HXD2B微機網絡系統(tǒng)

第七章微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)概述HXD2B型電力機車控制系統(tǒng)LCMS主要由微機控制系統(tǒng)、WorldFIP網絡通信系統(tǒng)和相應的DC110V電氣控制電路等組成。HXD2B型電力機車控制系統(tǒng)的核心是基于WorldFIP總線的微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)。通過在HXD2/HXD2B型電力機車項目上與法國ALSTOM公司的合作，國內鐵路機車制造行業(yè)系統(tǒng)地引進了WorldFIP網絡通信與監(jiān)控技術，并實現了網絡監(jiān)控系統(tǒng)關鍵部件的國產化生產，極大地提高了我國車載微機網絡通信與監(jiān)控技術水平，以及控制系統(tǒng)關鍵部件國產化制造水平。HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)LCMS以單節(jié)機車為一個單元，包括主處理單元2組（MPU1和MPU2）,遠程輸入輸出模塊2組（RI0M1和RI0M2）,牽引控制單元6組（TCU1?TCU6）,輔助控制單元2組（ACU1和ACU2）,司機顯示單元2組（DDU1和DDU2）,制動控制單元1組（BCU）組成。整套微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化設計，具有充分的可擴展性。可按照用戶要求，適當的增加或減少接入FIP網絡的電子部件。HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)LCMS向用戶提供了完善和強大的機車控制功能，其主要控制功能包括機車運行控制與監(jiān)控功能、網絡通信功能、牽引/制動特性控制功能、輔助控制功能、故障診斷/檢修維護功能等。HXD2B型電力機車的DC110V電氣控制電路包括有接點電路、列車超速防護設備、列車通訊設備、無線重聯控制設備等。實現的功能與既有直流機車控制電路類似，用于提供部分不接入FIP網絡的DC110V設備的控制功能。HXD2B型電力機車的有接點電路是指控制電源為DC110V（包括DC24V）的低壓電氣控制電路。HXD2B型電力機車的列車超速防護設備、列車通訊設備、無線重聯控制設備，將在第十一章《列車運行控制系統(tǒng)車載設備》中有詳細描述，故本章不再提及。微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)結構HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)LCMS基于WorldFIP總線的網絡通信和監(jiān)控技術。由于HXD2/HXD2B型電力機車采用了WorldFIP網絡通信技術，故在此需要介紹WorldFIP網絡通信的基本原理，隨后將介紹HXD2B型電力機車的微機控制系統(tǒng)。WorldFIP網絡通信的原理和結構HXD2B型電力機車網絡通信結構HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)LCMS的通信結構一般分為兩級：車輛級通信和列車級通信，對應的FIP網也分為兩級：FIP車輛網FIPV和FIP列車網FIPT。具體的FIP網絡拓撲結構參見圖7.1所示。圖7.1HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)LCMS拓撲結構圖a）FIP車輛網（FIPV）HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)的車輛級通信是通過FIPV網進行，通過FIPV網進行通信的設備包括：主處理單元MPU、遠程輸入輸出模塊RIOM、牽引控制單元TCU、輔助控制單元ACU、制動控制單元BCU、司機顯示單元DDU。同時FIPV網允許增加新的附加設備，以提供新的功能，如GPS系統(tǒng)或TCN接口等。（1）FIPV網的功能FIPV網用于實現每節(jié)機車內部的設備之間的信息交換，每節(jié)機車的FIPV網均采用兩路介質冗余設置，以保證網絡通信的正常。FIPV網主要實現下述功能：..設置RIOM、TCU、ACU、BCU、DDU的參數。..實現MPU與其它設備之間的周期性數據交換。..實現MPU與其它設備之間的非周期性數據交換（維護用）。..在FIPV網內部提供統(tǒng)一的日期和時間。車輛總線FIPV車輛總線MVB列車總線FIPT（2）FIPV主要特點..FIPV用于每節(jié)機車內部設備之間的功能和信息交換，每節(jié)機車都擁有一個帶冗余介質的FIPV來保證接入FIPV的各個設備之間的數據交換。每臺HXD2B型電力機車擁有兩套相互獨立的FIPV總線介質。..FIPV是一個靜態(tài)地址網，需要人為定義連接在FIPV內的各個設備的網絡地址，以保證設備間的正常通信。..FIPV是一個具有冗余功能的網絡，它使用雙絞屏蔽線介質冗余方案，用于增加機車的功能有效性。..FIPV的最多允許接入節(jié)點數是32個。..FIPV和一套主控-從控裝置一起工作，主控設備稱為總線仲裁器（BA）,FIPV采用雙總線仲裁器冗余方式，在FIPV網絡上任意時刻只能存在一個總線仲裁器處于工作狀態(tài)，另一個總線仲裁器處于熱備狀態(tài)，一旦主總線仲裁器出現故障，備用總線仲裁器能立即投入正常工作。..總線仲裁器功能由MPU管理（主MPU負責計算機冗余管理）。..FIPV采用變壓器隔離。..FIPV的傳輸速度為鐵路機車車輛的專用速率1Mb/s。..FIPV采用曼切斯特編碼。..FIPV使用一個16位的多項式CRC檢驗和（循環(huán)冗余檢驗和）來保證數據的完整性。..FIPV的基本交換周期為40ms。..FIPV主控設備為MPU1或MPU2。..在FIPV網絡終端放置有終端電阻，其目的是：..使網絡終端匹配電纜的阻抗特性；..固定導線的電位；..消除對線路的影響。..可以使用一個反射儀來檢驗機車FIPV網絡的質量，反射儀可以提供接入FIPV網絡各個節(jié)點的狀態(tài)。（3） FIPV信息類型FIPV的接入只有總線仲裁器能夠管理，總線仲裁器負責安排信息交換。交換的信息包括周期性變量（確定性交換）或非周期性信息（非確定性交換）。對于周期性數據，其大小在1?128字節(jié)之間，總線仲裁器使用一個包含數據所有標志符的表，將數據在預定的時間傳送至網絡，以安排數據交換。對于非周期性數據，本類數據在周期性數據交換之間的網絡空閑時間內傳送。每條數據的大小不超過256字節(jié)，它通過源地址和存儲器地址識別（點到點傳送）。（4） FIPV傳輸介質FIPV的傳輸介質為所有連接在FIPV網絡內的設備提供冗余設計，相應的生產者/消費者規(guī)則如下：..對于生產者，所有的數據按兩種介質系統(tǒng)地發(fā)送。..對于消費者，要考慮的是第一個到達的數據。在下列情況下，一種方式是無效的：..超過門檻值后的時間內收到的結構錯誤率。..當發(fā)送時，檢測到介質的調整喪失。如果喪失了一個傳輸介質，數據將在另一個傳輸介質中傳送，并由系統(tǒng)記錄下故障。如果兩個傳輸介質全部喪失，則FIPV網絡將重新使兩種傳輸介質生效以傳送信息。如果還是沒有消費者能夠讀取數據，會有一個能發(fā)現生產者缺失的敏感機械設備幫助每一個消費者發(fā)現它。發(fā)現生產者缺失后，每一個消費者把數據的故障值定義為系統(tǒng)的安全值。數據的傳輸有效性除了CRC校驗，傳送數據的有效性由數據的狀態(tài)(刷新狀態(tài)和敏感狀態(tài))來加強。敏感機制允許消費者的部件FullFIP2芯片控制網絡上的FIPV網的存在。敏感裝置的狀態(tài)由消費者的FIP部件產生。這個狀態(tài)用于檢測網絡上無數據時的超時情況，并通知消費者數據內容已經很長時間沒有更新了。在這種情況下，消費者使用定義為系統(tǒng)安全值的數據故障值。刷新機制允許生產者的FullFIP2芯片控制數據在發(fā)到FIPV網絡前已經由應用軟件更新了。這個狀態(tài)是發(fā)送到消費者的數據的特殊信息。它由消費者讀取，并允許應用定義為系統(tǒng)安全值的數據故障值。