型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析

HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析-目錄HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析01HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析1HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析二級學(xué)院：機車車輛學(xué)院專業(yè)：鐵道機車運用與維護(hù)班級：21T5學(xué)號：312021500105536姓名：胡芝齊指導(dǎo)教師：毛永文完成時間：2023年12月HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析畢業(yè)論文原創(chuàng)性及知識產(chǎn)權(quán)承諾本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下取得的成果。本論文不涉及版權(quán)糾紛，因本論文引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)特此聲明！作者姓名年月日HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析四川鐵道職業(yè)學(xué)院畢業(yè)綜合任務(wù)課題任務(wù)書HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析摘要隨著鐵路行業(yè)的發(fā)展，我國鐵路運輸在交通運輸方面扮演著越來越重要的角色。本文首先從HXD3型電力機車的生產(chǎn)背景、組成結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點闡述了HXD3型電力機車的總體概述；然后講述了HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成以及功能：接著具體闡述了TCMS系統(tǒng)；最后針對HXD3型電力機車的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行了典型故障分析以及處理辦法關(guān)鍵詞：HXD3；總體概述；網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；TCMS系統(tǒng)；故障分析HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析目錄第1章HXD3型電力機車總體概述11.1HXD3型電力機車的生產(chǎn)背景11.2HXD3型電力機車的組成結(jié)構(gòu)11.3HXD3型電力機車的技術(shù)特點2第2章HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成及功能42.1HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成42.2HXD3型電力機車的網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)52.3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能6HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析第3章HXD3型電力機車微機系統(tǒng)控制操作83.1TCMS系統(tǒng)的組成83.2TCMS系統(tǒng)的控制與保護(hù)功能83.3TCMS系統(tǒng)的顯示界面結(jié)構(gòu)93.4TCMS系統(tǒng)的顯示模式103.5TCMS系統(tǒng)的操作方式11第4章HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)典型故障處理124.1典型故障124.2故障原因12HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析4.3處理辦法135.1不足之處15致謝16第5章不足與展望155.2未來展望15參考文獻(xiàn)17HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析第1章HXD3型電力機車總體概述1.1．HXD3型電力機車的生產(chǎn)背景HXD3型電力機車是由中國北車集團(tuán)大連機車車輛有限公司和日本東芝公司聯(lián)合開發(fā)研制的，以滿足我國鐵路重載貨運需要而研發(fā)的大功率交流傳動干線貨運六軸電力機車。HXD3型電力機車實在和諧3型、和諧3B型電力機車國產(chǎn)化批量生產(chǎn)基礎(chǔ)上，吸收和借鑒了這兩種車型的優(yōu)良性能，以我國為主、自行研制開發(fā)設(shè)計的新產(chǎn)品。采用交—直—交流電傳動，持續(xù)功率為7200千瓦，最高運行速度為120公里/小時1.2．HXD3型電力機車的組成結(jié)構(gòu)HXD3型電力機車的組成結(jié)構(gòu)包括以下幾個主要部分HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析⑴車體：機車車體由車體主體、車體蓋板、車體結(jié)構(gòu)件等組成。車體主體是由鋼板焊接而成，具有良好的強度和剛度，能夠承受各種外力和振動。車體蓋板則用于覆蓋和保護(hù)車體內(nèi)部的機械和電氣設(shè)備。車體結(jié)構(gòu)件包括車體前部、車體后部和車體側(cè)部等，用于連接和支撐車體的各個部分⑵轉(zhuǎn)向架：轉(zhuǎn)向架是HXD3型電力機車的重要部件之一，主要由構(gòu)架、一系懸掛裝置、輪對裝配、二系懸掛裝置、基礎(chǔ)制動裝置、驅(qū)動裝置、電機懸掛裝置、牽引裝置、附屬裝置等組成轉(zhuǎn)向架的主要作用包括①承重：承載機車上部的全部重量，包括車體和設(shè)施設(shè)備，并把重量均勻分配給每個輪對HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析②傳力：保證必要的輪軌間黏著，以傳遞牽引力和制動力，使機車運行和停車③轉(zhuǎn)向：在鋼軌的引導(dǎo)下，保證機車能順利通過曲線和道岔，實現(xiàn)機車在線路上運行④緩沖：緩和線路不平順對機車的沖擊，減少運行中的動作用力及危害，保證機車在牽引力、制動力和各種外力作用下的安全運行⑶車輛底架：車輛底架是機車的重要支撐結(jié)構(gòu)，由長梁、橫梁、連接板等部分組成。長梁是底架的主要承載部分，它由高強度鋼材制成，并經(jīng)由特殊的焊接工藝處理，以提高其強度和剛度。