符合GOST-R標(biāo)準(zhǔn)的E.331型制動系統(tǒng)冗余功能及多機重聯(lián)技術(shù)

王成程 呂 梟 王令軍 吳君良 張茂松 王殿元

(中車青島四方車輛研究所有限公司 山東 青島 266031)

0 引言

E.331型制動系統(tǒng)符合獨聯(lián)體成員國鐵路交通委員會批準(zhǔn)的《機車車輛制動技術(shù)維護和控制規(guī)定》，具備客運模式、貨運模式、客運電空制動模式等多種運用模式。根據(jù)貨運狀態(tài)載重不同，分為重載、中載、輕載設(shè)置，根據(jù)客運狀態(tài)編組不同，分為短編、長編設(shè)置，該型制動系統(tǒng)可在獨聯(lián)體國家的電力或內(nèi)燃機車裝車運用。其中，搭載該型制動系統(tǒng)的O’Z-ELR電力機車從2013年起在烏茲別克斯坦批量運用，于2020年首次在2O’Z-ELR(12軸重聯(lián)機車)和2O’Z-UY(8軸重聯(lián)機車)型電力機車實現(xiàn)了多機重聯(lián)技術(shù)的運用。

1 E.331型制動控制系統(tǒng)

E.331型制動控制系統(tǒng)由列車管控制模塊(БЗПП)、分配閥控制模塊(БТО)、單獨制動控制模塊(БИ)、多機重聯(lián)通信模塊(A2和A3)、電源轉(zhuǎn)換模塊(A1和A4)、調(diào)壓器模塊、升弓模塊、停放控制模塊、風(fēng)源處理模塊和柜體等組成，如圖1所示。

圖1 E.331型制動控制系統(tǒng)

其中列車管控制模塊、分配閥控制模塊、單獨制動控制模塊、多機重聯(lián)通信模塊以及電源轉(zhuǎn)換模塊為俄羅斯制動廠MTZ公司設(shè)計產(chǎn)品，其余模塊為中車青島四方車輛研究所有限公司設(shè)計產(chǎn)品。

為實現(xiàn)制動控制系統(tǒng)的可靠性、拓展性等需求，E.331型制動控制系統(tǒng)具備完善的冗余控制功能和多機重聯(lián)設(shè)計端口。

冗余設(shè)計功能：E.331型制動控制系統(tǒng)的列車管控制模塊(БЗПП)、分配閥控制模塊(БТО)、單獨制動控制模塊(БИ)均含有冗余設(shè)計功能?？蓪崿F(xiàn)模塊異常時，及時執(zhí)行備用模塊的投入和使用，降低制動系統(tǒng)異常對整車運用的影響，提高制動系統(tǒng)的安全性。

多機重聯(lián)設(shè)計功能：E.331型制動控制系統(tǒng)支持4臺機車的多機重聯(lián)通信，且在4臺機車重聯(lián)通信時能夠準(zhǔn)確提示不同機車的故障信息，為機車實現(xiàn)重載運用提供技術(shù)保障。

2 多機重聯(lián)通信

2.1 模塊單元介紹

多機重聯(lián)通信模塊由A2和A3兩個相同的模塊組成，A2與I端單獨制動控制器(KKBT)、單獨制動模塊(БИ)以及列車管控制模塊(БЗПП)通過CAN通信連接，A3與II端單獨制動控制器(KKBT)、分配閥控制模塊(БТО)通過CAN通信連接，單獨制動模塊(БИ)與A2和A3的連接器內(nèi)部短接，從而實現(xiàn)列車管、分配閥、單獨制動、多機重聯(lián)模塊的CAN通信網(wǎng)絡(luò)連接。

與此同時，A2和A3模塊具備CAN通信拓展連接器，可與其他E.331型制動控制系統(tǒng)的A2和A3連接，最多可支持四套E.331型制動控制系統(tǒng)彼此通信。

2.2 通信原理和多機重聯(lián)實現(xiàn)

E.331型制動控制系統(tǒng)采用CAN通信方式實現(xiàn)各個單元之間的信息傳遞，不同功能之間的CAN通信彼此隔離，用于提高制動系統(tǒng)通信可靠性。

(1)CAN1通信：用于實現(xiàn)單獨制動控制器(KKBT)指令準(zhǔn)確抵達單獨制動控制模塊(БИ)，該通信采用三路冗余方式實現(xiàn)，任何一路CAN通信異常，不會影響單獨制動功能實現(xiàn)；

(2)CAN2通信：用于E.331型制動控制系統(tǒng)內(nèi)部列車管控制模塊(БЗПП)、分配閥控制模塊(БТО)、單獨制動控制模塊(БИ)以及多機重聯(lián)通信模塊(A2和A3)之間的通信，用于將制動系統(tǒng)信息傳遞至多機重聯(lián)模塊，進而實現(xiàn)制動系統(tǒng)信息提供給它節(jié)制動系統(tǒng)、TCMS控制系統(tǒng)；

(3)CAN3通信：用于不同E.331制動控制系統(tǒng)之間的多機重聯(lián)通信模塊(A2和A3)通信，實現(xiàn)制動機的多機重聯(lián)。

制動系統(tǒng)的多機重聯(lián)通信需要TCMS系統(tǒng)支持，通過TCMS系統(tǒng)下發(fā)的機車號信息、激活端制動系統(tǒng)信息，實現(xiàn)不同E.331型制動系統(tǒng)排序，保證制動系統(tǒng)故障提示準(zhǔn)確，網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖2所示。

圖2 E.331型制動控制系統(tǒng) CAN通信網(wǎng)絡(luò)拓撲

3 制動系統(tǒng)冗余

3.1 列車管控制模塊(БЗПП)冗余

列車管控制模塊主要用于控制列車管壓力。模塊內(nèi)部電子控制單元根據(jù)接收到的自動制動控制器(ККМ)發(fā)送的硬線信號，驅(qū)動模塊內(nèi)部B1～B9電磁閥動作實現(xiàn)列車管充排風(fēng)、保壓以及緊急排風(fēng)的功能[1]。

鑒于自動制動控制器(ККМ)為電子控制器件，存在故障可能，為提高列車管模塊可靠性，通過增加備用電空制動控制器(純機械控制)方式實現(xiàn)列車管模塊冗余功能。正常狀態(tài)下，列車管控制模塊(БЗПП)通過控制B5和B8電磁閥控制列車管預(yù)控壓力，并通過轉(zhuǎn)換塞門(ДР)將預(yù)控壓力輸出至列車管中繼閥；當(dāng)自動制動控制器(ККМ)故障時，通過調(diào)整轉(zhuǎn)換塞門(ДР)實現(xiàn)備用控制器的控制接入，備用制動控制器通過控制手柄實現(xiàn)預(yù)控壓力增加、保壓和下降，控制氣路如圖3所示。

圖3 列車管控制模塊 冗余設(shè)計簡圖

3.2 單獨制動控制模塊(БИ)冗余

單獨制動控制模塊主要用于控制單獨制動模塊預(yù)控壓力輸出。模塊內(nèi)部電子控制單元根據(jù)接收到的單獨制動控制器(ККBT)發(fā)送的CAN通信指令，驅(qū)動模塊內(nèi)部BT(充氣閥)和BO(排氣閥)等電磁閥動作實現(xiàn)單獨制動預(yù)控壓力調(diào)整。

鑒于單獨制動控制器(ККBT)為電子控制器件，存在故障可能，為提高單獨制動控制模塊可靠性，通過增加備用電空制動控制器方式實現(xiàn)單獨制動控制模塊冗余功能。正常狀態(tài)下，單獨制動控制模塊(БИ)通過控制BT和BO電磁閥控制單獨制動預(yù)控壓力，并通過轉(zhuǎn)換電磁閥(ЭПР1)將預(yù)控壓力輸出至單獨制動預(yù)控中繼閥；當(dāng)單獨制動控制器(ККBT)故障時，通過單獨制動模塊斷電(轉(zhuǎn)換電磁閥失電轉(zhuǎn)入備用氣路通道)實現(xiàn)備用控制器的控制接入，備用制動控制器通過控制手柄實現(xiàn)預(yù)控壓力增加、保壓和下降，如圖4所示。

圖4 單獨制動控制模塊 冗余設(shè)計簡圖

3.3 分配閥控制模塊(БТО)冗余

分配閥控制模塊(БТО)根據(jù)列車管壓力變化控制制動缸中繼閥壓力輸出，從而實現(xiàn)本節(jié)機車制動缸壓力控制，該模塊具備客運分配閥和貨運分配閥，可以滿足客運、貨運的運用需求。

分配閥控制模塊作為本節(jié)機車的制動缸壓力控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)，為確保制動系統(tǒng)是壓力施加需求，具備四路壓力控制輸入，從而實現(xiàn)制動缸壓力有效輸出。四路預(yù)控輸入如下：

(1)客運/貨運分配閥模塊壓力控制輸入，源于列車管控制模塊(БЗПП)壓力輸入控制；

(2)單獨制動控制模塊(БИ)預(yù)控壓力輸入；

(3)斷鉤保護控制壓力輸入，當(dāng)列車管壓力小于250 kPa，在電磁閥彈簧力的作用下，斷鉤保護通路打開，預(yù)控壓力將作用至制動缸中繼閥模塊；

(4)分配閥冗余控制輸入，當(dāng)分配閥模塊檢測制動缸無有效制動壓力時，將打開冗余控制電磁閥，160 kPa的預(yù)控壓力將作用至制動缸中繼閥模塊。冗余控制氣路原理如圖5所示。

圖5 分配閥模塊 冗余設(shè)計簡圖

4 結(jié)束語

E.331 型制動控制系統(tǒng)符合獨聯(lián)體成員國鐵路交通委員會批準(zhǔn)的《機車車輛制動技術(shù)維護和控制規(guī)定》(2014年5月6-7 日的第60號協(xié)議)，性能滿足ГОСТ 33724.1—2016 文件具體要求，是符合 GOST-R 標(biāo)準(zhǔn)的制動控制系統(tǒng)[2]。

裝用E.331型制動控制系統(tǒng)的2O’Z-ELR和2O’Z-UY型電力機車已于2020年12月陸續(xù)抵達烏茲別克斯坦塔什干和卡爾希機務(wù)段，并完成了制動系統(tǒng)性能測試、緊急距離功能測試、重聯(lián)通信測試等，E.331型制動控制系統(tǒng)可滿足2O’Z-ELR和2O’Z-UY型電力機車的制動控制要求，為“一帶一路”節(jié)點城市的發(fā)展注入活力。