HXDC型电力机车网络控制系统
HXD3C电力机车列车供电控制系统设计开发及技术特点简析
HXD3C电力机车列车供电控制系统设计开发及技术特点简析摘要：随着我国生产力的不断发展，促进了许多相关行业的快速发展，当前在 HXD3C 电力机车方面发展比较迅速，在这个过程中列车的供电控制系统有了比较长足的发展，这对于相关行业的发展和进步，有着非常积极的影响。
本文对HXD3C 的电力机车列车供电控制系统设计和开发进行了简单的介绍，同时也对相关的技术特点进行了分析，希望可以为HXD3C 电力机车列车供电控制系统发展起到一些积极的作用。
关键词：HXD3C电力机车；供电控制系统；设计；开发；技术；分析当时间进入到了二十一世纪以来，我国铁路经过了几次大提速，这也促进了我国铁路行业的快速发展，当前在电力机车列车方面，相关技术也有了很大程度提高，尤其是电力机车的供电系统得到了很大程度的发展，可以向旅客列车直供电了，而且这方面的研究和应用也越来越广泛。
虽然交直电力机车列车的供电和控制系统已经在 SS9和SS8 等机车上使用多年，但是在相关技术和设计方面还需要进一步提高，尤其是现场运用时，如何使系统更加的成熟和可靠，是相关工作人员比较关注的问题。
但是当前的实际情况是，受到当时技术和条件以及相关工艺水平限制，存在了一些问题，比如功能相对比较简单和信息化程度较低，还有部分器件采购比较困难等情况，这些问题已经影响了电力机车的发展，也与当前的发展形势产生了一定冲突，基于这样的情况相关的研究人员应根据目前发展实际需要，采取妥善办法对这些问题进行解决。
为了更好地保证电力机车和列车的供电系统稳定可靠，应当加强设计和开发方面的研究，才能保证列车的运行安全，因此要提高HXD3C 电力机车列车供电控制系统的设计水平，才能更好地促进机车技术的创新和发展，充分地满足现实需要。
1技术优化和改进的基本原则在列车的系统当中，供电控制系统是重要组成部分，随着相关技术的不断改进升级，在HXD3C 电力机车列车中如何有效地提高供电控制系统水平，并且在充分吸收原有技术和供电控制系统设计优点的基础上，通过总结经验极大地优化和改进了相关技术，并结合以往列车在运行当中出现各种问题，制定了有效应对措施，并在新设计的列车供电控制系统中，有效地解决了这些存在。
HXD3D型电力机车列车供电控制系统特点
与 SS9G 型电力机车列车供电控制系统相 比，HXD3D 型电力机车列车供电控制系统的 改进点如下：
1 解决思路
HXD3D 型电力机车列车供电控制系统充 分吸收了 SS9G 型电力机车列车供电控制系统 的运用经验，并在控制精度、可靠性和大数据 等方面做了强化设计。
HXD3D 型电力机车列车供电控制系统的
开发设计中，对系统的整体结构和功能定义进
行了优化和改进。HXD3D 型电力机车列车供
电控制系统由主控插件、脉冲触发插件、DIO 插件、电源变换插件、信号转换插件等 5 个基
并联系统的数学模型为（图 2）：
确至 0.1 毫秒，精确保障可控硅的触发和导通。
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132 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
• Automatic Control 自动化控制
煤矿机械设备电气自动化技术的应用
• 自动化控制 Automatic Control
HXD3D 型电力机车列车供电控制系统特点
文/周金虎
摘
本 文 通 过 HXD3D 型 电 力 机 车
供电控制系统与 SS9G 型电力机车 要 供电控制系统对比分析 , 阐述了
HXD3D 型电力机车供电控制系统设
计 开 发 的 技 术 特 点。HXD3D 型 电
文/赵飞强摘Fra bibliotek本文简要阐述了电气自动化
HXDC机车总体介绍课件
总体说明
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总体说明
一
主要特点
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总体说明
主要特点
