HXD2型機車SIPM故障的分析

李科

摘 要：深入分析了HXD2型交流傳動電力機車SIPM（擴展集成處理模塊）模塊故障導致的DP自動退出現象，有利于行車指揮人員進行故障判斷，縮短故障機車的在線處理時間，以保證大秦線重載運輸的通暢。

關鍵詞：HXD2型機車；SIPM；故障研究；重載運輸

中圖分類號：U269.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.092

作為大秦線20 000 t重載牽引的主型機車，HXD2型電力機車采用LOCOTROL技術實現與其他機車的遠程同步操作。SIPM（擴展集成處理模塊）作為LOCOTROL系統中的主處理單元，負責與機車MPU（機車主處理單元）、BCU（制動控制單元）和LOCOTROL系統內PDM模塊（電源模塊）、LDM模塊（LOCOTROL顯示屏）、RIM模塊（繼電器接口模塊）、CPM模塊（繼電器接口模塊）通訊。在運行過程中，如果SIPM（擴展集成處理模塊）發生故障，會直接中斷與上述模塊的通訊，從而使機車產生懲罰制動，嚴重影響大秦線的正常運輸秩序和行車安全。

1 HXD2機車LOCOTROL系統

HXD2機車LOCOTROL分布式動力系統主要由SIPM（擴展集成處理模塊）、PDM模塊（電源模塊）、LDM模塊（LOCOTROL顯示屏）、RIM模塊（繼電器接口模塊）、CPM模塊（繼電器接口模塊）、OCU（GEM-R車載通信單元）和RDTE（無線數據傳輸設備）7個模塊組成。每個模塊的功能如下。

1.1 SIPM（擴展集成處理模塊）

SIPM是LOCOTROL系統的核心，它帶有一個主系統處理器，用于運行DP應用軟件，并且其與LOCOTROL顯示設備（LDM）通信，用于顯示和執行LOCOTROL一定的功能。SIPM通過RS422接口與機車主處理單元（MPU）、空氣制動單元（BCU）和繼電器接口模塊（RIM）通訊。在SIPM前面板上有13個LED指示燈，它們是用來提供系統狀態的操作反饋。在正常的空氣制動操作中，上端的2個綠燈必須亮，表示空氣制動失效的紅燈不亮。

1.2 RIM（繼電器接口模塊）

RIM提供的是SIPM與機車之間的離散信號接口，同時，輸出對電源聯鎖繼電器（PIR）和緊急電磁閥（EMV）安全回路的控制信號。另外，RIM也提供機車對這些離散信號發出的反饋信號。

1.3 PDM（電源模塊）

PDM包括一個變壓器，它能將機車的110 VDC電源變換成SIPM模塊需要的66 VDC電源。

1.4 CPM（通信處理模塊）

CPM可以為每臺機車上的LOCOTROL電子制動系統設備與通信媒體之間提供車載接口。CPM負責接收從SIPM得到的信息，然后將信息發送到當前有效的通信路徑OCU或者RDTE，同時，還接收來自OCU或者RDTE的信息，并將其傳送給SIPM。

1.5 OCU（車載通信單元）

OCU是GSM-R網絡的車載通信終端，為LOCOTROL系統提供各機車之間傳遞信息的透明無線傳輸通道。車載通信單元主要包括GSM-R無線模塊、控制模塊、接口模塊和電源模塊。車載通信單元負責建立和維護與應用節點（AN）的電路連接，并向CPM報告電路的連接狀態，同時，還在CPM與應用節點之間傳遞數據。

1.6 RDTE（無線數據傳輸設備）

RDTE是LOCOTROL列車上各機車之間的另一條無線傳輸通道，每個RDTE有2個收發信機。在使用RDTE通信路徑時，主控機車上的無線電發送指令到從控機車，并將對指令的響應狀態解碼顯示給操作人員。

2 SIPM模塊故障的現象分析

2.1 故障分類和產生的影響

SIPM模塊故障分為兩種，即SIPM模塊本身發生故障和SIPM模塊失電。這兩種故障最終都表現為SIPM模塊與其他模塊通訊中斷，造成機車懲罰制動。同時，HXD2機車響應懲罰制動進行斷主斷、降弓操作，甚至LOCOTROL系統會自動退出，使得機車無法正常運行，給大秦線的生產運輸造成嚴重的影響。

2.2 故障分析和原理說明

為了及時消除故障隱患，在故障發生后，要綜合分析機車的DP數據、機車自身數據和LKJ數據，并結合通訊原理圖和電氣原理圖對整個過程進行推斷和分析，直至與線上司機反饋的情況相吻合為止。比如HXD2-69機車2014-12-16運行至延慶—下莊間，列車產生懲罰制動，主控HXD2-69機車A節LDM顯示米花，停車后，LCDM顯示恢復正常，DP自動解除，中部機車顯示意外流量。