橫梁和連接板則用于連接和支撐長梁，使底架具有足夠的穩(wěn)定性和剛度。底架上還安裝有軸箱、彈簧懸掛裝置等部件，用于支撐和保持車輪與軌道的接觸⑷傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)是HXD3型電力機車的核心部分，由牽引電機、減速器、傳動軸等部件組成HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析⑸制動系統(tǒng)：制動系統(tǒng)是機車的重要安全設(shè)備，由空氣制動器、電阻制動器等部分組成⑹供電系統(tǒng)：供電系統(tǒng)是HXD3型電力機車的重要配套設(shè)備，由電池、逆變器、牽引變壓器等部分組成此外，HXD3型電力機車還配備了高壓電器，通過受電弓將接觸網(wǎng)的高壓電引到車內(nèi)，由變電柜將高壓電變成機車牽引用電。這些部分共同協(xié)作，使得HXD3型電力機車具備了結(jié)構(gòu)合理、性能可靠的特點HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析1.3．HXD3型電力機車的技術(shù)特點軸式為C0-C0，電傳動系統(tǒng)為交—直—交傳動，采用IGBT水冷變流機組，1250kW大轉(zhuǎn)矩異步牽引電動機，具有起動(持續(xù))牽引力大、恒功率速度范圍寬、黏著性能好、功率因數(shù)高等特點輔助電氣系統(tǒng)采用2組輔助變流器，能分別提供VVVF和CVCF三相輔助電源，對輔助機組進(jìn)行分類供電。該系統(tǒng)冗余性強，一組輔助變流器故障后可以由另一組輔助變流器對全部輔助機組供電HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析采用微機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了邏輯控制、自診斷功能，而且實現(xiàn)了機車的網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)功能總體設(shè)計采用高度集成化、模塊化的設(shè)計思路，電氣屏柜和各種輔助機組分功能斜對稱布置在中間走廊的兩側(cè)；采用規(guī)范化司機室，有利于機車的安全運行采用帶有中梁的、整體承載的框架式車體結(jié)構(gòu)，有利于提高車體的強度和剛度采用滾動抱軸承半懸掛結(jié)構(gòu)，二系采用高圓螺旋彈簧；采用整體軸箱、推挽式低位牽引桿等技術(shù)采用下懸式安裝方式的一體化多繞組(全去耦)變壓器，具有高阻抗、重量輕等特點，并采用強迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷技術(shù)采用獨立通風(fēng)冷卻技術(shù)。牽引電機采用由頂蓋百葉窗進(jìn)風(fēng)的獨立通風(fēng)冷卻方式，還考慮了司機室的換氣和機械間的微正壓通風(fēng)HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由多個部分組成。首先，從硬件方面來看，HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)包括機車控制單元(ICU)、彩色液晶顯示屏(LCDM)、機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(TNCS)和機車網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)(MON)等432.1．HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成2第2章HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成及功能1采用了集成化氣路的空氣制動系統(tǒng)，具有空電制動功能。機械制動采用輪盤制動此外，HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)還采用了模塊化設(shè)計，將各個功能模塊進(jìn)行劃分，例如牽引控制模塊、制動控制模塊、輔助控制模塊等。這些模塊之間的信息交互和數(shù)據(jù)處理都通過機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行管理65其次，從軟件方面來看，HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)軟件由機車控制軟件和網(wǎng)絡(luò)控制軟件組成。機車控制軟件主要負(fù)責(zé)控制機車各個設(shè)備的工作狀態(tài)，而網(wǎng)絡(luò)控制軟件則負(fù)責(zé)管理機車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析1同時，HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)還具備故障診斷功能，可以實時監(jiān)測機車的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障及時進(jìn)行處理。如果遇到故障，系統(tǒng)會通過顯示屏向司機提供故障信息提示，方便司機及時進(jìn)行處理[1]2HXD3型電力機車采用機車控制監(jiān)視系統(tǒng)(TCMS)，該網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)以日本成熟的列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)的列車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN)開發(fā)研制而成。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為分布式計算機體系，按功能可劃分為列車控制級、車輛控制級和傳動控制級3綜上所述，HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由多個硬件和軟件組成，它們共同協(xié)作，使機車能夠安全、可靠地運行4機車控制系統(tǒng)以TCMS為核心，采用32位微處理器，分別與顯示單元、主變流器、輔變流器通過RS-485串行總線進(jìn)行通信，機車與機車之間的重聯(lián)通信采用半雙工總線式10Mbps以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析TCMS具有機車順序邏輯綜合控制、機車牽引力和制動力控制、機車空電聯(lián)合制動控制、機車主輔電路保護(hù)控制、機車防空轉(zhuǎn)防滑行保護(hù)控制、機車重聯(lián)控制、機車軸重轉(zhuǎn)移補償控制、機車定速控制、系統(tǒng)實時監(jiān)測診斷、故障信息記錄和顯示等眾多功能系統(tǒng)采用冗余設(shè)計，設(shè)有兩套控制環(huán)節(jié)，一套為主控制環(huán)節(jié)(Master)，一套為熱備控制環(huán)節(jié)(Slave)其任務(wù)是根據(jù)司機指令對主、輔變流器和異步電機進(jìn)行實時控制，對牽引/制動特性和傳動系統(tǒng)的時序邏輯進(jìn)行控制。