標準動車組互聯互通功能研究

0同型號動車組的互聯互通通過引進、消化和吸收，中國有四個技術平臺：crh1、crh2、crh3和crh5。由于外國平臺制造商的翔動模式不同，不同型號的翔動在人員、操作界、保護邏輯、應用和維護界面方面存在較大差異。目前國外尚無不同廠家采用不同電氣設計、不同網絡設備動車組的互聯互通，甚至同一型號動車組由于采用軟件版本不同也不能實現互聯互通。中國標準動車組首次提出互聯互通要求中國標準動車組在互聯互通設計的基礎上，通過地面網絡通信一致性測試、地面互聯互通測試及實車互聯互通重聯試驗，對動車組互聯互通功能和性能進行全面驗證，實現了不同廠家生產的動車組互聯互通運行。1網絡設計不同廠家生產的動車組能夠重聯運營，即要求動車組實現互聯、互通和互操作1.1車鉤處理機制互聯指物理互聯，是動車組互聯互通的基礎，2列動車組通過統一的前端車鉤（含機械接口、氣路接口、電氣連接器）接口實現機械接口的連接，前端車鉤示意見圖1；通過統一的過渡車鉤實現機車與被救援中國標準動車組的機械連接，以及實現不同廠家、不同速度等級動車組與中國標準動車組之間的救援機械連接，過渡車鉤示意見圖2；通過統一的救援連接器可實現由救援車輛向被救援中國標準動車組提供DC110V電源，滿足救援時控制、制動等應急負載用電。1.2制動指令互通互通指控制互聯，主要為網絡控制指令、硬線控制指令、空氣壓力指令。采用統一的列車級網絡初運行標準、通信協議、故障診斷代碼規范，實現正常運行重聯動車組的控制指令、狀態信息的相互貫通，互聯互通通信機制示意見圖3；采用統一的列車級硬線控制電路、安全環路，實現重聯動車組、相互救援動車組間的關鍵控制指令及安全監控回路的相互貫通；采用統一的BP救援轉換裝置，實現相互救援動車組制動指令互通?；ネㄊ侵袊鴺藴蕜榆嚱M互聯互通的難點，也是地面測試的目標，互通包括底層通信和上層應用的互通。對于底層通信，除要求不同廠家采用相同通信類型及標準外，還需保障通信質量，所以需要進行網絡一致性測試，主要包括物理信號、空載和重載時信號質量、數據幀檢查等。對于上層應用，制定《時速350km中國標準動車組列車級數據傳送規范》《時速350km中國標準動車組網絡故障代碼編制規則及故障代碼》等，在數據通信層面定義了網絡配置方式、列車級數據傳輸內容及格式；在控制功能層面定義了與互聯互通相關的控制邏輯，包括司機室占用、方向管理、換端、運行模式管理、聯掛、解編控制，以及列車網絡系統與牽引系統、制動系統、高壓系統、輔助系統、車門系統、空調系統、轉向架監控系統等控制功能；在硬線控制方面定義了列車重聯線及安全環等控制電路；在人機接口方面定義了與互聯互通相關的8個司機屏主界面及故障代碼編制規則，以保證主控動車組與重聯動車組對其中每一字節、每一位傳輸含義理解一致，對列車指令響應一致，在此基礎上通過地面互聯互通測試驗證并完善互通性能。1.3控制指令輸出的互操作互操作是中國標準動車組互聯互通的最終目標。采用統一的司乘操作布局、主要人機交互界面，實現司乘操作界面的互操作，統一的顯示界面示意見圖4；采用統一的控制指令輸出設備、操作方式，實現主要控制指令輸出的互操作；采用統一的重聯、救援、回送、調車、洗車等工作模式的功能定義、實現方式、操作流程，實現各種工作模式的互操作；采用統一的自動限速控制策略，實現重聯動車組故障時的降級限速控制互操作。2tcn一致性測試列車網絡通信一致性關系到所有與網絡相關的子系統，由于網絡設備來自不同廠家，為了保證設備的兼容性，建立互聯互通一致性自動化測試平臺對其進行測試。該平臺將原有TCN測試方式通過標準的自動化測試平臺實現，根據一致性測試標準通過程序，控制測試切換設備實現電路匹配，將測試設備和IUT組成規定的測試電路，根據測試項點對測試設備進行程控，將原有繁瑣的測試條目集成到統一的平臺軟件上進行自動執行，提高了測試效率，減少了人為干擾誤差，保證了測試精度和測試穩定性，并且增加了ESD相關測試、WTB接收器行為測試等項目，對TCN一致性測試標準的覆蓋度進行了完善。