电力机车辅助系统控制逻辑优化研究与实现

电力机车辅助系统控制逻辑优化研究与实现

杨天奇、王晓鹏、程宝、宋扬、刘博逊、史氙、曲先超、韩菁、胡金龙、李杨、董梦言

（中车大连电力牵引研发中心有限公司，辽宁大连 116022）

摘要：本文对电力机车的网络控制逻辑优化方法进行介绍，解决了运营以来的关于辅助系统（ACU）控制逻辑产生的问题，经优化后，更加适用于线路的货运工作。

关键词：电力机车；网络控制系统；控制逻辑

作者简介：杨天奇（1992—）男，辽宁大连人，工程师。

1 引言

电力机车网络控制系统（TCMS）采用大连电牵公司的网络控制系统平台，列车级总线符合TCN标准，车辆级总线采用MVB总线，整个网络控制平台均为自主化研发的产品，能够实现整车信号的监测与控制。

2.网络拓扑结构

基于TCN国际标准（IEC61375-1）的车载网络控制系统，电力机车网络控制系统包含2个主处理单元（CCU）、2个网关（GW）、6个牵引控制单元（TCU）、2个辅助控制单元（ACU）、3个远程输入输出单元（RIOM）和2个司机显示单元（DDU），控制单元之间通过MVB总线连接。同时系统还与机车远程监视与诊断系统（CMD）和空气制动系统控制单元（BCU）通过MVB总线连接。具体拓扑结构如图1所示。

图1 电力机车TCMS网络拓扑结构

其中，微机控制柜安装了2个主处理单元（CCU1、2）、2网关（GW）和1个远程输入输出单元（RIOM3），变流柜1中安装了3个牵引控制单元（左TCU1、2、3）和1个辅助控制单元（ACU1），变流柜2中安装了3个牵引控制单元（右TCU1、2、3）和1个辅助控制单元（ACU2），司机室1中安装了1个司机显示单元（DDU1）、1个远程输入输出单元（RIOM1），司机室2中安

装了1个司机显示单元（DDU2）、1个远程输入输出单元（RIOM2）。远程输入输出单元RIOM1、RIOM2、RIOM3由若干个MVB/CAN模块、DI模块、DO模块和AIOM模块组成，各模块之间通过CAN总线连接。

3 网络控制逻辑优化

电力机车的网络控制系统可以实现列车级控制、机车级控制、驱动级控制等30多项控制要求，其中重要的功能有：受电弓管理、辅助变流控制、原边电压检测与控制、无人警惕管理。

3.1 ACU辅助隔离逻辑优化

型机车单节的辅助电源由两组辅助变流器、一组充电机电路和一组AC220V电路组成，其中辅助变流器一组为定频输出，另一组为变频输出。定频输出为泵类等不需要变频功能的负载供电，输出为AC380V，50Hz，变频输出为风机类需要变频功能的负载供电，三种输出方式AC380V（50Hz），AC304V（40Hz），AC190V（25Hz），两组变流器硬件电路和器件参数完全相同，主要由输入电路，中间电路和输出电路组成。定频负载如图2所示。变频负载如图3所示。

图2 定频负载结构图

图3 变频负载结构图

定频负载主要包括辅助变流器通风机1、辅助变流器通风机2、生活间380V、220V负载，水泵、油泵、空压机等，需要变频的负载主要包括牵引电机通风机1、牵引电机通风机2、冷却塔通风机1、冷却塔通风机2、机械间通风机1、机械间通风机2等。

   在的机车原有逻辑中，未对ACU的通信故障采取隔离的控制逻辑，使得部分ACU1故障的机车在运行中频出线某一个ACU1在线和掉线的多次反复发生，这使得ACU1在线的时候整车仍采用其对辅助负载进行控制，然而通信质量较差的该时刻，ACU1并不能收到来自TCMS的控制指令，这使得ACU1所带的定频负载油泵、水泵等无法正常工作，而机车在运行中需要水泵和油泵冷却的设备温度温升又较快，当TCU检测到设备温度过高则发出断主断的指令，机车在断主断后，停车。