FIP列車網(FIPT)FIPT概述HXD2B型電力機車的列車級通信主要通過FIPT進行，用于多級聯掛的HXD2B型機車之間所有的功能和信息交換。出于通信安全性和可靠性的考慮，FIPT與FIPV類似，也采用雙路介質冗余設計。由于FIPT上接入節(jié)點數的配置是不固定的，因此FIPT網絡是一個動態(tài)網絡。整個FIPT的網絡結構能根據接入FIPT節(jié)點數的變化而自動改變，即接入節(jié)點的網絡地址是不固定的，需要由主控機車的主總線仲裁器進行分配指定。FIPT允許接入的節(jié)點最多是8個。FIPT功能..管理連接在FIPT中各個設備的初始化；..監(jiān)控FIPT網絡拓撲結構；..向所有用戶提供統(tǒng)一的日期和時間；..實現各個節(jié)點間的周期性數據交換；..只有每節(jié)機車的MPU能夠接入FIPT。FIPT特點在FIPT網絡的終端有一個節(jié)點作為FIPT網的網絡監(jiān)控器，這個網絡監(jiān)控器一直監(jiān)控著網絡結構，以發(fā)現網絡中節(jié)點是否有緊急事件或增加或消失。一旦網絡監(jiān)控器發(fā)現整個FIPT網絡結構發(fā)生改變時，將執(zhí)行整個FIPT網絡初始化過程。具體而言，FIPT擁有下述特點：..FIPT網絡協(xié)議參考國際標準IEC61158-2和EN50170。..FIPT采用的變壓器隔離。..FIPT總線類型采用動態(tài)總線，能夠自動分配設備的網絡地址。..網絡傳輸速率同FIPV一樣，均為1Mb/s。..介質冗余方式為雙絞屏蔽線冗余。..FIPT網絡不需要設置終端電阻器，因為它是點到點布線，每一個節(jié)點均使用120Q阻抗以匹配網絡。..FIPT網絡管理和降級模式和FIPV網絡的機制是相同的。但增加了一個特殊的網絡初始化過程，以確定FIPT網絡內節(jié)點結構和在信息交換開始前確定各電子設備的網絡地址。..HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)只有MPU能夠與FIPT連接。..FIPT是一個具有冗余功能的網絡，它使用雙絞屏蔽線介質冗余方案，用于增加機車的功能有效性。..FIPT網絡的拓撲結構可以根據連掛機車的節(jié)數而改變。..HXD2B型電力機車的FIPT節(jié)點數最多為8個。7.2.1.2WorldFIP網絡原理a)WorldFIP概述WorldFIP是世界工廠儀表協(xié)議(WorldFactoryInstrumentProtocol)的縮寫。最初由ALSTOM等幾家法國公司在原有通信技術的基礎上根據用戶的要求所制定，隨后即成為法國標準，稱為FIP。后又采納了IEC物理層國際標準IEC61158-2，并命名為WorldFIP，對應的標準是EN50170《通用現場通信系統(tǒng)》和IEC61158-2《工業(yè)控制系統(tǒng)用現場總線標準第2部分：物理層技術規(guī)范和使用定義》。對應的國際組織為WorldFIP組織，成立于1987年，現有成員100多家，其中包括多家世界著名大公司，如ALSTOM、SCHNEIDER、HONEYWELL、CEGELEC等。WorldFIP的設計思想WorldFIP的設計思想是：按照一定的時序，為每個信息生產者分配一個固定的時段，通過總線仲裁器逐個呼叫每個生產者，如果該生產者已經上網，則應在規(guī)定時間內應答。生產者提供必要的信息，同時提供一個狀態(tài)字，以說明這一信息是最新生產的，還是過去傳送過的老信息。消費者接收到信息時，可根據狀態(tài)字判斷信息的價值。WorldFIP特點WorldFIP是面向工業(yè)控制領域的現場總線，其主要特點可歸納為實時性、同步性、可靠性。具體而言，WorldFIP的特點包括：WorldFIP具有單一的總線，可用于過程控制及離散控制，而且沒有任何的網橋和網關存在。低速和高速部分的銜接通過軟件的辦法來解決。Wor1dFIP有較完整的系列產品，已準備與Internet、Extranet、Intranet互聯網連接。傳輸介質采用雙絞屏蔽線或光纖。傳輸速率可以為31.25kb/s、1Mb/s、2.5Mb/s、5Mb/s或25Mb/s。機車車輛行業(yè)所使用的典型速率為1Mb/s。使用曼徹斯特碼編碼方式進行傳輸。采用生產者/消費者、廣播方式的通信模式，由總線仲裁器(BusArbitrator，BA)進行集中式介質訪問控制。通信實時性強，WorldFIP現場總線對于傳輸介質的調度使用方式類似于令牌網，各通信站的數據可以在預先確定的時間內在WorldFIP網絡上傳輸。由于這種方式不存在介質使用碰撞問題，因而非常適合于各種對于傳輸時間具有嚴格要求的場合，如各種分散式控制系統(tǒng)、分散式數據采集系統(tǒng)等。誤碼率低，WorldFIP現場總線的報文自帶CRC校驗功能。數據校驗功能由通信控制器完成，報文不可檢錯概率小。根據統(tǒng)計，采用1Mb/s的速率時，其誤碼在20年中不會超過一幀。接入WorldFIP網絡的多個設備中，分為生產者和消費者兩種。每個生產者或消費者變量對應唯一的IP地址。在任意一個時刻，整個WorldFIP網絡中的生產者只能有一個，而消費者可以是一個或多個。WorldFIP網絡的網絡地址是不能重復的，每個接入WorldFIP網絡的設備都有其固定的編碼。WorldFIP將信息分為周期性同步數據、周期性異步數據和非周期性消息包三種。周期性同步數據要求嚴格地按照確定的時序進行呼叫，周期性異步數據則用于對于同步性要求不太高的數據傳送。周期性同步數據和異步數據用于時序要求嚴格、數據包不大的信息(一般為8?128字節(jié))。非周期性消息包則用于對于時序要求不嚴格但數據量大的信息，每包信息可以達到256字節(jié)。WorldFIP支持分布數據庫，其中的控制器和協(xié)調設備是可以根據實際需要進行靈活設置的。WorldFIP允許進行遠程監(jiān)控。WorldFIP的結構WorldFIP作為實時工業(yè)控制網絡，可用于連續(xù)或斷續(xù)過程的自動化控制系統(tǒng)。在WorldFIP網絡中，連接傳感器、執(zhí)行器、現場設備(常稱為“0”級)與PLC/控制器(常稱為“1”級)的網絡和控制器之間的連接網絡使用的是同一種協(xié)議。Wor1dFIP網絡采用了三層結構：物理層、數據鏈路層和應用層。這三層是在WorldFIP網絡控制器中自動實現的，不需要用戶CPU進行干預。它們相應于ISO七層網絡通信協(xié)議中的第一、二和七層。應用層在用戶層信息的前面加上兩個字節(jié)的識別碼(ID)。這兩個字節(jié)中，第一個是變量類型即所謂PDU類型，第二個字節(jié)是數據長度。數據鏈路層在應用層基礎上加上一頭一尾。頭上是一個字節(jié)的狀態(tài)字，以表示該信息是最近刷新的，還是重復以前的數據。尾上加兩個字節(jié)，用于16位的CRC校驗。物理層在數據鏈路層基礎上再加上幀起始序列(FSS)和幀結束序列(FES)。幀起始序列由前導碼(PRE)和幀起始定界符(FSD)組成，前導碼由8個“1”和“0”序列組成用于接收方與發(fā)送方的時鐘同步，幀起始定界符用于表示向數據鏈路層指示有用信息的開始；幀結束序列由“1V+V-V+V-101”組成，表示幀數據結束。三層協(xié)議一共在有用信息兩端增加了8個字節(jié)。當WorldFIP網絡的傳輸速率為1Mb/s時，幀與幀之間的間隔可設定在10?70“s之間。如果每個數據都是8字節(jié)，有用通量在200?300kb/s之間。如果數據長度為128字節(jié)，有用通量可達800kb/s。WorldFIP的應用WorldFIP作為通用的現場總線標準，已經被廣泛地應用于能源、化工、交通運輸等工業(yè)領域。作為一種用于自動化系統(tǒng)的現場總線，WorldFIP提供現場設備和控制器以及控制器之間的數字化連接。WorldFIP適合各種應用結構：集中、分散和主-從，使分布智能、控制和數據成為可能；其開放性使不同制造廠家的設備能夠互操作。在機車車輛制造領域，Alstom公司將WorldFIP網絡控制技術作為標準通信協(xié)議應用于其開發(fā)的列車控制系統(tǒng)的AGATETM系列電子設備，并成功應用于TGV高速列車、Prima系列電力／內燃機車、地鐵等不同類型和系列的機車車輛產品中。