基于MVB技術(shù)的地鐵網(wǎng)絡通訊故障分析

彭慶釗

摘 要：車輛通信多功能總線（MVB）作為城市軌道交通車輛通信的主流，具備高速信號采集、高效操作等特征，已成為通信網(wǎng)絡最為快速的總線優(yōu)化代表。目前，MVB技術(shù)因其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，廣泛應用于現(xiàn)代城市軌道交通車輛通信，對維護車輛通信效益具有直接影響。基于此，該文圍繞MVB技術(shù)展開深入探究，重點分析地鐵網(wǎng)絡通訊故障及優(yōu)化建議，為地鐵網(wǎng)絡通訊故障提供輔助作用，以供相關(guān)研究參考。

關(guān)鍵詞：地鐵通信網(wǎng)絡 MVB技術(shù) 車輛控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（a）-0013-02

隨著列車局域網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，城市列車通信網(wǎng)絡成為社會公眾備受關(guān)注的構(gòu)成部分，各具特色的列車車載設備數(shù)據(jù)通信標準也隨之應運而生。MVB通信網(wǎng)絡作為城市車輛網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)的重要保障，在設備編程、總線連接方面起到了輔助作用，也已成為國內(nèi)外主流列車通信網(wǎng)絡發(fā)展技術(shù)層面的應用項目，達到了滿足軌道車輛對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性目標。近年來，城市軌道交通車輛故障率不斷提升，占據(jù)地鐵車輛總投資的10%左右，MVB作為列車網(wǎng)絡系統(tǒng)的總線連接實時保障，應用范圍較為廣泛，可從配線質(zhì)量、網(wǎng)絡節(jié)點設計、硬件抗干擾等方面具體分析實際故障，降低車輛故障率也成為目前軌道車輛網(wǎng)絡通訊技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)要素，對現(xiàn)代車輛通信網(wǎng)絡具備實質(zhì)性意義[1]。

1 基于MVB技術(shù)的地鐵網(wǎng)絡通訊故障分析

1.1 通訊中斷故障分析

1.1.1 通訊網(wǎng)絡故障分析

在地鐵網(wǎng)絡通訊故障中，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）的通訊中斷故障時有發(fā)生。隨著MVB技術(shù)的日益普及，以光纖網(wǎng)、銅線網(wǎng)為基本類型的通訊網(wǎng)絡逐漸深入地鐵網(wǎng)絡通訊應用之中，也成為網(wǎng)絡通訊故障的典型代表。以光線通訊故障為例，一般以光調(diào)制器、光解調(diào)器、光纖、中繼器為構(gòu)成部分，較易出現(xiàn)的故障問題多以光通訊通道的單向傳播方式為主，故障成因如下：光纖質(zhì)量問題、光纖彎曲半徑過小、光纖耦合器損壞、光電調(diào)制解調(diào)器損壞等，可從調(diào)節(jié)光電調(diào)制器自環(huán)的方式來考慮光電轉(zhuǎn)換設備功率問題。

1.1.2 設備參數(shù)配置錯誤

在近年來的地鐵網(wǎng)絡通信故障案例中，以設備參數(shù)配置為典型事故的發(fā)生概率日益增加，再加上MVB網(wǎng)絡接口卡的硬軟件結(jié)構(gòu)問題，車輛通信網(wǎng)絡故障發(fā)生概率也有所增長。在地鐵網(wǎng)絡通訊故障中，以太網(wǎng)通訊、串口通訊兩個方面的故障為典型故障，通常表現(xiàn)為外部網(wǎng)絡接線正常、通訊地址參數(shù)配置不正確[2]。以廣州某地鐵車輛的故障診斷為例，CCU（中央控制單元）作為MVB網(wǎng)絡的總線管理器，在事故發(fā)生后，研究人員通過確認設備裝置IP地址的正確率及通訊距離的變化情況，避免網(wǎng)絡通道因通訊介質(zhì)、終端接口問題受到影響，可為MVB網(wǎng)絡通信和驅(qū)動程序提供技術(shù)輔助作用。