为了解决这个问题，TCMS对此处的逻辑进行了优化，将ACU的通信状态加入ACU启动的逻辑当中，当ACU都在线时，且两个ACU均未隔离，无故障，则当中间电压满足条件可以启动ACU，而当ACU出现故障时，则软件上隔离通信故障的ACU，即使该故障ACU恢复通信，也保持隔离的状态，使用救援模式下的ACU控制完成整车的负载供电工作。

3.2 仿真模式下辅助允许启动逻辑优化

由于机车在仿真模式下没有真的升起受电弓，受电弓无法从接触网上得到网压，从而牵引控制单元无法给出允许辅助运行信号，为了能让机车各系统顺利执行逻辑，需要做一个仿真变量给出允许辅助运行的状态，以此来完成机车上辅助部分的逻辑验证。具体流程见图4。

图4 HCD2C电力机车仿真模式下允许辅助系统启动示意图

3.3仿真模式下的压缩机启动逻辑

由于机车在仿真模式下没有真的升起受电弓，受电弓无法从接触网上得到网压，从而牵引控制单元无法通过四象限整流出中间电压提供给辅助系统，此时，由于辅助系统没有在中间母线上得到中间电压，也就无法反馈输出电压ok信号给压缩机启动指示，所以，在仿真模式下，采取辅助输出接触器的状态来代替输出电压ok信号，具体流程见图5所示。

图5 电力机车仿真模式下压缩机启动示意图

4 辅助系统网络控制功能设计

4.1PRVMF 辅助触点监控

网络监控PRVMF列车准备电压主熔断器辅助触点，熔断器未熔断时，常开触点断开，给网络输出低电平信号；熔断器熔断时，常开触点闭合，给网络输出高电平信号。监控并记录此信号。

4.2 MVGCB 辅助触点监控

网络监控MVGCB中压接地断路器辅助触点，MVGCB断路器闭合时，辅助触点断开，给网络输出低电平信号；MVGCB断路器断开时，辅助触点闭合，给网络输出高电平信号。网络监控并记录此信号。

4.3 SIV OK 信号监控

辅助逆变器状态正常时，给网络输出高电平信号；辅助逆变器状态故障时，给网络输出低电平信号。网络监控并记录此信号。

4.4 BAMF1&2 辅助触点监控

网络监控BAMF1&2蓄电池主熔断器辅助触点，熔断器1和2未熔断时，常开触点断开，给网络输出低电平信号；熔断器1或2熔断时，常开触点闭合，给网络输出高电平信号。监控并记录此信号。

4.5 LVDR 辅助触点监控

网络监控LVDR低压检测继电器常开触点， 蓄电池电压低于84V时， LVDR失电常开触点断开，给网络输出低电平信号；蓄电池电压恢复到93V时，LVDR得电常开触点闭合，给网络输出高电平信号。网络监控并记录此信号。

4.6 BIS 辅助触点监控

网络监控BIS蓄电池隔离开关辅助触点，蓄电池隔离开关处于隔离位时，蓄电池隔离开关断开，给网络输出高电平信号；蓄电池隔离开关处于非隔离位时，蓄电池隔离开关闭合，给网络输出低电平信号。网络监控并记录此信号。

5 结束语

国产自主化技术应用较早的一代电力机车经过批量应用验证，该平台系统性能稳定，主控功能可满足现场的具体要求，目前在国内多个路局机务段承担着重要的货运运输的任务。

参考文献

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[3]田雅华,王晓鹏. 交流传动快速客运电力机车网络控制系统[J]. 电力机车与城轨车辆,2016,39(04):26-29.

[4]孙傲楠. 机车网络控制系统主处理单元的研究与实现[D].大连理工大学,2014.

[5]张丽红,李新,杨守君. HX_D3型交流传动电力机车网络控制系统[J]. 电力机车与城轨车辆,2008(01):20-22+30.

作者简介：杨天奇（1992—）男，辽宁大连人，工程师。