主电路：机车牵引电路采用由IGBT模块(3.3kV/1200A)组 成的四象限整流器和逆变器，采用牵引电机轴控技术。
辅助电路：机车辅助电路采用独立的辅助逆变器供电，辅 助变流器分别由恒频恒压变流器（CVCF）与变频变压变 流器（VVVF）两个模块构成。
23t轴重时
≥520 kN
25t轴重时
≥570 kN
机车速度
机车最高运营速度
120 km/h
最高试验速度（新轮） 132±2 km/h
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持续速度 23t轴重时 70 km/h 25t轴重时 65 km/h
机车持续制牵引力 23t轴重时 ≥370 kN 25t轴重时 ≥400 kN
三
基本技术参数
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总体说明
电流制: 25kV/50Hz 网压在17.5kV～31 kV范围内，机车功率发挥情况见曲线
图： 在22.5kV到30kV网压下，功率为7200kW;22.5kV到19kV，
功率从7200kW线性减小到6080kW；30kV到31kV，功率 从7200kW线性减小到0 ；19kV到17,5kV， 功率从 6080kW线性减小到0。在网压允许波动范围内，辅助功 率一直有效。
机车排障器距轨面高度：
100（+10 0）mm
转向架扫石器距轨面高度
30 mm
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总体说明
主要技术参数
机车轮周牵引功率（持续制） 机车轮周电制动功率（持续制）
≥7200 kW ≥7200 kW
铁路工程职业技术院校开放课 HXDC型电力机车重联操作方法
HXD1C型电力机车重联操作方法1、机车外部联挂机械重联1.松开夹持装置，在车钩框内手动轻轻提起操作杆，这样操作杆的方头就从夹持装置松开。
2.将操作杆向上旋转，在钩舌打开的情况下，牵引机车低速朝向第二台静止机车直到车钩钩舌接触。
3.将操作杆转向下，直到操作杆的方头卡在支架内。
4.机车机械重联完成，钩舌锁死。
图11：平均管 2：总风管 3：列车管 4：截止阀 5：操作杆 6：固定板气路连接机车（前部和尾部）装配有一个列车管连接（HL）、一个总风管1 2312456连接（HBL）和两个平均管连接（BAL），它们都安装在车钩附近。
分别将需要重联的两台机车端部对应的平均管、总风管和列车管相连接上即可。
各风管的位置分布如上图1所示。
电气连接用相应的重联电缆位置2连接UIC插座（位置1），具体如下图2所示：12图2外重联电缆连接的步骤：1.按下插座盖上的卡爪如下图3位置3，搬动盖组件到最大。
2.在插头和插座连接时，先将插头上的凸键对准插座上的凹键往前推，推到不动为止。
3.顺时针旋转连接套，旋转时会听到“咔嗒、咔嗒”响声，表明插头与插座已经正确连接，插头插座已经锁紧。
4.分离时，按下连接套上的棘爪（如下图3、位置4），并逆时针旋转连接套，插头、插座就会很顺利的分离。
34图32、机车之间的重联两台车重联，按以下步骤进行：1.完成机械、气路、电路连接。
2.打开已连接软管的截止阀（图1）。
3.闭合重联机车控制电源柜面板上的蓄电池自动开关，其余各自动开关情况与机车在本务模式下完全一样。
4.将制动机上重联塞门（）打到重联位（红色手柄横过来）（图4）。
（仅针对法维莱制动机）图45.将重联车的的自动制动手柄推到“重联位”，单独制动手柄放运转位，制动系统其他部分的开关情况与机车在本务模式下完全一样。
6.将主控机车操纵端司机控制器钥匙开关打到闭合位。
7.机车配置显示在机车微机显示屏上。
检查本务机车是否可以检查到重联机车的状态，通过IDU观察基本页面、主数据页面等确认是否有通信不良的迹象，观察IDU故障列表是否有通信故障信息。
HXD3D机车网络控制系统、主变压器、应急处理
HXD3D型交流传动 快速客运电力机车 微机控制系统及主变压器
技术开发部 电气二室 王乐 民
中国北车集团大连机车车辆有限公司
Dalian Locomotive &Rolling Stock Co., Ltd CNR Group