TCN一致性測試平臺主要包括人機交互層、測試執行層、測試設備層三部分（見圖5）。人機交互層主要為測試管理軟件；測試執行層為具體的測試執行軟件，主要包括物理層測試、中繼器測試和功能測試三部分；測試設備層為整個測試平臺的硬件組成部分。TCN一致性測試主要包括MVB網絡及WTB網絡一致性測試兩方面。MVB網絡及WTB網絡一致性測試符合IEC61375-3-2—2012及GB/T28029.2—2011標準要求，測試主要內容見表1、表2。按照標準要求細化了測試方法及評價標準。以“MVB穩定性測試”為例，其測試原理見圖6,TE通過200m長網線與被測設備相連，配置好TE及被測設備端口、地址，進行200萬幀通信，MVB分析儀持續監測通信狀態，測試期間，被測設備A路、B路無丟幀情況，測試通過。3地面測試平臺為了在地面全面測試不同廠家生產的動車組互聯互通性能，建立了中國標準動車組地面互聯互通測試平臺。該測試平臺采用與實車相同的總線連接方式，將列車主要系統（如門系統、制動系統和牽引系統等）在功能系統軟件仿真模型中集中實現，接入核心網絡設備（如中央控制單元，列車顯示屏等），其他被測網絡設備也可以實物方式存在，測試平臺可根據需求增加或減少網絡設備，通過調整軟件仿真系統的配置，實現分布式控制。中國標準動車組地面互聯互通測試平臺針對2列8輛編組動車組架構實現（見圖7），分為A型動車組地面測試平臺、B型動車組地面測試平臺和重聯控制柜。A、B型動車組地面測試平臺可各自實現1列8輛編組動車組網絡功能，可為各列動車組子系統控制器提供網絡及電氣接口，為系列化動車組測試提供專用接口；測試平臺間通過重聯控制柜進行列車重聯控制。在測試平臺上采用軟件仿真提供全列車的運行環境，為各列車控制功能互聯互通測試提供試驗模擬條件。重聯控制柜實現A、B型動車組地面測試平臺之間網絡信號和電氣信號的連接、斷開控制。通過地面互聯互通測試平臺，全面驗證不同廠家生產的動車組網絡配置、監測、保護和診斷邏輯等功能，確保動車組間實現互通。中國標準動車組地面互聯互通測試內容見表3。根據測試需求，細化了各個項點的測試方法及評價標準。以“故障保護試驗（降弓故障子項點）”中主控車不降弓、從控車降弓工況為例，測試方法為將A型動車組激活，方向前向、升弓、合主斷、牽引手柄置于牽引1級，然后在B型動車組上模擬1個牽引系統的嚴重故障（需降弓）。評價標準為B型動車組發布本列降弓指令，A型動車組不發布降弓指令，B型動車組降弓，A型動車組受電弓保持。4地面試驗系統通過動車組互聯、互通、互操作的設計及地面互聯互通測試，實現了動車組間互聯互通的功能，但由于地面無法模擬實車運行的電磁、傳輸等環境，還需通過實車互聯互通重聯試驗系統性地驗證動車組重聯后各系統運行性能及網絡邏輯一致性，確保動車組互聯互通重聯運行的指標滿足要求。實車互聯互通重聯試驗主要分為網絡邏輯驗證試驗和性能試驗。網絡邏輯驗證與地面互聯互通采用軟件模擬不同，通過動車組真實故障設置、手柄操縱等方式進行直接驗證；性能試驗則在2列動車組牽引、制動、弓網、輔助等主要系統布置測點，并采用GPS同步采集設備時鐘，按照試驗大綱要求對重聯動車組各系統的運行性能、響應時間等進行全面驗證，中國標準動車組實車互聯互通重聯試驗主要項點見表4。2015年8月在北京環行鐵道試驗線、2015年12月—2016年2月在大西高鐵高速綜合試驗段對CRH-0207(CR400AF樣車）和CRH-0503(CR400BF樣車）2列時速350km中國標準動車組進行了互聯互通重聯試驗由圖9和圖10可以看出，2列動車組電氣參數對操作指令的響應一致，運行性能達到設計要求。2016年7月在鄭徐高鐵綜合試驗中，CRH-0207與CRH-0503兩列擬運營中國標準動車組在世界上首次實現了以420km/h互聯互通重聯運行5中