WorldFIP的硬件目前主要的WorldFIP協(xié)議控制專用芯片包括MicroFIP和FullFIP2兩種，常用設備還包括總線驅動和變壓器等設備。FullFIP2FullFIP2能提供數據鏈路層和MPS應用層接口，可同時執(zhí)行工作站功能(生產者/消費者)和總線仲裁器(BA)功能。FullFIP2主要用于總線仲裁，也可作為工作站使用。FullFIP2內部寄存器較多，編程時較為復雜。有專門的C語言的函數庫用于總線仲裁器的編程與開發(fā)。FullFIP2與FIELDUAL芯片連接后，可實現介質冗余的管理。FullFIP2與WorldFIP的連接是通過總線驅動器并經變壓器耦合實現的。MicroFIPMicroFIP是一種低價位、用于用戶站的IC,能提供數據鏈路層和MPS應用層接口，執(zhí)行工作站功能(生產者/消費者)，主要用于通信量不大的設備中。對于I/O端口不大于16個的用戶站，MicroFIP可獨立工作。可對于用戶事先定義的，網絡故障時各輸出端口應該輸出的值、初值等參數進行遠程下載。作為單片機接口芯片,MicroFIP可以方便地與8051、68HCll/12/16等單片機接口?？偩€驅動器WorldFIP用的總線驅動器與其它類型現場總線用的總線驅動器的不同之處在于：除了實現曼徹斯特編碼、解碼功能之外，還可提供總線監(jiān)聽與看門狗功能，這為WorldFIP總線的熱備份、冗余提供了方便，提高了WorldFIP總線的安全性。變壓器變壓器用于實現總線驅動器與傳輸介質的隔離，總線驅動器與變壓器之間需要采用保護與抗干擾措施。其它設備符合WorldFIP協(xié)議的芯片還有包括FIPIU2、FIPCOI等。WorldFIP網絡基本通信模式傳輸介質WorldFIP的傳輸介質包括雙絞屏蔽線和光纖兩種，當采用不同的傳輸速率時，WorldFIP網絡的傳輸距離也有所不同：①雙絞屏蔽線當WorldFIP的傳輸介質采用雙絞屏蔽線時，可以根據實際需要選取不同等級的傳輸速率和傳輸距離，具體如表7.1所示。表7.1雙絞屏蔽線的傳輸速率及傳輸距離傳輸速率，傳輸距離，備注31.25kb/s,5?20km，IMb/s，1?4km，鐵路機車車輛專用2.5Mb/s,500?1500m，5Mb/s，300?700m，25Mb/s，80?200m，②光纖當WorldFIP的傳輸介質采用光纖時，所有等級的傳輸速率對應的總線傳輸距離一樣，均為40km。物理連接WorldFIP總線上每個子段最多允許接入32個物理連接點，通過使用分線盒最多可以連接256個站點，整個網絡最多允許使用3個中繼器來連接4個子段。執(zhí)行功能連接到WorldFIP總線上的設備從網絡角度看，可稱之為“站點”，執(zhí)行兩種功能：①總線仲裁器BA總線仲裁器BA用于管理對于傳輸介質的訪問（只調度通信，不調度進程）。網絡仲裁器BA是整個WorldFIP網絡通信的控制者。網絡仲裁器按照事先確定的呼叫次序，依次輪番呼叫每一個生產者變量，因此整個WorldFIP網絡上始終保持有信號存在。如果在規(guī)定的若干時間間隔內（例如幾十毫秒）沒有監(jiān)聽到網絡上存在信號，則可以診斷為網絡故障，此時可以自動將熱備份的WorldFIP網絡冗余介質切換上去，也可以按用戶的設計和需求進行故障安全導向控制，使得各個用戶站返回本質安全狀態(tài)。WorldFIP在網絡安全性方面的考慮有其獨到之處:在一個WorldFIP網絡中可以有一個或多個總線仲裁器存在，但是在任意給定時刻，只有一個總線仲裁器能夠發(fā)揮作用，其它的總線仲裁器則始終處于熱備份狀態(tài)，保持監(jiān)聽網絡的狀態(tài)。而每個用戶站的網絡冗余則是通過一個控制器驅動兩路總線驅動器，接入兩路獨立的傳輸介質來實現的。當一路傳輸介質損壞時，將自動切換到另一路傳輸介質。②產生者/消費者功能任何一個站點可以同時具備兩種功能：向WorldFIP總線發(fā)布消息或從WorldFIP總線接收信息，也稱“工作站”功能。但在任意一個給定的時刻，整個WorldFIP網絡上只能有一個站點執(zhí)行總線仲裁器功能。所有要傳遞的變量均由一個16位的邏輯地址來標識。個變量的值只能由一個生產者產生，但是可為一個或多個消費者所使用。每段現場總線的最大節(jié)點數為32個，使用分線盒可連接256個節(jié)點。整個WorldFIP網絡最多可以使用3個中繼器來連接4個網段。（4） 數據結構WorldFIP采用可變長幀結構，每幀的最大字節(jié)數為256個。適合于包括TCP/IP在內的各種類型的協(xié)議數據單元。WorldFIP可以提供各種專用通信芯片。所有WorldFIP幀都由三部分組成:..幀起始序列（FSS）..數據和控制段..幀結束序列（FES）h）WorldFIP與TCN的比較目前國內已有及正在引進的電力機車用微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)多數是基于TCN網絡控制技術開發(fā)的，HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)是基于WorldFIP網絡控制技術平臺開發(fā)的。與TCN網絡相比，WorldFIP網絡有其特點和優(yōu)點。WorldFIP與TCN在部分主要性能指標上的對比如表7.2所示。

表7.2WorldFIP與TCN部分主要指標的對比表WorldFIPTCNMVBWTB傳輸速率，31.25kb/sIMb/s(鐵路)2.5Mb/s5Mb/s25Mb/s(光纖),1.5Mb/s，1Mb/s節(jié)點數（無中繼器）323232傳輸介質，雙絞屏蔽線或光纖，雙絞屏蔽線或光纖，雙絞屏蔽線傳輸距離（無中繼器、介質為雙絞屏蔽線）1?4km(IMb/s)20m(ESD)200m(EMD、ESD+)2km(光纖)860m介質冗余，雙線冗余雙線冗余雙線冗余物理介質要求嚴格較嚴格較嚴格符合標準IEC61158、EN50170IEC61375-1IEC61375-1、UIC556總線仲裁總線主-從方式總線主-從方式總線主-從方式可傳輸信息分類周期性變量（MPS）周期性消息（MSG）非周期性消息（MSG）過程數據消息數據監(jiān)視數據過程數據消息數據監(jiān)視數據編碼方式曼切斯特編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼校驗方式16位CRC多個8位CRC16位CRC變量/過程數據（幀）W128bytesW256bitsW128bytes消息長度（一幀）W256bytesW256bits<128bytes幀類型655351619總線主冗余方式多機熱備多機熱備動態(tài)分配網絡拓撲結構固定拓撲（車輛總線）動態(tài)拓撲（列車總線）固定拓撲動態(tài)拓撲設備分類高級設（FullFIP2）通用設（MicroFIP）TCN1?4類設備TCN5類設備網絡系統(tǒng)開放性較好差差開發(fā)平臺較多少少與TCP/IP的接口方便無無傳輸音頻、視頻圖像，是（采用光纖介質）否否應用領域車輛（列車）級網絡系統(tǒng)、鐵路行車調度、輸變電系統(tǒng)、工廠級控制系統(tǒng)車輛級網絡系統(tǒng)、少量的輸變電系統(tǒng)列車級網絡系統(tǒng)通過以上比較分析可以看出來,WorldFIP和TCN網絡有很大的相似之處,WorldFIP網絡也同樣適用于鐵路機車車輛的控制領域，同時WorldFIP也有其非常獨到的地方，擁有足夠的擴展性，如Internet接口無縫連接以及視頻信息的傳送能力，WorldFIP在這方面的功能是TCN所不能比擬的，同時WorldFIP獨有的65535種幀類型保證了日后網絡的擴展功能，用戶可以對其進行定義。由于基于WorldFIP網絡系統(tǒng)的列車級網絡（FIPT網）和車輛級網絡（FIPV網）均采用同一種網絡系統(tǒng)，兩者之間無需加設獨立網關即可實現互相通信，避免了TCN網絡中需要加設MVB/WTB網關的復雜性。WorldFIP網絡的可靠性要比TCN網絡高，因為在MVB的線纜故障中，人為原因比較多，而WorldFIP對于硬件要求更加嚴格，提供專門的WorldFIP接頭，不需要廠家自制，因此其傳輸路徑更可靠。對于連接性的要求，WorldFIP對于設備的連接要求比MVB高。同時由于WorldFIP網為一整套的網絡通信解決方案，與MVB所采用的協(xié)議形式相比，綜合性能更可靠。WorldFIP網絡的兩個單元之間的冗余是通過開機后的自動識別實現的，先被識別到的默認為主控單元，另一單元定義為從控單元，處于熱備狀態(tài)。