精品文 档
主要内容：
一、微机网络控制系统简介 二、主变压器简介 三、常见故障处理
精品文 档
精品文 档
主界面
精品文 档
锁屏界面
精品文 档
列车信息-机车纵览界面
精品文 档
控制-隔离界面
精品文 档
控制-受电弓预选择界面
精品文 档
控制-距离计数器界面
精品文 档
空气制动系统-制动信息界面
精品文 档
空气制动系统-隔离阀状态界面
精品文 档
过程数据-列车界面
精品文 档
过程数据-驱动界面
ss7e与hxd3c控制系统比较
TCMS微机控制监视系统
HXD3C
司机指令与信息显示电路 机车逻辑控制和保护 主变流器控制和辅助变流器控制
控制系统
机车重联控制电路
其他控制电路
逻辑控制系统
SS7E
列车安全控制系统 微机控制系统
HXD3C电力机车控制系统
一、机车微机控制监视系统
•微机控制监视系统TCMS，在整个机车控制中起主导作 用，他的工作正常与否直接决定了机车能否安全、正 常地运行，因此在配置上采取了双机冗余、双机热备 措施，以提高系统的一可靠性。 •TCMS完成机车下列方面的控制和保护功能:顺序逻辑 控制、机车的牵引制动特性控制、定速控制、冗余控 制（主控单元采用冗余设计一套为主控制环节 （master），一套为热备控制环节（Slave））、自动 过分相控制、主变流器控制、辅助变流器控制和重联 控制，并实现智能故障诊断、.显示和机车保护控制。
换开关进行转换。
TYLCU-SS7E型逻辑单元电路插接板位置布局示意图
逻辑控制系统功能
逻辑控制系统有以下逻辑控制功能：
（1）预备等逻辑控制；
（2）故障自动切除，设备自动保护； （3）与微机通讯功能； （4）机车状态检测功能； （5）信息自动显示功能。
返回
SS7E列车安全控制系统
列车安全控制系统是利用计算机技术，采用车载数据方式， 将线路数据、允许速度及各类信号机、车站坐标预先存储在. 监控装置数据芯片中。在列车运行中，根据机车实际坐标位 置调用存储在数据芯片中的数据，同时采集列车运行前方信 号机显示状态，实时计算列车制动距离，达到对列车运行安 全监控作用。
HXD3C电力机车控制系统
TCMS的故障处理与记录
TCMS在机车出现故障时，以显示屏显示、报
机车网络控制系统
1）微机网络控制系统电力机车微机网络控制系统是一个典型的集散控制系统DCS（Distributed?Control?System ）。
DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通信、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
机车微机网络控制系统就是通过现场总线将不同的功能单元连接起来，在中央控制单元（CCU）的协调下，共同完成机车的控制工作。
根据机车车辆的特点和网络拓扑结构，车载网络的拓扑形式通常构造成两级或三级总线结构。
最高层为列车网，它用于与整个列车的重联控制和逻辑顺序控制相关的一些指令信息发布和状态信息反馈，实现多个车辆网的数据交换。
中间层为车辆网，它用于整个车辆网内部的智能电子设备的互连，实现本车厢内部的数据交换。
第三层为设备网，它直接与系统的检测传感器、执行机构相连。
根据拓扑需要，车载网络有时不需设备网，只使用列车网和车辆网。
工业现场总线种类繁多，用于列车网的现场总线主要有WTB、WorldFIP、工业以太网等，用于车辆网的现场总线主要有MVB、WorldFIP、LonWorks、CAN、工业以太网等，用于设备网的现场总线主要有CAN、MVB或RS485等。
（1）微机网络控制系统结构图5-20是机车微机网络控制系统拓扑图。
图5-20 微机网络控制系统拓扑图网络控制系统由中央控制单元（CCU）、牵引控制单元（TCU）、司机显示单元（HMI）、远程输入输出模块（RIOM）、制动控制单元（BCU）、辅助控制单元（ACU）、网关（GW）等组成。
①网关（GW）：负责列车网络和车辆网络之间的数据传输。
②中央处理单元（CCU）：既可以完成网络的总线管理功能，也可以完成网络控制系统的中央处理功能，即实现车辆控制功能，主要功能包括：设备监视（自诊断功能）、总线管理、机车逻辑控制、机车牵引/制动特性控制、轴重转移补偿控制、自动过分相控制、空电联合制动控制等功能。
