谈技术提升HXD2型机车TCMS微机网络
控制系统
摘要：为适应中国铁路的发展需要和技术的不断发展，对原HXD2型新八轴机车进行技术提升，以进一步优化机车性能，更好的满足中国铁路的运输要求，本文对技术提升HXD2型电力机车TCMS微机网络控制系统主要控制逻辑进行了阐述。

关键词：HXD2型电力机车；中央控制单元；逻辑控制
1 机车TCMS系统
1.1 系统结构
技术提升HXD2型电力机车TCMS系统采用分布式结构，在司机室、微机柜、变流柜、制动柜分别设置了相应的单元。

单台机车由两节机车通过WTB内重联组成，单节机车包含2个主处理单元(MPU)、2个远程输入输出单元(RIOM)、2个重联网关(GW)、 4个牵引控制单元(TCU)、2个辅助控制单元(ACU)、1个显示单元(DDU)和1个事件记录仪(ERM)组成。

其中，两个主处理单元MPU互为冗余，负责调度各个子单元协调工作，实现机车控制；ERM记录机车运行数据和故障数据，方便对机车进行调试和故障分析。

1.2 控制模式
主处理单元主要控制模式可以分为两种：正常运行模式控制和维护测试模式控制。

控制系统上电后，机车自动进入正常运行模式；通过显示屏设定可以进入维护测试模式。

1.3 关键控制技术
主处理单元关键控制技术包括主电路控制、辅助电路控制、机车运行控制、
制动控制和维护测试控制。

本文对各项技术进行详细解析。

2 主电路控制
技术提升HXD2型电力机车的主电路主要由网侧电路、四象限整流电路、直
流环节电路、牵引逆变电路等相关电路组成，主变压器原边通过受电弓、主断路
器得电，主变压器的二次绕组向牵引变流器供电，通过牵引控制单元交-直-交控
制转换后，为牵引电机供电。

2.1 受电弓控制
每节车装有一架受电弓。

受电弓是机车从接触网获得电能的重要电气部件。

MPU通过RIOM1采集升弓扳键，驱动升弓继电器，控制受电弓升起和降落：升弓
继电器得电时，受电弓升起，受电弓滑板与接触网接触，将电流从接触网引入机车，供车内的电气设备使用；升弓继电器失电时，受电弓落下。

受电弓的升降控制： RIOM1-DI模块检测升弓扳键状态，通过MVB网络将信
息传送给MPU。

MPU将升弓命令通过WTB网络传送给重联车，从控车采用主控车
指令。

当某节车升弓条件满足后，该节车MPU控制 RIOM2-DO通道驱动本节升弓
继电器得电，升弓回路闭合，受电弓升起；反之升弓继电器失电，升弓回路断开，受电弓降下。

2.2 主断控制
每节车安装一个主断路器，主断路器采用真空断路器。

它是电力机车的重要
电气部件，安装在机车顶盖上，它是整车与接触网之间电气连通、分断的总开关，是机车上最重要的保护设备，当机车发生各种严重故障时能迅速、可靠、安全地
切断机车接触网总电源，从而保护机车设备。