只有當主控單元在規(guī)定的時間內沒有響應的情況下，從控單元才變?yōu)橹骺貑卧犹婢W絡管理。與MVB中通過電鑰匙來識別主控單元不同，WorldFIP的這種方式也增加了系統(tǒng)的可靠性。7.2.2HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)結構HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)由2組主處理單元MPU1和MPU2,2組遠程輸入輸出模塊RIOM1和RI0M2,6組牽引控制單元TCU1?TCU6,4組輔助控制單元ACU1?ACU4,4組司機顯示單元DDU11?DDU12和DDU21?DDU22,以及1組制動控制單元BCU組成。主處理單元MPU（MainProcessorUnit）a）MPU綜述MPU位于系統(tǒng)柜內,配有完全相同的兩個MPU單元,采用3U-21結構機箱。MPU采用主機冗余模式工作，由兩組同樣的主機MPU1和MPU2組成，但是在正常工作情況下，只有一組MPU主機處于控制機車的工作狀態(tài)，而另一組MPU主機處于熱備狀態(tài)，在主控MPU主機故障時接替主控MPU主機的控制功能°MPU的外形如圖7.2所示。圖7.2MPU外形圖MPU是HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)的主處理單元，MPU可通過FIP網絡管理和調度列車FIPT/車輛FIPV與智能設備間信息傳輸和交換，并處理來自LCMS的牽引/制動指令和現場信息。b） 機械參數MPU采用快速插接的3U-21機箱，安裝在機箱托架中oMPU機箱托架安裝在系統(tǒng)柜內靠近中間走廊側下部。安裝時將MPU機箱推入托架并用螺絲固定在托架上。當MPU機箱被推入托架后，固定F48連接器，即完成MPU機箱的電氣連接。維修用串行接口位于MPU機箱的前面板上，以保證檢修維護工作的快速進行。3U-21機箱托架的機械尺寸為：..長度：498mm..寬度：160mm+50mm（通風區(qū)域）..深度：293mm+100mm（背部布線區(qū)域）+55mm（前端數據插頭空間）機箱深度：280mm機箱重量：約10kg支架重量：約6kgc） 電氣參數MPU機箱電源為DC110V，由機車蓄電池提供，每個MPU機箱功耗低于150W。布線連接采用DIN41612連接器(F48連接器的改進)，直接在機箱支架上進行，并保證與機箱的緊密連接。出于EMC要求，MPU采用的連接器需要正確進行接地，且EMC電纜應粗而短。電纜的屏蔽應采用接地棒(或帶標識的端子)和焊接套管來保證與外部其它設備的良好接觸。環(huán)境MPU采用自然對流方式進行冷卻，不單設冷卻風扇。防護等級為IP20。插件板MPU機箱內目前共有9種共13塊插件板(CLXA為選件)，每塊插件板的位置是由其發(fā)揮的功能來決定的。具體的插件板布置如圖7.3所示。圖7.3MPU插件板布置圖機箱電源板AL1XAL1X板將ALIX板提供的DC110V電源進行變換，向MPU機箱內各塊插件板提供土15V、+5V和帶隔離的5V電源，同時輸出15V電源給EALR板。AL1X板的部分主要參數為：功耗：150W；啟動峰值電流：10A；輸出電壓/電流：..5V/5.5A；..5V/0.2A(帶隔離);..15V/4.2A；..-15V/3.7A。外部傳感器電源板ALIXALIX板將DC110V電源提供給AL1X板，以保證MPU機箱內各插件板的供電要求，并提供+24V給外部傳感器。輸出電壓：+24V；輸出電流：1.05A；其中MPU1的F48連接器的D22點必須與EALR板的D16點相連，這樣才能確定MPU1為主MPU,與之相對應的將MPU2定義為從MPU,從而實現MPU的主機熱備冗余。FIPV通信板CFXACFXA板用于實現MPU與FIPV內其它設備的通信。串行接口板CLXA(選件)CLXA板通過5芯的RS422總線，實現MPU與分布動力系統(tǒng)Locotrol之間的通信。Locotrol設備與MPU的串口1相連。FIPT通信板FTDBFTDB板用于實現MPU與FIPT內其它節(jié)點的通信。CPU板MIXAMIXA板包括一塊M32A板，采用i960處理器，RISC32bits,型號為INTEL80960C，主頻16MHz，內置RAM(MIXA板4MB+M32A板512kB+MIXA板后備電池供電256kB)和閃存(MIXA板2MB+M32A板1MB)模擬量輸入板EALREALR板用于提供8路轉換分辨率為12位的模擬量輸入通道，目前使用了4個通道。其中2個通道為4?20mA信號，包括總風管壓力傳感器和主變油溫傳感器信號；2個通道為0?15V信號，包括2個司機室內主司控器的位置信號。（8） 數字低電壓輸入輸出板110X110X板用于輸入數字量信號和輸出數字量信號。MPU機箱內包括5塊110X板，每塊110X板提供4路低電壓輸入通道（110V）和4路繼電器輸出通道。（9） 檢修維護板SRVASRVA板用于實現檢修維護用輸入/輸出的連接。SRVA板的前面板上帶LED燈和維護筆記本用接口，能實現快速診斷維護。并且SRVA板自帶鋰電池，用于保存和備份數據。為實現正常的檢修維護工作，SRVA板與外界連接的接口包括：..通過Sub-D9串行接口與維護計算機相連；..通過RS485接口與維護和調試用軟件相連。遠程輸入輸出模塊RIOM（RemoteInputOutputModule）a） RIOM綜述RIOM位于系統(tǒng)柜內，配有完全相同的兩個RIOM單元，采用3U-21結構機箱。RIOM用于采集、處理和驅動HXD2B型電力機車內現場電氣設備的低壓輸入/輸出信息。通過FIP或MVB總線與MPU或ACU交換數據信息。由兩組同樣的RIOM組成并采用冗余熱備份模式工作，以保證絕大部分的變量實現冗余輸入/輸出。RIOM的外形如圖7.4所示。圖7.4RIOM外形圖b） 機械參數RIOM采用快速插接的3U-21機箱，安裝在機箱托架中。RIOM機箱托架安裝在系統(tǒng)柜內靠近中央走廊側中部位置，安裝時將RIOM機箱推入托架并固定在托架上。將RIOM機箱推入托架后，固定F48連接器，即完成RIOM機箱的電氣連接。軟件下載接口（PCMCIA插槽）位于RIOM機箱的前面板上。維修用串行接口在VISU板的前面板上。4U-21機箱托架（RIOM機箱3U+通風插件1U）的機械尺寸：..長度：502mm..寬度：216.6mm+2X30mm（通風區(qū)域，最小尺寸）..深度：350mm+布線區(qū)域3U-21機箱重量：14kg插件箱重量：9kg1U通風機箱：1.8kc） 電氣參數機箱電源為DC110V，由機車蓄電池供電。每個RIOM機箱的峰值功率低于150W。布線連接采用DIN41612連接器（F48連接器的改進），直接在RIOM機箱托架上進行，以保證與機箱的緊密連接。RIOM采用的連接器，出于EMC要求，需要正確進行接地，且EMC電纜應粗而短。電纜屏蔽應用接地棒（或帶標記的端子）和焊接的套管來與外部設備保持良好的接觸。d） 環(huán)境RIOM采用風冷插件來實現強迫對流，風冷插件由ALA3板提供15V電源。防護等級為IP20。e） 插件板RIOM機箱內目前共有8種共17塊插件板，每塊插件板的位置是由其發(fā)揮的功能來決定的。具體插件板布置如圖7.5所示。圖7.5RIOM插件板布置圖（1） 機箱電源板ALN3ALN3板將DC110V電源變換為6種穩(wěn)定的直流電壓，并實現電隔離，輸出電壓中包括4種帶隔離的+5V電源。..功耗：54W；..啟動峰值電流：3.7A；..輸出電壓/電流：+3.3V/6A；+5V/6A；+5V/0.2A（帶隔離）;+5V/0.2A（帶隔離）;+5V/0.2A（帶隔離）;+5V/0.2A（帶隔離）。（2） 外部傳感器電源板ALA3ALA3板將DC110V電源進行變換后，提供±15V電源給機箱內各個插件板和外部傳感器使用。..功耗：90W；..啟動峰值電流：2.8A；..輸出電壓/電流：+15V/4A；-15V/2A。（3） CPU板ATLSATLS板采用ATLAS處理器，并預留RS485接口。采用的ATLAS處理器能與x86PC標準平臺完全兼容。ATLS板擁有32MB的SDRAM，256kB的BIOS閃存，512kB后備電池供電RAM（用于保存事件），1GB的CF卡（裝載應用程序）。