HXD3C电力机车列车供电控制系统设计开发及技术特点
HXD3C电力机车列车供电控制系统设计开发及技术特点作者：邓林峰来源：《电子技术与软件工程》2018年第04期摘要从HXD3C电力机车列车供电控制系统与原交直电力机车列车供电控制系统的比较出发，介绍HXD3C电力机车列车供电控制系统设计开发的技术特点及为贯彻简统化、模块化、系列化所采取的措施。
HXD3C电力机车列车供电控制系统产品已在现场投入使用，其性能日臻完善并得到验证。
【关键词】HXD3C电力机车列车供电控制系统技术特点从2004年4月铁路第五次大提速开始，电力机车列车供电系统向旅客列车进行直供电的运用越来越广泛。
尽管交直电力机车列车供电控制系统已在SS9、SS8等电力机车上大规模推广使用多年，现场运用成熟、可靠，但是受制于当时技术条件和工艺水平的限制，存在功能简单、信息化程度不高、部分器件采购困难等缺点，已不适应目前形势的发展需要。
为保证电力机车列车供电系统的可靠运行质量，保证旅客列车的运行安全、舒适，因此在HXD3C电力机车上对列车供电控制系统进行变革改进符合机车技术进步及现实的需要。
1 技术改进及优化的原则作为列车供电控制系统的改进升级产品，HXD3C电力机车列车供电控制系统充分吸收了原交直电力机车列车供电控制系统的设计优点和成功运用经验，并考虑以往运行中出现的问题以及后续采取的措施，一并在新设计的HXD3C电力机车列车供电控制系统中加以解决。
为满足HXD3C电力机车技术进步的需要，整个列车供电控制系统设计中充分利用了当今先进的计算机控制技术，采用了新的电子元器件及新工艺，贯彻简统化、模块化、系列化的设计思想，提高产品的质量和技术含量。
2 技术特点2.1 系统架构优化在HXD3C电力机车列车供电控制系统的开发设计中，借鉴了原列车供电控制系统的设计思想，并对系统架构和功能模块进行了优化。
HXD3C电力机车列车供电控制系统包含了开关电源、供电控制、脉冲分配等5个基本通用模块，采用A/B两组冷备冗余设计方式，并利用外部网卡实现与HXD3C电力机车TCMS系统通信，可实现DC600V列车供电系统的特性控制、整流控制、故障保护等功能。
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GWM/ERM/VCM 主要接口
4、车辆控制模块VCM
每节机车装有2个车辆控制模块VCM，位于机械间内， 车辆控制模块VCM通过多功能车辆总线MVB（ESD+）与其 他设备通信。
主要内容
一、机车网络控制系统概述 二、机车网络控制系统基础知识 三、网络控制系统的构成、部件特点 四、网络系统控制功能 五、网络维护工具
一、机车网络控制系统概述
7200kW 货运电力机车车载网络控制系统采用符合 IEC61375标准，DTECS网络控制平台为基础的微机网络控 制系统。
MVB 用于各个电子控制系统的数据交换，WTB 用于重 联牵引时主控机车与从控机车之间的数据交换。完成机车 信息管理、功能控制、故障诊断、信息显示和事件记录等 主要功能 。
车辆控制模块VCM是TCMS的核心模块，具备如下功能： 1）车辆级过程控制：执行诸如牵引/ 制动控制、空电联
合控制、超速保护和空调顺序启动等一系列控制功能； 2）车辆总线管理：具有多功能车辆总线MVB的管理能力，
并且能够进行主权转移； 3）数据通信：与 TCMS 系统的其他设备及非TCMS的智
三、网络控制系统构成、部件特点 4、拓扑图
MIO/CCU在机械间低压柜的布局
MIO
MIO在机械间低压柜的布局（左）
MIO
CCU在机械间低压柜的布局（右）
CCU
CIO在司机室右侧司机台 下方低压柜的布局
（从上到下依次为DIM、 DXM和AXM模块）
两端司机室地 址不一样
VCM ERM
模块内部结构
中文全称 模拟量输入输出模块 中央控制单元 分布式列车电子控制系统 数字量输入模块 数字量输入输出模块 制动控制单元
事件记录模块 智能显示单元 多功能车辆总线 辅助变流器 传动控制单元 车辆控制模块
三、网络控制系统构成、部件特点
