HXD2B微机网络系统

第七章微机网络监控系统概述HXD2B型电力机车控制系统LCMS主要由微机控制系统、WorldFIP网络通信系统和相应的DC110V电气控制电路等组成。HXD2B型电力机车控制系统的核心是基于WorldFIP总线的微机网络监控系统。通过在HXD2/HXD2B型电力机车项目上与法国ALSTOM公司的合作，国内铁路机车制造行业系统地引进了WorldFIP网络通信与监控技术，并实现了网络监控系统关键部件的国产化生产，极大地提高了我国车载微机网络通信与监控技术水平，以及控制系统关键部件国产化制造水平。HXD2B型电力机车微机网络监控系统LCMS以单节机车为一个单元，包括主处理单元2组（MPU1和MPU2）,远程输入输出模块2组（RI0M1和RI0M2）,牵引控制单元6组（TCU1〜TCU6）,辅助控制单元2组（ACU1和ACU2）,司机显示单元2组（DDU1和DDU2）,制动控制单元1组（BCU）组成。整套微机网络监控系统采用模块化设计，具有充分的可扩展性。可按照用户要求，适当的增加或减少接入FIP网络的电子部件。HXD2B型电力机车微机网络监控系统LCMS向用户提供了完善和强大的机车控制功能，其主要控制功能包括机车运行控制与监控功能、网络通信功能、牵引/制动特性控制功能、辅助控制功能、故障诊断/检修维护功能等。HXD2B型电力机车的DC110V电气控制电路包括有接点电路、列车超速防护设备、列车通讯设备、无线重联控制设备等。实现的功能与既有直流机车控制电路类似，用于提供部分不接入FIP网络的DC110V设备的控制功能。HXD2B型电力机车的有接点电路是指控制电源为DC110V（包括DC24V）的低压电气控制电路。HXD2B型电力机车的列车超速防护设备、列车通讯设备、无线重联控制设备，将在第十一章《列车运行控制系统车载设备》中有详细描述，故本章不再提及。微机网络监控系统结构HXD2B型电力机车微机网络监控系统LCMS基于WorldFIP总线的网络通信和监控技术。由于HXD2/HXD2B型电力机车采用了WorldFIP网络通信技术，故在此需要介绍WorldFIP网络通信的基本原理，随后将介绍HXD2B型电力机车的微机控制系统。WorldFIP网络通信的原理和结构HXD2B型电力机车网络通信结构HXD2B型电力机车微机网络监控系统LCMS的通信结构一般分为两级：车辆级通信和列车级通信，对应的FIP网也分为两级：FIP车辆网FIPV和FIP列车网FIPT。具体的FIP网络拓扑结构参见图7.1所示。图7.1HXD2B型电力机车微机网络监控系统LCMS拓扑结构图a）FIP车辆网（FIPV）HXD2B型电力机车微机网络监控系统的车辆级通信是通过FIPV网进行，通过FIPV网进行通信的设备包括：主处理单元MPU、远程输入输出模块RIOM、牵引控制单元TCU、辅助控制单元ACU、制动控制单元BCU、司机显示单元DDU。同时FIPV网允许增加新的附加设备，以提供新的功能，如GPS系统或TCN接口等。（1）FIPV网的功能FIPV网用于实现每节机车内部的设备之间的信息交换，每节机车的FIPV网均采用两路介质冗余设置，以保证网络通信的正常。FIPV网主要实现下述功能：..设置RIOM、TCU、ACU、BCU、DDU的参数。..实现MPU与其它设备之间的周期性数据交换。..实现MPU与其它设备之间的非周期性数据交换（维护用）。..在FIPV网内部提供统一的日期和时间。车辆总线FIPV车辆总线MVB列车总线FIPT（2）FIPV主要特点..FIPV用于每节机车内部设备之间的功能和信息交换，每节机车都拥有一个带冗余介质的FIPV来保证接入FIPV的各个设备之间的数据交换。每台HXD2B型电力机车拥有两套相互独立的FIPV总线介质。..FIPV是一个静态地址网，需要人为定义连接在FIPV内的各个设备的网络地址，以保证设备间的正常通信。..FIPV是一个具有冗余功能的网络，它使用双绞屏蔽线介质冗余方案，用于增加机车的功能有效性。..FIPV的最多允许接入节点数是32个。..FIPV和一套主控-从控装置一起工作，主控设备称为总线仲裁器（BA）,FIPV采用双总线仲裁器冗余方式，在FIPV网络上任意时刻只能存在一个总线仲裁器处于工作状态，另一个总线仲裁器处于热备状态，一旦主总线仲裁器出现故障，备用总线仲裁器能立即投入正常工作。..总线仲裁器功能由MPU管理（主MPU负责计算机冗余管理）。..FIPV采用变压器隔离。..FIPV的传输速度为铁路机车车辆的专用速率1Mb/s。..FIPV采用曼切斯特编码。..FIPV使用一个16位的多项式CRC检验和（循环冗余检验和）来保证数据的完整性。..FIPV的基本交换周期为40ms。..FIPV主控设备为MPU1或MPU2。..在FIPV网络终端放置有终端电阻，其目的是：..使网络终端匹配电缆的阻抗特性；..固定导线的电位；..消除对线路的影响。..可以使用一个反射仪来检验机车FIPV网络的质量，反射仪可以提供接入FIPV网络各个节点的状态。（3） FIPV信息类型FIPV的接入只有总线仲裁器能够管理，总线仲裁器负责安排信息交换。交换的信息包括周期性变量（确定性交换）或非周期性信息（非确定性交换）。对于周期性数据，其大小在1〜128字节之间，总线仲裁器使用一个包含数据所有标志符的表，将数据在预定的时间传送至网络，以安排数据交换。对于非周期性数据，本类数据在周期性数据交换之间的网络空闲时间内传送。每条数据的大小不超过256字节，它通过源地址和存储器地址识别（点到点传送）。（4） FIPV传输介质FIPV的传输介质为所有连接在FIPV网络内的设备提供冗余设计，相应的生产者/消费者规则如下：..对于生产者，所有的数据按两种介质系统地发送。..对于消费者，要考虑的是第一个到达的数据。在下列情况下，一种方式是无效的：..超过门槛值后的时间内收到的结构错误率。..当发送时，检测到介质的调整丧失。如果丧失了一个传输介质，数据将在另一个传输介质中传送，并由系统记录下故障。如果两个传输介质全部丧失，则FIPV网络将重新使两种传输介质生效以传送信息。如果还是没有消费者能够读取数据，会有一个能发现生产者缺失的敏感机械设备帮助每一个消费者发现它。发现生产者缺失后，每一个消费者把数据的故障值定义为系统的安全值。数据的传输有效性除了CRC校验，传送数据的有效性由数据的状态(刷新状态和敏感状态)来加强。敏感机制允许消费者的部件FullFIP2芯片控制网络上的FIPV网的存在。敏感装置的状态由消费者的FIP部件产生。这个状态用于检测网络上无数据时的超时情况，并通知消费者数据内容已经很长时间没有更新了。在这种情况下，消费者使用定义为系统安全值的数据故障值。刷新机制允许生产者的FullFIP2芯片控制数据在发到FIPV网络前已经由应用软件更新了。这个状态是发送到消费者的数据的特殊信息。它由消费者读取，并允许应用定义为系统安全值的数据故障值。FIP列车网(FIPT)FIPT概述HXD2B型电力机车的列车级通信主要通过FIPT进行，用于多级联挂的HXD2B型机车之间所有的功能和信息交换。出于通信安全性和可靠性的考虑，FIPT与FIPV类似，也采用双路介质冗余设计。由于FIPT上接入节点数的配置是不固定的，因此FIPT网络是一个动态网络。整个FIPT的网络结构能根据接入FIPT节点数的变化而自动改变，即接入节点的网络地址是不固定的，需要由主控机车的主总线仲裁器进行分配指定。FIPT允许接入的节点最多是8个。FIPT功能..管理连接在FIPT中各个设备的初始化；..