常泓潔 王瑞娜

（1.南車戚墅堰機(jī)車有限公司 客戶服務(wù)部，江蘇 常州 213011）

（2.南車戚墅堰機(jī)車有限公司 工藝技術(shù)部，江蘇 常州 213011）

0 引言

集中控制體系結(jié)構(gòu)（CCA）由相互聯(lián)系的許多電子單元組成，它是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的電子控制系統(tǒng)。CCA 執(zhí)行所有測(cè)量、計(jì)算、決策以及控制操作及其他車載系統(tǒng)所需的功能。此種控制系統(tǒng)，以微型機(jī)為核心，采用單元組合方式，根據(jù)不同需要靈活組合成一個(gè)完整系統(tǒng)。該系統(tǒng)既有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制算式先進(jìn)、精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。

1 ARCNet 網(wǎng)絡(luò)

1.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

HXN5 機(jī)車的CCA 結(jié)構(gòu)中，智能顯示器是主要的控制計(jì)算機(jī)，其他的設(shè)備，諸如集成式輸入/輸出控制板（CIO）、牽引電動(dòng)機(jī)控制器（TMC）和柴油機(jī)控制單元（ECU）等均受其控制，它們通過一個(gè)串聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)相互連接，該通信網(wǎng)絡(luò)被稱為ARCNet。

1.2 技術(shù)參數(shù)

網(wǎng)絡(luò)電纜是特殊構(gòu)造的電纜，用于傳遞信號(hào)并降低噪聲敏感性和減少對(duì)外擾動(dòng)。在HXN5 型機(jī)車上，ARCNet 是通過使用DB9 插頭連接機(jī)車上所有微機(jī)控制智能面板的四線網(wǎng)絡(luò)而實(shí)現(xiàn)的。該網(wǎng)絡(luò)電纜容納兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)0、網(wǎng)絡(luò)1），每個(gè)網(wǎng)絡(luò)由兩根電纜線組成，通過采用雙絞線耦合來降低噪聲干擾。ARCNet 基本技術(shù)要求：

數(shù)據(jù)傳輸速率：5Mbps，最大10Mbps；

設(shè)備間距：雙絞線電纜與兩端終端設(shè)備的距離60m；

負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)電平（最?。骸?.5V；

空載時(shí)驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)電平（最大）：±6V；

接收輸入電壓范圍：－7V～+12V；

設(shè)備最大編號(hào)：20；

多個(gè)A、B 通道相連時(shí)，每通道兩根線。

1.3 數(shù)據(jù)傳輸

HXN5 機(jī)車由兩個(gè)ARCNet 物理網(wǎng)絡(luò)用于控制系統(tǒng)。所有面板都通過這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。接有電攬的ARCNet 統(tǒng)一控制構(gòu)架體系（CCA）使用簡單的交替算法，該算法將更新的采樣數(shù)據(jù)傳到與上一次使用的數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)相對(duì)的網(wǎng)絡(luò)上。交替算法使得數(shù)據(jù)傳遞對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有50%的依賴性。兩個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)用于相互提供冗余，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)仍有50%的控制數(shù)據(jù)可以通過另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)成功傳輸。

2 故障分析

智能顯示器DS1、DS2、DS3 是主要的控制計(jì)算機(jī)，它們通過使用ARCNet 網(wǎng)絡(luò)傳遞和接受相關(guān)信息，從而達(dá)到控制機(jī)車上所有其他計(jì)算機(jī)和功能模塊運(yùn)行的目的。當(dāng)機(jī)車控制信號(hào)傳遞異常時(shí)，智能顯示器屏幕和機(jī)車日志里會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)“網(wǎng)絡(luò)故障”的提示，此時(shí)需要進(jìn)入級(jí)別3（IL3）調(diào)出“控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器”查看以便進(jìn)一步確定故障所在。

