机车重载无线重联同步控制系统
机车重联同步控制技术研究
开发研究机车重联同步控制技术研究王向才(吉林铁道职业技术学院铁道机车学院，吉林吉林132200)摘要:对机车重联控制技术发展历程及使用现状进行了总结及说明，分析了我国机车重联控制技术未来发展的新契机。
关键词:机车重联;控制；同步操纵;研究2014年4月，原铁路总公司组织在大秦线上进行3万t 重载列车运行试验并取得圆满成功，创造了重载铁路的又一奇迹。
在重载运输中，因多台机车担当牵引任务，因此需要一套装置，以使各机车间能同步动作，避免纵向冲击。
1机车重联同步控制技术的发展随着电力电子技术发展，铁路装备也实现了更新换代。
机车重联控制技术也发生了巨大的变革，从早期的人工呼唤到有线重联至现在无线网络控制技术,主要经历了3个发展阶段。
1.1人工呼唤方式人工呼唤方式最早应用我国大秦铁路列车上。
操纵时,主控司机通过无线通信设备向从控司机进行语音操纵指令的传递。
这种操纵方式主观因素很大,特别是需要制动时,由于误判断,造成前后机车纵向冲击加剧，甚至造成断钩、脱钩事故。
随着列车运行速度及牵引定数不断提升,人工呼唤操纵方式已无法有效保证铁路运输安全和运输效率。
1.2有线重联方式有线重联又分为控制线重联和微机网络总线重联。
1.2.1控制线重联这种控制方式应用于开行单元式重载列车及长址坡道单台机车牵引力不足的列车上。
多机牵引时，机车间通过机车前端的重联插座及电气控制电缆连接形式进行操纵指令的传递,这种重联方式因为需要经常装、拆重联导线,比较繁琐，一般运用于固定重联的机车及动车组上，例如SS4、SS3B等车型。
1.2.2微机网络总线重联随着计算机和通信技术的发展，新型交流传动机车及动车组普遍配置了基于网络的分布式计算机控制系统，即列车控制和管理系统TCMS(Train control and Mana-gemeng System)o目前歹!1车中典型的网络控制技术有：TCN,W orld Fip.Lon Works.CAN总线。
“新一代重载组合列车无线同步操控系统研究与应用”课题研究取得
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“新一代重载组合列车无线同步操控系统研究与应用”是由太原局集团公司 2019年立项研究的科研课题。
经过对国产化H XD1型电力机车（DK-2制动机）加装改造，在完成瓦日线270公里区段万吨组合列车线路试验的基础上，于1〇月 29曰在大秦铁路湖东站至袁树林站间102公里线路上，成功开行了首趟采用新一代 无线同步操控系统的“1+1”2万吨重载组合列车运行试验。
各项性能指标全部达到 课题目标，为推动大秦线重载技术升级和核心技术的自主创新，取得了历史性突破。
(重载铁路技术研究中心李元军报道）。
重载组合列车分布动力机车重联控制系统无线传输同步性研究
用 ８０ＭＨｚ ０ 双频点组成双 网传输 ，在无线 电波弱场区能克服空间波传输受 到干扰 的影响 ，减少延迟时间 。
关键词 ：重载组合列车 ；动力分布 ；机车重联 ；无线传输 ；同步控制 ；马尔可夫决策
中 图分 类号 ：Ｕ２ Ｏ ３ ６ ．６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
随着铁路重载货运需求加大 ，为提高运输能力 需要 多 台机 车重 联运行 。机 车远程 重联 的前 提条件
重联 机 车 的控 制 协 同一 致 。本 文采 用 ８ ０ＭＨｚ无 ０ 线 电空 间波通信 Ｅ８，其 路 由管 理方 式如 图 １ 示 。 ７３ － 所
输可靠 、运输组织方式 、机车车辆维护等要求 ，发
展机 车重 联无线 控制 是一 种合理 的选 择￣４］ １ 。大秦 ， ６
２ 无线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输 同步性马尔可夫决 策模 型
