國(guó)內(nèi)機(jī)車微機(jī)制動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

王成程 白建平 呂 梟 任向杰 王帥帥

摘? 要：針對(duì)國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的CCB-II制動(dòng)機(jī)、Eurotrol制動(dòng)機(jī)、DK-2制動(dòng)機(jī)以及JZ-8制動(dòng)機(jī)等四種微機(jī)控制制動(dòng)機(jī)，從發(fā)展歷程、系統(tǒng)性能、主要部件、網(wǎng)絡(luò)和電氣控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了對(duì)比研究，通過分析，評(píng)價(jià)各種制動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)、總體技術(shù)水平，為機(jī)車微機(jī)控制制動(dòng)機(jī)在各個(gè)地區(qū)、行業(yè)選型提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)車制動(dòng)機(jī);綜合性能分析;技術(shù)特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U270.35? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）33-0132-03

Abstract： For the four kinds of microcomputer-controlled brakes， such as CCB-II brakes， Eurotrol brakes， DK-2 brakes and JZ-8 brakes which are widely used in China and the development history， system performance， main components， network and electrical control system have been compared and researched. Through analysis， the technical performance indexes and overall technical level of various brakes are evaluated， which provides reference for the selection of locomotive microcomputer control brakes in various regions and industries.Keywords： locomotive brake; comprehensive performance analysis; technical characteristics

CCB-II型制動(dòng)機(jī)由紐約制動(dòng)機(jī)公司在二十世紀(jì)九十年代研制，該制動(dòng)機(jī)采用分布式設(shè)計(jì)思想，采用LonWorks網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)控制為主的制動(dòng)機(jī);Eurotrol制動(dòng)機(jī)由法國(guó)法維萊公司研制，采用的是一種具備微機(jī)模擬控制和網(wǎng)絡(luò)通信功能的制動(dòng)機(jī);DK-2制動(dòng)機(jī)由中車株洲電力機(jī)車有限公司研制，是一種具備微機(jī)模擬控制和網(wǎng)絡(luò)通信功能的制動(dòng)機(jī)[1];JZ-8型制動(dòng)機(jī)由中車青島四方車輛研究所有限公司2013年研制成功并開始運(yùn)用考核，該型制動(dòng)機(jī)采用CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，具備微機(jī)模擬控制和網(wǎng)絡(luò)通信功能[2-3]。

1 基本功能對(duì)比

CCB-II、Eurotrol、DK-2以及JZ-8型制動(dòng)機(jī)均需滿足機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)控制需求：具備對(duì)全列車進(jìn)行制動(dòng)控制的自動(dòng)制動(dòng)功能和對(duì)機(jī)車進(jìn)行單獨(dú)制動(dòng)控制的單獨(dú)控制功能，同時(shí)所有制動(dòng)控制系統(tǒng)均需具備緊急制動(dòng)功能。為符合功能要求，各個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)供應(yīng)商均采用操作自動(dòng)制動(dòng)控制手柄來控制均衡風(fēng)缸壓力，均衡風(fēng)缸通過中繼閥放大控制列車管壓力，實(shí)現(xiàn)全列車的制動(dòng)和緩解;操作單獨(dú)制動(dòng)手柄控制單獨(dú)制動(dòng)預(yù)控壓力，通過中繼閥放大控制機(jī)車制動(dòng)缸壓力。

各個(gè)供應(yīng)商控制思想基本一致，但實(shí)現(xiàn)方式存在差異，主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成差異。

（2）網(wǎng)絡(luò)和控制方式差異。

2 綜合性能對(duì)比分析

CCB-II制動(dòng)機(jī)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的分布式控制的電空制動(dòng)機(jī)，該制動(dòng)機(jī)由多個(gè)分立式模塊組成，單一模塊故障后可直接替換模塊進(jìn)行故障處理，同時(shí)該制動(dòng)機(jī)具有較好的冗余功能，當(dāng)部分模塊功能失效后，可自動(dòng)進(jìn)行冗余切換，確保制動(dòng)系統(tǒng)功能正常。