（4） 通信板NETMNETM板用于FIPV網絡通信、CAN總線通信、MVB網絡通信，由3個PCBA板構成（NETX、DuagonD113、NETC），占2塊標準插件的位置。NETX板用于實現RI0M與FIPV網內其它設備的通信，以及提供ATLS板與輸入輸出板之間的CAN總線通信。DuagonD113板和NETC板構成了MVB網絡通信板。DuagonD113板通過PC104總線與NETX板連接，提供MVB功能，與輔助控制單元（ACU）之間通信；NETC板用于連接MVB網絡接口和F48連接器。（5） 數字量輸入板EBY6EBY6板用于輸入數字量信號，RIOM機箱內包括7塊EBY6板，每塊EBY6板提供24路低電壓輸入通道（110V）。..輸入電壓：DC110V；..額定輸入電流：2.2mA；..輸入負載電阻：49.5kQ；..通道功耗：0.24W。（6） 數字量靜態(tài)輸出板SSTSST板用于輸出數字量信號，提供6路MOS管低壓輸出通道來驅動靜態(tài)輸出。..最大電流：0.5A；..額定電壓：DC110V。數字量輸出板SBTSBT板用于輸出數字量信號,IOM機箱內包括4塊SBT板，每塊SBT板提供14路繼電器低壓輸出通道來驅動邏輯輸出。..阻性負載(DC110V)：0.5A；..感性負載(L/R=20ms,DC110V)：0.15A。檢修維護板VISUVISU板用于確保維修用輸入/輸出連接，位于RIOM機箱的前面板上，板上帶有LED指示燈和維護筆記本用接口，能實現快速診斷維護。并且VISU板自帶鋰電池，用于保存和備份維修用數據。VISU板通過不同的連接器與不同的設備相連：..通過SCSI連接器連接儀表箱(預留)，這個接口允許在進行調試或維護工作時，能觀察到外界施加的模擬信號；..Sub-D9是維護計算機連接用串口；..PCMCIA連接器通過PCMCIA適配板實現軟件下載。司機顯示單元DDU(DriverDisplayUnit)DDU綜述DDU位于司機室操縱臺。每套DDU包括1個CPU機箱、2塊LCD狀態(tài)顯示屏以及相應的CPU機箱與狀態(tài)顯示屏之間的連接電纜。CPU機箱與狀態(tài)顯示屏的外形如圖7.6所示。圖7.6DDU外形圖(左為CPU機箱，右為LCD狀態(tài)顯示屏)DDU用于實現司機與HXD2B型電力機車網絡監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息交流，主要包括兩種顯示界面：..牽引界面：司機通過DDU了解機車狀態(tài)并進行相關的牽引控制操作。..故障及維護界面：用于機車配置、維護和故障提示及相關故障處理提示。CPU機箱概述CPU機箱位于操縱臺右側柜體內，由兩套完全一樣的CPU單元組成，且每套CPU單元分別向一個狀態(tài)顯示屏供電及通信。CPUCPU機箱的CPU型號為ETXCELERON，主頻400MHz。當CELERON處理器的問題超過95°C時，則紅色LED燈開始不規(guī)則的閃爍進行報警。當處理器的溫度達到100C后，狀態(tài)顯示屏將自動進入降級模式，在降級模式中，處理器的運行頻率下降，直到溫度降低大約5C后，此時狀態(tài)顯示屏有一定響應，保持運行。只有在溫度降到正常溫度后，再重起狀態(tài)顯示屏，顯示才能恢復正常。如果處理器的溫度超過100C，處理器將自動停止工作，狀態(tài)顯示屏停止刷新，DDU的各個功能也暫時使用，直到溫度恢復正常，才能再次對狀態(tài)顯示屏進行操作。電氣參數由于CPU機箱位于整個FIPV的終端，因此在CPU機箱內置終端電阻，阻值為120Q±2%。CPU機箱電源功率為60W。而為保證CPU機箱工作在允許的溫度范圍內，CPU機箱內置風扇進行通風冷卻，相應的功耗為30W。CPU機箱的接口CPU機箱在前面板上提供了多種接口，以滿足不同用途的要求：..Sub-D9接口，用于連接FIPV網，端口的隔離電壓為DC500V；..Sub-D37接口，用于連接狀態(tài)顯示屏；..RS232接口，在調試階段，用于調試用串口，允許進行調試或軟件下載工作，而在正常情況下，將數據插頭插接到本接口上；..RS485接口，用于軟件下載和數據連接，端口的隔離電壓為DC500V；..以太網接口，用于軟件下載；..USB1.1接口，用于連接鍵盤和鼠標，也可以用U盤進行軟件下載，采用5V電源，限制電流為500mA。LCD狀態(tài)顯示屏概述兩塊LCD狀態(tài)顯示屏位于操縱臺控制面板上，模塊2處為主顯示屏，模塊4處為輔助顯示屏，但是兩塊狀態(tài)顯示屏是完全一樣的，只是實現的功能有所不同。在正常運行時，主顯示屏用于顯示牽引界面，輔助顯示屏用于顯示故障及維護界面。狀態(tài)顯示屏主要是通過圖形化顯示界面來實現人機交互功能。當其中一個狀態(tài)顯示屏故障時，另外一個狀態(tài)顯示屏將會接管所有的功能。狀態(tài)顯示屏的參數和特點狀態(tài)顯示屏采用一塊10.4'LCD彩色顯示屏，兩側分別有6個按鍵，司機通過按鍵進行操作。在狀態(tài)顯示屏的上方有一個用于上電指示的黃色發(fā)光二極管、一個用于報警指示的紅色放光二極管和一個測亮度的傳感器。狀態(tài)顯示屏的使用范圍是-25°C?+70°C(在85°C時，只允許工作lOmin),當環(huán)境溫度低于-25°C或高于70C，則紅色LED燈常亮。在這個溫度范圍內，狀態(tài)顯示屏是空白無顯示的。為保護狀態(tài)顯示屏，電源將被自動切斷。但是機車的電子裝置仍然在工作。而出于技術方面的原因，在-25°C?0C時，狀態(tài)顯示屏的性能將受到一定的限制，具體表現為：顯示屏的響應時間增加，只能緩慢更新，而且亮度降低，在這個溫度范圍內狀態(tài)顯示屏只能短時工作。為此一旦溫度感應器檢測到狀態(tài)顯示屏溫度低于0°C,狀態(tài)顯示屏的預熱系統(tǒng)將自動開始工作，直到狀態(tài)顯示屏上的紅色二極管熄滅后，狀態(tài)顯示屏才能夠投入使用。當溫度超過+70C后，狀態(tài)顯示屏將被關閉，同時紅色二極管發(fā)出報警信號，只有在溫度降到70C以下后，狀態(tài)顯示屏才能恢復正常工作。顯示界面和內容HXD2型電力機車的顯示界面采用了大量的符合國際鐵聯標準的圖形信息來表示機車的狀態(tài)，具有直觀簡潔的顯示效果。主狀態(tài)顯示屏用于顯示機車的牽引信息的主狀態(tài)顯示屏如圖7.7所示。顯示界面分為故障信息顯示區(qū)、狀態(tài)信息顯示區(qū)、可變信息顯示區(qū)和按鈕菜單選項，通過主顯示屏顯示的信息包括：..均衡風缸的壓力；..制動管的壓力；..它車制動缸壓力；..接觸網電壓；..蓄電池電壓；..牽引力/制動力百分比；..主斷狀態(tài)；..受電弓狀態(tài)；..司控器狀態(tài)等。圖7.7主狀態(tài)顯示單元顯示界面司乘人員可以通過狀態(tài)顯示屏兩側的按鍵來控制壓縮機的啟動（強泵）、速度設定、在故障狀態(tài)下可啟動備用速度、時間和壓力的顯示。輔助狀態(tài)顯示屏輔助狀態(tài)顯示屏的首頁的顯示內容如圖7.8所示。其顯示界面主要分為綜合信息顯示區(qū)（固定信息）和按鈕菜單選項。其菜單選項主要包括了：機車狀態(tài)、列車配置、重量輸入、退出運行、語言選擇、維護菜單、制動菜單、日期和時間設置、備用命令、牽引命令。通過按鈕選擇不同的選項可進入相應的顯示界面。圖7.8輔助狀態(tài)顯示屏顯示界面其中，綜合信息顯示區(qū)主要通過圖形顯示：..列車重量；..隔離電機數量/總的電機數量；..隔離電氣制動數量/總的電氣數量數量；..隔離空氣制動數量/總的空氣制動數量。對于輔助狀態(tài)顯示屏的顯示內容，可以分為正常顯示狀態(tài)和故障顯示狀態(tài)兩種。正常顯示狀態(tài)當機車正常運行情況下，輔助狀態(tài)顯示屏的顯示界面如圖7.9所示。其主要用于顯示綜合信息和故障及其提示信息，并通過可變信息顯示區(qū)顯示故障處理方式。為只給司機顯示相關的信息，故障經過了嚴格的處理和過濾。其按鈕菜單選項包括手動過分相開始/停止、機車牽引方向選擇、速度設定選項、列車重量設定選項，司乘人員可通過按鈕對所要進行的操作進行選擇。圖7.9牽引命令顯示屏界面故障顯示狀態(tài)當主、輔兩個狀態(tài)顯示屏中某一個狀態(tài)顯示屏出現故障時，正常工作的狀態(tài)顯示屏將變?yōu)橐越导墵顟B(tài)工作，大量的信息將集中在該狀態(tài)顯示屏中進行顯示，如圖7.10所示。