HXD3C機車MVB/RS485網絡中斷造成制動機不緩解故障的分析探討

梁世超

(中國鐵路鄭州局集團有限公司 鄭州機務段， 鄭州 450000)

HXD3C機車安裝的是CCBII制動機，其微處理器-IPM采用的是MVB總線通信協議，而機車控制監視系統(簡稱TCMS)與其他機車設備(如司機室微機顯示屏、主變流器、輔助變流器)均采用RS485總線接口進行通信傳輸。為實現IPM與TCMS之間的網絡通信功能，HXD3C機車在TCMS柜內加裝了MVB/RS485網關，從而三者就構成了MVB/RS485網絡。當MVB/RS485網絡中斷時，會造成制動機重啟后或換端后不能緩解。因司機室換端是機車擔當運輸任務時經常需要進行的操作(尤其是機車出段和折返回段時)，加之斷合蓄電池進行大復位是常用的應急處理手段，所以一旦MVB/RS485網絡中斷，必將嚴重影響機車的正常運用。對因MVB/RS485網絡中斷造成的制動機不緩解故障進行分析探討，提出建議措施供同行參考。

1 故障案例

案例1：2017年6月HXD3C 0798機車準備出庫時，機車乘務員發現制動機不能緩解，制動顯示屏提示“加電懲罰制動”、“司機室轉換懲罰制動”，TCMS顯示屏提示“制動機傳送異常”、“制動機故障”，經處理無果后臨時換車。在兩端司機室進行制動機試驗，故障現象一致。更換IPM處理后，故障依舊存在，排查分析認為網關故障造成MVB/RS485網絡中斷，更換網關后，制動機緩解正常。

案例2：2017年10月HXD3C 0408機車I端操作牽引客運列車正點到達鄭州站，在D9道下線折返時，換II端操作后，機車乘務員發現制動機無法緩解，斷合蓄電池大復位后依舊不能正常緩解，特請求附掛回段。因折返道為最邊道，沒有影響其他列車通行，險些造成機破。機車回段后，故障現象依舊存在。排查分析認為IPM主機內MVB板卡故障造成MVB/RS485網絡中斷，更換IPM后，制動機緩解正常。

案例3：2017年11月HXD3 C0058機車I端操作牽引客運列車于到達洛陽站，折返時換II端操作后，機車乘務員發現制動機無法緩解，斷合蓄電池大復位后依舊不能正常緩解，返回I端操作也不能緩解，故請求救援。因折返道為中間道，影響1列貨車通行，造成機破。機車附掛到洛陽折返段后，故障現象依舊存在。排查分析認為IPM主機內MVB板卡故障造成MVB/RS485網絡中斷，更換IPM后，制動機緩解正常。

2 制動機不緩解原理分析

制動機啟動時，會觸發“加電懲罰制動”和“司機室轉換懲罰制動”，通過閉合操作端司機室電鑰匙可以激活當前端EBV，進而消除這兩種懲罰制動源，制動機允許通過當前處于激活狀態的EBV進行緩解。當斷開司機室電鑰匙時，會再次觸發“司機室轉換懲罰制動”。換端操作時，電鑰匙從原操作端斷開到當前端閉合的過程中，制動機首先觸發“司機室轉換懲罰制動”，而后激活當前端EBV并消除“司機室轉換懲罰制動”，兩端EBV完成激活狀態的轉換。

上述過程依賴于MVB/RS485網絡的正常通信，當網絡中斷發生后，IPM不能正常接收TCMS發出的電鑰匙閉合/斷開信號。此時，若進行換端操作，斷開原端電鑰匙雖不會觸發“司機室轉換懲罰制動”，但因閉合當前端電鑰匙無法激活當前端EBV，使得原端EBV仍處于激活狀態，所以制動機不能通過當前端EBV進行緩解；若制動機重啟，因無法通過閉合電鑰匙來消除“加電懲罰制動”和“司機室轉換懲罰制動”，所以兩端EBV均無法使制動機緩解。

案例1中，MVB/RS485網絡中斷發生在制動機完全啟動之前，因IPM不能正常接收TCMS發出的電鑰匙閉合信號，所以制動機不能緩解。分析案例2、案例3中制動機及TCMS數據，發現兩故障機車TCMS在到站前就已多次提示“制動機傳送異常”，并最終顯示“制動機故障”，但制動顯示屏卻沒有任何提示，機車乘務員試減壓緩解后維持運行到站、制動停車，并摘機、緩解運行至折返道岔處。此過程說明制動機本身功能正常，僅MVB/RS485網絡中斷，且制動機和TCMS均沒有因此觸發懲罰制動。由于沒有懲罰制動的施加，加之當前操作端EBV仍處于激活狀態，所以暫時不影響制動機的正常使用，機車可在當前操作端維持運行至終點站。然而，MVB/RS485網絡中斷雖不會觸發懲罰制動，但會影響到換端時EBV激活狀態的轉換以及“加電懲罰制動”和“司機室轉換懲罰制動”的正常消除，進而造成機車運用中無法實現制動機EBV的換端以及制動機重啟后不能緩解。