在重载组合列车机车重联无线控制过程中，机
车数 据 的无线 传输是 一类 离散 的过程 。即在 当前 时 刻 机车节 点所 处 的无 线传 输状态 是 已知 的 、且其 无 线传 输 的 同步 性满 足要求 情况下 ，机 车节 点将选 择
线采用 Ｌ Ｃ Ｔ Ｏ Ｏ Ｏ Ｒ Ｌ系统并结合 Ｇ Ｍ—Ｒ通信网 ｓ 络 、地面 应用 节点 （ 指安 装于机 车上 的无线 收发 装 置 ）等方 式【 ］ 功 实 现 了 ２万 ｔ 载 组 合 列 车 的 ５成 重
SS4B 电力机车万吨无线重联装置 常见故障
无线重联控制系统常见故障处理办法库内试车时，出现故障后：1、确保机车工作正常。
2、所有车重启无线重联设备，即将电源柜“无线重联”开关断开后再合上。
3、重新编组，注意核对所有车的编组设置信息。
一、进行编组时常见故障1、编组设置后，IDU上出现“未设”。
（1）IDU故障，导致无法完成编组设置。
现象为IDU上无车型、车号、AB端，处理办法参见“IDU常见故障处理”。
（2）IDU上显示信息与机车信息不相符或编组设置错误，导致无法完成编组设置。
检查IDU 上，本车车型，本车车号，A、B端，编组设置等信息是否与操作端信息一致，若有不一致现象需及时更正。
更正方法：①A、B端（A、B节）设置为按7号键更改，更改后需重启；②本车车型、本车车号在OCE内PPC板中更改。
（3）592QS开关上的线路故障，导致无法完成编组设置。
检查592QS，将操作端592QS置于“重联位”，非操作端592QS置于“单机位”，操作正常的情况下，仍无法显示“未设”，对照下表检查OCE内插件指示灯状态，* 操作端592QS置于“重联位”，非操作端592QS置于“单机位”的情况下的状态。
* 插件指示灯点亮，线路上的电压为110V。
（3）电钥匙位置错误，导致无法完成编组设置。
需确认主车操作端给上电钥匙，从车取出电钥匙，主车和从车非操作端取出电钥匙。
（4）监控显示屏内数据有误，导致无法完成编组设置。
#（5）MVB通讯不良。
如OCE机箱上MVB插头松动，能显示车型车号，但是编组设置后显示未设。
案例：在重联开关打到重联位，IDU进入重联界面，但是操作端OCE面板上2A 灯不亮。
#（6）OCE检测不到BCU生命信号，即OCE面板上3A灯不亮。
2、主从车无法建立连接。
主车按编组键后，主车车型车号显示一下后消失。
（1）确认主从车车辆编组参数。
（2）检查OCE内第一块UART板（）上的跨接套。
（3）检查电台收发状态：做主车时，设置完成后，按“编组”键时，400k和800M将发射两次信号（第2号灯和第4号灯连续亮红灯），仅做测试时从车信息可随意填写，这样有利于观察。
万吨机车无线重联系统的应用技术
万吨机车无线重联系统的应用技术随着朔黄铁路运量逐年大幅度上涨，线路运输能力基本饱和，为了进一步提高运输能力，结合朔黄铁路实际情况，借鉴大秦铁路的重载运输经验，决定开行万吨列车。
机车无线重联系统技术是开行万吨组合列车的关键技术。
为了确保从普通列车向万吨列车的平稳过渡，必须正确对无线重联系统进行掌握、运用。
标签：机车无线重联系统；技术；万吨列车；同步控制1 概述随着我国经济的持续快速发展，对煤炭需求量不断上升，朔黄铁路作为晋煤东运的重要铁路，运输任务逐年攀升，而运输能力基本达到饱和，这无疑给煤炭资源的开发、利用和地区经济的发展带来不利影响。
为了提高运输能力，开行万吨组合列车是发展的方向，而开行万吨组合列车首先需要解决机车远程分布动力牵引控制问题。
机车无线重联同步控制技术是实现重载组合列车机车远程分布动力牵引运行的关键技术，它可以改善列车操作，增加牵引能力，减少列车内相互作用力，实时对列车状态监测与诊断，并为列车诊断和事件记录提供数据下载功能。