主断路器的闭合与断开控制： RIOM1-DI模块检测主断扳键状态，通过MVB
网络将指令传送给MPU。

MPU将主断命令通过WTB网络传送给重联车，从控车采
用主控车指令。

当某节车主断闭合条件满足后， MPU通过RIOM2-DO驱动本节主
断继电器得电，主断闭合；反之主断继电器失电，主断断开。

RIOM2-DO1模块和DO2模块各有一路通道控制主断继电器，两信号互为冗余，MPU通过这两路信号同时输出主断闭合指令，控制主断回路的闭合与断开。

同时，MPU通过两路RIOM2-DI信号采集主断反馈状态，判断主断闭合状态，两信号互为
冗余。

2.3 网侧保护
网压检测：
MPU升弓命令发出后，将开始检测网压。

TCU通过两个电压互感器采集主
变压器原边电压，通过MVB传送至MPU，并在司机室的DDU上显示。

MPU和TCU
对网压进行监测，17.5-31kV之间为正常电压。

原边电流检测：
TCU通过电流互感器获得网侧电流。

TCU通过一个电流传感器监测主变压
器原边低压侧电流信号，通过MVB传送至MPU，并在司机室的DDU上显示。

每节车设有两个过流继电器，检测原边电流是否过流。

MPU检测过流继电器
状态，在检测到过流继电器动作时，控制主断断开。

主变压器保护：
对于主变压器的保护，控制系统主要有变压器油温监控、变压器油流状态监控、变压器压力释放阀监控三种，三种状态由TCMS系统进行监控，根据监控情
况进行相应控制与保护。

3 辅助电路控制
机车辅助电路主要由辅助变流器供电电路、三相负载电路、单相负载电路
和库内动车辅助电路组成。

机车辅助变流器由辅助控制单元 ACU控制。

ACU用
于控制与管理由辅助变流器及其它电气设备等构成的辅助供电系统。

ACU通过MVB总线与MPU交换数据信息。

3.1 辅变流器启动
MPU通过网络命令控制两组辅变控制单元的启停；辅助控制单元ACU正常工作需满足下列条件：
主断闭合10s以后；ACU未处于隔离状态。

满足上述条件，ACU即可控制辅助变流器启动。

3.2 辅变流器停止
在非过分相过程中，如果下列条件之一满足，MPU发给辅助变流器启动命令将重置，辅助变流器将停止：
断主断命令或主断断开；重联车断主断保护；ACU自身隔离。

3.3 频率选择
正常情况下：ACU1 (定频：50Hz)满足启动条件后以50Hz投入工作；ACU2 (变频： 0/25/40/50Hz)则根据MPU要求选定相应频率工作。

故障情况下：当任一组ACU隔离的情况下，MPU控制另一组ACU以定频50Hz 运行，并闭合降级接触器，用一组ACU带动两组辅助负载运行，同时命令故障ACU停机。

4 运行控制
MPU根据电钥匙激活的司机室的相关操作，进行机车在某一方向的牵引制动控制。

操作端选择：机车根据司机室电钥匙信号判断操作端。

电钥匙先激活的一端设为有效操作端，该司机室的相关指令有效，封锁其它司机室指令。

司机室电钥匙信号激活，即认为本车为主控机车。

在一列车中，有且只有一个主控机车。

司控器级位判断：IOM1-AX模块采集司控器的电位器电压模拟量信号，MPU 根据采集的电压模拟量按牵引13级、制动12级进行计算后，将手柄位置对应的级位发给TCU进行牵引制动控制。

MPU根据电位器电压信号计算级位。

无人警惕：人警惕功能由基于时间功能的MPU软件控制执行。

只有主控车操作端激活无人警惕功能。

在停车情况下，可以通过主控车显示屏对无人警惕采样时间和报警时间进行设定。

5 制动控制
每节车装备一个制动控制单元BCU。

BCU安装在制动柜中，对空气制动系统进行控制。

MPU与BCU之间通过MVB网络来接收和发送信号。

某些信息如无人警惕惩罚制动等将由MPU通过RIOM输出到BCU。

制动系统由自动制动、单独制动和停放制动3部分组成。

6 维护测试控制
6.1 测试功能
MPU负责实现如下功能测试的控制：主断测试、撒砂测试、无人警惕测试、轮缘润滑测试、自动过分相测试、指示灯测试。

6.2 参数设置
在每个司机室都装有一台DDU显示屏，通过MVB网络与MPU相连。

MPU根据显示屏输入设定如车号、时间、轮缘润滑、无人警惕等功能的参数，进行内部参数设定更新。

进行参数设定时，MPU判断电钥匙激活和机车静止情况，并判断有无操作端冲突，如果设定条件均满足，则可以进行参数设定。

参考文献：
[1]《技术提升HXD2型机车使用保养说明书》
[2] 鲍维千.《机车总体及转向架》[M]. 北京：中国铁道出版社，2010.。