监控FIPT网络拓扑结构；..向所有用户提供统一的日期和时间；..实现各个节点间的周期性数据交换；..只有每节机车的MPU能够接入FIPT。FIPT特点在FIPT网络的终端有一个节点作为FIPT网的网络监控器，这个网络监控器一直监控着网络结构，以发现网络中节点是否有紧急事件或增加或消失。一旦网络监控器发现整个FIPT网络结构发生改变时，将执行整个FIPT网络初始化过程。具体而言，FIPT拥有下述特点：..FIPT网络协议参考国际标准IEC61158-2和EN50170。..FIPT采用的变压器隔离。..FIPT总线类型采用动态总线，能够自动分配设备的网络地址。..网络传输速率同FIPV一样，均为1Mb/s。..介质冗余方式为双绞屏蔽线冗余。..FIPT网络不需要设置终端电阻器，因为它是点到点布线，每一个节点均使用120Q阻抗以匹配网络。..FIPT网络管理和降级模式和FIPV网络的机制是相同的。但增加了一个特殊的网络初始化过程，以确定FIPT网络内节点结构和在信息交换开始前确定各电子设备的网络地址。..HXD2B型电力机车微机网络监控系统只有MPU能够与FIPT连接。..FIPT是一个具有冗余功能的网络，它使用双绞屏蔽线介质冗余方案，用于增加机车的功能有效性。..FIPT网络的拓扑结构可以根据连挂机车的节数而改变。..HXD2B型电力机车的FIPT节点数最多为8个。7.2.1.2WorldFIP网络原理a)WorldFIP概述WorldFIP是世界工厂仪表协议(WorldFactoryInstrumentProtocol)的缩写。最初由ALSTOM等几家法国公司在原有通信技术的基础上根据用户的要求所制定，随后即成为法国标准，称为FIP。后又采纳了IEC物理层国际标准IEC61158-2，并命名为WorldFIP，对应的标准是EN50170《通用现场通信系统》和IEC61158-2《工业控制系统用现场总线标准第2部分：物理层技术规范和使用定义》。对应的国际组织为WorldFIP组织，成立于1987年，现有成员100多家，其中包括多家世界著名大公司，如ALSTOM、SCHNEIDER、HONEYWELL、CEGELEC等。WorldFIP的设计思想WorldFIP的设计思想是：按照一定的时序，为每个信息生产者分配一个固定的时段，通过总线仲裁器逐个呼叫每个生产者，如果该生产者已经上网，则应在规定时间内应答。生产者提供必要的信息，同时提供一个状态字，以说明这一信息是最新生产的，还是过去传送过的老信息。消费者接收到信息时，可根据状态字判断信息的价值。WorldFIP特点WorldFIP是面向工业控制领域的现场总线，其主要特点可归纳为实时性、同步性、可靠性。具体而言，WorldFIP的特点包括：WorldFIP具有单一的总线，可用于过程控制及离散控制，而且没有任何的网桥和网关存在。低速和高速部分的衔接通过软件的办法来解决。Wor1dFIP有较完整的系列产品，已准备与Internet、Extranet、Intranet互联网连接。传输介质采用双绞屏蔽线或光纤。传输速率可以为31.25kb/s、1Mb/s、2.5Mb/s、5Mb/s或25Mb/s。机车车辆行业所使用的典型速率为1Mb/s。使用曼彻斯特码编码方式进行传输。采用生产者/消费者、广播方式的通信模式，由总线仲裁器(BusArbitrator，BA)进行集中式介质访问控制。通信实时性强，WorldFIP现场总线对于传输介质的调度使用方式类似于令牌网，各通信站的数据可以在预先确定的时间内在WorldFIP网络上传输。由于这种方式不存在介质使用碰撞问题，因而非常适合于各种对于传输时间具有严格要求的场合，如各种分散式控制系统、分散式数据采集系统等。误码率低，WorldFIP现场总线的报文自带CRC校验功能。数据校验功能由通信控制器完成，报文不可检错概率小。根据统计，采用1Mb/s的速率时，其误码在20年中不会超过一帧。接入WorldFIP网络的多个设备中，分为生产者和消费者两种。每个生产者或消费者变量对应唯一的IP地址。在任意一个时刻，整个WorldFIP网络中的生产者只能有一个，而消费者可以是一个或多个。WorldFIP网络的网络地址是不能重复的，每个接入WorldFIP网络的设备都有其固定的编码。WorldFIP将信息分为周期性同步数据、周期性异步数据和非周期性消息包三种。周期性同步数据要求严格地按照确定的时序进行呼叫，周期性异步数据则用于对于同步性要求不太高的数据传送。周期性同步数据和异步数据用于时序要求严格、数据包不大的信息(一般为8〜128字节)。非周期性消息包则用于对于时序要求不严格但数据量大的信息，每包信息可以达到256字节。WorldFIP支持分布数据库，其中的控制器和协调设备是可以根据实际需要进行灵活设置的。WorldFIP允许进行远程监控。WorldFIP的结构WorldFIP作为实时工业控制网络，可用于连续或断续过程的自动化控制系统。在WorldFIP网络中，连接传感器、执行器、现场设备(常称为“0”级)与PLC/控制器(常称为“1”级)的网络和控制器之间的连接网络使用的是同一种协议。Wor1dFIP网络采用了三层结构：物理层、数据链路层和应用层。这三层是在WorldFIP网络控制器中自动实现的，不需要用户CPU进行干预。它们相应于ISO七层网络通信协议中的第一、二和七层。应用层在用户层信息的前面加上两个字节的识别码(ID)。这两个字节中，第一个是变量类型即所谓PDU类型，第二个字节是数据长度。数据链路层在应用层基础上加上一头一尾。头上是一个字节的状态字，以表示该信息是最近刷新的，还是重复以前的数据。尾上加两个字节，用于16位的CRC校验。物理层在数据链路层基础上再加上帧起始序列(FSS)和帧结束序列(FES)。帧起始序列由前导码(PRE)和帧起始定界符(FSD)组成，前导码由8个“1”和“0”序列组成用于接收方与发送方的时钟同步，帧起始定界符用于表示向数据链路层指示有用信息的开始；帧结束序列由“1V+V-V+V-101”组成，表示帧数据结束。三层协议一共在有用信息两端增加了8个字节。当WorldFIP网络的传输速率为1Mb/s时，帧与帧之间的间隔可设定在10〜70“s之间。如果每个数据都是8字节，有用通量在200〜300kb/s之间。如果数据长度为128字节，有用通量可达800kb/s。WorldFIP的应用WorldFIP作为通用的现场总线标准，已经被广泛地应用于能源、化工、交通运输等工业领域。作为一种用于自动化系统的现场总线，WorldFIP提供现场设备和控制器以及控制器之间的数字化连接。WorldFIP适合各种应用结构：集中、分散和主-从，使分布智能、控制和数据成为可能；其开放性使不同制造厂家的设备能够互操作。在机车车辆制造领域，Alstom公司将WorldFIP网络控制技术作为标准通信协议应用于其开发的列车控制系统的AGATETM系列电子设备，并成功应用于TGV高速列车、Prima系列电力／内燃机车、地铁等不同类型和系列的机车车辆产品中。WorldFIP的硬件目前主要的WorldFIP协议控制专用芯片包括MicroFIP和FullFIP2两种，常用设备还包括总线驱动和变压器等设备。FullFIP2FullFIP2能提供数据链路层和MPS应用层接口，可同时执行工作站功能(生产者/消费者)和总线仲裁器(BA)功能。FullFIP2主要用于总线仲裁，也可作为工作站使用。FullFIP2内部寄存器较多，编程时较为复杂。有专门的C语言的函数库用于总线仲裁器的编程与开发。