2 机车无线重联系统的组成该系统由数据传输单元DTE、操纵控制单元OCE、信息显示及人机接口单元IDU、制动系统及BCU单元、机车牵引与制动相关的其他系统。
2.1 数据传输单元数据传输單元DTE在列车重联控制方面以无线电台工作模式为主，GSM-R 模式为辅，两种工作模式相对独立，系统结构采用独立单元装置，并采用统一的天线系统来发送和接受无线数据。
2.2 操纵控制单元OCE操纵控制单元OCE采用双机热备冗余模式，系统内部通过背板进行数据交换，通过独立散热及屏蔽外壳构成独立单元装置。
2.3 信息显示及接口单元IDU信息显示及人机接口单元IDU采用目前机车通用显示装置，具备MVB（中继器）通信接口，增加了机车无线重联编制设置和状态显示界面，具有更好的可靠性。
2.4 制动系统及BCU单元系统改造后的DK-1型机车空电制动机由原DK-1型机车制动机的主要部件（包括电空制动控制器、中继阀、109型分配阀、重联阀、中立电空阀、排1电空阀、排2电空阀、重联电空阀等）及新增加部件（包括单独制动控制器、单缓与单制电空阀、制动控制单元BCU、高速电空开关阀两个、保护电空阀、流量计、均衡风缸压力传感器、总风压力传感器、制动风缸压力传感器等）组成。
“重载列车动力分布无线重联控制技米”顺利通过科技成果鉴定
道科 学研 究院通信信号所等共同研发 的项 目。 鉴定会 由神
朔铁 路 分 公 司组 织 ， 陕西 省 科 技 厅 主 持 。 车 时代 电 气执 南 行 董 事 兼 总 裁 卢 澎 湖 、 朔 铁 路 分 公 司 副 总经 理 、 西 省 神 陕
顺 利 通 过 科 技 成 果 鉴 定
科技厅等领导 、 家共 ３ 多人 参加 了会议。 专 Ｏ ２０ 年 １ ０ ９ １月 １ ２日， 重载列车动力分布无线重联控 “
功 能 的同 时 ， 根据 现场 的需求 进行 了通 信协 议 优化 、 界面刷 新周 期调 整 、 障判 断逻 辑 的修 正 等Ｔ作 。 故 显
示 终端 主界 面如 图６ 所示 。 测 试 和试运 结 果 表 明 ， 型 显示 终端 在 实 时性 、 新
发 的研究 ［ 武汉理 Ｔ大学学 报 ， ０ ３ ２ （ ）：１ ７ ｌ Ｏ Ｊ ｌ ２ ０ ， ７２ ８一 ９ ． ［ ３］ 韩 宁 ， 燕 飞 ， 杜广 微． 基于 ＡＲＭ 的嵌入 式煤 矿安全 生产
开机后应用程序 即可调用 ， 并且可以通过按键将数据通 过Ｕ Ｂ口传输 到移动磁盘 ， Ｐ Ｓ 在 Ｃ机 ， 以用 上位机软件 可
Ｉ 。 一 Ｉ
ｃ 吖 Ｒ ｏ 明
图 ６ 显 示 终 端 主 界 面
４ 结 语
基于 ＡＲ Ｍ和 ＷｉＣ ｎ Ｅ的新型的显示终端 ， 具有传统
显 示设 备所 不具备 的 界面及 性能 上 的优 势 ， 为机 车信 息显 示 和故 障纪 录提供 了一 套行之 有效 的方案 ， 是嵌
制 技 术 ” 利通 过 陕 西 省 科技 厅 科 技 成果 鉴定 会 。 顺 鉴定 意 见认 为 ， 重 载 列 车 动 力 分 布 无 线 重联 控 制技 术 ”总体 技 “
TG400机车重联感应通讯无线数传电台系统方案
TG400机车重联感应通讯无线数传电台系统方案一、简介重联指多机牵引时一个司机室/操作台自动控制多台机车。
大秦线的组合式重载列车，前方的和中部的机车之间用的是无线电式外重联；列车前部的机车用的是缆线式外重联；每台机车的A节和B节用的是缆线式内重联。
由一个司机室控制的动车组的动车也算一种重联。
如果每台机车都有司机值乘，并且只靠呼叫、汽笛等手段进行联控，则不是重联。
发令车为本务机，其他机车为补机。
目前的无线电式外重联靠400MHz电台进行数据传输，在山区隧道等弱场区无法满足正常的机车重联数据通信，因此我们引入了400kHz感应通信，其400kHz信号通过天线感应到接触网，通过接触网进行传输，只要有接触网的地方都能传输400KHz信号，不受地形的影响。