其中狀態(tài)欄和綜合欄可通過按鈕選項選擇。圖7.10降級運行后的正常顯示屏界面（4） 連接電纜DDU中CPU機箱和狀態(tài)顯示屏之間的連接采用一根3m長的專用連接電纜，結合兩個Sub-D37針連接器實現連接。每塊狀態(tài)顯示屏和CPU機箱之間采用一根，總共兩根。（5）機械參數..狀態(tài)顯示屏工作溫度-25?+70°C（低于0°C時性能受限）；..CPU機箱工作溫度-25?+70C；..儲藏溫度-25?+70C；..狀態(tài)顯示屏重量2.4kg；..狀態(tài)顯示屏的機械參數為：長度：348mm；寬度：290mm；深度：56.5mm+108.7mm（布線區(qū)域）;..CPU機箱重量1.6kg；..CPU機箱的機械參數為：長度：238.9mm；寬度：132mm+2X50mm（通風區(qū)域）；深度：201.3mm+54.7mm（布線區(qū)域）。牽引控制單元TCU（TractionControlUnit）a） TCU綜述TCU位于牽引變流柜內，包括兩臺完全相同的TCU單元。每臺TCU采用6U-21結構機箱，安裝在7U結構的機箱托架中。TCU用于控制和管理牽引變流系統(tǒng)—脈沖整流器和牽引逆變器，實現牽引電機驅動控制。通過FIP總線與MPU進行數據信息交換；采用DSP應用技術，具有快速計算和實時處理能力；采用“軸控”牽引方式，即6臺TCU分別控制6套牽引變流裝置，以驅動6臺牽引電機運行。TCU的外形如圖7.11所示。圖7.11TCU外形圖b） 機械參數TCU采用快速插接的6U-21機箱，安裝在機箱托架上。TCU機箱托架安裝在主變流柜內，現場電纜與TCU托架連接。安裝時將TCU機箱推入托架并固定在托架上。當TCU機箱滑入托架后，固定F48連接器，即完成TCU機箱的電氣連接。維護串口和軟件下載接口（PCMCIA插槽）位于TCU機箱的前面板上。6U機箱的機械尺寸：..長度502mm；..寬度350mm+2X30mm（通風區(qū)域，最?。?；..深度350mm+布線區(qū)域。6U-21機箱重量：17k支架重量：10k1U冷卻機箱重量（預留）：1.8kc） 電氣參數機箱電源采用DC110V,由機車蓄電池供電。每個TCU機箱功耗低于400W。布線連接采用DIN41612連接器（F48連接器的改進），直接在TCU機箱托架上進行，保證與機箱環(huán)境的融合。TCU采用的連接器，出于EMC要求，需要正確進行接地，且EMC電纜應粗和短。電纜屏蔽應用接地棒（或帶標記的端子）和焊接的套管來與外部設備保持良好的接觸。d） 環(huán)境TCU機箱采用自然通風冷卻方式，但是預布冷卻風扇連線。防護等極為IP20（前面板）。e） 插件板TCU機箱分為兩層布置插件板，分為I/O層和PCI層。插件板位置由各塊插件的功能決定，其中I/O層插件板的位置按照標準的設備測試臺進行定義，而作為CAN總線的內部終端，ESAL板必須安裝在18號板位置。TCU機箱中共有15種16塊插件板，插件板的具體位置如圖7.12所示。H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12H13H14H15H16H17H18H19I/OfloorI/O層PCIfloorPCI層B1B5B7B9B10B11B13B15B16B18B19ALNUATLSNETXCCN(p)OUTIALCA(p)ESALCCAPCCB(p)EBX6EBX6SBTALCA(s)CCN(s)CCAOCCB(s)圖7.12TCU插件板布置圖機箱電源板ALNUALNU板將DC110V電源變換為±15V、+5V和3.3V電源，提供給機箱內的各塊插件板，其中15V輸出也提供給繼電器和速度傳感器使用。..功耗110W..啟動峰值電流12A..輸出電壓/電流：5V/7A；3.3V/9A；15V/2.5A；-15V/0.5A。CPU板ATLS與x86標準PC平臺完全兼容32MB的SDRAM256KB的BIOSFlashEprom512KB備份RAM16MB片上系統(tǒng)磁盤或緊湊Flash閃存卡。TCU單元ATLS板與RIOM單元ATLS板相同。外部傳感器電源板ALCA(p)ALCA(p)板將DC110V電源變換為±24V電源，提供給四象限整流器部分的電流/電壓傳感器和相應的IGBT驅動。..功耗150W..啟動峰值電流10A..輸出電壓/電流：+24V/4A；-24V/2A。外部傳感器電源板ALCA(s)ALCA(s)板將DC110V電源變換為±24V電源提供給逆變器部分的電流/電壓傳感器和相應的IGBT驅動。..功耗150W..啟動峰值電流10A..輸出電壓/電流：+24V/4A；－24V/2A。FIPV通信板NETXNETX板用于實現FIPV內其它設備的通信，以及提供ATLS板與輸入/輸出板之間的CAN總線通信，與RIOM機箱中的NETX相同。四象限整流器閉環(huán)控制板CCNPCCNP板用于控制四象限整流器的IGBT工作，CPU采用1個DSP，型號為ADSP21062,主頻40MHz,是四象限整流器IGBT控制的數字核心。CCNP板使用2M閃存,CCNP板與CCN板相互間的傳輸速度可達到40Mb/s。逆變器閉環(huán)控制板CCNCCN板用于控制逆變器的IGBT工作，CPU采用2個DSP，型號為ADSP21062，主頻40MHz，是逆變器IGBT控制的數字核心。CCN板使用2M閃存。整流器輸入板CCAPCCAP板用于實現四象限整流器控制所需的模擬量和速度信號的輸入，并提供硬件保護。逆變器輸入板CCAOCCAO板用于實現逆變器控制所需的模擬量和速度信號的輸入，并提供硬件保護。整流器脈沖控制板CCB(p)CCB(p)板用于提供控制四象限整流器的IGBT所需的觸發(fā)脈沖和反饋信號，確保異步牽引電機直接轉矩控制的實現。逆變器脈沖控制板CCB(s)CCB(s)板用于提供控制逆變器和斬波器的IGBT所需的觸發(fā)脈沖和反饋信號，確保異步牽引電機直接轉矩控制的實現。模擬量輸入輸出板ESALESAL板用于模擬信號的輸入/輸出。ESAL板提供下述接口：..1個帶隔離的+24V的PWM輸入..3個4?20mA的模擬量輸入..2個24V的PWM輸出..1路預留的模擬量輸入通道..2路預留的邏輯輸入通道..2路預留的PWM輸入通道..2路預留的模擬量輸出通道..1路預留的邏輯輸出通道..1路預留的PWM輸出通道低壓輸入板EBX6EBX6板用于提供12路低壓輸入通道。..輸入電壓DC110V..最大耐受電流6.5mA..輸入電阻19.8kQ..輸入功率0.72W低壓輸出板SBTSBT板用于提供14路繼電器輸出通道，與RIOM機箱中的SBT板保持一致。..阻性負載(DC110V)0.5A..感性負載(L/R=20ms,DC110V)0.15A維護板VISUVISU板用于實現系統(tǒng)維護的輸入/輸出連接。VISU板的前面板上帶LED燈和維護筆記本電腦用接口，能實現快速診斷維護。并且VISU板自帶鋰電池，用于保存和備份數據。VISU板提供不同類型的接口來滿足維護工作的需求：..SCSI接口，維護輸出盒，與OUTI板配套使用..Sub-D9接口，連接維護筆記本..PCMCIA接口，通過PCMCIA適配器實現軟件下載調試板OUTIOUTI板通過特殊電纜連接VISU板的前面板的維護輸出盒，從而提供維護信息。OUTI板只用于維護，因此不隨車提供，正常情況下也不放置在TCU機箱內。OUTI板可提供32路±10V輸出的DAC變換，從而在機車試運時將信息記錄在外部設備中。輔助控制單元ACU(AuxiliaryControlUnit)ACU綜述ACU位于輔助變流柜內，配有完全相同的兩個ACU單元。采用“大恢載板”結構。ACU用于控制與管理由輔助逆變器、輔助斬波器、蓄電池充電機等構成的輔助供電系統(tǒng)。通過MVB總線與RIOM交換數據信息；采用DSP與FPGA等高端應用技術；采用雙機互為熱備冗余模式工作，故障狀態(tài)下自動切換。ACU的外形如圖7.13所示。圖7.13ACU外形圖b） 機械參數采用母板（1塊）+載板（3塊）的大板體系結構模塊；2個E型48芯連接器對外連接。高360X寬50X深350（+布線厚度）mmACU機箱重量：約1.5kg；ACU機箱支架重量：約3kg。c） 電路板ACU采用母板（1塊）+載板（3塊）的大板體系結構模塊，計4種4塊電路板。其電路板布置如圖7.14所示。