中央控制系统概述

在我国北方呼和浩特集团公司就经历了机车更

新换代，ＳＳ４改型电力机车更替为ＨＸＤ２型大功率机

车，新型的大功率机车大面积普运用。ＴＣＭＳ是这种

机车的微机网络控制系统，它的网络构架是由中央控

制单元ＭＰＵ、远程输入输出模块ＲＩＯＭ、牵引控制单

元ＴＣＵ、辅助控制系统ＡＣＵ、制动控制单元ＢＣＵ、司

机显示单元ＤＤＵ组成。中央处理单元ＭＰＵ机箱安

装于机车机械间内的微机柜，微机柜内分为三层，下

层为电器线束及断路器，中层为远程输入输出模块

ＲＩＯＭ２，上层为中央控制单元ＭＰＵ机箱、ＧＷ网关

模块。微机柜没有安装通风系统，中央控制单元

ＭＰＵ采用的也是自然对流进行通风冷却，即没有设

置单独冷却风扇，也没有明显的出风口进行通风散

热，结合日常设备维护发现微机柜内设备积灰严重。

２主要技术参数

中央控制单元ＭＰＵ机箱电源为１１０ＶＤＣ；每

个ＭＰＵ机箱功率低于１５０Ｗ；环境温度－４０℃～＋

７０℃。中央控制单元ＭＰＵ机箱有８块插板：①机

箱电源板；②外部传感器板；③ＦＩＰＶ网通信板；④

串行接口板：⑤ＦＩＰＴ网通信板；⑥ＣＰＵ板；⑦模拟

量输入输出板；⑧ 检修维护板。ＭＰＵ机箱共有６

位指示灯：１位、２位：系统上电指示（点亮：正常；熄

灭：未上电）；３位：ＰＬＣ运行指示（闪：正常；不闪：异

常）；４位：系统软件启动完毕指示（闪：系统软件启

动完毕；不闪：未启动完毕）；５位：配置文件正常

（闪：配置文件正常；不闪：配置文件错误）；６位ＵＳＢ

转储和记录任务指示（插入Ｕ盘，闪表示文件转储

中，熄灭表示转储完毕；未插入Ｕ盘，该灯闪，表示

任务记录故障，不闪为正常）。

３工作原理

中央控制单元ＭＰＵ在机车上的作用就是整个

机车的指挥控制中心，由两组完全一样的冗余设备

组成及ＭＰＵ１、ＭＰＵ２，像是人的左右脑系统，一组

负责指挥监督设备、一组负责记录设备状态数据。

两组单元之间是冗余设计。机车上电设备启动后，

会自动检测识别设备，先被识别的即为主控单元，另

一组单元默认为从控单元，处于热备状态。只有当

主控单元在规定的时间内没有响应的情况下，从控

单元才会由热备变为主控单元，接管机车控制系统。

或者机车在线路运行中主控单元突发故障时，热备

的主控单元将接管控制系统，实现继续平稳运行。

中央控制单元ＭＰＵ与其他设备通过ＴＮＣ网进行

互联互通信息交换，并对网络提供的各种信息进行

处理，以实现对机车运行的信息处理及监控记录。

４运行中故障数据分析推理

在ＨＸＤ２型机车的线上运行中，由于运行地区

差异、季节性的环境变化，衍生了一些机车主要配件

的硬件、软件、网络等故障，也体现出了机车的一些

设计缺陷。内蒙古中西部夏季气候有气温高、空气

干燥、太阳光照射强的特点，这个季节是机车内部工

作环境最恶劣的时候，也是对机车质量的考验期。

以机车中央控制单元ＭＰＵ故障为例，我们进行了

故障数据的分析推理。

０１号机车运行中Ａ节ＭＰＵ１故障，我们下载

ＭＰＵ数据进行了分析，数据发现故障时间为７月

２１日１４时４５分，ＭＰＵ１通信信号异常停滞，通信

丢失，ＭＰＵ２介入接替ＭＰＵ１成为主控单元，此时

ＭＰＵ１变为从控单元。后机车闭合主断路器继续

运行，期间ＭＰＵ１通信信号自然性恢复正常，重新

介入成为主控单元，与ＭＰＵ２发生指令冲突，造成

机车再次的跳主断。在检修时，察觉机车机械间内

温度高，部分配件表面有灼热的感觉，我们对

ＭＰＵ１机箱以及线路进行了细致的检查效验未发

现异常，机箱指示灯闪烁正常，并且反复做了高压实

验，一切正常。

为了查找原因，我们决定将ＭＰＵ机箱与０２号

车机箱换装运行跟踪，发现该机箱故障在０２号车还

会偶发，故障时间多为下午，ＭＰＵ机箱关闭一段时

间就会再次恢复正常。

０３号车７月２４日，同样的故障再次发生，故障

原因为：Ａ节主控单元ＭＰＵ１故障，扣车回段检修

时，我们下载了中央控制单元ＭＰＵ数据进行了分

析，数据中７月２４日，１５点３２分，机车跳主断，

ＭＰＵ１生命信号由正常的循环变量发生停滞丢失，

此时ＭＰＵ１隔离，ＭＰＵ２接管成为

主控单元。ＭＰＵ１长时间隔离

状态，检修时机械间闷热、室温高，发现ＭＰＵ１已经

烧损。更换了新ＭＰＵ机箱设备后机车状态良好。

近４０多天时间，此故障累计发生８台次。

５故障原因

机车运行中中央控制单元ＭＰＵ机箱连续发生

故障，我们认为ＭＰＵ机箱高温造成的配件性能下

降是故障发生的直接原因。把故障机车情况汇总后

发现，机车故障时间的数据情况相同、产生的故障现

象一致、时间均为白天、天气现象为干燥高温。中央

控制单元ＭＰＵ本身操作系统为多任务实时操作系

统，机箱的工作环境温度为－４０℃～＋７０℃，在天

气高温长时间在线运行情况下，机车通风不畅时机

械间室内温度可达３６℃～４０℃左右，部分内部电器

元件表面温度最高接近５５℃左右，微机柜没有明显

的通风口，空气对流通风，散热不良。ＭＰＵ机箱也

没有单独的通风散热系统，并且高温天气长时间得

电，工作机箱内温升过高，导致内部元器件性能下

降，稳定性差，造成中央控制单元ＭＰＵ故障。

针对中央控制单元ＭＰＵ机箱通风散热不良、

温度高。我们决定对中央控制单元ＭＰＵ机箱加装

独立通风散热器，形成很好的通风冷却循环系统，提

高工作环境质量，以保证系统的工作稳定性。由于

微机柜内部均为电器元件及电器线路，所以散热器

的出风口加装了过滤系统。加装完成后，我们对

０１、０２、０３号车进行了数据跟踪，长时间的数据积累

发现中央控制单元ＭＰＵ工作状态良好，数据正常，

机车运行稳定性大幅提高，运行效率也达到了高标

准。

６结束语

微机网络控制系统在机车质量运行中扮演的角

色越发重要，机车各个控制单元的稳定性则是安全

的基石。电器元件的集成模块、机车网络通信系统

等各主要控制系统的质量问题是检修的重中之重。

根据运行数据的精准研判、总结，对故障隐患的排除

也起到了先驱的作用。加强设备的日常保养维护，

根据季节的变化有针对性的做预防保养、勤检细修

已经成为机车检修的主流。

深圳信迈提供国产机车控制系统板卡解决方案。