MVB總線網絡系統常見故障的分析和研究

尹龍龍

摘 要：車輛的控制功能經歷了由硬線控制為主到網絡控制為主的階段，整車的設計原則逐步變為“網絡優先，硬線備份”，所以網絡系統在車輛中的設計地位愈加突出，為了更好地做好車輛的維護，運營人員需具備網絡系統常見故障的分析能力和解決能力，本文以多功能車輛總線（Multifunction Vehicle Bus，以下簡稱MVB）網絡系統為例，結合日常車輛的運營維護，對常見故障進行分析、總結和研究，希望對車輛運營能夠提供建設性指導。

關鍵詞：硬線控制;網絡控制;常見故障;多功能車輛總線;指導

為了更好地保證列車安全運營，同時做好車輛的維護和檢修，需要針對性地對網絡系統常見故障進行分析、總結和研究。

1車輛設計原則

城軌地鐵列車通信網絡是用于城軌地鐵列車這一特殊環境中的工業控制計算機局域網絡，它是一個綜合監控系統，可以實現對地鐵列車的牽引傳動、制動、輔助供電、車門、空調、車載廣播等子系統的綜合控制、狀態監視以及故障診斷。

早期的城軌地鐵列車，由于其大多采用硬線進行列車控制及信息傳輸，但是隨著隨著工業控制技術的迅速發展，以及列車控制方式的改變，城軌地鐵列車越來越多的依靠列車網絡進行列車控制、監視以及診斷信息的傳輸，整車的設計原則逐步變為“網絡優先，硬線備份”，所采用的列車網絡通信方式主要有MVB總線等其它制式。

2網絡系統搭建

列車網絡系統按照IEC61375標準規定的列車通信網絡組建，整體劃分為兩級：列車級和車輛級。列車級總線采用EMD通信介質的MVB，車輛總線中各子系統采用MVB接口;如果子系統不支持MVB接口，可采用RS485轉MVB網關，通過網關接入MVB總線。

MVB總線采用A路和B路冗余方式傳輸，保證數據傳輸的可靠性，傳輸速率為1.5Mbit/s[1]。MVB總線可以傳輸過程數據、消息數據和監視數據，網絡系統為所有子系統設備留有標準的通信接口，并具有成熟可靠的接口通訊規范，所有具有MVB通訊接口的子系統都能可靠接入。與列車運行及安全有關的控制除由列車通信網絡進行控制外，還設有硬件電路作為備份。對于不能通過列車通信網絡直接接口的外圍設備，可以通過遠程數字/模擬輸入以及協議轉換網關與列車通信網絡相連接。

連接到總線上各個子系統的控制單元主要包括：信號系統控制單元、牽引控制單元、制動控制單元、輔助控制單元、空調控制單元、車門控制單元、列車乘客信息系統控制單元等。整個網絡系統包括車載硬件、操作系統、控制軟件、診斷軟件、監視軟件和維護工具等。

3 MVB總線介紹

3.1連接器接線

按照標準要求，MVB連接器中的引腳接線規則如下圖一所示，Pin1： A.data_p（正）;Pin2： A.data_n（負）;Pin4： B.data_p（正）;Pin5： B.data_n（負）。

3.2設備接線

設備接線如下圖圖二所示，黃色部分代表MVB線纜，每根電纜中只需要4芯屏蔽線，即對應MVB連接器中的Pin1、Pin2、Pin4和Pin5。如下圖圖二所示，6個設備只用到了5根線，因為6個設備是通過這5根線串接，而不是環網連接，所以在每個網段中會出現兩個終端設備，終端設備必須接上終端連接器。終端連接器如下圖圖三所示，圖中的Zt表示MVB設備內部終端電阻，標準的MVB設備都自帶120歐姆電阻，其中A路和B路分別各帶一個，通常MVB終端是指一種特殊的MVB連接器，連接器內部只需要把對應的管腳短接即可，短接的方法為Pin1短接Pin6，Pin2短接Pin7，Pin4短接Pin8，Pin5短接Pin9。

3.3通訊建立

當接線確認沒問題后，需要進一步進行整車網絡系統通訊的建立。MVB設備通常分為以下兩種：第一種，帶有總線調度管理功能（Bus Administrator，以下簡稱BA[2]），如4類（及以上）設備;第二種，不具備BA功能，如0類、1類、2類、3類設備。整車網絡系統中有且只能有一個設備具有BA功能，例如網絡系統的中央控制單元，其余子系統（如牽引系統、制動系統等）均不能具有BA功能。MVB通訊數據類型包括過程數據、消息數據和監視數據，用于列車控制的90%以上都是過程數據，過程數據通訊以端口號為邏輯地址進行尋址，過程數據端口大小采用Fcode[3]來表示，Fcode對應的端口大小如下表表1所示。