FullFIP2与FIELDUAL芯片连接后，可实现介质冗余的管理。FullFIP2与WorldFIP的连接是通过总线驱动器并经变压器耦合实现的。MicroFIPMicroFIP是一种低价位、用于用户站的IC,能提供数据链路层和MPS应用层接口，执行工作站功能(生产者/消费者)，主要用于通信量不大的设备中。对于I/O端口不大于16个的用户站，MicroFIP可独立工作。可对于用户事先定义的，网络故障时各输出端口应该输出的值、初值等参数进行远程下载。作为单片机接口芯片,MicroFIP可以方便地与8051、68HCll/12/16等单片机接口。总线驱动器WorldFIP用的总线驱动器与其它类型现场总线用的总线驱动器的不同之处在于：除了实现曼彻斯特编码、解码功能之外，还可提供总线监听与看门狗功能，这为WorldFIP总线的热备份、冗余提供了方便，提高了WorldFIP总线的安全性。变压器变压器用于实现总线驱动器与传输介质的隔离，总线驱动器与变压器之间需要采用保护与抗干扰措施。其它设备符合WorldFIP协议的芯片还有包括FIPIU2、FIPCOI等。WorldFIP网络基本通信模式传输介质WorldFIP的传输介质包括双绞屏蔽线和光纤两种，当采用不同的传输速率时，WorldFIP网络的传输距离也有所不同：①双绞屏蔽线当WorldFIP的传输介质采用双绞屏蔽线时，可以根据实际需要选取不同等级的传输速率和传输距离，具体如表7.1所示。表7.1双绞屏蔽线的传输速率及传输距离传输速率，传输距离，备注31.25kb/s,5〜20km，IMb/s，1〜4km，铁路机车车辆专用2.5Mb/s,500〜1500m，5Mb/s，300〜700m，25Mb/s，80〜200m，②光纤当WorldFIP的传输介质采用光纤时，所有等级的传输速率对应的总线传输距离一样，均为40km。物理连接WorldFIP总线上每个子段最多允许接入32个物理连接点，通过使用分线盒最多可以连接256个站点，整个网络最多允许使用3个中继器来连接4个子段。执行功能连接到WorldFIP总线上的设备从网络角度看，可称之为“站点”，执行两种功能：①总线仲裁器BA总线仲裁器BA用于管理对于传输介质的访问（只调度通信，不调度进程）。网络仲裁器BA是整个WorldFIP网络通信的控制者。网络仲裁器按照事先确定的呼叫次序，依次轮番呼叫每一个生产者变量，因此整个WorldFIP网络上始终保持有信号存在。如果在规定的若干时间间隔内（例如几十毫秒）没有监听到网络上存在信号，则可以诊断为网络故障，此时可以自动将热备份的WorldFIP网络冗余介质切换上去，也可以按用户的设计和需求进行故障安全导向控制，使得各个用户站返回本质安全状态。WorldFIP在网络安全性方面的考虑有其独到之处:在一个WorldFIP网络中可以有一个或多个总线仲裁器存在，但是在任意给定时刻，只有一个总线仲裁器能够发挥作用，其它的总线仲裁器则始终处于热备份状态，保持监听网络的状态。而每个用户站的网络冗余则是通过一个控制器驱动两路总线驱动器，接入两路独立的传输介质来实现的。当一路传输介质损坏时，将自动切换到另一路传输介质。②产生者/消费者功能任何一个站点可以同时具备两种功能：向WorldFIP总线发布消息或从WorldFIP总线接收信息，也称“工作站”功能。但在任意一个给定的时刻，整个WorldFIP网络上只能有一个站点执行总线仲裁器功能。所有要传递的变量均由一个16位的逻辑地址来标识。个变量的值只能由一个生产者产生，但是可为一个或多个消费者所使用。每段现场总线的最大节点数为32个，使用分线盒可连接256个节点。整个WorldFIP网络最多可以使用3个中继器来连接4个网段。（4） 数据结构WorldFIP采用可变长帧结构，每帧的最大字节数为256个。适合于包括TCP/IP在内的各种类型的协议数据单元。WorldFIP可以提供各种专用通信芯片。所有WorldFIP帧都由三部分组成:..帧起始序列（FSS）..数据和控制段..帧结束序列（FES）h）WorldFIP与TCN的比较目前国内已有及正在引进的电力机车用微机网络监控系统多数是基于TCN网络控制技术开发的，HXD2B型电力机车微机网络监控系统是基于WorldFIP网络控制技术平台开发的。与TCN网络相比，WorldFIP网络有其特点和优点。WorldFIP与TCN在部分主要性能指标上的对比如表7.2所示。

表7.2WorldFIP与TCN部分主要指标的对比表WorldFIPTCNMVBWTB传输速率，31.25kb/sIMb/s(铁路)2.5Mb/s5Mb/s25Mb/s(光纤),1.5Mb/s，1Mb/s节点数（无中继器）323232传输介质，双绞屏蔽线或光纤，双绞屏蔽线或光纤，双绞屏蔽线传输距离（无中继器、介质为双绞屏蔽线）1〜4km(IMb/s)20m(ESD)200m(EMD、ESD+)2km(光纤)860m介质冗余，双线冗余双线冗余双线冗余物理介质要求严格较严格较严格符合标准IEC61158、EN50170IEC61375-1IEC61375-1、UIC556总线仲裁总线主-从方式总线主-从方式总线主-从方式可传输信息分类周期性变量（MPS）周期性消息（MSG）非周期性消息（MSG）过程数据消息数据监视数据过程数据消息数据监视数据编码方式曼切斯特编码曼切斯特编码差分曼切斯特编码校验方式16位CRC多个8位CRC16位CRC变量/过程数据（帧）W128bytesW256bitsW128bytes消息长度（一帧）W256bytesW256bits<128bytes帧类型655351619总线主冗余方式多机热备多机热备动态分配网络拓扑结构固定拓扑（车辆总线）动态拓扑（列车总线）固定拓扑动态拓扑设备分类高级设（FullFIP2）通用设（MicroFIP）TCN1〜4类设备TCN5类设备网络系统开放性较好差差开发平台较多少少与TCP/IP的接口方便无无传输音频、视频图像，是（采用光纤介质）否否应用领域车辆（列车）级网络系统、铁路行车调度、输变电系统、工厂级控制系统车辆级网络系统、少量的输变电系统列车级网络系统通过以上比较分析可以看出来,WorldFIP和TCN网络有很大的相似之处,WorldFIP网络也同样适用于铁路机车车辆的控制领域，同时WorldFIP也有其非常独到的地方，拥有足够的扩展性，如Internet接口无缝连接以及视频信息的传送能力，WorldFIP在这方面的功能是TCN所不能比拟的，同时WorldFIP独有的65535种帧类型保证了日后网络的扩展功能，用户可以对其进行定义。由于基于WorldFIP网络系统的列车级网络（FIPT网）和车辆级网络（FIPV网）均采用同一种网络系统，两者之间无需加设独立网关即可实现互相通信，避免了TCN网络中需要加设MVB/WTB网关的复杂性。WorldFIP网络的可靠性要比TCN网络高，因为在MVB的线缆故障中，人为原因比较多，而WorldFIP对于硬件要求更加严格，提供专门的WorldFIP接头，不需要厂家自制，因此其传输路径更可靠。对于连接性的要求，WorldFIP对于设备的连接要求比MVB高。同时由于WorldFIP网为一整套的网络通信解决方案，与MVB所采用的协议形式相比，综合性能更可靠。WorldFIP网络的两个单元之间的冗余是通过开机后的自动识别实现的，先被识别到的默认为主控单元，另一单元定义为从控单元，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，从控单元才变为主控单元，接替网络管理。