同時還能顯示機車運行狀態(tài)，具備完善的故障保護(hù)、故障記憶及顯示功能，并在一定程度上具有故障自排除、自動切換和故障處理指導(dǎo)功能HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析2.2．HXD3型電力機車的網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析211HXD3型電力機車的網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指該機車中用于網(wǎng)絡(luò)通信和控制的設(shè)備之間的連接方式和組織結(jié)構(gòu)。HXD3型電力機車的網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)淇梢圆捎妙愃朴诜植际娇刂葡到y(tǒng)的設(shè)計2在這種設(shè)計中，HXD3型電力機車上的各個子系統(tǒng)和設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和協(xié)作。常見的網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括總線型、星型、環(huán)形和網(wǎng)狀型等3總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是最常見的一種，其中各個設(shè)備通過一個共享的總線連接在一起。在HXD3型電力機車中，各個子系統(tǒng)，如牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等，可以通過總線進(jìn)行信息傳輸和控制命令交互4星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，各個子系統(tǒng)或設(shè)備通過一個中央網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如交換機或路由器)與其他設(shè)備相連接。這種結(jié)構(gòu)可以提供更好的網(wǎng)絡(luò)管理和控制能力HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析圖1-1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)43HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種復(fù)雜的系統(tǒng)，它涉及到多個子系統(tǒng)、傳感器、執(zhí)行器以及通信網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，各個設(shè)備之間通過多個連接路徑相互連接，形成一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以提供更高的網(wǎng)絡(luò)容錯性和可擴(kuò)展性1環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，各個設(shè)備通過一個交換環(huán)連接在一起，形成一個閉環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以提供較高的網(wǎng)絡(luò)冗余性和可靠性傳感器系統(tǒng)：傳感器系統(tǒng)是HXD3型電力機車的重要組成部分，它負(fù)責(zé)監(jiān)測機車的工作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)。傳感器系統(tǒng)包括各種傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、速度傳感器等，它們將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸給主控系統(tǒng)65主控系統(tǒng)：HXD3型電力機車的主控系統(tǒng)是其網(wǎng)絡(luò)控制的核心，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制各個子系統(tǒng)的工作。主控系統(tǒng)通過與各個子系統(tǒng)進(jìn)行通信，收集它們的狀態(tài)信息，并根據(jù)這些信息做出決策，向各個子系統(tǒng)發(fā)送控制指令HXD3型電力機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析執(zhí)行器系統(tǒng)：執(zhí)行器系統(tǒng)是HXD3型電力機車的執(zhí)行機構(gòu)，它根據(jù)主控系統(tǒng)的指令，控制機車的各個部件和設(shè)備的運行。執(zhí)行器系統(tǒng)包括各種驅(qū)動器、閥門等，它們通過電信號或機械信號將主控系統(tǒng)的指令轉(zhuǎn)換為實際的物理動作通信網(wǎng)絡(luò)：HXD3型電力機車的通信網(wǎng)絡(luò)是其網(wǎng)絡(luò)控制的基礎(chǔ)，它負(fù)責(zé)將各個子系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行器連接起來，實現(xiàn)信息的傳輸和控制。通信網(wǎng)絡(luò)采用高速以太網(wǎng)技術(shù)，具有高速、穩(wěn)定、可靠的特點在HXD3型電力機車的網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，各個子系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行器都與主控系統(tǒng)相連，形成一個完整的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。主控系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)收集各個子系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并根據(jù)這些信息做出決策，向各個子系統(tǒng)發(fā)送控制指令。同時，主控系統(tǒng)還可以通過通信網(wǎng)絡(luò)接收來自操作人員的指令，實現(xiàn)對機車的遠(yuǎn)程控制2.3