Eurotrol制動(dòng)機(jī)是一種微機(jī)集中控制的機(jī)車電空制動(dòng)機(jī)，該制動(dòng)機(jī)采用制動(dòng)柜體集中控制布局方式，制動(dòng)柜體集成BCU控制單元、EPM模塊、Eurotrol模塊等，系統(tǒng)由BCU執(zhí)行主要控制，EPM執(zhí)行單獨(dú)制動(dòng)控制和備用控制。

DK-2制動(dòng)機(jī)是一種微機(jī)集中控制的機(jī)車電空制動(dòng)機(jī)，該制動(dòng)機(jī)采用制動(dòng)柜體集中控制布局方式，制動(dòng)柜體集成ER、BP、BC等模塊，各個(gè)模塊有BCU集中控制，制動(dòng)系統(tǒng)故障后由空氣制動(dòng)作為冗余控制方式。

JZ-8制動(dòng)機(jī)是一種微機(jī)集中控制的機(jī)車電空制動(dòng)機(jī)，該制動(dòng)機(jī)采用制動(dòng)柜集中控制布局方式，制動(dòng)柜集成均衡控制模塊、單獨(dú)制動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)向架控制模塊以及分配閥模塊等，由BCU集中控制實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)制動(dòng)與機(jī)車單獨(dú)制動(dòng)、空氣制動(dòng)與動(dòng)力制動(dòng)的聯(lián)鎖、斷鉤保護(hù)、列車充風(fēng)流量檢測(cè)、無動(dòng)力回送、制動(dòng)重聯(lián)、列車速度監(jiān)控配合、備用空氣制動(dòng)等功能。

3 核心部件對(duì)比分析

3.1 制動(dòng)控制器對(duì)比分析

CCB-II制動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制器通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與其制動(dòng)柜中的5個(gè)智能模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥類部件的直接控制。DK-2制動(dòng)機(jī)通過硬線與制動(dòng)控制單元BCU進(jìn)行通信，JZ-8型制動(dòng)機(jī)和Eurotrol制動(dòng)機(jī)通過指令轉(zhuǎn)換器將制動(dòng)控制器指令采用CAN通信方式與BCU進(jìn)行通信。

3.2 制動(dòng)顯示屏對(duì)比分析

制動(dòng)顯示屏用于顯示制動(dòng)系統(tǒng)均衡壓力、列車管壓力、總風(fēng)缸壓力、制動(dòng)缸壓力以及系統(tǒng)狀態(tài)和故障信息等，同時(shí)能完成診斷、自測(cè)、校準(zhǔn)、故障和事件日志等功能。各家制動(dòng)機(jī)供應(yīng)商的制動(dòng)顯示屏均為10.4寸液晶顯示屏以及8個(gè)功能鍵組成。其中JZ-8型制動(dòng)機(jī)制動(dòng)顯示屏具備觸摸屏功能。

3.3 微機(jī)控制單元對(duì)比分析

CCB-II制動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制單元是IPM模塊，它管理著所有與制動(dòng)顯示屏的接口以及制動(dòng)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過LonWorks網(wǎng)將制動(dòng)指令傳輸給電空控制單元EPCU。中央處理模塊IPM還通過中繼模塊RIM管理著機(jī)車控制和安全裝置電路的接口，處理機(jī)車控制電路與CCB-II制動(dòng)機(jī)的輸入和輸出接口。

JZ-8型制動(dòng)機(jī)、Eurotrol制動(dòng)機(jī)以及DK-2制動(dòng)機(jī)采用集中控制方式，主控系統(tǒng)均位于EBCU中，EBCU具備邏輯處理、故障記錄、與機(jī)車控制和安全控制電路接口以及網(wǎng)絡(luò)通信功能，其中JZ-8制動(dòng)機(jī)和Eurotrol制動(dòng)機(jī)具備冗余處理模塊EPM，作為制動(dòng)系統(tǒng)冗余功能使用。