与MVB中通过电钥匙来识别主控单元不同，WorldFIP的这种方式也增加了系统的可靠性。7.2.2HXD2B型电力机车微机网络监控系统结构HXD2B型电力机车微机网络监控系统由2组主处理单元MPU1和MPU2,2组远程输入输出模块RIOM1和RI0M2,6组牵引控制单元TCU1〜TCU6,4组辅助控制单元ACU1〜ACU4,4组司机显示单元DDU11〜DDU12和DDU21〜DDU22,以及1组制动控制单元BCU组成。主处理单元MPU（MainProcessorUnit）a）MPU综述MPU位于系统柜内,配有完全相同的两个MPU单元,采用3U-21结构机箱。MPU采用主机冗余模式工作，由两组同样的主机MPU1和MPU2组成，但是在正常工作情况下，只有一组MPU主机处于控制机车的工作状态，而另一组MPU主机处于热备状态，在主控MPU主机故障时接替主控MPU主机的控制功能°MPU的外形如图7.2所示。图7.2MPU外形图MPU是HXD2B型电力机车微机网络监控系统的主处理单元，MPU可通过FIP网络管理和调度列车FIPT/车辆FIPV与智能设备间信息传输和交换，并处理来自LCMS的牵引/制动指令和现场信息。b） 机械参数MPU采用快速插接的3U-21机箱，安装在机箱托架中oMPU机箱托架安装在系统柜内靠近中间走廊侧下部。安装时将MPU机箱推入托架并用螺丝固定在托架上。当MPU机箱被推入托架后，固定F48连接器，即完成MPU机箱的电气连接。维修用串行接口位于MPU机箱的前面板上，以保证检修维护工作的快速进行。3U-21机箱托架的机械尺寸为：..长度：498mm..宽度：160mm+50mm（通风区域）..深度：293mm+100mm（背部布线区域）+55mm（前端数据插头空间）机箱深度：280mm机箱重量：约10kg支架重量：约6kgc） 电气参数MPU机箱电源为DC110V，由机车蓄电池提供，每个MPU机箱功耗低于150W。布线连接采用DIN41612连接器(F48连接器的改进)，直接在机箱支架上进行，并保证与机箱的紧密连接。出于EMC要求，MPU采用的连接器需要正确进行接地，且EMC电缆应粗而短。电缆的屏蔽应采用接地棒(或带标识的端子)和焊接套管来保证与外部其它设备的良好接触。环境MPU采用自然对流方式进行冷却，不单设冷却风扇。防护等级为IP20。插件板MPU机箱内目前共有9种共13块插件板(CLXA为选件)，每块插件板的位置是由其发挥的功能来决定的。具体的插件板布置如图7.3所示。图7.3MPU插件板布置图机箱电源板AL1XAL1X板将ALIX板提供的DC110V电源进行变换，向MPU机箱内各块插件板提供土15V、+5V和带隔离的5V电源，同时输出15V电源给EALR板。AL1X板的部分主要参数为：功耗：150W；启动峰值电流：10A；输出电压/电流：..5V/5.5A；..5V/0.2A(带隔离);..15V/4.2A；..-15V/3.7A。外部传感器电源板ALIXALIX板将DC110V电源提供给AL1X板，以保证MPU机箱内各插件板的供电要求，并提供+24V给外部传感器。输出电压：+24V；输出电流：1.05A；其中MPU1的F48连接器的D22点必须与EALR板的D16点相连，这样才能确定MPU1为主MPU,与之相对应的将MPU2定义为从MPU,从而实现MPU的主机热备冗余。FIPV通信板CFXACFXA板用于实现MPU与FIPV内其它设备的通信。串行接口板CLXA(选件)CLXA板通过5芯的RS422总线，实现MPU与分布动力系统Locotrol之间的通信。Locotrol设备与MPU的串口1相连。FIPT通信板FTDBFTDB板用于实现MPU与FIPT内其它节点的通信。CPU板MIXAMIXA板包括一块M32A板，采用i960处理器，RISC32bits,型号为INTEL80960C，主频16MHz，内置RAM(MIXA板4MB+M32A板512kB+MIXA板后备电池供电256kB)和闪存(MIXA板2MB+M32A板1MB)模拟量输入板EALREALR板用于提供8路转换分辨率为12位的模拟量输入通道，目前使用了4个通道。其中2个通道为4〜20mA信号，包括总风管压力传感器和主变油温传感器信号；2个通道为0〜15V信号，包括2个司机室内主司控器的位置信号。（8） 数字低电压输入输出板110X110X板用于输入数字量信号和输出数字量信号。MPU机箱内包括5块110X板，每块110X板提供4路低电压输入通道（110V）和4路继电器输出通道。（9） 检修维护板SRVASRVA板用于实现检修维护用输入/输出的连接。SRVA板的前面板上带LED灯和维护笔记本用接口，能实现快速诊断维护。并且SRVA板自带锂电池，用于保存和备份数据。为实现正常的检修维护工作，SRVA板与外界连接的接口包括：..通过Sub-D9串行接口与维护计算机相连；..通过RS485接口与维护和调试用软件相连。远程输入输出模块RIOM（RemoteInputOutputModule）a） RIOM综述RIOM位于系统柜内，配有完全相同的两个RIOM单元，采用3U-21结构机箱。RIOM用于采集、处理和驱动HXD2B型电力机车内现场电气设备的低压输入/输出信息。通过FIP或MVB总线与MPU或ACU交换数据信息。由两组同样的RIOM组成并采用冗余热备份模式工作，以保证绝大部分的变量实现冗余输入/输出。RIOM的外形如图7.4所示。图7.4RIOM外形图b） 机械参数RIOM采用快速插接的3U-21机箱，安装在机箱托架中。RIOM机箱托架安装在系统柜内靠近中央走廊侧中部位置，安装时将RIOM机箱推入托架并固定在托架上。将RIOM机箱推入托架后，固定F48连接器，即完成RIOM机箱的电气连接。软件下载接口（PCMCIA插槽）位于RIOM机箱的前面板上。维修用串行接口在VISU板的前面板上。4U-21机箱托架（RIOM机箱3U+通风插件1U）的机械尺寸：..长度：502mm..宽度：216.6mm+2X30mm（通风区域，最小尺寸）..深度：350mm+布线区域3U-21机箱重量：14kg插件箱重量：9kg1U通风机箱：1.8kc） 电气参数机箱电源为DC110V，由机车蓄电池供电。每个RIOM机箱的峰值功率低于150W。布线连接采用DIN41612连接器（F48连接器的改进），直接在RIOM机箱托架上进行，以保证与机箱的紧密连接。RIOM采用的连接器，出于EMC要求，需要正确进行接地，且EMC电缆应粗而短。电缆屏蔽应用接地棒（或带标记的端子）和焊接的套管来与外部设备保持良好的接触。d） 环境RIOM采用风冷插件来实现强迫对流，风冷插件由ALA3板提供15V电源。防护等级为IP20。e） 插件板RIOM机箱内目前共有8种共17块插件板，每块插件板的位置是由其发挥的功能来决定的。具体插件板布置如图7.5所示。图7.5RIOM插件板布置图（1） 机箱电源板ALN3ALN3板将DC110V电源变换为6种稳定的直流电压，并实现电隔离，输出电压中包括4种带隔离的+5V电源。..功耗：54W；..启动峰值电流：3.7A；..输出电压/电流：+3.3V/6A；+5V/6A；+5V/0.2A（带隔离）;+5V/0.2A（带隔离）;+5V/0.2A（带隔离）;+5V/0.2A（带隔离）。（2） 外部传感器电源板ALA3ALA3板将DC110V电源进行变换后，提供±15V电源给机箱内各个插件板和外部传感器使用。..功耗：90W；..启动峰值电流：2.8A；..