3 MVB/RS485網絡及其可靠性探討

MVB/RS485網絡通信示意圖如圖1所示。

圖1 MVB/RS485網絡通信示意圖

從圖中可以看出，MVB/RS485網關是連接制動機與TCMS的紐帶，其上面設有PWR、COM1和MVB1三個連接端口。該網關通過PWR端口與I架微機斷路器相連獲得110 V工作電源，通過COM1端口與TCMS主機進行RS485總線通信，通過MVB1端口與制動機IPM進行MVB總線通信，MVB與RS485兩種通信方式的轉換由MVB/RS485網關完成。

MVB/RS485網絡除了用于向制動機傳輸電鑰匙閉合/斷開信號外，還用于TCMS對制動機的授時(IPM將獲取的時鐘信息作為“制動機事件/故障記錄時間”)以及制動機將EBV手柄位置和故障記錄實時傳送給TCMS。因此，MVB/RS485網絡對HXD3C型機車的正常運用具有非常重要的作用。該網絡的通信狀態由TCMS進行實時監測，當網絡中斷時，TCMS顯示屏會有“制動機傳送異常”的故障提示，但此時TCMS和制動機均不會觸發相應的懲罰制動。正常情況下，“制動機傳送異常”的故障提示會出現在庫內閉合機車蓄電池之后，因為TCMS啟動完成時，制動機還處于啟動過程中，TCMS沒有收到制動機信號，故提示“制動機傳送異常”，待制動機完全啟動后，該提示消除。若該提示一直不消除，說明MVB/RS485網絡處于中斷狀態，則制動機不能緩解。若MVB/RS485網絡通信故障出現在機車運用途中，該網絡首先會出現不穩定的狀態，伴隨TCMS屏多次提示“制動機傳送異常”而后提示消除，直至網絡徹底中斷后，“制動機傳送異常”提示不再消除，同時TCMS屏顯示“制動機故障”。

TCMS與制動機能否保持正常的通信功能取決于網關與MVB板卡及RS485板卡的工作狀態，三者若有其一故障，MVB/RS485網絡通信必將中斷。隨著HXD3C機車投入運用的時間越來越長，鄭州機務段配屬的HXD3C機車基本已過C5修，有的甚至過了2個C4修。各級修程對電子板卡的更新沒有明確規定，電子板卡基本處于狀態修的模式，什么時候出現故障什么時候更換。因電子板卡都有其設計的固有使用壽命，所以隨著時間的推移，電子板卡的故障率會越來越高，由3個電子器件組成的MVB/RS485網絡的可靠性也會愈加低下。又因MVB/RS485網關電源與I架微機共用1個斷路器，當I架微機故障或其他原因使該斷路器跳閘時，必將中斷MVB/RS485網絡通信，這又降低了該網絡的可靠性。加之此類故障隱患在整備檢修的過程中不易被發現，因此機車的正常運用要依賴于其控制系統的冗余設計。如機車TCMS的雙系統設計一樣，在MVB/RS485網絡通信中斷的時候，有必要設置一種方式替代其主要功能，使機車維持運行到終點機務段。

4 建議措施

筆者認為，MVB/RS485網絡的主要功能是傳輸電鑰匙閉合信號，用于激活操作端EBV，其他傳輸數據的中斷不會影響機車維持運行。目前，制動機EBV的激活信號單依靠MVB/RS485網絡顯得不太可靠。所以，為有效避免因MVB/RS485網絡中斷造成的制動機不緩解故障，筆者提出以下建議措施：

(1)建議將MVB/RS485網關電源單獨設置斷路器，避免其他電路的干擾，增強網關的可靠性；另外，增加EBV備用激活方式，采用類似HXD3型機車EBV激活的模式，使用開關硬線的方式通過RIM箱給IPM輸送激活EBV的電壓信號，使得在MVB/RS485網絡中斷的情況下能通過開關激活操作端EBV，從而消除“加電懲罰制動”和“司機室轉換懲罰制動”，正常緩解機車。

(2)建議增加后備空氣制動，采用后備閘控制制動機。此方法需加裝相關閥件并改動部分原車風管路，工程量較大，但可以一勞永逸，不僅能有效解決此類故障造成的制動機無法緩解，也能確保在電空制動故障的情況下正常行車。

(3)在未采取任何加改措施之前，機車乘務員若在運行途中發現TCMS屏頻繁提示“制動機傳送異常”或始終顯示“制動機故障”但暫不影響制動機功能及正常行車時，應謹慎采取大、小復位的方法。因為這很可能是突發性硬件故障造成的MVB/RS485網絡中斷，大、小復位不僅無法有效解決此故障，反而會觸發懲罰制動，使得原本處于激活狀態的EBV也無法緩解制動機。所以，機車乘務員須在終點站前及時聯系車站盡量靠邊道折返，在有人帶道的情況下可以不換端退行回段；若無人帶道，在機車大、小復位前提前聯系救援機車，因為大復位很可能使制動機徹底封鎖，救援及時可縮小故障影響范圍。