HXN5 機車CCA 網絡結構及其故障排除淺析

常泓潔 王瑞娜

（1.南車戚墅堰機車有限公司 客戶服務部，江蘇 常州 213011）

（2.南車戚墅堰機車有限公司 工藝技術部，江蘇 常州 213011）

0 引言

集中控制體系結構（CCA）由相互聯系的許多電子單元組成，它是一個基于計算機的電子控制系統。CCA 執行所有測量、計算、決策以及控制操作及其他車載系統所需的功能。此種控制系統，以微型機為核心，采用單元組合方式，根據不同需要靈活組合成一個完整系統。該系統既有計算機控制系統控制算式先進、精度高、響應速度快的優點，又有儀表控制系統安全可靠、維護方便的優點。

1 ARCNet 網絡

1.1 拓撲結構

HXN5 機車的CCA 結構中，智能顯示器是主要的控制計算機，其他的設備，諸如集成式輸入/輸出控制板（CIO）、牽引電動機控制器（TMC）和柴油機控制單元（ECU）等均受其控制，它們通過一個串聯的通信網絡相互連接，該通信網絡被稱為ARCNet。

1.2 技術參數

網絡電纜是特殊構造的電纜，用于傳遞信號并降低噪聲敏感性和減少對外擾動。在HXN5 型機車上，ARCNet 是通過使用DB9 插頭連接機車上所有微機控制智能面板的四線網絡而實現的。該網絡電纜容納兩個獨立的網絡（網絡0、網絡1），每個網絡由兩根電纜線組成，通過采用雙絞線耦合來降低噪聲干擾。ARCNet 基本技術要求：

數據傳輸速率：5Mbps，最大10Mbps；

設備間距：雙絞線電纜與兩端終端設備的距離60m；

負載時驅動輸出信號電平（最小）：±1.5V；

空載時驅動輸出信號電平（最大）：±6V；

接收輸入電壓范圍：－7V～+12V；

設備最大編號：20；

多個A、B 通道相連時，每通道兩根線。

1.3 數據傳輸

HXN5 機車由兩個ARCNet 物理網絡用于控制系統。所有面板都通過這兩個網絡進行通信。接有電攬的ARCNet 統一控制構架體系（CCA）使用簡單的交替算法，該算法將更新的采樣數據傳到與上一次使用的數據傳遞網絡相對的網絡上。交替算法使得數據傳遞對一個網絡只有50%的依賴性。兩個物理網絡用于相互提供冗余，當一個網絡發生故障時仍有50%的控制數據可以通過另一個網絡成功傳輸。

2 故障分析

智能顯示器DS1、DS2、DS3 是主要的控制計算機，它們通過使用ARCNet 網絡傳遞和接受相關信息，從而達到控制機車上所有其他計算機和功能模塊運行的目的。當機車控制信號傳遞異常時，智能顯示器屏幕和機車日志里會出現相應“網絡故障”的提示，此時需要進入級別3（IL3）調出“控制網絡監視器”查看以便進一步確定故障所在。

2.1 故障現象

“控制網絡監視器”屏幕中包含“重新配置次數”——該數字是每個網絡自通電以來重新配置的次數。試圖訪問網絡的節點導致重新配置。這些節點可能已經斷開連接并正在嘗試重新建立連接，或節點可能正首次（即通電時）接入網絡。從“控制網絡監控器”屏幕可以看到各個面板網絡上重新配置的次數。

表1 ARCNet 網絡DB9 連接器引腳功能定義

當網絡異常時，網絡重新配置0/網絡重新配置1 的計數會以每秒1 次或更大數值的速率不斷遞增，通過該計數可以確認故障的發生。

2.2 故障排除

影響機車信號傳遞的因素有兩個：1）機車各個智能控制面板；2）ARCNet 網絡電纜。

2.2.1 對失效面板進行故障排除

要確定某個面板是否是重新配置源，可以使用以下兩種方法。

（1）斷開該面板的電源——逐個斷開面板的電源。這就從網絡中除去了該節點，但網絡仍然會使用網卡中的網絡跟蹤來完成總線配置。此時如果重新配置數繼續遞增，就可以排除對該面板的懷疑。

（2）用旁路法通過將面板的ARCNet 網絡電纜連接在一起來旁路該面板——這將完全旁路該面板。如果重新配置數繼續遞增，就可以完全排除對該面板的懷疑。

2.2.2 對失效電纜進行故障排除

在網絡中信號傳遞時總線的每一端都需要網絡終結器，以確保信號的完整性。終結器短接接頭由DB9 接頭組成，它將引腳3 跳接/短接到引腳7，將引腳5 跳接/短接到引腳9（如圖1 所示）。在終結器跳接線對之間增加一條電纜，防止失去終結器，同時又保持了物理一致性。

DB9 插頭引腳功能定義如表1 所示。

要確定故障是否是在其中一條網絡電纜中，可以使用短接插頭來構造一個較小的網絡，然后將電纜重新恢復到網絡中。具體方法如下：將所有網絡電纜連接在一起，僅在環路中留下3 個面板，在CIO 面板上的CIO-WB 處裝上一個短接插頭，從最后一個面板開始，逐漸移動終結器，如果重新配置計數停止，則證明此前連接的一根電纜為故障電纜，對故障電纜應該更換。

圖1 終結器短接DB9 接頭內部接線原理圖

3 結束語

在實際運用中，機車網絡故障的表現形式各異，針對HXN5 機車CCA 體系故障，首先應分析其提示信息，仔細觀察故障現象，根據工作原理和相關網絡拓撲結構特點，對可能的故障點逐一排查，在有條件時采用構造法和旁路法等方式，最終確認故障原因，從而排除故障，確保機車的正常運用。

［1］張居才，李明.HXN5 型內燃機車乘務員手冊[M].北京：中國鐵道出版社,2012，11.

［2］陸萍.HXN5 型內燃機車[M].北京：中國鐵道出版社，2012，4.