输出电压/电流：+15V/4A；-15V/2A。（3） CPU板ATLSATLS板采用ATLAS处理器，并预留RS485接口。采用的ATLAS处理器能与x86PC标准平台完全兼容。ATLS板拥有32MB的SDRAM，256kB的BIOS闪存，512kB后备电池供电RAM（用于保存事件），1GB的CF卡（装载应用程序）。（4） 通信板NETMNETM板用于FIPV网络通信、CAN总线通信、MVB网络通信，由3个PCBA板构成（NETX、DuagonD113、NETC），占2块标准插件的位置。NETX板用于实现RI0M与FIPV网内其它设备的通信，以及提供ATLS板与输入输出板之间的CAN总线通信。DuagonD113板和NETC板构成了MVB网络通信板。DuagonD113板通过PC104总线与NETX板连接，提供MVB功能，与辅助控制单元（ACU）之间通信；NETC板用于连接MVB网络接口和F48连接器。（5） 数字量输入板EBY6EBY6板用于输入数字量信号，RIOM机箱内包括7块EBY6板，每块EBY6板提供24路低电压输入通道（110V）。..输入电压：DC110V；..额定输入电流：2.2mA；..输入负载电阻：49.5kQ；..通道功耗：0.24W。（6） 数字量静态输出板SSTSST板用于输出数字量信号，提供6路MOS管低压输出通道来驱动静态输出。..最大电流：0.5A；..额定电压：DC110V。数字量输出板SBTSBT板用于输出数字量信号,IOM机箱内包括4块SBT板，每块SBT板提供14路继电器低压输出通道来驱动逻辑输出。..阻性负载(DC110V)：0.5A；..感性负载(L/R=20ms,DC110V)：0.15A。检修维护板VISUVISU板用于确保维修用输入/输出连接，位于RIOM机箱的前面板上，板上带有LED指示灯和维护笔记本用接口，能实现快速诊断维护。并且VISU板自带锂电池，用于保存和备份维修用数据。VISU板通过不同的连接器与不同的设备相连：..通过SCSI连接器连接仪表箱(预留)，这个接口允许在进行调试或维护工作时，能观察到外界施加的模拟信号；..Sub-D9是维护计算机连接用串口；..PCMCIA连接器通过PCMCIA适配板实现软件下载。司机显示单元DDU(DriverDisplayUnit)DDU综述DDU位于司机室操纵台。每套DDU包括1个CPU机箱、2块LCD状态显示屏以及相应的CPU机箱与状态显示屏之间的连接电缆。CPU机箱与状态显示屏的外形如图7.6所示。图7.6DDU外形图(左为CPU机箱，右为LCD状态显示屏)DDU用于实现司机与HXD2B型电力机车网络监控系统之间的信息交流，主要包括两种显示界面：..牵引界面：司机通过DDU了解机车状态并进行相关的牵引控制操作。..故障及维护界面：用于机车配置、维护和故障提示及相关故障处理提示。CPU机箱概述CPU机箱位于操纵台右侧柜体内，由两套完全一样的CPU单元组成，且每套CPU单元分别向一个状态显示屏供电及通信。CPUCPU机箱的CPU型号为ETXCELERON，主频400MHz。当CELERON处理器的问题超过95°C时，则红色LED灯开始不规则的闪烁进行报警。当处理器的温度达到100C后，状态显示屏将自动进入降级模式，在降级模式中，处理器的运行频率下降，直到温度降低大约5C后，此时状态显示屏有一定响应，保持运行。只有在温度降到正常温度后，再重起状态显示屏，显示才能恢复正常。如果处理器的温度超过100C，处理器将自动停止工作，状态显示屏停止刷新，DDU的各个功能也暂时使用，直到温度恢复正常，才能再次对状态显示屏进行操作。电气参数由于CPU机箱位于整个FIPV的终端，因此在CPU机箱内置终端电阻，阻值为120Q±2%。CPU机箱电源功率为60W。而为保证CPU机箱工作在允许的温度范围内，CPU机箱内置风扇进行通风冷却，相应的功耗为30W。CPU机箱的接口CPU机箱在前面板上提供了多种接口，以满足不同用途的要求：..Sub-D9接口，用于连接FIPV网，端口的隔离电压为DC500V；..Sub-D37接口，用于连接状态显示屏；..RS232接口，在调试阶段，用于调试用串口，允许进行调试或软件下载工作，而在正常情况下，将数据插头插接到本接口上；..RS485接口，用于软件下载和数据连接，端口的隔离电压为DC500V；..以太网接口，用于软件下载；..USB1.1接口，用于连接键盘和鼠标，也可以用U盘进行软件下载，采用5V电源，限制电流为500mA。LCD状态显示屏概述两块LCD状态显示屏位于操纵台控制面板上，模块2处为主显示屏，模块4处为辅助显示屏，但是两块状态显示屏是完全一样的，只是实现的功能有所不同。在正常运行时，主显示屏用于显示牵引界面，辅助显示屏用于显示故障及维护界面。状态显示屏主要是通过图形化显示界面来实现人机交互功能。当其中一个状态显示屏故障时，另外一个状态显示屏将会接管所有的功能。状态显示屏的参数和特点状态显示屏采用一块10.4'LCD彩色显示屏，两侧分别有6个按键，司机通过按键进行操作。在状态显示屏的上方有一个用于上电指示的黄色发光二极管、一个用于报警指示的红色放光二极管和一个测亮度的传感器。状态显示屏的使用范围是-25°C〜+70°C(在85°C时，只允许工作lOmin),当环境温度低于-25°C或高于70C，则红色LED灯常亮。在这个温度范围内，状态显示屏是空白无显示的。为保护状态显示屏，电源将被自动切断。但是机车的电子装置仍然在工作。而出于技术方面的原因，在-25°C〜0C时，状态显示屏的性能将受到一定的限制，具体表现为：显示屏的响应时间增加，只能缓慢更新，而且亮度降低，在这个温度范围内状态显示屏只能短时工作。为此一旦温度感应器检测到状态显示屏温度低于0°C,状态显示屏的预热系统将自动开始工作，直到状态显示屏上的红色二极管熄灭后，状态显示屏才能够投入使用。当温度超过+70C后，状态显示屏将被关闭，同时红色二极管发出报警信号，只有在温度降到70C以下后，状态显示屏才能恢复正常工作。显示界面和内容HXD2型电力机车的显示界面采用了大量的符合国际铁联标准的图形信息来表示机车的状态，具有直观简洁的显示效果。主状态显示屏用于显示机车的牵引信息的主状态显示屏如图7.7所示。显示界面分为故障信息显示区、状态信息显示区、可变信息显示区和按钮菜单选项，通过主显示屏显示的信息包括：..均衡风缸的压力；..制动管的压力；..它车制动缸压力；..接触网电压；..蓄电池电压；..牵引力/制动力百分比；..主断状态；..受电弓状态；..司控器状态等。图7.7主状态显示单元显示界面司乘人员可以通过状态显示屏两侧的按键来控制压缩机的启动（强泵）、速度设定、在故障状态下可启动备用速度、时间和压力的显示。辅助状态显示屏辅助状态显示屏的首页的显示内容如图7.8所示。其显示界面主要分为综合信息显示区（固定信息）和按钮菜单选项。其菜单选项主要包括了：机车状态、列车配置、重量输入、退出运行、语言选择、维护菜单、制动菜单、日期和时间设置、备用命令、牵引命令。通过按钮选择不同的选项可进入相应的显示界面。图7.8辅助状态显示屏显示界面其中，综合信息显示区主要通过图形显示：..列车重量；..隔离电机数量/总的电机数量；..隔离电气制动数量/总的电气数量数量；..隔离空气制动数量/总的空气制动数量。对于辅助状态显示屏的显示内容，可以分为正常显示状态和故障显示状态两种。正常显示状态当机车正常运行情况下，辅助状态显示屏的显示界面如图7.9所示。