机车网络控制系统

1）微机网络控制系统

电力机车微机网络控制系统是一个典型的集散控制系统DCS

（Distributed?Control?System ）。DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通信、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

机车微机网络控制系统就是通过现场总线将不同的功能单元连接起来，在中央控制单元（CCU）的协调下，共同完成机车的控制工作。根据机车车辆的特点和网络拓扑结构，车载网络的拓扑形式通常构造成两级或三级总线结构。最高层为列车网，它用于与整个列车的重联控制和逻辑顺序控制相关的一些指令信息发布和状态信息反馈，实现多个车辆网的数据交换。中间层为车辆网，它用于整个车辆网内部的智能电子设备的互连，实现本车厢内部的数据交换。第三层为设备网，它直接与系统的检测传感器、执行机构相连。根据拓扑需要，车载网络有时不需设备网，只使用列车网和车辆网。

工业现场总线种类繁多，用于列车网的现场总线主要有WTB、WorldFIP、工业以太网等，用于车辆网的现场总线主要有MVB、WorldFIP、LonWorks、CAN、工业以太网等，用于设备网的现场总线主要有CAN、MVB或RS485等。

（1）微机网络控制系统结构

图5-20是机车微机网络控制系统拓扑图。

图5-20 微机网络控制系统拓扑图

网络控制系统由中央控制单元（CCU）、牵引控制单元（TCU）、司机显示单元（HMI）、远程输入输出模块（RIOM）、制动控制单元（BCU）、辅助控制单元（ACU）、网关（GW）等组成。

①网关（GW）：负责列车网络和车辆网络之间的数据传输。

②中央处理单元（CCU）：既可以完成网络的总线管理功能，也可以完成网络控制系统的中央处理功能，即实现车辆控制功能，主要功能包括：设备监视（自诊断功能）、总线管理、机车逻辑控制、机车牵引/制动特性控制、轴重转移补偿控制、自动过分相控制、空电联合制动控制等功能。

③远程I/O单元（RIOM）：负责采集控制柜内的现场数据，同时驱动控制台的模拟仪表及显示灯和执行控制命令，驱动各屏柜内的继电器、接触器等现场执行设备。

④牵引控制单元（TCU）：负责机车电气牵引与制动控制功能，具体包括：牵引变流器中间直流电压的闭环控制、牵引电机的转矩转速控制、开关器件的逻辑控制、防滑及防空转控制、牵引变流器主要部件的状态监控、通过网络与机车网络控制系统交换数据。

⑤辅助控制单元（ACU）：负责辅助变流器及充电机控制功能。

⑥司机显示单元（HMI）：负责实时显示机车运行信息和正常的设备工作状态，配置机车网络参数和维护处理故障信息等功能.

⑦制动控制单元（BCU）：负责机车空气制动控制功能。

（2）机车控制功能

机车由司机控制时，远程I/O单元（RIOM）获取司机通过操纵台上的控制部件（如司机控制器、扳键开关、显示屏等）发出的控制指令，经过中央控制单元CCU的处理，传递给相关设备，控制设备动作，完成司机发出的控制指令。控制功能包括：机车运行控制功能、电力牵引及高压控制功能、辅助供电系统控制功能、制动与压缩空气供应控制功能和机车故障诊断功能。

①机车运行控制功能

机车运行控制功能主要包括：蓄电池控制、司机室投入运营、微机控制单元供电控制、库内动车控制、撒沙控制、轮缘润滑控制、火灾报警、窗加热、机械间通风控制、空调系统控制、内外部照明控制、轴温报警装置控制、能耗记录装置控制和人机界面交互控制等。

②电力牵引及高压控制功能

电力牵引/制动控制功能共主要包括：受电弓控制、主断路器控制、钥匙箱连锁控制、高压隔离开关控制、自动过分相控制、主变压器保护、牵引/制动命令与运行方向控制、牵引电机的选择与隔离控制等。

③辅助供电系统控制功能

辅助供电系统控制功能主要包括：辅助控制单元供电控制、辅助系统接触器控制、列车供电系统控制等。

④制动与压缩空气供应功能

制动与压缩空气供应功能主要包括：制动系统控制、紧急制动与制动系统状态反馈、风笛控制、辅助风源控制和主风源控制等。

⑤机车故障诊断功能

机车故障诊断功能涵盖了电气系统、机械部分、空气管路和其它部分。其中电气系统包括受电弓、主变压器、主变流器、牵引电机、辅助电机系统、电气控制设备、控制及辅助电源和网络控制系统等；机械部件包括转向架、车体和轮对及轴承；空气管路部分包括空气管路、气动装置、电空制动装置、压缩机和储气缸等；其它部分包括火灾报警、防寒装置和蓄电池照明等。