2024年11月5日发(作者：费丽珠)
HXD2型（新八轴）电力机车无人警惕报警原因分析及 优化措施 王凯 张慧谋 焦叶军
发布时间：2021-08-25T23:39:24.157Z 来源：《中国科技人才》2020年第13期 作者： 王凯 张慧谋 焦叶军
[导读] 对无人警惕报警原因进行分析，从MPU冗余角度和自诊断功能方面出发，优化MPU软件，提升机车运用稳定性。
中车大同电力机车有限公司 山西大同 037038
摘要：对无人警惕报警原因进行分析，从MPU冗余角度和自诊断功能方面出发，优化MPU软件，提升机车运用稳定性。
关键词：无人警惕；MPU冗余；自诊断
机车乘务员操作时，为防止乘务员溜号、瞌睡等情况的发生，机车设置了无人警惕功能。机车运行中无人警惕报警后，将启动列车级保
护，机车实施惩罚制动。本文通过分析此次无人警惕报警原因，针对故障进行软件优化，提升机车运用稳定性。
1.问题的提出
2019年7月11日，安康机务段HXD26132机车A节操纵，13:14:43运行中DDU显示屏提示无人警惕倒计时，6A语音提示无人警惕，报警
约3秒后，即13:14:46机车施加惩罚制动停车。
2.无人警惕原理及MPU逻辑
2.1 无人警惕原理
HXD2型（新八轴）电力机车控制系统检测无人警惕按钮、脚踏开关、司机控制器、撒砂脚踏开关、风笛按钮和脚踏开关、电笛按钮、
制动控制器状态。当机车速度大于3km/h且方向手柄非零位，60s内需触发上述按钮（长时间按压无效），若不触发则开始报警，10s内，可
以通过上述按钮取消报警，机车维持运行，否则机车将实施惩罚制动，并通过显示屏进行“无人警惕惩罚制动”提示。
无人警惕功能的实现需同时满足4点：1、无人警惕未隔离；2、机车速度大于3km/h；3、方向手柄非零位；4、当前为主控车。
无人警惕功能分三个阶段执行：1、无人警惕功能开始，系统进入60秒倒计时，倒计时时间段内未监测到乘务员进行解除倒计时操作即
进入2阶段；2、DDU弹出红色显著信息警示框，内部显示倒计时，同时6A系统进行语音报警。该阶段持续时间为10秒，如倒计时时间段内
未监测到乘务员进行解除倒计时操作即进入3阶段；3、DDU维持红色信息警示框，内部显示倒计时常置为0，6A系统维持语音报警，同时
机车上惩罚制动,停车后，缓解惩罚制动，才能继续行车。
2.2 MPU逻辑
HXD2型（新八轴）电力机车由两节重联组成，每节机车的微机网络控制系统由两个MPU组成，互为冗余。正常情况下，MPU1为主，
MPU2为从，两者都接收外部数据，并独立进行机车逻辑运算，形成输出指令，但只有做主的MPU将指令发到总线上，传给各执行设备。
MPU2同时对运行数据进行记录，包括外部输入信息和自身逻辑运算的结果和输出指令（如果MPU2非主，则虽然输出指令，但不发送到总
线上）。
3.原因分析
机车回段后下载DDU、MPU数据与6A视频进行分析。
3.1 DDU故障记录
A节DDU故障记录清楚地记录了无人警惕惩罚制动触发时间为13:14:46。
3.2 9:16时间段数据分析
分析MPU2记录的该时段数据发现，9:16:12时刻MPU2无人警惕惩罚制动信号变为1。
回溯无人警惕两个倒计时阶段，从9:15:02至9:16:12的70秒时间里，查看该时间段内6A视频数据发现，9:15:34乘务员进行一次风笛操
作。MPU1收到了风笛操作信号，解除无人警惕倒计时逻辑，作为总线主设备为输出警报信号及惩罚制动信号，所以DDU不提示无人警惕
报警，6A语音不提示无人警惕报警，没有施加惩罚制动，机车正常运行。
查看MPU2的记录，没有无人警惕按钮和手动撒砂动作的记录，所以MPU2的逻辑运算认为司机未进行解除无人警惕操作，最终如记录
一样，MPU2输出了惩罚制动指令，但由于当时MPU2从控，不具备总线控制数据发送权，所以BCU收不到MPU2的指令，机车未施加惩罚
制动。由于机车一直运行，速度不为零，所以MPU2未退出无人警惕惩罚制动逻辑，后续4个小时运行中，记录中也一直输出无人警惕惩罚
制动指令。
MPU1和MPU2在设计中采用的硬件相同，并接收同样的输入数据，期望在整个运行过程中执行同样运算逻辑。但当两者间存在通信接
收数据差异时也会导致逻辑输出结果产生偏差。通信正常状态下，当RIOM1采集到风笛高电平信号并以64ms为周期发送时，两MPU的MVB
