HXD2型機(jī)車SIPM故障的分析

李科

摘 要：深入分析了HXD2型交流傳動電力機(jī)車SIPM（擴(kuò)展集成處理模塊）模塊故障導(dǎo)致的DP自動退出現(xiàn)象，有利于行車指揮人員進(jìn)行故障判斷，縮短故障機(jī)車的在線處理時間，以保證大秦線重載運輸?shù)耐〞场?/p>

關(guān)鍵詞：HXD2型機(jī)車；SIPM；故障研究；重載運輸

中圖分類號：U269.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.092

作為大秦線20 000 t重載牽引的主型機(jī)車，HXD2型電力機(jī)車采用LOCOTROL技術(shù)實現(xiàn)與其他機(jī)車的遠(yuǎn)程同步操作。SIPM（擴(kuò)展集成處理模塊）作為LOCOTROL系統(tǒng)中的主處理單元，負(fù)責(zé)與機(jī)車MPU（機(jī)車主處理單元）、BCU（制動控制單元）和LOCOTROL系統(tǒng)內(nèi)PDM模塊（電源模塊）、LDM模塊（LOCOTROL顯示屏）、RIM模塊（繼電器接口模塊）、CPM模塊（繼電器接口模塊）通訊。在運行過程中，如果SIPM（擴(kuò)展集成處理模塊）發(fā)生故障，會直接中斷與上述模塊的通訊，從而使機(jī)車產(chǎn)生懲罰制動，嚴(yán)重影響大秦線的正常運輸秩序和行車安全。

1 HXD2機(jī)車LOCOTROL系統(tǒng)

HXD2機(jī)車LOCOTROL分布式動力系統(tǒng)主要由SIPM（擴(kuò)展集成處理模塊）、PDM模塊（電源模塊）、LDM模塊（LOCOTROL顯示屏）、RIM模塊（繼電器接口模塊）、CPM模塊（繼電器接口模塊）、OCU（GEM-R車載通信單元）和RDTE（無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備）7個模塊組成。每個模塊的功能如下。

1.1 SIPM（擴(kuò)展集成處理模塊）

SIPM是LOCOTROL系統(tǒng)的核心，它帶有一個主系統(tǒng)處理器，用于運行DP應(yīng)用軟件，并且其與LOCOTROL顯示設(shè)備（LDM）通信，用于顯示和執(zhí)行LOCOTROL一定的功能。SIPM通過RS422接口與機(jī)車主處理單元（MPU）、空氣制動單元（BCU）和繼電器接口模塊（RIM）通訊。在SIPM前面板上有13個LED指示燈，它們是用來提供系統(tǒng)狀態(tài)的操作反饋。在正常的空氣制動操作中，上端的2個綠燈必須亮，表示空氣制動失效的紅燈不亮。

1.2 RIM（繼電器接口模塊）

RIM提供的是SIPM與機(jī)車之間的離散信號接口，同時，輸出對電源聯(lián)鎖繼電器（PIR）和緊急電磁閥（EMV）安全回路的控制信號。另外，RIM也提供機(jī)車對這些離散信號發(fā)出的反饋信號。

1.3 PDM（電源模塊）

PDM包括一個變壓器，它能將機(jī)車的110 VDC電源變換成SIPM模塊需要的66 VDC電源。

1.4 CPM（通信處理模塊）

CPM可以為每臺機(jī)車上的LOCOTROL電子制動系統(tǒng)設(shè)備與通信媒體之間提供車載接口。CPM負(fù)責(zé)接收從SIPM得到的信息，然后將信息發(fā)送到當(dāng)前有效的通信路徑OCU或者RDTE，同時，還接收來自O(shè)CU或者RDTE的信息，并將其傳送給SIPM。

1.5 OCU（車載通信單元）

OCU是GSM-R網(wǎng)絡(luò)的車載通信終端，為LOCOTROL系統(tǒng)提供各機(jī)車之間傳遞信息的透明無線傳輸通道。車載通信單元主要包括GSM-R無線模塊、控制模塊、接口模塊和電源模塊。車載通信單元負(fù)責(zé)建立和維護(hù)與應(yīng)用節(jié)點（AN）的電路連接，并向CPM報告電路的連接狀態(tài)，同時，還在CPM與應(yīng)用節(jié)點之間傳遞數(shù)據(jù)。