400KHz感应通信可彻底解决电力区段弱场强通信，理论上可覆盖整个区间。
400KHz感应电台采用频率合成技术，控制电路高度软件化，体积小，性能稳定可靠，话音清晰，数据传输可靠率高，安装维修方便。
二、方案设计针对当前机车无线重联存在的缺陷对系统进行改造，增加400kHz同频单工感应通信。
利用400kHz感应信号沿接触网传输，不受山区隧道影响的特点，将机车重联信号通过400kHz 电台进行空中无线数据传输，解决原系统存在缺陷。
三、设备组成TG400感应通讯无线数传电台由400KHz感应电台、400KHz机车天线、天线调谐盒、控制电缆、控制盒、送话器、喇叭、电源等组成。
四、工作原理机车重联装置提供一RS232串口与感应电台RS232串口相连接，重联装置将需要发送的数据通过串口传送至电台，每5秒发送一次串口数据，电台接收到串口数据将数据整理打包通过电台以FFSK调制方式发送至其它牵引机车，以100个字节数据计算，从电台启动发射到数据发送完成需要将近400ms时间，因此从本务机重联装置发送串口信号完到接收到一台补机应答，需要800ms时间，每增加一个车需要再增加400ms才能完成所有机车应答。
无线同步操控操作说明
同步操控及自动过分相系统说明一、无线同步控制系统设备组成(一)同步(株洲电力研究所)机车状态显示屏（IDU）、中继器（D429R）、逻辑控制单元（OCE）、无线传输单元（DTE）（注：包括电台R-DTE,G网模块G-DTE）、电缆一至电缆十四。
(二)电台（铁科院）多频段天线、425K天线、G网天线、425K调谐盒、多频段合路器、电台（R-DTE）(三)制动机新增设备（株洲联成）制动控制单元（BCU）、电小闸（3AC）、制动状态指示灯(39EL)、总风压力传感器(205BP)、均衡风缸压力传感器(204BP)、列车管压力传感器(206BP)、制动缸压力传感器（207BP）、作用管压力传感器（208BP）、压力开关（93KP）、总风流量计(310)、PE均衡模块（组成：缓解高速电空阀258YV、制动高速电控阀257YV 及电空阀安装座）、切控阀、单制电空阀（244YV）、单缓电空阀(246YV)、304调压阀、保护电空阀、150塞门、303塞门二、编组连接(一)准备工作1.本务机车为主车，重联机车为从车。
2.双机断主断，降受电弓，双机连接的两根外重联线断开。
3.全车系统设备电源打开。
4.确认全车系统设备端向与机车实际相符（即设备定义A、B节与机车实际A、B节一致）。
5.从1、从3车93重联阀与本务机车运行方向的同向端转到补机位；反向端也转补机位。
6.从2车93重联阀与本务机车运行方向的同向端转到本机位；反向端转到补机位。
7.主车操纵端93重联阀转到本机位，非操纵端转到补机位。
8.主车操纵端监控及机车状态显示器电源闭合；监控屏、状态显示屏得电工作。
9.与本务机车运行方向同端的监控及机车状态显示器电源闭合；监控屏、状态显示屏得电工作。
10.确认OCE机箱1A、4A指示灯闪烁，3A指示灯长亮。
(二)编组设置1.从车机车1)断开电钥匙570QS，并将钥匙、换向手柄及大小闸把取出。
2)将重联隔离开关592QS转到重联位（图1）。
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A节车
信息显示 及人机接 口单元A
操纵控制 单元主机
操纵控制 单元冗余 机
MVB
B节车
信息显示 及人机接 口单元A
数据传输 输入/输出 单元A 接口单元A
输入/输出 数据传输 接口单元B 单元A
TECTROMS机车无线重联控制技术介绍
3.TECTROMS系统基本原理框图
电台模块1 电台模块2 串行总线 数据传输系统 控制管理模块 串行总线 GSM-R模块