其主要用于显示综合信息和故障及其提示信息，并通过可变信息显示区显示故障处理方式。为只给司机显示相关的信息，故障经过了严格的处理和过滤。其按钮菜单选项包括手动过分相开始/停止、机车牵引方向选择、速度设定选项、列车重量设定选项，司乘人员可通过按钮对所要进行的操作进行选择。图7.9牵引命令显示屏界面故障显示状态当主、辅两个状态显示屏中某一个状态显示屏出现故障时，正常工作的状态显示屏将变为以降级状态工作，大量的信息将集中在该状态显示屏中进行显示，如图7.10所示。其中状态栏和综合栏可通过按钮选项选择。图7.10降级运行后的正常显示屏界面（4） 连接电缆DDU中CPU机箱和状态显示屏之间的连接采用一根3m长的专用连接电缆，结合两个Sub-D37针连接器实现连接。每块状态显示屏和CPU机箱之间采用一根，总共两根。（5）机械参数..状态显示屏工作温度-25〜+70°C（低于0°C时性能受限）；..CPU机箱工作温度-25〜+70C；..储藏温度-25〜+70C；..状态显示屏重量2.4kg；..状态显示屏的机械参数为：长度：348mm；宽度：290mm；深度：56.5mm+108.7mm（布线区域）;..CPU机箱重量1.6kg；..CPU机箱的机械参数为：长度：238.9mm；宽度：132mm+2X50mm（通风区域）；深度：201.3mm+54.7mm（布线区域）。牵引控制单元TCU（TractionControlUnit）a） TCU综述TCU位于牵引变流柜内，包括两台完全相同的TCU单元。每台TCU采用6U-21结构机箱，安装在7U结构的机箱托架中。TCU用于控制和管理牵引变流系统—脉冲整流器和牵引逆变器，实现牵引电机驱动控制。通过FIP总线与MPU进行数据信息交换；采用DSP应用技术，具有快速计算和实时处理能力；采用“轴控”牵引方式，即6台TCU分别控制6套牵引变流装置，以驱动6台牵引电机运行。TCU的外形如图7.11所示。图7.11TCU外形图b） 机械参数TCU采用快速插接的6U-21机箱，安装在机箱托架上。TCU机箱托架安装在主变流柜内，现场电缆与TCU托架连接。安装时将TCU机箱推入托架并固定在托架上。当TCU机箱滑入托架后，固定F48连接器，即完成TCU机箱的电气连接。维护串口和软件下载接口（PCMCIA插槽）位于TCU机箱的前面板上。6U机箱的机械尺寸：..长度502mm；..宽度350mm+2X30mm（通风区域，最小）；..深度350mm+布线区域。6U-21机箱重量：17k支架重量：10k1U冷却机箱重量（预留）：1.8kc） 电气参数机箱电源采用DC110V,由机车蓄电池供电。每个TCU机箱功耗低于400W。布线连接采用DIN41612连接器（F48连接器的改进），直接在TCU机箱托架上进行，保证与机箱环境的融合。TCU采用的连接器，出于EMC要求，需要正确进行接地，且EMC电缆应粗和短。电缆屏蔽应用接地棒（或带标记的端子）和焊接的套管来与外部设备保持良好的接触。d） 环境TCU机箱采用自然通风冷却方式，但是预布冷却风扇连线。防护等极为IP20（前面板）。e） 插件板TCU机箱分为两层布置插件板，分为I/O层和PCI层。插件板位置由各块插件的功能决定，其中I/O层插件板的位置按照标准的设备测试台进行定义，而作为CAN总线的内部终端，ESAL板必须安装在18号板位置。TCU机箱中共有15种16块插件板，插件板的具体位置如图7.12所示。H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12H13H14H15H16H17H18H19I/OfloorI/O层PCIfloorPCI层B1B5B7B9B10B11B13B15B16B18B19ALNUATLSNETXCCN(p)OUTIALCA(p)ESALCCAPCCB(p)EBX6EBX6SBTALCA(s)CCN(s)CCAOCCB(s)图7.12TCU插件板布置图机箱电源板ALNUALNU板将DC110V电源变换为±15V、+5V和3.3V电源，提供给机箱内的各块插件板，其中15V输出也提供给继电器和速度传感器使用。..功耗110W..启动峰值电流12A..输出电压/电流：5V/7A；3.3V/9A；15V/2.5A；-15V/0.5A。CPU板ATLS与x86标准PC平台完全兼容32MB的SDRAM256KB的BIOSFlashEprom512KB备份RAM16MB片上系统磁盘或紧凑Flash闪存卡。TCU单元ATLS板与RIOM单元ATLS板相同。外部传感器电源板ALCA(p)ALCA(p)板将DC110V电源变换为±24V电源，提供给四象限整流器部分的电流/电压传感器和相应的IGBT驱动。..功耗150W..启动峰值电流10A..输出电压/电流：+24V/4A；-24V/2A。外部传感器电源板ALCA(s)ALCA(s)板将DC110V电源变换为±24V电源提供给逆变器部分的电流/电压传感器和相应的IGBT驱动。..功耗150W..启动峰值电流10A..输出电压/电流：+24V/4A；－24V/2A。FIPV通信板NETXNETX板用于实现FIPV内其它设备的通信，以及提供ATLS板与输入/输出板之间的CAN总线通信，与RIOM机箱中的NETX相同。四象限整流器闭环控制板CCNPCCNP板用于控制四象限整流器的IGBT工作，CPU采用1个DSP，型号为ADSP21062,主频40MHz,是四象限整流器IGBT控制的数字核心。CCNP板使用2M闪存,CCNP板与CCN板相互间的传输速度可达到40Mb/s。逆变器闭环控制板CCNCCN板用于控制逆变器的IGBT工作，CPU采用2个DSP，型号为ADSP21062，主频40MHz，是逆变器IGBT控制的数字核心。CCN板使用2M闪存。整流器输入板CCAPCCAP板用于实现四象限整流器控制所需的模拟量和速度信号的输入，并提供硬件保护。逆变器输入板CCAOCCAO板用于实现逆变器控制所需的模拟量和速度信号的输入，并提供硬件保护。整流器脉冲控制板CCB(p)CCB(p)板用于提供控制四象限整流器的IGBT所需的触发脉冲和反馈信号，确保异步牵引电机直接转矩控制的实现。逆变器脉冲控制板CCB(s)CCB(s)板用于提供控制逆变器和斩波器的IGBT所需的触发脉冲和反馈信号，确保异步牵引电机直接转矩控制的实现。模拟量输入输出板ESALESAL板用于模拟信号的输入/输出。ESAL板提供下述接口：..1个带隔离的+24V的PWM输入..3个4〜20mA的模拟量输入..2个24V的PWM输出..1路预留的模拟量输入通道..2路预留的逻辑输入通道..2路预留的PWM输入通道..2路预留的模拟量输出通道..1路预留的逻辑输出通道..1路预留的PWM输出通道低压输入板EBX6EBX6板用于提供12路低压输入通道。..输入电压DC110V..最大耐受电流6.5mA..输入电阻19.8kQ..输入功率0.72W低压输出板SBTSBT板用于提供14路继电器输出通道，与RIOM机箱中的SBT板保持一致。..阻性负载(DC110V)0.5A..感性负载(L/R=20ms,DC110V)0.15A维护板VISUVISU板用于实现系统维护的输入/输出连接。VISU板的前面板上带LED灯和维护笔记本电脑用接口，能实现快速诊断维护。并且VISU板自带锂电池，用于保存和备份数据。VISU板提供不同类型的接口来满足维护工作的需求：..SCSI接口，维护输出盒，与OUTI板配套使用..Sub-D9接口，连接维护笔记本..PCMCIA接口，通过PCMCIA适配器实现软件下载调试板OUTIOUTI板通过特殊电缆连接VISU板的前面板的维护输出盒，从而提供维护信息。