1.6 RDTE（無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備）

RDTE是LOCOTROL列車上各機(jī)車之間的另一條無線傳輸通道，每個RDTE有2個收發(fā)信機(jī)。在使用RDTE通信路徑時，主控機(jī)車上的無線電發(fā)送指令到從控機(jī)車，并將對指令的響應(yīng)狀態(tài)解碼顯示給操作人員。

2 SIPM模塊故障的現(xiàn)象分析

2.1 故障分類和產(chǎn)生的影響

SIPM模塊故障分為兩種，即SIPM模塊本身發(fā)生故障和SIPM模塊失電。這兩種故障最終都表現(xiàn)為SIPM模塊與其他模塊通訊中斷，造成機(jī)車懲罰制動。同時，HXD2機(jī)車響應(yīng)懲罰制動進(jìn)行斷主斷、降弓操作，甚至LOCOTROL系統(tǒng)會自動退出，使得機(jī)車無法正常運行，給大秦線的生產(chǎn)運輸造成嚴(yán)重的影響。

2.2 故障分析和原理說明

為了及時消除故障隱患，在故障發(fā)生后，要綜合分析機(jī)車的DP數(shù)據(jù)、機(jī)車自身數(shù)據(jù)和LKJ數(shù)據(jù)，并結(jié)合通訊原理圖和電氣原理圖對整個過程進(jìn)行推斷和分析，直至與線上司機(jī)反饋的情況相吻合為止。比如HXD2-69機(jī)車2014-12-16運行至延慶—下莊間，列車產(chǎn)生懲罰制動，主控HXD2-69機(jī)車A節(jié)LDM顯示米花，停車后，LCDM顯示恢復(fù)正常，DP自動解除，中部機(jī)車顯示意外流量。

2.2.1 LOCOTROL系統(tǒng)數(shù)據(jù)和機(jī)車數(shù)據(jù)的分析

由于LOCOTROL系統(tǒng)與機(jī)車本身系統(tǒng)的時間存在一定的誤差，所以，需要統(tǒng)一時間后才可進(jìn)行分析，于是，車回后進(jìn)行時鐘校對工作（HXD2機(jī)車操縱節(jié)A節(jié)機(jī)車時間比LOCOTROL時間快1 min12 s，HXD2-69機(jī)車A節(jié)LOCOTROL時間比中部機(jī)車HXD1-99機(jī)車慢50 s），然后分析CPM數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，CPM數(shù)據(jù)在1：15：00時間點上記錄A-IPM向下（表示SIPM開始失電），并在1：15：32時間點上記錄A-IPM向上（表示SIPM已重新上電啟動），如圖1所示。

圖1 HXD2機(jī)車CPM數(shù)據(jù)

因為CPM模塊與SIPM模塊的數(shù)據(jù)時間是一致的，所以，運用Shortcut to LocotrolPTU軟件再次分析SIPM的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在1：15：32時間點上記錄上電時間、時鐘更新（表示SIPM已上電重啟）等數(shù)據(jù)，如圖2所示。CPM數(shù)據(jù)與SIPM數(shù)據(jù)記錄相統(tǒng)一，這充分說明SIPM短暫失電并在32 s后重啟，但是，此時我們?nèi)孕枧袛鄼C(jī)車懲罰制動是由機(jī)車電線路失電造成SIPM故障引起的還是SIPM自身故障引起的。

圖2 HXD2機(jī)車SIPM數(shù)據(jù)

針對上述提出的問題，利用eTrain軟件下載分析HXD2機(jī)車的自身數(shù)據(jù)。在1：16：22，1：16：23（對應(yīng)LOCOTROL系統(tǒng)時間為1：15：10，1：15：11），也就是在SIPM失電10 s后的時間點上，HXD2機(jī)車響應(yīng)SIPM故障MPU1、MPU2才開始依次記錄機(jī)車回零、斷電、降弓和機(jī)車電鑰匙聯(lián)鎖斷開等故障；在1：16：27（對應(yīng)LOCOTROL系統(tǒng)時間為1：15：15）時間點上記錄LOCOTROL設(shè)備在RS422網(wǎng)絡(luò)上丟失；在1：17：02（對應(yīng)LOCOTROL系統(tǒng)時間為1：15：50）時間點上記錄機(jī)車司機(jī)制動閥隔離閥VV（IS）RM故障，除此再無其他故障記錄。到此，可以基本判斷是SIPM故障導(dǎo)致機(jī)車懲罰制動，HXD2機(jī)車響應(yīng)懲罰制動并進(jìn)行相應(yīng)的動作。機(jī)車數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 HXD2機(jī)車數(shù)據(jù)