1.2 網(wǎng)絡應用故障分析

1.2.1 事故案例分析

綜合考慮通訊中斷故障分析內(nèi)容，以基于具體MVB通訊故障案例為切入點，明確地鐵車輛MVB通訊故障的考慮要點。案例描述如下：當天7：20：02時分，該列車正線進站，此時MP2車MCM狀態(tài)值持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)（0～1），途經(jīng)5個高速斷路器；3 s后高速斷路器全部斷開，此時MP1車MCM狀態(tài)值達到24～26，車輛速度達到0.2～0.3 km/h，處于緊急制動狀態(tài)；自7：20：12 后，網(wǎng)壓穩(wěn)定值為0，ACM處于暫停工作狀態(tài)，經(jīng)過5 s后，恢復工作狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，該列車距離原始界定時間晚點157 s[3]。

1.2.2 通訊故障分析

從上述案例來看，此次地鐵網(wǎng)絡通訊故障與MCM穩(wěn)定性能、高速斷路器閉合效應、DCU/M通信故障有關(guān)，進而造成列車相對原始界定時間晚點。在地鐵車輛MVB通訊故障中，MCM、DCU/M通行故障較易發(fā)生，當MCM狀態(tài)值大于20以上，MVB通信穩(wěn)定狀態(tài)受損，較易出現(xiàn)MCM保護性關(guān)斷現(xiàn)象（列車網(wǎng)絡運行狀態(tài)故障）；關(guān)于高速斷路器故障，通常與高壓勢能、MCM保護性關(guān)斷、閉合繼電器故障有關(guān)，主要表現(xiàn)為7：20：12后，網(wǎng)壓穩(wěn)定值為0、經(jīng)過5 s后恢復工作狀態(tài)，通訊故障不包含車間電源、前端蓋關(guān)閉條件，與ACM開始工作前后的變化情況也有一定關(guān)系。

2 對MVB地鐵網(wǎng)絡通訊故障的幾點建議

2.1 注重總體結(jié)構(gòu)設計，優(yōu)化網(wǎng)絡通訊效益

在MVB技術(shù)的地鐵網(wǎng)絡通信故障中，通信中斷、設備參數(shù)等問題普遍存在于實際工作中，可與列車總線型MVB拓撲結(jié)構(gòu)設計相結(jié)合，如：每個車廂設立1個MVB節(jié)點，運行速率控制為1.5～2.0 Mb/s，聯(lián)系MVB節(jié)點的網(wǎng)絡接口單元。為降低城市軌道列車的通訊網(wǎng)絡故障率，確定MVB技術(shù)組網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)后，合理調(diào)整硬件、軟件設施，如：加入嵌入式處理器、設立系統(tǒng)硬件構(gòu)建；在MVB的設備管理器維護工作中，以模塊化功能單元設備與每節(jié)車廂相連接（基于CPU節(jié)點），并安裝MVB網(wǎng)絡接口設備，保障數(shù)據(jù)傳輸、子網(wǎng)管理功能[4]。以深圳某地鐵運行狀態(tài)為例，基于MVB控制器的網(wǎng)絡接口情況，整合不同車廂的網(wǎng)絡節(jié)點設置情況，應用儲存器、I/O設備、通信模塊等外部設備，可將網(wǎng)絡運行與未配置節(jié)點共同融合，并附帶自動識別功能，實現(xiàn)多功能的模塊化結(jié)構(gòu)。

2.2 應用列車控制系統(tǒng)，降低通訊故障機率

目前，以上海地鐵1號線、地鐵2號線為代表的列車類型，采用了IEC61375 TCN標準的德國總線控制系統(tǒng)，應用MVB、WTB（列車總線）結(jié)構(gòu)，為列車總線連接、車輛控制提供實際參考標準。對于地鐵車輛MVB網(wǎng)絡通信故障而言，實現(xiàn)總線技術(shù)自動控制效益，可有效預防列車突發(fā)故障及總線技術(shù)應用故障。為此，在廣州地鐵2號線關(guān)于總線技術(shù)推廣方面，結(jié)合MVB總線系統(tǒng)的分級控制優(yōu)勢，同步聯(lián)合設備狀態(tài)、過程數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)、總線管理器等特征；在VTCU（車輛控制器）、ComC（通訊連接器）的系統(tǒng)硬件方面，利用標準的模塊化系統(tǒng)，利用VTCU電源提供的110 V直流電源（保障供電系統(tǒng)的電勢隔離效益），完成列車應用程序板的車輛控制任務，并起到MVB連接不同車輛總線的作用。由于MVB不同節(jié)點連接效應問題，以網(wǎng)關(guān)（VTCU-GW）、VCUT、VCUA、VTCU組成的電源控制單位為考量指標，在WTB、MVB系統(tǒng)間的信息轉(zhuǎn)換中，發(fā)揮信號放大的作用。