2.2.1 LOCOTROL系統數據和機車數據的分析

由于LOCOTROL系統與機車本身系統的時間存在一定的誤差，所以，需要統一時間后才可進行分析，于是，車回后進行時鐘校對工作（HXD2機車操縱節A節機車時間比LOCOTROL時間快1 min12 s，HXD2-69機車A節LOCOTROL時間比中部機車HXD1-99機車慢50 s），然后分析CPM數據發現，CPM數據在1：15：00時間點上記錄A-IPM向下（表示SIPM開始失電），并在1：15：32時間點上記錄A-IPM向上（表示SIPM已重新上電啟動），如圖1所示。

圖1 HXD2機車CPM數據

因為CPM模塊與SIPM模塊的數據時間是一致的，所以，運用Shortcut to LocotrolPTU軟件再次分析SIPM的數據發現，在1：15：32時間點上記錄上電時間、時鐘更新（表示SIPM已上電重啟）等數據，如圖2所示。CPM數據與SIPM數據記錄相統一，這充分說明SIPM短暫失電并在32 s后重啟，但是，此時我們仍需判斷機車懲罰制動是由機車電線路失電造成SIPM故障引起的還是SIPM自身故障引起的。

圖2 HXD2機車SIPM數據

針對上述提出的問題，利用eTrain軟件下載分析HXD2機車的自身數據。在1：16：22，1：16：23（對應LOCOTROL系統時間為1：15：10，1：15：11），也就是在SIPM失電10 s后的時間點上，HXD2機車響應SIPM故障MPU1、MPU2才開始依次記錄機車回零、斷電、降弓和機車電鑰匙聯鎖斷開等故障；在1：16：27（對應LOCOTROL系統時間為1：15：15）時間點上記錄LOCOTROL設備在RS422網絡上丟失；在1：17：02（對應LOCOTROL系統時間為1：15：50）時間點上記錄機車司機制動閥隔離閥VV（IS）RM故障，除此再無其他故障記錄。到此，可以基本判斷是SIPM故障導致機車懲罰制動，HXD2機車響應懲罰制動并進行相應的動作。機車數據如圖3所示。

圖3 HXD2機車數據

為了進一步驗證HXD2主控機車的SIPM故障排除中部的機車故障，重新采集分析了HXD1中部機車LOCOTROL設備的SIPM數據。同樣，HXD1的SIPM數據記錄與主控機車通訊持續中斷，如圖4所示。

圖4 HXD1機車SIPM數據

通過對HXD2機車LOCOTROL設備數據和機車數據的分析、推斷，可基本判斷是SIPM故障導致機車懲罰制動，并且機車響應懲罰制動發生了一系列的動作，比如斷電、降弓和斷開電鑰匙聯鎖等。車回后，拔掉SIPM的供電電源插頭J5進行故障模擬，并下載數據進行上述分析，分析結果與線上事件記錄大致吻合。

2.2.2 SIPM模塊故障的原理說明

HXD2機車的SIPM 模塊是由PDM模塊直接供電的，兩者利用J1和J5插頭連接在一起。當SIPM故障或者PDM模塊短暫失電故障時，會造成SIPM失電；當SIPM模塊失電后，SIPM模塊與LDM屏通信中斷，使得LDM屏無法正常接收到制動機、機車的一些變量，比如列車管壓力、均衡風缸壓力和牽引流等顯示數值的地方就會出現“米花”。同時，因為SIPM故障直接控制的RIM模塊失電，使得HXD2機車的BCU安全回路斷開，機車產生懲罰制動，整列車的列車管壓力開始下降。另外，與機車MPU（主處理單元）的通訊中斷，使得MPU安全回路斷開，HXD2機車會隨之產生斷主斷、降弓、方向回零等動作。因為前部機車列車管壓力下降，這時，中部機車LOCOTROL系統就會檢測到意外流量，由于主控機車的SIPM失電，從控機車無法接收到懲罰指令，所以，從控機車一直嘗試與主控機車通信。但是，在通信持續中斷的情況下，為了保證機車能可靠停車，要切除從控機車制動閥，并牽引封鎖。

3 解決SIPM故障采取的措施

當機車進入修程時，要求檢修車間要做到以下2點：①認真分析機車數據和DP日志，及時發現質量隱患，把故障消滅在源頭；②嚴格按照要求檢查，試驗機車制動機性能和DP連接情況，車間質檢員要做好過程盯控和把關工作。在機車入庫整備作業時，整備車間在HXD2機車制動機試驗時，要加大對關鍵作業環節的盯控力度，按照單機試驗、DP試驗逐步進行，嚴禁簡化試驗程序。對于有故障的LOCOTROL設備，要建立臺賬，以便返修后的跟蹤觀察。在行車過程中，如果遇到LOCOTROL設備故障，建議分解作業，避免故障擴大化。

4 結束語

為了保證大秦線的重載安全和運輸暢通，對于發生的每一個故障，都應本著實事求是的精神鉆研、探索和解決，避免類似故障重復發生。

參考文獻

[1]張曙光.HXD2型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.