网卡会及时收到全部数据，并在收到下一周期数据前在网卡通信寄存器中保持该高电平信号64ms，等待MPU内部通信对通信寄存器进行读
取并传送至上层应用软件用于逻辑运算。MPU读取MVB网卡通信寄存器的周期为50ms，符合通信采样定理条件，可以保证数据接收完整
性。当通信受扰或MVB网卡数据接收器运行状况突发异常时，可能出现网卡未正常收到总线控制器主帧、未正常收到RIOM1从帧等情况出
现，造成数据接收异常情况出现。但结合MPU2数据观察本次风笛信号触发时刻MPU2可正常接收RIOM1生命信号这一现象可知，MPU2网
卡数据接收异常状态持续最大不超过1秒（MPU2数据记录周期为1秒）。
分析可知，MPU2网卡由于短时间内发生通信受扰或MVB网卡数据接收器运行状况异常情况，造成MPU2未监测到风笛信号，并最终导
致两MPU逻辑输出结果不一致。
3.3 13:14时间段数据分析
分析MPU2记录的该时段数据发现，由于9:16:12时刻开始的近四个小时时间内机车未停车，MPU2无人警惕惩罚制动状态始终未解除，
保持高电平输出。
13:14:46时刻虽在数据上无法准确看到MPU1逻辑动作情况，但从该时刻向前追溯两个倒计时阶段MPU2的70秒数据发现，始终没有无
人警惕解除条件信号被触发。结合6A视频进行分析，该时段仅13:13:35乘务员操作一次风笛，该信号被MPU收到并重置无人警惕倒计时时
间直至13:14:46，满足70秒倒计时逻辑。而视频上查看到的13:14:46时刻后乘务员对无人警惕按钮、级位的操作均可在MPU数据中得到反
映。以上分析说明，MPU1从13:13:36开始，确实经历了70秒的无人警惕倒计时两个逻辑运行阶段，且由于没有收到任何解除信号最终触发
输出惩罚制动指令的逻辑。
13:14:46时刻机车上惩罚制动，控制逻辑上应在该时刻10秒前，即13:14:36开始输出警报状态指令，DDU弹出红色信息警示框，6A进行
语音警报提示。但从6A视频上查看，该时刻未出现警报状态，而是7秒后即13:14:43开始出现警报状态，最终由于警报状态时间过短，未达
到及时提醒乘务员操作的目的，最终造成惩罚制动触发。由于MPU2记录信息已无法准确反映MPU1倒计时状态及警报状态，只能从DDU及
6A警报延迟的成因角度进行分析。该状况的出现是由于MPU1软件在输出警报指令后，MVB网卡未及时将更新的数据发送至DDU和RIOM
所致，认为MPU1的MVB网卡发送功能异常超时所致。
4.存在的问题
4.1MPU1、MPU2数据记录数量不一致，且MPU1数据记录较少。目前基本上是通过MPU2的数据进行故障分析，但如果两个MPU数据
不一致，单纯分析MPU2记录的数据将不再反映真实的情况。
4.2MPU缺乏诊断功能。一旦MPU2（从控）出现通信异常、数据采集异常等突发情况，MPU1（主控）对接收的指令、状态无诊断功
能，从而不能保证两个MPU逻辑运算状态输出一致。
5.优化措施
5.1MPU增加数据记录。由原来的“MPU1记录42条，MPU2记录131条”均增加至146条，且数据记录一致；
5.2MPU对无人警惕解除等信号，在软件滤波前提下，将结果通过两个MPU同步端口进行传输，两个相互对比接收的信号形成有效逻辑
输入结果，防止MPU2由于通信异常导致逻辑运算结果不一致。
软件具体实施策略：机车电钥匙激活、升弓、合主断，正常行驶时，MPU1为主，MPU1接收到风笛等信号，同时向MPU2发送解除信
号。当MPU2因通信故障没有接收到风笛等信号时，可通过接收MPU1的解除信号来解除无人警惕报警，保证MPU1与MPU2输出一致。
6.结语
该版MPU软件经过了实验室功能测试、安全评估及装车验证3个月以上，机车运行稳定，未再发生此类故障。此次软件优化不仅解决了
无人警惕报警故障，也避免了由于MPU异常误判导致输出结果异常情况的发生，同时增加数据记录有利于机车其它故障的数据分析，可以
更好地保证机车微机网络控制系统稳定运行，提高了整车的可靠性。
参考文献
[1]铁道部运输局机务部.HXD2型电力机车[M].北京：中国铁道出版社
[2]大同电力机车有限公司.交流传动八轴9600kW货运电力机车控制系统技术规范【S】.2018
[3]TB 3425-2015.交流传动机车网络控制系统【S】
作者简介：王凯（1989-），男，山西长治人，工程师。
