具有优异的 空气动力学性能。 列车设有新型通风换气系 多 统、 媒 体影视系 真空集便卫生系统、 统、 个性棚 及 务餐饮区、 残疾人卫生间等, 凸显了人性化设计特征。为进一步提升动车组在高速 状态下运行的 平稳性、 舒适性, 列车还设有半主动悬挂系 应急 统、 通风系 车间减振器等装置。 统、

据了解,      首列国产时速3 k “ 0 m 和谐号” 0  动车组列车竣工下线后, 车四方机车车辆股份有限公司 南 将迅速转人批量生产,
_ 动、 交 -. . 过 系 - 一 价 将- 0 年 -一 前 在 津 际 路 式 人 营 _ - ? 首 __ 一_付 - 并一一 ,,试 后,于28 奥 会 夕 京 城 铁 正 投 运 。 批 车 - 用 - 一- -验 ,- 0 -运 组 . 户经 列
-0 3-
万方数据

( _ 窦新) ‘ 、 _


相关文章:
浅析HXD3电力机车电力传动
HXD3 型电力机车的主传动系统和辅 助传动系统均采用了交流传动技术和微机网络控制技术 , 整个电气系统的设计 坚持起点高、技术领先的原则 , 并充分考虑大功率货运...
HXD3型电力机车低压电器柜的论文
1 绪论 1.1 HXD3 型机车概述:今天,随着电力电子技术和计算机控制技术的发展,功率半导体电力变换技术得到 迅速发展,电传动及控制技术进入了交流传动网络控制的时代...
HXD3 型交流传动货运电力机车的电气线路
HXD3 型交流传动货运电力机车的电气线路_工学_高等教育_教育专区。第五节 HXD3...在机车控制系统自检正常后,通过微机显示屏也 可观察到原边电流和网压。 (2)...
HXD3部分部件及功能介绍
HXD3型交流传动电力机车 107页 1下载券 HXD3微机网络系统介绍 38页 1下载券 HXD3...控制电器柜:主要安装了机车上大部分的控制继电器,辅助电路用接触器,断路器及部...
HXD3型电力机车四象限变流器分析
引言 HXD3 型交流传动电力机车由大连机车车辆有限公司与日本东芝公司合作, 以大连...网侧四象限变流器输出端同直流母线环节电路相连接。 上述系统中牵引变压器经 过...
HXD3B型大功率交流传动货运电力机车特点及故障处理
HXD3 型交流传动电力机车 为技术平台,以在国内主干线上进行重载货运牵引为...1.5 微机控制系统特点 机车微机网络控制系统采用了庞巴迪公司生产的 MITRAC 系列产...
HXD3型货运电力机车总体介绍
1.3 采用微机网络控制系统,实现了逻辑控制、自诊断功能,而且实现了机车的网络重...HXD3型交流传动电力机车 107页 1下载券 HXD3型电力机车故障应急... 4页 免费...
电力牵引交流传动控制系统 毕业设计
16 第4章 城轨列车网络控制系统 ... 19 4.1 TCN 及 LonWorks 网络 ......HXD3 型交流传动电力机车是由大连机车车辆,有限公司与日本东芝公司联 合研发的新型...
HXD3型电力机车整车范围
检查 CCB—Ⅱ控制装置、空气防滑装置(WSP 系统)各 ...机车油脂一览表 HXD3 型大功率交流传动电力机车使用...网络营销部电商运营工作计划80份文档 家装材料选购攻略...
交流传动与直流传动的比较
《电力牵引交流传动及其控制系统》报告——交流传动与...交直型整流器电力机车的能量传递是将接触网供给的...与直流传动机车相比,HXD3 型交流传动机车的 利用率...
更多相关标签: