HXD2型机车SIPM故障的分析

李科

摘 要：深入分析了HXD2型交流传动电力机车SIPM（扩展集成处理模块）模块故障导致的DP自动退出现象，有利于行车指挥人员进行故障判断，缩短故障机车的在线处理时间，以保证大秦线重载运输的通畅。

关键词：HXD2型机车；SIPM；故障研究；重载运输

中图分类号：U269.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.092

作为大秦线20 000 t重载牵引的主型机车，HXD2型电力机车采用LOCOTROL技术实现与其他机车的远程同步操作。SIPM（扩展集成处理模块）作为LOCOTROL系统中的主处理单元，负责与机车MPU（机车主处理单元）、BCU（制动控制单元）和LOCOTROL系统内PDM模块（电源模块）、LDM模块（LOCOTROL显示屏）、RIM模块（继电器接口模块）、CPM模块（继电器接口模块）通讯。在运行过程中，如果SIPM（扩展集成处理模块）发生故障，会直接中断与上述模块的通讯，从而使机车产生惩罚制动，严重影响大秦线的正常运输秩序和行车安全。

1 HXD2机车LOCOTROL系统

HXD2机车LOCOTROL分布式动力系统主要由SIPM（扩展集成处理模块）、PDM模块（电源模块）、LDM模块（LOCOTROL显示屏）、RIM模块（继电器接口模块）、CPM模块（继电器接口模块）、OCU（GEM-R车载通信单元）和RDTE（无线数据传输设备）7个模块组成。每个模块的功能如下。

1.1 SIPM（扩展集成处理模块）

SIPM是LOCOTROL系统的核心，它带有一个主系统处理器，用于运行DP应用软件，并且其与LOCOTROL显示设备（LDM）通信，用于显示和执行LOCOTROL一定的功能。SIPM通过RS422接口与机车主处理单元（MPU）、空气制动单元（BCU）和继电器接口模块（RIM）通讯。在SIPM前面板上有13个LED指示灯，它们是用来提供系统状态的操作反馈。在正常的空气制动操作中，上端的2个绿灯必须亮，表示空气制动失效的红灯不亮。

1.2 RIM（继电器接口模块）

RIM提供的是SIPM与机车之间的离散信号接口，同时，输出对电源联锁继电器（PIR）和紧急电磁阀（EMV）安全回路的控制信号。另外，RIM也提供机车对这些离散信号发出的反馈信号。

1.3 PDM（电源模块）

PDM包括一个变压器，它能将机车的110 VDC电源变换成SIPM模块需要的66 VDC电源。

1.4 CPM（通信处理模块）

CPM可以为每台机车上的LOCOTROL电子制动系统设备与通信媒体之间提供车载接口。CPM负责接收从SIPM得到的信息，然后将信息发送到当前有效的通信路径OCU或者RDTE，同时，还接收来自OCU或者RDTE的信息，并将其传送给SIPM。

1.5 OCU（车载通信单元）

OCU是GSM-R网络的车载通信终端，为LOCOTROL系统提供各机车之间传递信息的透明无线传输通道。车载通信单元主要包括GSM-R无线模块、控制模块、接口模块和电源模块。车载通信单元负责建立和维护与应用节点（AN）的电路连接，并向CPM报告电路的连接状态，同时，还在CPM与应用节点之间传递数据。

1.6 RDTE（无线数据传输设备）

RDTE是LOCOTROL列车上各机车之间的另一条无线传输通道，每个RDTE有2个收发信机。在使用RDTE通信路径时，主控机车上的无线电发送指令到从控机车，并将对指令的响应状态解码显示给操作人员。

2 SIPM模块故障的现象分析

2.1 故障分类和产生的影响

SIPM模块故障分为两种，即SIPM模块本身发生故障和SIPM模块失电。这两种故障最终都表现为SIPM模块与其他模块通讯中断，造成机车惩罚制动。同时，HXD2机车响应惩罚制动进行断主断、降弓操作，甚至LOCOTROL系统会自动退出，使得机车无法正常运行，给大秦线的生产运输造成严重的影响。

2.2 故障分析和原理说明

为了及时消除故障隐患，在故障发生后，要综合分析机车的DP数据、机车自身数据和LKJ数据，并结合通讯原理图和电气原理图对整个过程进行推断和分析，直至与线上司机反馈的情况相吻合为止。比如HXD2-69机车2014-12-16运行至延庆—下庄间，列车产生惩罚制动，主控HXD2-69机车A节LDM显示米花，停车后，LCDM显示恢复正常，DP自动解除，中部机车显示意外流量。