网络控制系统采用列车级和车辆级控制，列车控制级采用 绞线式列车总线 WTB， 车辆控制级采用多功能车辆总线 MVB。 网络控制系统采用分布采集及执行，中央集中控制与管理的 模式。由WTB/MVB网关模块 GWM、车辆控制模块 VCM、 事件 记录模块ERM、数字量输入输出模块 DXM、数字量输入模块 DIM、模拟量输入输出模块AXM和智能显示装置IDU等组成，通 过 MVB与传动控制单元 TCU、辅助变流器控制单元ACU、制动 控制单元BCU等进行通信。
二、机车网络控制系统基础知识
3、列车总线WTB
4）当采用冗余设计时，如果正在工作的一组列车总线 出现问题时，网关能自动控制切换到另一组工作；
5）网络拓扑为简单的总线型结构，方便车辆间布线 ； 6）具有列车初运行功能，支持列车的动态编组； 7）数据链路层支持两种基本的数据传输模式：过程数 据、消息数据 ；
X4:A1
A_N 2
X4:A2
B_P 4
X4:A4
B_N 5
X4:A5
A_GND
6
X4:A6
B_GND
7
X4:A7
二、机车网络控制系统基础知识
3、列车总线WTB
绞线式列车总线WTB是专为铁路机车车辆重联而开 发的高可靠和实时的现场总线，它特别适合用于需要 动态编组的开式列车（也同样适合于固定编组的闭式 列车），其具有如下七个特点：
返回
二、机车网络控制系统基础知识
1、车辆总线MVB
专为铁路机车(车辆)内设备互联而开发的高可靠和强实 时的现场总线，其具有如下特点：
1）数据传输波特率为1.5Mbps,信号采用双Байду номын сангаасL型差分曼 彻斯特编码；
2）采用8位的循环冗余校验（CRC）方式； 3）物理层支持三种传输介质（双绞线、同轴电缆、光 纤），传输通道可配置为冗余或非冗余方式，并支持冗余通 道自动切换；
由于采用模块化设计， 使得系统的构成十分灵活，但减少 了系统布线距离，而且容易扩展。 图中缩写的的含义：
中央控制单元CCU （VCM×2、GWM×1、ERM×1）
司机室输入输出单元CIO （DXM×1、DIM×1、AXM×1）
机械间输入输出单元MIO （DXM×6、DIM×1）
3、网关模块GWM
二、机车网络控制系统基础知识
3、列车总线WTB
1）传输波特率为1Mbps,信号采用双向L型差 分曼彻斯特编码， 数据帧格式为HDLC；
2）采用16位的循环冗余校验（CRC）方式； 3）物理层采用变压器耦合的双绞屏蔽线，传输通道可配置为冗
余或非冗余方式，不需中继器传输距离可达860米（22节车 辆或32个节点）；
二、机车网络控制系统基础知识
4、名词解释
简称 AXM CCU DTECS DIM DXM BCU ERM IDU MVB ACU TCU VCM
英文全称 Analog Input/Output Module Central Control Unit Distributed Train Electronic Control System Digital Input Module Digital Input/Output Module Brake Control Unit Event Record Module Intelligent Display Unit Multifunction Vehicle Bus Auxiliary Converter Unit Traction Control Unit Vehicle Control Module
每节机车装有1个WTB/MVB网关模块GWM，位于机械间内， WTB/MVB网关模块GWM通过多功能车辆总线MVB（ESD+）与车 辆控制模块VCM通信。
WTB/MVB网关模块GWM是TCMS实现机车重联运行的核 心模块，具备如下功能：
1）列车级过程控制：执行诸如牵引/制动控制等一系列与 机车重联运行有关的控制功能；
二、机车网络控制系统基础知识
1、车辆总线MVB
4）通过设置总线重复器，网络拓扑可为总线型、星型或 混合型，每个总线段内互联的设备最多可达32个；
5）数据链路层支持三种基本的数据传输模式：过程数据、 消息数据、监督数据。
二、机车网络控制系统基础知识
2、MVB插头接线图
XD11 (9芯布孔)
A_P 1