OUTI板只用于维护，因此不随车提供，正常情况下也不放置在TCU机箱内。OUTI板可提供32路±10V输出的DAC变换，从而在机车试运时将信息记录在外部设备中。辅助控制单元ACU(AuxiliaryControlUnit)ACU综述ACU位于辅助变流柜内，配有完全相同的两个ACU单元。采用“大恢载板”结构。ACU用于控制与管理由辅助逆变器、辅助斩波器、蓄电池充电机等构成的辅助供电系统。通过MVB总线与RIOM交换数据信息；采用DSP与FPGA等高端应用技术；采用双机互为热备冗余模式工作，故障状态下自动切换。ACU的外形如图7.13所示。图7.13ACU外形图b） 机械参数采用母板（1块）+载板（3块）的大板体系结构模块；2个E型48芯连接器对外连接。高360X宽50X深350（+布线厚度）mmACU机箱重量：约1.5kg；ACU机箱支架重量：约3kg。c） 电路板ACU采用母板（1块）+载板（3块）的大板体系结构模块，计4种4块电路板。其电路板布置如图7.14所示。图7.14ACU插件板布置图母板MB3X电源载板PC3X控制载板DF3X网卡载板MVB（1） 接口处理母板MB3X母板MB3X为与辅助变流器的硬件接口板。主要包括：..蓄电池供电电压：110VDC..19路模拟输入..16路数字输入..8路继电器输出..5路高电流MOS-FET输出..14路PWM输出（斩波器、PMCF、逆变器）..7个门极驱动状态输入..1个RS-232维护健康接口..1个CAN网络接口（2） 电源载板PC3X电源载板PC3X可确保在切断主蓄电池供电3秒内保持内部15V供电。在切断主蓄电池供电后，需保持RTC活动的电源也在该板上。（3） DSP控制载板DF3X控制载板DF3X是ACU的“控制内核”，该板控制所有由母板支持的接口：处理器：DSPTMS320C33FPGA3XC3S1500时钟：60MHz存储器：SRAM2MB程序FLASH2MB记录FLASH2MB（4） 网络通信载板MVB多功能车辆总线MVB板连接至“服务总线1”连接器上，用于与RIOM进行通信。制动控制单元BCU（BrakeControlUnit）BCU位于制动柜内，采用3U-15结构机箱。由SAB-WABCO公司提供，基于GeminiII平台开发，整体集成在制动柜内。具体介绍参见第八章制动系统相关章节。设备布线规则信号等级对于HXD2B型电力机车中不同类型的高低压信号，将其分为5级：..1级—高敏信号1a模拟音频和视频信号1b高频发射和接收信号..2级—中敏信号2a数字传输信号（FIP网、RS232等）2b模拟传感器（电源和测量信号）..3级—低敏信号半导体器件控制信号（如脉冲及其反馈）..4级—介质干扰信号低压信号：-电子设备电源通/断控制信号低压数字输入/输出（继电器、接触器和电磁阀的控制信号）..5级—功率线a网侧电源b牵引电机侧电源c辅助电源（500V、380V等）d蓄电池充电机等布线时的预防措施对于各个电子设备，为保证与布线相关的电磁兼容性，因此对于机箱内的布线及其预防措施有着严格的要求，具体包括：..底板的接地和电源方案；..F48连接器中不同类型信号间隔离；..插件板的布置满足EMC/EMI的要求。要使这些内部预防措施有效，则需要机箱和环境满足下列要求：..接地点要靠近机箱（尽可能短），且位于电缆的终端附近。每个屏柜、机箱等都要通过铜编织线（尽可能短和宽，满足要求：长/宽V5）接地。而使用多根接地线也有益于分流和保证等电位；..每个设备的金属支架和机车的参考地之间的电阻值必须低于lOOmQ；..F48连接器的插针和地之间的所有连线必须尽可能的短（LVIOcm）；..采用金属片来保证电气连接的低阻值；..屏蔽线采用同一类型的护管，多芯和单芯电缆不能混用；..带屏蔽的编织线两端都要接地；..连接器即使没有插入，屏蔽线也必须保持接地。对于不同等级的信号，要求遵守下述规定：..使用F48连接器和套管将不同等级的电缆分别捆绑放置在不同的线槽中；..电缆应尽可能靠近金属构架固定，优先采用专用金属线槽。..电缆交叉时角度要合适。..不同等级的信号线之间的最小间距应满足0要求。表7.3不同等级信号线的最小间距等级12a2b34510mm30〜60mm30〜60mm30〜60mm90mm50〜200mm2a0mm30〜60mm30〜60mm90mm150〜200mm2b0mm30〜60mm90mm150〜200mm30mm90mm150〜200mm4,0mm150〜200mm50mm注：一些情况下（与安全有关）需要更大的间距。如果上述间距无法满足要求，则需要采用全金属间隔来隔离不同等级的信号线。7.2.3.3EMC隔离2a级电缆需通过金属接地板和其它等级的电缆隔离。当2a级电缆需要和4级电缆平行布置的时候，需要通过金属接地板或套管进行隔离。EMC级隔离适用于连接器和电缆布置。7.2.3.4FIPV网配置和使用的电缆各个电子设备可选择FIPV网的冗余介质A或B来接入FIPV网，整个FIPV网上最多允许连接32个设备。每套FIPV介质可以由两种导线（差动和对极性敏感的信号）组成，从一个设备链接到另一个设备，在网络末端端接一个120Q的电阻。如果某个电子设备不位于FIPV的终端，则不需要在该设备处布置调节电阻。在1Mb/s的传输速率下，FIPV和FIPT的主要电气参数如表7.4所示。HXD2B型电力机车培训教材第七章257表7.4FIPV和FIPT主要电气参数特性值备注类型阻抗可调的双绞屏蔽线特性阻抗120Q±10%0.25MHz〜2.5MHzV1.5dB/100m0.25MHz〜1.25MHz衰减V2.0dB/100m在2.0MHz时在1.25MHz到0.25MHz之间衰减差异V0.8dB/100m传输阻抗V20mQ/m0〜20MHz成对短路，测量同轴电缆线形阻抗V100Q/km微机网络监控系统功能HXD2B型电力机车的微机网络监控系统拥有强大和丰富的控制功能，主要包括机车控制与监控功能、网络通信功能、牵引控制功能、辅助控制功能、检修维护功能等。机车控制与监控功能控制功能概述机车控制和监测系统涵盖大部分通常由机电回路实现的功能（与行车安全相关的关键功能除外）。HXD2B型电力机车主要通过微机网络监控系统中的MPU和RIOM来实现这些功能。MPU实现采集输入命令的功能并具有相应的计算能力。通过FIPV网络与TCU通讯，发送有效数据，如机车运行方向、牵引/制动指令、诊断信息等。在重联运用时，MPU根据从本车或重联机车所接受的数据发出指令，通过FIPT网在两台机车之间传输信息。RIOM通过获取输入变量，从而使得微机网络监控系统能够实时掌握机车各个设备的工作状态，并通过RIOM发出输出变量，控制设备动作，实现控制目标。当机车由司机控制时，机车的微机网络监控系统的RIOM获取司机通过操纵台上的控制部件（如司控器、扳键开关等）或通过状态显示屏的按键发出的控制指令。经过MPU的处理，微机网络监控系统将该类指令通过RIOM传递到不被司机直接控制的相关设备，控制设备动作，完成司机发出的控制指令。双机重联的情况下，重联车通过FIPT网络从本务车获取指令，然后重联车的微机网络监控系统负责将命令发送到重联车的相关设备。