2.2.1 LOCOTROL系统数据和机车数据的分析

由于LOCOTROL系统与机车本身系统的时间存在一定的误差，所以，需要统一时间后才可进行分析，于是，车回后进行时钟校对工作（HXD2机车操纵节A节机车时间比LOCOTROL时间快1 min12 s，HXD2-69机车A节LOCOTROL时间比中部机车HXD1-99机车慢50 s），然后分析CPM数据发现，CPM数据在1：15：00时间点上记录A-IPM向下（表示SIPM开始失电），并在1：15：32时间点上记录A-IPM向上（表示SIPM已重新上电启动），如图1所示。

图1 HXD2机车CPM数据

因为CPM模块与SIPM模块的数据时间是一致的，所以，运用Shortcut to LocotrolPTU软件再次分析SIPM的数据发现，在1：15：32时间点上记录上电时间、时钟更新（表示SIPM已上电重启）等数据，如图2所示。CPM数据与SIPM数据记录相统一，这充分说明SIPM短暂失电并在32 s后重启，但是，此时我们仍需判断机车惩罚制动是由机车电线路失电造成SIPM故障引起的还是SIPM自身故障引起的。

图2 HXD2机车SIPM数据

针对上述提出的问题，利用eTrain软件下载分析HXD2机车的自身数据。在1：16：22，1：16：23（对应LOCOTROL系统时间为1：15：10，1：15：11），也就是在SIPM失电10 s后的时间点上，HXD2机车响应SIPM故障MPU1、MPU2才开始依次记录机车回零、断电、降弓和机车电钥匙联锁断开等故障；在1：16：27（对应LOCOTROL系统时间为1：15：15）时间点上记录LOCOTROL设备在RS422网络上丢失；在1：17：02（对应LOCOTROL系统时间为1：15：50）时间点上记录机车司机制动阀隔离阀VV（IS）RM故障，除此再无其他故障记录。到此，可以基本判断是SIPM故障导致机车惩罚制动，HXD2机车响应惩罚制动并进行相应的动作。机车数据如图3所示。

图3 HXD2机车数据

为了进一步验证HXD2主控机车的SIPM故障排除中部的机车故障，重新采集分析了HXD1中部机车LOCOTROL设备的SIPM数据。同样，HXD1的SIPM数据记录与主控机车通讯持续中断，如图4所示。

图4 HXD1机车SIPM数据

通过对HXD2机车LOCOTROL设备数据和机车数据的分析、推断，可基本判断是SIPM故障导致机车惩罚制动，并且机车响应惩罚制动发生了一系列的动作，比如断电、降弓和断开电钥匙联锁等。车回后，拔掉SIPM的供电电源插头J5进行故障模拟，并下载数据进行上述分析，分析结果与线上事件记录大致吻合。

2.2.2 SIPM模块故障的原理说明

HXD2机车的SIPM 模块是由PDM模块直接供电的，两者利用J1和J5插头连接在一起。当SIPM故障或者PDM模块短暂失电故障时，会造成SIPM失电；当SIPM模块失电后，SIPM模块与LDM屏通信中断，使得LDM屏无法正常接收到制动机、机车的一些变量，比如列车管压力、均衡风缸压力和牵引流等显示数值的地方就会出现“米花”。同时，因为SIPM故障直接控制的RIM模块失电，使得HXD2机车的BCU安全回路断开，机车产生惩罚制动，整列车的列车管压力开始下降。另外，与机车MPU（主处理单元）的通讯中断，使得MPU安全回路断开，HXD2机车会随之产生断主断、降弓、方向回零等动作。因为前部机车列车管压力下降，这时，中部机车LOCOTROL系统就会检测到意外流量，由于主控机车的SIPM失电，从控机车无法接收到惩罚指令，所以，从控机车一直尝试与主控机车通信。但是，在通信持续中断的情况下，为了保证机车能可靠停车，要切除从控机车制动阀，并牵引封锁。

3 解决SIPM故障采取的措施

当机车进入修程时，要求检修车间要做到以下2点：①认真分析机车数据和DP日志，及时发现质量隐患，把故障消灭在源头；②严格按照要求检查，试验机车制动机性能和DP连接情况，车间质检员要做好过程盯控和把关工作。在机车入库整备作业时，整备车间在HXD2机车制动机试验时，要加大对关键作业环节的盯控力度，按照单机试验、DP试验逐步进行，严禁简化试验程序。对于有故障的LOCOTROL设备，要建立台账，以便返修后的跟踪观察。在行车过程中，如果遇到LOCOTROL设备故障，建议分解作业，避免故障扩大化。

4 结束语

为了保证大秦线的重载安全和运输畅通，对于发生的每一个故障，都应本着实事求是的精神钻研、探索和解决，避免类似故障重复发生。

参考文献

[1]张曙光.HXD2型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2009.