圖7.14ACU插件板布置圖母板MB3X電源載板PC3X控制載板DF3X網卡載板MVB（1） 接口處理母板MB3X母板MB3X為與輔助變流器的硬件接口板。主要包括：..蓄電池供電電壓：110VDC..19路模擬輸入..16路數字輸入..8路繼電器輸出..5路高電流MOS-FET輸出..14路PWM輸出（斬波器、PMCF、逆變器）..7個門極驅動狀態(tài)輸入..1個RS-232維護健康接口..1個CAN網絡接口（2） 電源載板PC3X電源載板PC3X可確保在切斷主蓄電池供電3秒內保持內部15V供電。在切斷主蓄電池供電后，需保持RTC活動的電源也在該板上。（3） DSP控制載板DF3X控制載板DF3X是ACU的“控制內核”，該板控制所有由母板支持的接口：處理器：DSPTMS320C33FPGA3XC3S1500時鐘：60MHz存儲器：SRAM2MB程序FLASH2MB記錄FLASH2MB（4） 網絡通信載板MVB多功能車輛總線MVB板連接至“服務總線1”連接器上，用于與RIOM進行通信。制動控制單元BCU（BrakeControlUnit）BCU位于制動柜內，采用3U-15結構機箱。由SAB-WABCO公司提供，基于GeminiII平臺開發(fā)，整體集成在制動柜內。具體介紹參見第八章制動系統(tǒng)相關章節(jié)。設備布線規(guī)則信號等級對于HXD2B型電力機車中不同類型的高低壓信號，將其分為5級：..1級—高敏信號1a模擬音頻和視頻信號1b高頻發(fā)射和接收信號..2級—中敏信號2a數字傳輸信號（FIP網、RS232等）2b模擬傳感器（電源和測量信號）..3級—低敏信號半導體器件控制信號（如脈沖及其反饋）..4級—介質干擾信號低壓信號：-電子設備電源通/斷控制信號低壓數字輸入/輸出（繼電器、接觸器和電磁閥的控制信號）..5級—功率線a網側電源b牽引電機側電源c輔助電源（500V、380V等）d蓄電池充電機等布線時的預防措施對于各個電子設備，為保證與布線相關的電磁兼容性，因此對于機箱內的布線及其預防措施有著嚴格的要求，具體包括：..底板的接地和電源方案；..F48連接器中不同類型信號間隔離；..插件板的布置滿足EMC/EMI的要求。要使這些內部預防措施有效，則需要機箱和環(huán)境滿足下列要求：..接地點要靠近機箱（盡可能短），且位于電纜的終端附近。每個屏柜、機箱等都要通過銅編織線（盡可能短和寬，滿足要求：長/寬V5）接地。而使用多根接地線也有益于分流和保證等電位；..每個設備的金屬支架和機車的參考地之間的電阻值必須低于lOOmQ；..F48連接器的插針和地之間的所有連線必須盡可能的短（LVIOcm）；..采用金屬片來保證電氣連接的低阻值；..屏蔽線采用同一類型的護管，多芯和單芯電纜不能混用；..帶屏蔽的編織線兩端都要接地；..連接器即使沒有插入，屏蔽線也必須保持接地。對于不同等級的信號，要求遵守下述規(guī)定：..使用F48連接器和套管將不同等級的電纜分別捆綁放置在不同的線槽中；..電纜應盡可能靠近金屬構架固定，優(yōu)先采用專用金屬線槽。..電纜交叉時角度要合適。..不同等級的信號線之間的最小間距應滿足0要求。表7.3不同等級信號線的最小間距等級12a2b34510mm30?60mm30?60mm30?60mm90mm50?200mm2a0mm30?60mm30?60mm90mm150?200mm2b0mm30?60mm90mm150?200mm30mm90mm150?200mm4,0mm150?200mm50mm注：一些情況下（與安全有關）需要更大的間距。如果上述間距無法滿足要求，則需要采用全金屬間隔來隔離不同等級的信號線。7.2.3.3EMC隔離2a級電纜需通過金屬接地板和其它等級的電纜隔離。當2a級電纜需要和4級電纜平行布置的時候，需要通過金屬接地板或套管進行隔離。EMC級隔離適用于連接器和電纜布置。7.2.3.4FIPV網配置和使用的電纜各個電子設備可選擇FIPV網的冗余介質A或B來接入FIPV網，整個FIPV網上最多允許連接32個設備。每套FIPV介質可以由兩種導線（差動和對極性敏感的信號）組成，從一個設備鏈接到另一個設備，在網絡末端端接一個120Q的電阻。如果某個電子設備不位于FIPV的終端，則不需要在該設備處布置調節(jié)電阻。在1Mb/s的傳輸速率下，FIPV和FIPT的主要電氣參數如表7.4所示。HXD2B型電力機車培訓教材第七章257表7.4FIPV和FIPT主要電氣參數特性值備注類型阻抗可調的雙絞屏蔽線特性阻抗120Q±10%0.25MHz?2.5MHzV1.5dB/100m0.25MHz?1.25MHz衰減V2.0dB/100m在2.0MHz時在1.25MHz到0.25MHz之間衰減差異V0.8dB/100m傳輸阻抗V20mQ/m0?20MHz成對短路，測量同軸電纜線形阻抗V100Q/km微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)功能HXD2B型電力機車的微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)擁有強大和豐富的控制功能，主要包括機車控制與監(jiān)控功能、網絡通信功能、牽引控制功能、輔助控制功能、檢修維護功能等。機車控制與監(jiān)控功能控制功能概述機車控制和監(jiān)測系統(tǒng)涵蓋大部分通常由機電回路實現的功能（與行車安全相關的關鍵功能除外）。HXD2B型電力機車主要通過微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)中的MPU和RIOM來實現這些功能。MPU實現采集輸入命令的功能并具有相應的計算能力。通過FIPV網絡與TCU通訊，發(fā)送有效數據，如機車運行方向、牽引/制動指令、診斷信息等。在重聯運用時，MPU根據從本車或重聯機車所接受的數據發(fā)出指令，通過FIPT網在兩臺機車之間傳輸信息。RIOM通過獲取輸入變量，從而使得微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時掌握機車各個設備的工作狀態(tài)，并通過RIOM發(fā)出輸出變量，控制設備動作，實現控制目標。當機車由司機控制時，機車的微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)的RIOM獲取司機通過操縱臺上的控制部件（如司控器、扳鍵開關等）或通過狀態(tài)顯示屏的按鍵發(fā)出的控制指令。經過MPU的處理，微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)將該類指令通過RIOM傳遞到不被司機直接控制的相關設備，控制設備動作，完成司機發(fā)出的控制指令。雙機重聯的情況下，重聯車通過FIPT網絡從本務車獲取指令，然后重聯車的微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)負責將命令發(fā)送到重聯車的相關設備。對于第三臺重聯機車，本務車的微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)將相關的控制指令，通過RS422串行總線提供給本務車的Locotrol系統(tǒng)，通過Locotrol系統(tǒng)的無線傳輸功能提供給第三臺重聯機車，重聯機車的Locotrol系統(tǒng)接收到相應的控制指令后，將其通過RS422串行總線提供HXD2B型電力機車培訓教材第七章258給重聯機車的微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)，最終實現控制功能。需要注意的是，微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)只實現不在安全評定范圍內的控制功能。對任何安全等級有要求的控制功能都必須通過硬線連接實現。實現的控制功能微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行的控制功能包括：..司控器發(fā)出的牽引/制動命令的處理；..FIPT、FIPV和MVB網絡的管理；..MPU和RIOM上的數字和模擬量輸入/輸出控制；..機車的自動啟動順序控制；..撒砂控制；..主壓縮機和輔助壓縮機管理；..撒沙和輪緣潤滑器管理；..機械間通風；..空調接口；..火警檢測管理；..