2.3 保障通信網(wǎng)絡利用，診斷列車故障系統(tǒng)

在我國列車通信網(wǎng)絡系統(tǒng)應用中，MVB的快速優(yōu)化過程控制總線的效益，逐漸替代了以Lonworks、can等類型的現(xiàn)場總線應用系統(tǒng)，并對TCN規(guī)范標準（分層結(jié)構(gòu)）提出了更加全面的要求。MVB通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)以其獨特的總線引入方式，利用自動連接器、跨接電纜等方式來滿足車輛互連的應用需求，這對專用的主節(jié)點控制具有很高的延展性能要求（獨立的通信子網(wǎng)），實現(xiàn)總線網(wǎng)關(guān)連接目標。基于MVB技術(shù)的地鐵網(wǎng)絡通信故障，由于MVB通信網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)變化，穩(wěn)定素質(zhì)狀態(tài)一般多在1.5 Mbit/s范圍內(nèi)，利用車輛總線連接各車輛間的設備；ESD（電氣短距離介質(zhì)）與EMD（電氣中距離介質(zhì)）以RS-485標準為依據(jù)，利用跨度200 m的屏蔽雙絞線完成標準間差動信號傳輸，起到避免電纜、連接器等設備傳輸問題的作用。在深圳地鐵1號線的總線連接設計方案中，考慮到車廂間的總線連接方式（3輛車達到一個單元規(guī)定），簡化OSI模型（開發(fā)系統(tǒng)互聯(lián)，考慮鏈路層結(jié)構(gòu)），將MVB監(jiān)管設備數(shù)量擴展范圍提升至30～32之間，且最大總線長度達到260 m（與變壓器相連）。在該次研究設計中，比較分析以往其他網(wǎng)絡通信故障，聯(lián)系MVB拓撲結(jié)構(gòu)的列車編組及使用情況，為總線管理器提供系統(tǒng)網(wǎng)絡性能的便利條件，這也是MVB通信網(wǎng)絡的一大優(yōu)勢（設備性能及交換數(shù)據(jù)），值得廣泛引入地鐵網(wǎng)絡系統(tǒng)應用工作。

3 結(jié)語

綜上所述，地鐵車輛MVB網(wǎng)絡通信故障與通訊中斷、系統(tǒng)應用具有密切聯(lián)系。在MVB技術(shù)地鐵網(wǎng)絡通訊故障的預防工作中，MVB作為列車網(wǎng)絡控制的重要組成部分，在結(jié)構(gòu)設計、控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡信息技術(shù)應用方面，我國的MVB技術(shù)相比西方國家起步時間要晚，針對地鐵車輛MVB網(wǎng)絡通訊故障的實際情況，設計各個單元的節(jié)點應用方案，及時做好實時監(jiān)控、預防工作記錄，為地鐵建造提供實際輔助條件。

參考文獻

[1] 馮新穎，李啟磊，蘇曉，等.地鐵列車網(wǎng)絡傳輸和故障檢測系統(tǒng)[J].科技經(jīng)濟導刊，2015（18）：22-23，83.

[2] 劉靜.MVB技術(shù)在列車PIS組網(wǎng)中的應用[J].電子設計工程，2011（7）：107-110.

[3] 李啟磊，李臣明，馮新穎，等.地鐵列車安全運行的遠程診斷技術(shù)[J].城市軌道交通研究，2015（8）：142-145.

[4] 黃文燦.廣州地鐵3號線列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)及其故障診斷分析[J].機車電傳動，2012（6）：54-56.