重载重联运输控制技术现状及发展 （3）技术发展方向： 现代重载列车控制技术已经向电控制动及动力分布 控制、驾驶同步操纵的方式发展 ，具体体现在以下三 方面： ①重载列车新型技术装备研制及应用 以下技术装备正在重载发达国家得到普遍的应用：
a.采用ECP及分布动力控制技术：据AAR分析，使每 辆货车年维修成本节约536.12美元。
GPS模块
数据传输系统MVB 接口卡
数据传输系统单元
操纵 控制
MVB总线 管理器
MVB 接口
第三方网 卡(预留)
操纵控制 系统单元
机车同步操纵 控制系统
信息显示及人机接 口单元
MVB
MVB（它车）
信号输入/输出接口控制处理器 信号采集及驱动接口
机车信号输入/输 出接口系统单元
DK2
司机操 纵
辅助系 统
重载重联运输控制技术现状及发展 2. 重载重联运输控制技术的现状：
（1）国内现状： 机车采用传统的集中重联控制模式
制动: 空气排放 - 300 米/秒 传输 爬坡时的车钩受力
运能的限制：最大万吨。 控制方式： 集中控制。 制动方式：机车电空制动、车辆空气制动、列车管减压方式。 安全性：不高、 运行组织及操纵：不便、虽实现了基本的重联，但有差距。
机车无线重联控制技术介绍
（2）美国Wabco公司用于ECP方式的控制系统
TECTROMS机车无线重联控制技术介绍
TECTROMS机车无线重联同步操纵控制系统： ——以满足铁路重载运输控制装备需求为基础， ——能经济快速对目前机车的改造， ——克服大秦线改造后试验所暴露的问题， ——突出经济安全，满足重载控制技术性能要求， ——系统功能以简单、可靠、安全为出发点。
制动管充风和缓解时间最多可以减少60%
机车无线重联控制技术的应用效果及前景 5.降低整个运用寿命成本
列车采用电空制动 列车采用传统制动
在日常的48小时营业运行中, 循环运行时间减少12%
“断钩”事故减少90%
燃料消耗减少5-14% (与地形有关)
提高运输能力+节能+可靠性+安全性 = 成本降低
机车无线重联控制技术介绍
线路的动力相互作用。
③ 采用安全监测系统保证重载列车运行的安全性及可靠
性
机车无线重联控制技术的应用效果及前景 1.提高运营能力/降低运营成本
无动力分布 有动力分布 有动力分布 有动力分布
车钩受力
无动力分布 有动力分布
空气制动波方向
机车无线重联控制技术的应用效果及前景 2.利用多个从控机车分布重联，实现节能。
重载重联运输控制技术现状及发展
（2）国外现状： 机车采用分布动力控制模式，ECP、DP方式。
制动: 双向空气排放 - 600 米/秒 传输 制动: 电子命令 - 9,000 米/秒 传输
爬坡时的车钩受力
爬坡时的车钩受力
运能的成倍增加： 最大达9万吨。 控制方式：实现机车同步操纵、分布动力控制。 制动方式：电空制动为主或全电空制动。 安全及可靠性：提高，制动时间缩短、制动距离减少…. 运行组织及操纵：便利，实现了同步操纵控制… 智能化控制及管理：如美国的LEADER系统等。 技术应用国家：美国、加拿大、澳大利压、南非等等。
机车无线重联控制技术的应用效果及前景 3.分布式动力系统提高提高运输能力
A
迅速地将编组内的列车按照不同的目的地进行解体 提高运输能力 减少人员需求
A
B
A
B
C
B
C C
机车无线重联控制技术的应用效果及前景 4.提高运输能力、可靠性、安全性
列车电控制动 列车传统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ气制动
停车时间减少22%
停车距离减少30%
谢 谢！
TECTROMS机车无线重联控制系统技术介绍
1. 系统介绍 a.设计的理念：安全、经济、好用、模块化。 b.主要完成的功能： ——重载重联机车的同步操纵控制 ——重联机车的无线通信 ——列车的故障判断及安全导向 ——制动系统状态的监测。
TECTROMS机车无线重联控制技术介绍