2024年11月5日发(作者：费丽珠)
HXD2型（新八轴）电力机车无人警惕报警原因分析及 优化措施 王凯 张慧谋 焦叶军
发布时间：2021-08-25T23:39:24.157Z 来源：《中国科技人才》2020年第13期 作者： 王凯 张慧谋 焦叶军
[导读] 对无人警惕报警原因进行分析，从MPU冗余角度和自诊断功能方面出发，优化MPU软件，提升机车运用稳定性。
中车大同电力机车有限公司 山西大同 037038
摘要：对无人警惕报警原因进行分析，从MPU冗余角度和自诊断功能方面出发，优化MPU软件，提升机车运用稳定性。
关键词：无人警惕；MPU冗余；自诊断
机车乘务员操作时，为防止乘务员溜号、瞌睡等情况的发生，机车设置了无人警惕功能。机车运行中无人警惕报警后，将启动列车级保
护，机车实施惩罚制动。本文通过分析此次无人警惕报警原因，针对故障进行软件优化，提升机车运用稳定性。
1.问题的提出
2019年7月11日，安康机务段HXD26132机车A节操纵，13:14:43运行中DDU显示屏提示无人警惕倒计时，6A语音提示无人警惕，报警
约3秒后，即13:14:46机车施加惩罚制动停车。
2.无人警惕原理及MPU逻辑
2.1 无人警惕原理
HXD2型（新八轴）电力机车控制系统检测无人警惕按钮、脚踏开关、司机控制器、撒砂脚踏开关、风笛按钮和脚踏开关、电笛按钮、
制动控制器状态。当机车速度大于3km/h且方向手柄非零位，60s内需触发上述按钮（长时间按压无效），若不触发则开始报警，10s内，可
以通过上述按钮取消报警，机车维持运行，否则机车将实施惩罚制动，并通过显示屏进行“无人警惕惩罚制动”提示。
无人警惕功能的实现需同时满足4点：1、无人警惕未隔离；2、机车速度大于3km/h；3、方向手柄非零位；4、当前为主控车。
无人警惕功能分三个阶段执行：1、无人警惕功能开始，系统进入60秒倒计时，倒计时时间段内未监测到乘务员进行解除倒计时操作即
进入2阶段；2、DDU弹出红色显著信息警示框，内部显示倒计时，同时6A系统进行语音报警。该阶段持续时间为10秒，如倒计时时间段内
未监测到乘务员进行解除倒计时操作即进入3阶段；3、DDU维持红色信息警示框，内部显示倒计时常置为0，6A系统维持语音报警，同时
机车上惩罚制动,停车后，缓解惩罚制动，才能继续行车。
2.2 MPU逻辑
HXD2型（新八轴）电力机车由两节重联组成，每节机车的微机网络控制系统由两个MPU组成，互为冗余。正常情况下，MPU1为主，
MPU2为从，两者都接收外部数据，并独立进行机车逻辑运算，形成输出指令，但只有做主的MPU将指令发到总线上，传给各执行设备。
MPU2同时对运行数据进行记录，包括外部输入信息和自身逻辑运算的结果和输出指令（如果MPU2非主，则虽然输出指令，但不发送到总
线上）。
3.原因分析
机车回段后下载DDU、MPU数据与6A视频进行分析。
3.1 DDU故障记录
A节DDU故障记录清楚地记录了无人警惕惩罚制动触发时间为13:14:46。
3.2 9:16时间段数据分析
分析MPU2记录的该时段数据发现，9:16:12时刻MPU2无人警惕惩罚制动信号变为1。
回溯无人警惕两个倒计时阶段，从9:15:02至9:16:12的70秒时间里，查看该时间段内6A视频数据发现，9:15:34乘务员进行一次风笛操
作。MPU1收到了风笛操作信号，解除无人警惕倒计时逻辑，作为总线主设备为输出警报信号及惩罚制动信号，所以DDU不提示无人警惕
报警，6A语音不提示无人警惕报警，没有施加惩罚制动，机车正常运行。
查看MPU2的记录，没有无人警惕按钮和手动撒砂动作的记录，所以MPU2的逻辑运算认为司机未进行解除无人警惕操作，最终如记录
一样，MPU2输出了惩罚制动指令，但由于当时MPU2从控，不具备总线控制数据发送权，所以BCU收不到MPU2的指令，机车未施加惩罚
制动。由于机车一直运行，速度不为零，所以MPU2未退出无人警惕惩罚制动逻辑，后续4个小时运行中，记录中也一直输出无人警惕惩罚
制动指令。
MPU1和MPU2在设计中采用的硬件相同，并接收同样的输入数据，期望在整个运行过程中执行同样运算逻辑。但当两者间存在通信接
收数据差异时也会导致逻辑输出结果产生偏差。通信正常状态下，当RIOM1采集到风笛高电平信号并以64ms为周期发送时，两MPU的MVB