過分相區(qū)及過隧道管理；..與BCU的接口；..進入運營及運營維持的操作；..重聯單元操作；..日期時間和各種運行計數器的管理；..故障記錄、檢修維護及試驗模式管理；..機車子系統(tǒng)的監(jiān)控（狀態(tài)和故障）；..人機接口（為司機和維護人員顯示信息和通過DDU的狀態(tài)顯示屏的按鍵所進行的命令和選擇）；..幫助故障排查。監(jiān)控功能微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)擁用監(jiān)控功能的目標是為了監(jiān)控并記錄所有機車子系統(tǒng)和設備狀態(tài)信息，以便通過DDU的狀態(tài)顯示屏向司機報告°MPU記錄的故障數據還可以通過專用的維護筆記本進行下載和故障分析。故障儲存微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)通過MPU記錄各類故障信息。MPU內存儲的故障信息通過故障的HXD2B型電力機車培訓教材第七章259日期、代碼、標識和內容來進行定義和分類。車載監(jiān)控司機和檢修維護人員可以通過操縱臺上的DDU狀態(tài)顯示屏查詢微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)接收到的各類故障信息。操縱臺上有兩臺狀態(tài)顯示屏。左側的主狀態(tài)顯示屏專注于顯示牽引界面，輔助顯示屏用于顯示故障及維護界面。兩臺狀態(tài)顯示屏的硬件和軟件都是一樣的，當其中一臺狀態(tài)顯示屏發(fā)生故障切除后，另一臺狀態(tài)顯示屏會顯示所有必要的信息。LRU標識微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)中包含的所有單元都會執(zhí)行自檢程序，可以快速而準確地檢測故障子系統(tǒng)。LRU是按照整個機柜或單個裝置（MPU、RIOM、DDU等）定義的?？觳寮夹g可以實現故障單元的快速更換，更換下的故障單元可在車下試驗臺上進行測試。7.3.2網絡通信功能FIPV網絡通信FIPV處于一個靜態(tài)的工業(yè)網絡中，帶有兩個用于每節(jié)車通信的冗余介質，網絡傳輸速率為IMb/s，此網絡拓撲的安裝與交換性能如下：..用于控制與監(jiān)控目的的設備間周期性變量。..用于維護目的的不規(guī)則的變量或信息。FIPT網絡通信FIPT由FIPV改進而來，也有兩個傳輸速率為1Mb/s的冗余介質，并擴展到動態(tài)網，用于每臺機車的A、B節(jié)機車之間的通信，也可用于重聯模式下兩臺機車間的通信。網絡拓撲可根據列車編組而發(fā)生改變，其交換性能如下：..用于控制與監(jiān)控目的的機車之間的周期性變量。遠程無線通信分散式重聯單元內的無線通信是通過GE公司的分布動力系統(tǒng)Locotrol來實現的，此系統(tǒng)在HXD2B型電力機車的微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)的主機(MPU)和分布動力系統(tǒng)Locotrol之間使用了RS422串行網關。.MVB網絡通信MVB多功能車輛總線冗余網絡為靜態(tài)網絡，是RIOM和ACU之間通信的專用網絡。其中RI0M為總線管理器，而ACU為從控裝置。網絡傳輸速率為1.5Mb/s。其交換性能如下：..周期性交換由總線主控裝置RIOM管理。HXD2B型電力機車培訓教材第七章260..主幀由總線主控裝置發(fā)送，發(fā)布方通過接收方可讀取的從幀進行響應。牽引控制功能牽引和高壓功能..受電弓和斷路器控制..高壓電路結構..主變壓器管理..驅動指令管理..速度控制要求操作..牽機入庫操作..牽引連接器管理..車軸命令管理..整流器控制與監(jiān)督管理..逆變器控制與監(jiān)督管理..異步電動機的控制..防空轉/防滑行管理..再生電力制動與空氣制動的接口..冷卻與通風管理..功率測試管理相關設備..MPU：與TCMS功能使用同樣的計算機..TCU：一個通過車軸獨立的專用計算機，位于牽引變流柜內部，并具有快速計算能力，可準確控制IGBT電流。輔助控制功能輔助功能..輔助斬波器控制..輔助逆變器控制（分配380V）..蓄電池充電機控制..輔助電流接觸器管理相關設備..ACU（輔助控制單元）：每臺機車配有兩臺輔變柜，每臺輔變柜中包含兩臺專用計算機。輔變柜的每個輔助控制單元管理獨立的輔助輸出，一個輸出使用固HXD2B型電力機車培訓教材第七章定頻率，而另一輸出為變頻。對每一輸出的兩個獨立負載分別作出了定義，但在備用模式下有冗余設置，以保證當一個輔助整流器出現故障時，同一輔變柜中的另一臺變流器能承受緊急模式下的兩個負載荷。..MPU（主處理單元）：與用于控制在正常和救援模式下的輔助變流器的配置的TCMS功能使用相同的計算機檢修維護功能概述主要故障顯示在DDU上，此外一些測試也可通過DDU完成。其它維護設備也可通過軟件工具使便攜式電腦與司機臺上專用的FIP插頭連接或與象MPU或TCU一樣在設備內部進行局部串接。此連接可實現：..下載每個設備的情況..監(jiān)控設備與功能的主要狀態(tài)..實現自我測試USB1.1鍵連接在DDU上：允許從FIPV網絡的電子設備上下載事件和故障°ACU故障記錄在RIOM存儲器內，因此可通過FIPV網絡下載。故障處理原則HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)將機車故障分為三級：A級故障：嚴重故障，危及行車安全的故障，要求控制系統(tǒng)立即自動發(fā)出停車指令，實現自動停車，等待救援。B級故障：中等故障，對機車性能有較大影響，要求控制系統(tǒng)給出停車提示信息，由司機操作，實現停車處理故障。C級故障：輕微故障，對機車性能影響較小，要求控制系統(tǒng)給出故障提示信息，由司機進行確認，回段后處理故障。在每一類故障中，不同的故障又依據其的危險程度進行分級，如果有兩個故障到達狀態(tài)顯示屏等待顯示，則故障類別和等級較高的故障將被優(yōu)先顯示，如果兩個故障的故障類別和等級較高相同，則依據到達狀態(tài)顯示屏的時間先后次序依次顯示。檢修維護工作的執(zhí)行HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)允許司機通過DDU實現快速、準確地故障診斷顯示和獲取故障處理提示，有效的提供了司機故障處理能力，盡量減少機車線上故障帶來的損失。同時HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)允許地面維護人員通過專用維護筆記本，利用串口或FIPV網口等多種接口，進行檢修維護工作，并提供豐富的故障記錄和查詢HXD2B型電力機車培訓教材第七章功能及控制界面，從而能夠最大限度的減少檢修維護作業(yè)的工作量和時間。HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)的日常檢修維護工作基于安裝有專用檢修維護軟件的維護筆記本進行。維護筆記本通過串口或FIPV網接口與微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)相連。HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)的各個電子設備均提供維護檢修專用接口，可同時使用多部維護筆記本對多個電子設備進行檢修維護工作。維護筆記本中安裝的專業(yè)維護軟件稱為eTrain，屬于Alstom公司專門開發(fā)的一種維護軟件，eTrain軟件提供了HXD2B型電力機車微機網絡監(jiān)控系統(tǒng)中各個電子設備的事件管理功能，還可提供對于事件的詳細描述功能，包括顯示介面、圖標和外接卡的設計功能。eTrain軟件可通過串口下載事件信息；可將一個安裝eTrain軟件的服務器作為eTrain軟件服務器，自動升級接入所在以太網的維護筆記本的eTrain軟件版本。eTrain軟件分為兩種工作模式：用戶模式：在此種模式下，可以進行下述工作：相關事件的下載；檢修界面的使用；圖標的創(chuàng)建和使用。管理員模式：在此種模式下，可以進行下述工作：外形管理；可以選擇管理員連接，添加新的顯示項目，調整已有的顯示項目；文件管理；