动车组网路控制系统及其故障诊断研究

动车组网路控制系统及其故障诊断研究

许琼晓张静朱群江李建辉宁静

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000）

摘要：随着国内铁路交通事业的不断发展，动车组已经成为人们出行的主要交通工具之一，随着动车组型号与速度的不断增加，动车组的安全成为人们主要的关注问题。动车组的网络控制系统作为列车的‘大脑’，是列车稳定运行的基础，对动车组的网络控制系统进行研究可以，可以降低列车运行的故障率。结合当前动车组的运行现状，对动车组控制系统的关键设备与元器件的故障原因及潜在故障隐患进行分析，可以改善故障诊断方法，提升网络控制系统的稳定性与可靠性。

关键词：动车组；控制系统；故障诊断；研究

0引言

近年来计算机技术、传感技术与信息技术发展迅速，极大的提升了动车组网络控制系统的功能，在动车租的安全运行中发挥的价值也越来越大。在动车组规模与数量越来越大的前提下，动车组承担的社会价值也越来越重要，因此有必要开展对动车组网络控制系统的故障诊断研究。动车组网络控制系统作为动车组的关键技术之一，是列车稳定运行的基础，同时也是保证动车组各项指令与操作顺利执行的保证。网络控制系统比较复杂，因此导致故障的原因也很多，这些因素可能是控制单元的通讯故障引起的控制面板异常，可能是传感器故障引起的制动性能下降，也可能是列车操作状态与环境变化引起的特定故障，因此在动车组控制系统的故障诊断中应结合具体情况进行分析。

1网络控制系统的组成及功能

动车组的网络控制系统包含中央控制单元、人机交互界面与中继器等组成。中央控制单元通常包含控制板卡与网关板卡等部分，它主要负责数据的处理与指令的发出，并实现与子控制系统的数据交流，根据处理结果实现对列车运行的控制；人机交互界面用于列车运行状态的查看与控制指令的输入，通常包含内部照明界面、空调界面、制动界面与门状态界面等；输入/输出设备主要通过数字模块实现与外部接触器、电气设备、断路器与继电器等的联系，也可以实现监控设备状态的传递，使其在中央控制单元中查看，同时也可以执行来自中央控制单元的控制命令；中继器主要负责对数据信号的转发或重发，将网络数据的传输距离延长；远程数据传输模块主要负责对列车运行状态的远程传递，实现与远程专家或故障应急处理系统的联系，当列车出现故障后可以及时制定解决方案，并进行远程的传输与跟踪，远程传输可以实现车速、制动信息、蓄电池状态、与空调状态等信息的传递，便于及时掌握动车组的运行状况。

高速动车组可以实现诊断、控制、人机交互与冗余的功能。诊断、控制功能主要负责对动车组整体的控制与监视，在牵引单元中执行对牵引车厢受电弓、断路器与车顶隔离器开关的控制，实现对牵引车厢的空调、充电、开关门、制动与充电等功能；当牵引单元为主控制控单元时，需要对列车组输入信号的解码与比对，并发出控制指令，实现对动车组子系统反馈信号的监督，进而完成对动车组的诊断与控制。人机交互功能主要体现在司机的显示器与司乘人员所在的显示单元上，便于及时掌握动车组的运行状态，通过显示数据实现对系统状态的诊断与分析。冗余功能主要指动车组控制系统中采用的冗余结构，当总线冗余时，控制系统自动选择线路状况较好的线路通信，这些重要的网络设备主要包含中央处理单元、网关与输入/输出设备等，此外冗余功能还包含主要设备供电的冗余和总线管理器的冗余。

2动车组控制系统故障诊断体系与指标的分析

随着动车组应用技术的不断深化，当前在网络控制系统的故障诊断方面已经有了长足的进步，可以实现对部分故障的及时发现，在一定程度内还可以实现对故障的快速中诊断与维修。在故障诊断过程中，首先要对动车组的故障数据进行保存，然后将故障上传到中央处理单元，中央处理单元进行间的分析，将故障数据传递到远程服务中心，实现对动车组网路控制系统故障的全面分析与处理。此外诊断系统与动车组状态、故障参数与控制系统进行结合后，可以实现对列车组故障的及时反馈与诊断处理，对提升动车的稳定运行意义重大。

动车组的故障诊断指标主要有故障的辨识能力、故障的检测的实时性、故障的分离能力与故障的处理能力。故障的辨识能力主要指在动车组运行中，不仅要实现对动车组网络控制系统故障的诊断与识别，还要具备对故障的分析与方案指导功能。故障检测的实时性主要指在动车组出现故障时及时的进行反馈，因为动车组往往运行速度快，载客量大，一旦出现故障造成损失也是巨大的，对动车组的故障进行及时反馈可以大大降低故障的影响范围，采取及时的处理办法。故障的分离与处理主要指在列车的网络控制系统出现故障时，诊断系统可以对故障进行初步的分析，判断其故障的分类，实现将故障范围的缩小化，分离后的故障在经过系统的全方位分析，给出诊断结果，可以大大提升故障的诊断速度。

3网络控制系统故障的诊断与处理措施

随着科技的不断发展，各种新型技术融入到动车组的网络控制系统中，当前的动车组具备了一定的故障诊断能力，在一定范围内还可以实现对动车组状态的评价与自处理。当前在网络控制系统的故障处理上，一般是借助故障诊断系统进行分析，然后在检修人员或司机的协助下完成列车故障的及时处理，同时大大降低了维修人员的排查难度，有利于司机提前做好操作准备。

故障的显示：当动车组在运行中出现网络控制系统故障，故障诊断系统应及时感知到故障的所在，并将故障上传到司机所在驾驶室。故障数据的显示应具备实时性，并具备一定的判断识别能力，通过一定的显示规则提示给司机。各子控制单元应具备在故障发生时的反馈能力，一般通过总线进行故障数据的传输，中央控制单元接收到故障数据后进行保存，将故障的时间与内容直观的显示在司机眼前。

故障的处理。动车组的故障诊断系统应根据网络控制系统的性质与故障影响程度进行等级划分，明确对列车性能与运行安全的影响范围。划分时可以参考：Ⅰ级故障，比如火灾等紧急突发情况，需要立即采取相应处理措施，避免火势的蔓延；Ⅱ级故障，列车运行中发生的与乘客相关的服务功能，如空调故障等，这类故障可以暂时延迟，在车辆到达下一站点后进行处理，但需要引起司机与维护人员的关注，对故障的现状进行观察；Ⅲ级故障，该类故障的影响程度较低，对列车的运行与乘客的没有直接影响，该类故障一般作为警示或提示，引起相关人员的注意，在列车完成全天任务后再进行集中检修处理。一般故障：该类故障不会显示在司机所在的驾驶室，一般只存在与设备的运行过程中，需要随车人员在列车运行过程中进行主动检索，找出故障的所在并采取应对措施。

上述故障的分类中除了一般故障，其余三类都应实现在驾驶室的直观显示。各子监控诊断系统应针对故障的类型进行初步划分，根据对列车运行可能造成的影响程度进行评估，在合理评估后将信息的等级提示给司机，并给出适当的应急方案。

4结束语

动车组作为近年来铁路运输的主要交通工具，得到极大的发展与应用，对动车组的网络控制系统进行研究，了解故障诊断技术的现状，对提升动车组运行的稳定性有着重要意义。本文在分析网络控制系统组成及工作原理的基础上，对网络控制系统的故障诊断技术与诊断指标进行了分析，最后结合动车组运行的实际情况，提出了对动车组网络控制系统的故障诊断方法，有很强的指导价值。

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