对于第三台重联机车，本务车的微机网络监控系统将相关的控制指令，通过RS422串行总线提供给本务车的Locotrol系统，通过Locotrol系统的无线传输功能提供给第三台重联机车，重联机车的Locotrol系统接收到相应的控制指令后，将其通过RS422串行总线提供HXD2B型电力机车培训教材第七章258给重联机车的微机网络监控系统，最终实现控制功能。需要注意的是，微机网络监控系统只实现不在安全评定范围内的控制功能。对任何安全等级有要求的控制功能都必须通过硬线连接实现。实现的控制功能微机网络监控系统执行的控制功能包括：..司控器发出的牵引/制动命令的处理；..FIPT、FIPV和MVB网络的管理；..MPU和RIOM上的数字和模拟量输入/输出控制；..机车的自动启动顺序控制；..撒砂控制；..主压缩机和辅助压缩机管理；..撒沙和轮缘润滑器管理；..机械间通风；..空调接口；..火警检测管理；..过分相区及过隧道管理；..与BCU的接口；..进入运营及运营维持的操作；..重联单元操作；..日期时间和各种运行计数器的管理；..故障记录、检修维护及试验模式管理；..机车子系统的监控（状态和故障）；..人机接口（为司机和维护人员显示信息和通过DDU的状态显示屏的按键所进行的命令和选择）；..帮助故障排查。监控功能微机网络监控系统拥用监控功能的目标是为了监控并记录所有机车子系统和设备状态信息，以便通过DDU的状态显示屏向司机报告°MPU记录的故障数据还可以通过专用的维护笔记本进行下载和故障分析。故障储存微机网络监控系统通过MPU记录各类故障信息。MPU内存储的故障信息通过故障的HXD2B型电力机车培训教材第七章259日期、代码、标识和内容来进行定义和分类。车载监控司机和检修维护人员可以通过操纵台上的DDU状态显示屏查询微机网络监控系统接收到的各类故障信息。操纵台上有两台状态显示屏。左侧的主状态显示屏专注于显示牵引界面，辅助显示屏用于显示故障及维护界面。两台状态显示屏的硬件和软件都是一样的，当其中一台状态显示屏发生故障切除后，另一台状态显示屏会显示所有必要的信息。LRU标识微机网络监控系统中包含的所有单元都会执行自检程序，可以快速而准确地检测故障子系统。LRU是按照整个机柜或单个装置（MPU、RIOM、DDU等）定义的。快插技术可以实现故障单元的快速更换，更换下的故障单元可在车下试验台上进行测试。7.3.2网络通信功能FIPV网络通信FIPV处于一个静态的工业网络中，带有两个用于每节车通信的冗余介质，网络传输速率为IMb/s，此网络拓扑的安装与交换性能如下：..用于控制与监控目的的设备间周期性变量。..用于维护目的的不规则的变量或信息。FIPT网络通信FIPT由FIPV改进而来，也有两个传输速率为1Mb/s的冗余介质，并扩展到动态网，用于每台机车的A、B节机车之间的通信，也可用于重联模式下两台机车间的通信。网络拓扑可根据列车编组而发生改变，其交换性能如下：..用于控制与监控目的的机车之间的周期性变量。远程无线通信分散式重联单元内的无线通信是通过GE公司的分布动力系统Locotrol来实现的，此系统在HXD2B型电力机车的微机网络监控系统的主机(MPU)和分布动力系统Locotrol之间使用了RS422串行网关。.MVB网络通信MVB多功能车辆总线冗余网络为静态网络，是RIOM和ACU之间通信的专用网络。其中RI0M为总线管理器，而ACU为从控装置。网络传输速率为1.5Mb/s。其交换性能如下：..周期性交换由总线主控装置RIOM管理。HXD2B型电力机车培训教材第七章260..主帧由总线主控装置发送，发布方通过接收方可读取的从帧进行响应。牵引控制功能牵引和高压功能..受电弓和断路器控制..高压电路结构..主变压器管理..驱动指令管理..速度控制要求操作..牵机入库操作..牵引连接器管理..车轴命令管理..整流器控制与监督管理..逆变器控制与监督管理..异步电动机的控制..防空转/防滑行管理..再生电力制动与空气制动的接口..冷却与通风管理..功率测试管理相关设备..MPU：与TCMS功能使用同样的计算机..TCU：一个通过车轴独立的专用计算机，位于牵引变流柜内部，并具有快速计算能力，可准确控制IGBT电流。辅助控制功能辅助功能..辅助斩波器控制..辅助逆变器控制（分配380V）..蓄电池充电机控制..辅助电流接触器管理相关设备..ACU（辅助控制单元）：每台机车配有两台辅变柜，每台辅变柜中包含两台专用计算机。辅变柜的每个辅助控制单元管理独立的辅助输出，一个输出使用固HXD2B型电力机车培训教材第七章定频率，而另一输出为变频。对每一输出的两个独立负载分别作出了定义，但在备用模式下有冗余设置，以保证当一个辅助整流器出现故障时，同一辅变柜中的另一台变流器能承受紧急模式下的两个负载荷。..MPU（主处理单元）：与用于控制在正常和救援模式下的辅助变流器的配置的TCMS功能使用相同的计算机检修维护功能概述主要故障显示在DDU上，此外一些测试也可通过DDU完成。其它维护设备也可通过软件工具使便携式电脑与司机台上专用的FIP插头连接或与象MPU或TCU一样在设备内部进行局部串接。此连接可实现：..下载每个设备的情况..监控设备与功能的主要状态..实现自我测试USB1.1键连接在DDU上：允许从FIPV网络的电子设备上下载事件和故障°ACU故障记录在RIOM存储器内，因此可通过FIPV网络下载。故障处理原则HXD2B型电力机车微机网络监控系统将机车故障分为三级：A级故障：严重故障，危及行车安全的故障，要求控制系统立即自动发出停车指令，实现自动停车，等待救援。B级故障：中等故障，对机车性能有较大影响，要求控制系统给出停车提示信息，由司机操作，实现停车处理故障。C级故障：轻微故障，对机车性能影响较小，要求控制系统给出故障提示信息，由司机进行确认，回段后处理故障。在每一类故障中，不同的故障又依据其的危险程度进行分级，如果有两个故障到达状态显示屏等待显示，则故障类别和等级较高的故障将被优先显示，如果两个故障的故障类别和等级较高相同，则依据到达状态显示屏的时间先后次序依次显示。检修维护工作的执行HXD2B型电力机车微机网络监控系统允许司机通过DDU实现快速、准确地故障诊断显示和获取故障处理提示，有效的提供了司机故障处理能力，尽量减少机车线上故障带来的损失。同时HXD2B型电力机车微机网络监控系统允许地面维护人员通过专用维护笔记本，利用串口或FIPV网口等多种接口，进行检修维护工作，并提供丰富的故障记录和查询HXD2B型电力机车培训教材第七章功能及控制界面，从而能够最大限度的减少检修维护作业的工作量和时间。HXD2B型电力机车微机网络监控系统的日常检修维护工作基于安装有专用检修维护软件的维护笔记本进行。维护笔记本通过串口或FIPV网接口与微机网络监控系统相连。HXD2B型电力机车微机网络监控系统的各个电子设备均提供维护检修专用接口，可同时使用多部维护笔记本对多个电子设备进行检修维护工作。维护笔记本中安装的专业维护软件称为eTrain，属于Alstom公司专门开发的一种维护软件，eTrain软件提供了HXD2B型电力机车微机网络监控系统中各个电子设备的事件管理功能，还可提供对于事件的详细描述功能，包括显示介面、图标和外接卡的设计功能。eTrain软件可通过串口下载事件信息；可将一个安装eTrain软件的服务器作为eTrain软件服务器，自动升级接入所在以太网的维护笔记本的eTrain软件版本。eTrain软件分为两种工作模式：用户模式：在此种模式下，可以进行下述工作：相关事件的下载；检修界面的使用；图标的创建和使用。管理员模式：在此种模式下，可以进行下述工作：外形管理；可以选择管理员连接，添加新的显示项目，调整已有的显示项目；文件管理；