2.1 故障現(xiàn)象

“控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器”屏幕中包含“重新配置次數(shù)”——該數(shù)字是每個(gè)網(wǎng)絡(luò)自通電以來重新配置的次數(shù)。試圖訪問網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)致重新配置。這些節(jié)點(diǎn)可能已經(jīng)斷開連接并正在嘗試重新建立連接，或節(jié)點(diǎn)可能正首次（即通電時(shí)）接入網(wǎng)絡(luò)。從“控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器”屏幕可以看到各個(gè)面板網(wǎng)絡(luò)上重新配置的次數(shù)。

表1 ARCNet 網(wǎng)絡(luò)DB9 連接器引腳功能定義

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)，網(wǎng)絡(luò)重新配置0/網(wǎng)絡(luò)重新配置1 的計(jì)數(shù)會(huì)以每秒1 次或更大數(shù)值的速率不斷遞增，通過該計(jì)數(shù)可以確認(rèn)故障的發(fā)生。

2.2 故障排除

影響機(jī)車信號(hào)傳遞的因素有兩個(gè)：1）機(jī)車各個(gè)智能控制面板；2）ARCNet 網(wǎng)絡(luò)電纜。

2.2.1 對(duì)失效面板進(jìn)行故障排除

要確定某個(gè)面板是否是重新配置源，可以使用以下兩種方法。

（1）斷開該面板的電源——逐個(gè)斷開面板的電源。這就從網(wǎng)絡(luò)中除去了該節(jié)點(diǎn)，但網(wǎng)絡(luò)仍然會(huì)使用網(wǎng)卡中的網(wǎng)絡(luò)跟蹤來完成總線配置。此時(shí)如果重新配置數(shù)繼續(xù)遞增，就可以排除對(duì)該面板的懷疑。

（2）用旁路法通過將面板的ARCNet 網(wǎng)絡(luò)電纜連接在一起來旁路該面板——這將完全旁路該面板。如果重新配置數(shù)繼續(xù)遞增，就可以完全排除對(duì)該面板的懷疑。

2.2.2 對(duì)失效電纜進(jìn)行故障排除

在網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)傳遞時(shí)總線的每一端都需要網(wǎng)絡(luò)終結(jié)器，以確保信號(hào)的完整性。終結(jié)器短接接頭由DB9 接頭組成，它將引腳3 跳接/短接到引腳7，將引腳5 跳接/短接到引腳9（如圖1 所示）。在終結(jié)器跳接線對(duì)之間增加一條電纜，防止失去終結(jié)器，同時(shí)又保持了物理一致性。

DB9 插頭引腳功能定義如表1 所示。

要確定故障是否是在其中一條網(wǎng)絡(luò)電纜中，可以使用短接插頭來構(gòu)造一個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)，然后將電纜重新恢復(fù)到網(wǎng)絡(luò)中。具體方法如下：將所有網(wǎng)絡(luò)電纜連接在一起，僅在環(huán)路中留下3 個(gè)面板，在CIO 面板上的CIO-WB 處裝上一個(gè)短接插頭，從最后一個(gè)面板開始，逐漸移動(dòng)終結(jié)器，如果重新配置計(jì)數(shù)停止，則證明此前連接的一根電纜為故障電纜，對(duì)故障電纜應(yīng)該更換。

圖1 終結(jié)器短接DB9 接頭內(nèi)部接線原理圖

3 結(jié)束語

在實(shí)際運(yùn)用中，機(jī)車網(wǎng)絡(luò)故障的表現(xiàn)形式各異，針對(duì)HXN5 機(jī)車CCA 體系故障，首先應(yīng)分析其提示信息，仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象，根據(jù)工作原理和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)可能的故障點(diǎn)逐一排查，在有條件時(shí)采用構(gòu)造法和旁路法等方式，最終確認(rèn)故障原因，從而排除故障，確保機(jī)車的正常運(yùn)用。

［1］張居才，李明.HXN5 型內(nèi)燃機(jī)車乘務(wù)員手冊(cè)[M].北京：中國鐵道出版社,2012，11.

［2］陸萍.HXN5 型內(nèi)燃機(jī)車[M].北京：中國鐵道出版社，2012，4.