MVB過程數據通訊至少需要兩個設備，一個設備是具有過程數據通訊能力且含有BA功能，命名為設備B;另一個設備是具有過程數據通訊能力但不含有BA功能，命名為設備A。如果網絡系統中沒有具有BA功能的設備，通訊是無法建立的，而且總線中有且只有1個設備可以具有BA功能。

BA負責每一次數據傳輸的發起，BA發出對應的主幀，對應的其他匹配的設備（包括BA設備本身）回應對應從幀，不是匹配的設備不會發出從幀，總線上其他任意設備可以對這個數據進行監聽。

下述以設備A和設備B為例介紹MVB過程數據通訊過程，如上圖圖四所示：

（1）BA設備（B設備）發出端口1的主幀，對應的源設備A（此端口配置為SOURCE 源的設備）接收到主幀后，回復從幀1;

（2）BA設備（B設備）發出端口2的主幀，對應的源設備B（此端口配置為SOURCE 源的設備）接收到主幀后，回復從幀2。

理解上述兩個設備的通訊原理后，對于多個設備進行MVB通訊的原理，參考如下圖圖五所示：總線管理器發送對應的主幀，源設備響應并回復對應的從幀，同時所有的接收設備接收從幀數據。

4常見故障分析

根據上述章節的介紹，網絡系統的常見故障可以分為兩類：第一類故障，故障點定位在MVB連接器或者MVB接線上，我們簡稱為物理層故障，可通過線纜分析儀輔助查找故障點;第二類故障，故障點定位在MVB通訊數據上，我們簡稱為邏輯層故障，可通過協議分析儀輔助查找故障點。兩類故障并沒有強調各自解決問題的獨立性，往往在查找故障時，需要同時結合處理兩類故障的方法來解決問題。下面我們簡單根據實際運營維護中的經驗，進行簡要闡述和分析。

4.1物理層故障

MVB線纜為屏蔽線，屬特殊線纜，一般分為四芯雙絞屏蔽線和兩芯屏蔽線。正常通過線纜分析儀測試一段MVB線，測試結果如下圖圖六所示，紅黑代表A路，橙黃代表B路，S代表屏蔽層。

當異常時，會出現線纜中間有斷點，如下圖圖七所示，A路中存在斷點。

同樣，還會出現接線交叉的情況，如下圖圖八和圖九所示，圖八中A路內部線序交叉，圖九中A路和B路線序出現交叉。

另外，還有一些故障屏蔽層處理不好，有毛刺，導致網絡系統不穩定，如下圖圖十所示，無法測出屏蔽。

4.2邏輯層故障

按照上述章節描述，當具有BA功能的設備發出主幀時，被調度的設備需要回復從幀，但是在實際運營過程中，有些設備會出現離線，通過協議分析儀進行總線數據的抓取，基本確認是設備未回復從幀或者回復從幀的波形不符合標準規定，例如穩態幅值不在標準規定的±1.5V～±5.5V之間。

設備未回復從幀的情況，如下圖圖十一所示，藍色代表A路，紅色代表B路，主幀已經發出調度，但是下圖中只有B路回復從幀，而A路未回復，所以會出現當A路作為信任線時，部分設備因為長時間未回復從幀而網絡系統判斷該設備離線。

另一種情況如下圖圖十二所示，設備雖然回復從幀，但是對比正常的A路從幀波形，B路從幀波形已經出現嚴重畸變，導致網絡系統無法解析，從而判斷該設備離線。

另外，其它邏輯層故障還包括比如主幀畸變，導致從設備無法解析，無法回復從幀數據，從而判定設備離線;還有比如主幀和從幀碰撞重疊，導致無法解析，進而判定設備離線等。

5總結

上述僅簡單列舉出列車運營和維護檢修過程中常見的MVB總線網絡系統故障，通常在實際查找故障時需要同時結合處理物理層故障和邏輯層故障兩類故障的方法來解決問題，如果通過線纜分析儀進行全列車校線和連接器接線確認后，無法具體定位故障點，可以通過協議分析儀逐網段進行總線數據的抓取，進而定位故障點。

參考文獻：

[1] IEC 61375. Train Communication Network [國際標準].

[2] 倪文波.王雪梅.高速列車網絡與控制技術[M].成都：西南交通大學出版社，2008

[3] 陽憲惠.現場總線技術及其應用（第2版）[M].北京：清華大學出版社，2008