3.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)比分析

CCB-II制動(dòng)機(jī)是一種分布式控制的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，對(duì)外與CCU之間的通信采用MVB總線作為車輛的控制總線，采用RS-422總線作為制動(dòng)機(jī)部件之間的控制總線，EPCU之間采用LonWorks作為通信總線[1]。

Eurotrol制動(dòng)機(jī)是一種集中控制的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，制動(dòng)控制單元BCU與CCU之間的通信采用MVB總線作為車輛的控制總線，采用CAN總線實(shí)現(xiàn)與EPM之間通信，采用RS485總線實(shí)現(xiàn)與制動(dòng)顯示屏之間的通信，采用硬線與Eurotrol功能模塊連接。

DK-2制動(dòng)機(jī)是一種集中控制的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，制動(dòng)控制單元BCU與CCU之間的通信采用MVB總線作為車輛的控制總線，BCU與制動(dòng)顯示屏通信采用雙CAN冗余通信，BCU與制動(dòng)控制器采用硬線連接，BCU與各個(gè)功能模塊繼電器和傳感器采用硬線連接。

JZ-8制動(dòng)機(jī)是一種集中控制的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，制動(dòng)控制單元BCU與CCU之間的通信采用MVB總線作為車輛的控制總線，BCU與制動(dòng)顯示屏通信采用RS485通信，BCU與制動(dòng)控制器通過指令轉(zhuǎn)換器采用雙CAN冗余通信，BCU與EPM之間采用CAN通信，BCU與各個(gè)功能模塊繼電器和傳感器采用硬線連接。

4 結(jié)束語

通過以上分析，CCB-II、Eurotrol、DK-2以及JZ-8制動(dòng)機(jī)均為網(wǎng)絡(luò)控制制動(dòng)系統(tǒng)，均具備故障診斷和數(shù)據(jù)記錄以及一定程度的冗余功能。四種微機(jī)控制制動(dòng)機(jī)分為兩種設(shè)計(jì)布局理念，CCB-II制動(dòng)機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)思路[4]，分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)便于更換和產(chǎn)品檢修，維護(hù)更為方便;Eurotrol等三種制動(dòng)機(jī)均采用集中控制方式，集中式制動(dòng)機(jī)便于功能集成，相對(duì)于分布式網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)更少，網(wǎng)絡(luò)通信故障可能性更低。分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與集中式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)各有各的特點(diǎn)，主要差別如下：

（1）分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)內(nèi)部集成化更高，各個(gè)模式間連接通信線即可，整體布線簡(jiǎn)潔美觀;集成式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)存在中央集成單元，相關(guān)線纜會(huì)在此處集聚。

（2）分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)維護(hù)和更換相對(duì)簡(jiǎn)易，單個(gè)功能失效直接更換獨(dú)立模塊、便于維護(hù)，但成本略高;集中式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)檢修可細(xì)化模塊內(nèi)部零部件，成本較低但操作略顯復(fù)雜。

（3）分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)制動(dòng)機(jī)在產(chǎn)品小型化、外觀設(shè)計(jì)以及制造工藝等方面更為先進(jìn);集中式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的制動(dòng)機(jī)與其對(duì)比還存在差距。

除此之外，國(guó)內(nèi)制動(dòng)機(jī)廠商已開始進(jìn)行模塊化制動(dòng)機(jī)的研制和運(yùn)用考核工作，其中北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司（機(jī)車車輛研究所）研制的CAB-A型制動(dòng)機(jī)已經(jīng)開始在時(shí)速160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組動(dòng)力車和控制車小批量裝車，中國(guó)中車公司研制的CAB-B型制動(dòng)機(jī)在HXD3C型電力機(jī)車和HXD1C型電力機(jī)車進(jìn)行運(yùn)用考核。

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