2.TECTROMS系统工作及组成框图
3.国外目前技术现状
（1）美国GE公司的LOCOTROL分布式动力控制系统
集成显示 处理器扩展模块
用于下列系统的硬件设备
® LSI LOCOTROL ® LOCOTROL LEB or ® LOCOTROL MVB
分布式动力控制系统无 线电模块
列车线路接口模块
中继接口模 块（仅用于 NYAB）
机车无线重联控制技术介绍
低压控 制逻辑
动力牵 引系统
空气系 统
ATP
TECTROMS机车无线重联控制技术介绍
4.牵涉到机车的适应性改动部分
a.制动系统——DK-1； b.显示器——增加多机重联内容； c. 接口及驱动； d.重联控制功能； e. 增加数据传输系统。
TECTROMS机车无线重联控制主要功能
（1）重载重联机车的同步控制及异步控制 ； （2）重联机车的无线通信； （3）制动系统的监测； （4）列车运行的故障诊断及安全导向。
TECTROMS机车无线重联控制基本原理 （1）从车通过无线网络接收主车指令进行同步控 制； （2）从车系统接收指令并根据本车的工况对机车 进行控制； （3）同步控制为主，并结合某些已步控制。 （4）通过分布机车制动系统加快列车的排风及充 风时间，从而提告列车制动能力。 （5）基于安全诊断的基础进行列车的安全导向。
TECTROMS机车无线重联系统试验及装车
1.地面试验
经过近两年原型机的完成及两次工程样机的改进， 在株洲通过了地面系统试验。
TECTROMS机车无线重联系统装车改造及考核
2.现场装车改造
在2007年8月确定装车改造，从2007年11月 开始在神木对SS4B127、128、129、130机车 改造，装车8套，经过试验改造取得成功。
弯道 传统方式 分布式动力系统的弯道优势: 通过弯道时更有效的使用动力 减少铁轨与车轮的磨损 大大减少车钩受力 分布式动力方式 在弯道区域充分地节能
山区
分布式动力在山区的优势: 仅在需要时使用动力 电阻制动依次进行 减少了“断钩”的发生
动力制动 独立的编组控制 通过只在需要的时侯提供动力， 最大可能地节能
TECTROMS机车无线重联控制分级控制
三级控制模式 （1）列车级控制； （3）机车级控制； （4）功能级控制。
TECTROMS机车无线重联控制技术基础 （1）采用分布式计算机体系结构； （2）采用相对功能为主体的模块单元； （3）车辆总线以MVB为主，符合TCN列车通信网 络标准，同时考虑RS422/RS485以及CAN总线 （4）在考虑可靠性的同时考虑系统的可用性，如 系统的冗余。
LOCOTROL 系统
100型 103型
105S型
LOCOTROL II
LOCOTROL III
LOCOTROL LSI LOCOTROL LEB LOCOTROL MVB
LOCOTROL 有线 ECP
LOCOTROL 无线 ECP
风压空气制动控制 60’s 70’s 80’s
电空制动控制
90’s 00’s
重载重联运输控制技术现状及发展
d.采用新型交流传动机车及机车遥控监测系统: GM公司开发的机
车遥控监测系统可使80%潜在性故障提前发现并得到处理，提高 了机车可靠性。
e.采用基于无线通信技术的列车控制系统及网络计算机技术，实 现有效的运输指挥及安全监控。
② 强化重载线路养护及列车运行控制技术，降低列车与
机车重载无线重联控制系统 — 机车无线同步操纵控制系统
2009-03-12
重载重联运输控制技术现状及发展
1. 重载运输技术的需求：
（1）国民经济发展的需求——货运量的增加…，特 别是煤炭的需求量。
（2）铁路运用部门的要求——提高运能、安全保证、 节能、可靠、智能化、机车的利用率、降低全寿命 成本等。 （3）新技术发展带动的配套需求——交流传动技术 的发展，功率及速度的增加，实现重载运输还需要 相关技术的配套。