网卡会及时收到全部数据，并在收到下一周期数据前在网卡通信寄存器中保持该高电平信号64ms，等待MPU内部通信对通信寄存器进行读
取并传送至上层应用软件用于逻辑运算。MPU读取MVB网卡通信寄存器的周期为50ms，符合通信采样定理条件，可以保证数据接收完整
性。当通信受扰或MVB网卡数据接收器运行状况突发异常时，可能出现网卡未正常收到总线控制器主帧、未正常收到RIOM1从帧等情况出
现，造成数据接收异常情况出现。但结合MPU2数据观察本次风笛信号触发时刻MPU2可正常接收RIOM1生命信号这一现象可知，MPU2网
卡数据接收异常状态持续最大不超过1秒（MPU2数据记录周期为1秒）。
分析可知，MPU2网卡由于短时间内发生通信受扰或MVB网卡数据接收器运行状况异常情况，造成MPU2未监测到风笛信号，并最终导
致两MPU逻辑输出结果不一致。
3.3 13:14时间段数据分析
分析MPU2记录的该时段数据发现，由于9:16:12时刻开始的近四个小时时间内机车未停车，MPU2无人警惕惩罚制动状态始终未解除，
保持高电平输出。
13:14:46时刻虽在数据上无法准确看到MPU1逻辑动作情况，但从该时刻向前追溯两个倒计时阶段MPU2的70秒数据发现，始终没有无
人警惕解除条件信号被触发。结合6A视频进行分析，该时段仅13:13:35乘务员操作一次风笛，该信号被MPU收到并重置无人警惕倒计时时
间直至13:14:46，满足70秒倒计时逻辑。而视频上查看到的13:14:46时刻后乘务员对无人警惕按钮、级位的操作均可在MPU数据中得到反
映。以上分析说明，MPU1从13:13:36开始，确实经历了70秒的无人警惕倒计时两个逻辑运行阶段，且由于没有收到任何解除信号最终触发
输出惩罚制动指令的逻辑。
13:14:46时刻机车上惩罚制动，控制逻辑上应在该时刻10秒前，即13:14:36开始输出警报状态指令，DDU弹出红色信息警示框，6A进行
语音警报提示。但从6A视频上查看，该时刻未出现警报状态，而是7秒后即13:14:43开始出现警报状态，最终由于警报状态时间过短，未达
到及时提醒乘务员操作的目的，最终造成惩罚制动触发。由于MPU2记录信息已无法准确反映MPU1倒计时状态及警报状态，只能从DDU及
6A警报延迟的成因角度进行分析。该状况的出现是由于MPU1软件在输出警报指令后，MVB网卡未及时将更新的数据发送至DDU和RIOM
所致，认为MPU1的MVB网卡发送功能异常超时所致。
4.存在的问题
4.1MPU1、MPU2数据记录数量不一致，且MPU1数据记录较少。目前基本上是通过MPU2的数据进行故障分析，但如果两个MPU数据
不一致，单纯分析MPU2记录的数据将不再反映真实的情况。
4.2MPU缺乏诊断功能。一旦MPU2（从控）出现通信异常、数据采集异常等突发情况，MPU1（主控）对接收的指令、状态无诊断功
能，从而不能保证两个MPU逻辑运算状态输出一致。
5.优化措施
5.1MPU增加数据记录。由原来的“MPU1记录42条，MPU2记录131条”均增加至146条，且数据记录一致；
5.2MPU对无人警惕解除等信号，在软件滤波前提下，将结果通过两个MPU同步端口进行传输，两个相互对比接收的信号形成有效逻辑
输入结果，防止MPU2由于通信异常导致逻辑运算结果不一致。
软件具体实施策略：机车电钥匙激活、升弓、合主断，正常行驶时，MPU1为主，MPU1接收到风笛等信号，同时向MPU2发送解除信
号。当MPU2因通信故障没有接收到风笛等信号时，可通过接收MPU1的解除信号来解除无人警惕报警，保证MPU1与MPU2输出一致。
6.结语
该版MPU软件经过了实验室功能测试、安全评估及装车验证3个月以上，机车运行稳定，未再发生此类故障。此次软件优化不仅解决了
无人警惕报警故障，也避免了由于MPU异常误判导致输出结果异常情况的发生，同时增加数据记录有利于机车其它故障的数据分析，可以
更好地保证机车微机网络控制系统稳定运行，提高了整车的可靠性。
参考文献
[1]铁道部运输局机务部.HXD2型电力机车[M].北京：中国铁道出版社
[2]大同电力机车有限公司.交流传动八轴9600kW货运电力机车控制系统技术规范【S】.2018
[3]TB 3425-2015.交流传动机车网络控制系统【S】
作者简介：王凯（1989-），男，山西长治人，工程师。