為了進(jìn)一步驗證HXD2主控機(jī)車的SIPM故障排除中部的機(jī)車故障，重新采集分析了HXD1中部機(jī)車LOCOTROL設(shè)備的SIPM數(shù)據(jù)。同樣，HXD1的SIPM數(shù)據(jù)記錄與主控機(jī)車通訊持續(xù)中斷，如圖4所示。

圖4 HXD1機(jī)車SIPM數(shù)據(jù)

通過對HXD2機(jī)車LOCOTROL設(shè)備數(shù)據(jù)和機(jī)車數(shù)據(jù)的分析、推斷，可基本判斷是SIPM故障導(dǎo)致機(jī)車懲罰制動，并且機(jī)車響應(yīng)懲罰制動發(fā)生了一系列的動作，比如斷電、降弓和斷開電鑰匙聯(lián)鎖等。車回后，拔掉SIPM的供電電源插頭J5進(jìn)行故障模擬，并下載數(shù)據(jù)進(jìn)行上述分析，分析結(jié)果與線上事件記錄大致吻合。

2.2.2 SIPM模塊故障的原理說明

HXD2機(jī)車的SIPM 模塊是由PDM模塊直接供電的，兩者利用J1和J5插頭連接在一起。當(dāng)SIPM故障或者PDM模塊短暫失電故障時，會造成SIPM失電；當(dāng)SIPM模塊失電后，SIPM模塊與LDM屏通信中斷，使得LDM屏無法正常接收到制動機(jī)、機(jī)車的一些變量，比如列車管壓力、均衡風(fēng)缸壓力和牽引流等顯示數(shù)值的地方就會出現(xiàn)“米花”。同時，因為SIPM故障直接控制的RIM模塊失電，使得HXD2機(jī)車的BCU安全回路斷開，機(jī)車產(chǎn)生懲罰制動，整列車的列車管壓力開始下降。另外，與機(jī)車MPU（主處理單元）的通訊中斷，使得MPU安全回路斷開，HXD2機(jī)車會隨之產(chǎn)生斷主斷、降弓、方向回零等動作。因為前部機(jī)車列車管壓力下降，這時，中部機(jī)車LOCOTROL系統(tǒng)就會檢測到意外流量，由于主控機(jī)車的SIPM失電，從控機(jī)車無法接收到懲罰指令，所以，從控機(jī)車一直嘗試與主控機(jī)車通信。但是，在通信持續(xù)中斷的情況下，為了保證機(jī)車能可靠停車，要切除從控機(jī)車制動閥，并牽引封鎖。

3 解決SIPM故障采取的措施

當(dāng)機(jī)車進(jìn)入修程時，要求檢修車間要做到以下2點：①認(rèn)真分析機(jī)車數(shù)據(jù)和DP日志，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患，把故障消滅在源頭；②嚴(yán)格按照要求檢查，試驗機(jī)車制動機(jī)性能和DP連接情況，車間質(zhì)檢員要做好過程盯控和把關(guān)工作。在機(jī)車入庫整備作業(yè)時，整備車間在HXD2機(jī)車制動機(jī)試驗時，要加大對關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)的盯控力度，按照單機(jī)試驗、DP試驗逐步進(jìn)行，嚴(yán)禁簡化試驗程序。對于有故障的LOCOTROL設(shè)備，要建立臺賬，以便返修后的跟蹤觀察。在行車過程中，如果遇到LOCOTROL設(shè)備故障，建議分解作業(yè)，避免故障擴(kuò)大化。

4 結(jié)束語

為了保證大秦線的重載安全和運輸暢通，對于發(fā)生的每一個故障，都應(yīng)本著實事求是的精神鉆研、探索和解決，避免類似故障重復(fù)發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]張曙光.HXD2型電力機(jī)車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.