地鐵車輛MVB網(wǎng)絡故障分析及解決方案分析

趙云婷

摘要：本文主要分析了MVB網(wǎng)絡通信原理，重點介紹了地鐵車輛MVB網(wǎng)絡故障及解決方案，其不僅可以降低MVB網(wǎng)絡故障的發(fā)生，而且還可以確保地鐵車輛的安全、高效運行。通過對MVB網(wǎng)絡故障及解決方案進行研究，以期為地鐵車輛的安全運行提供可靠保障，創(chuàng)造出最大化的經(jīng)濟與社會效益。

關鍵詞：地鐵車輛;MVB;網(wǎng)絡故障;解決方案

1. MVB網(wǎng)絡通信原理介紹

1.1周期輪詢

對于MVB網(wǎng)絡總線拓撲而言，一般需要設置一個主設備，也稱總線管理器（BA），通常是由地鐵車輛監(jiān)視與控制系統(tǒng)TCMS中的主控制器VCU擔任，以實現(xiàn)對整個 MVB通信過程的有效控制。通常情況下，總線管理器可以實現(xiàn)對設備端口的周期輪詢，并且把輪回時間定義為固定時間片，即所謂的基本周期Tbp，其對應的基本周期范圍在1.0ms-2.5ms。實際上，每個基本周期涵蓋了如下階段：（1）監(jiān)管階段。主要是通過網(wǎng)絡管理器來實現(xiàn)對各MVB傳遞管理器和子設備權限進行監(jiān)控;（2）周期階段。其主要負責過程數(shù)據(jù)傳輸;（3）消息階段。主要負責消息數(shù)據(jù)傳輸工作;（4）空閑階段。需要按照要求預留一定時間，以確保下一個基本周期的順利進行。圖1描述的是基本周期的4個階段。

在MVB總線正常工作之前，需要明確主設備讀端口的順序和構建端口參數(shù)值，并對每個端口特征周期給予準確定義。為了實現(xiàn)總線同步，則需要對應的特征周期T_ip（i）= T_bp×2n，其中n=（0～10）。實際上，在MVB網(wǎng)絡運行階段，要求特征周期小于1024Tbp。在特征周期T_ip內(nèi)輪詢過程中，主設備的每一個周期數(shù)據(jù)均需要根據(jù)周期掃描表將預先定義好的主幀序列發(fā)送至MVB網(wǎng)絡中，該過程中最長特征周期稱之為宏周期，但是要求其最大特征周期小于1024ms。

1.2數(shù)據(jù)交換

在MVB網(wǎng)絡通信過程中，當主設備對過程數(shù)據(jù)進行周期性地發(fā)送，且請求主幀報文（Process_Data_Request）時，唯一一個相應的源設備將會產(chǎn)生響應主幀，并對其源緩沖區(qū)中的內(nèi)容進行讀取，并將此內(nèi)容用一個不可分割的操作以從幀報文方式（Process_Data_Response）進行發(fā)送。在數(shù)據(jù)交換過程中，當主幀報文F_code指定幀長度與該邏輯地址設置長度不匹配時，此時設備將不會發(fā)出任何響應，而此時的從幀報文能夠被一個或多個宿設備完成接收工作。在數(shù)據(jù)接收過程中，在所選擇的宿設備中如果在Process_Data_Request中出現(xiàn)標識符時，將總線上接收到的幀內(nèi)容通過不可分割的操作來存儲于相應緩存區(qū)，同時把緩存區(qū)的先前內(nèi)容覆蓋掉，此時只有總線管理器能夠對主幀報文進行發(fā)送，且其他MVB設備需要嚴格按照MVB網(wǎng)絡管理器要求開展輪循訪問操作。實際上，在MVB數(shù)據(jù)交換過程中，從幀報文需要嚴格按照主幀報文形式執(zhí)行相關操作。

2.地鐵車輛MVB網(wǎng)絡故障機理

在地鐵車輛中，MVB網(wǎng)絡屬于比較常見的共享介質(zhì)通信網(wǎng)絡，可以在同一個物理層線路上完成對所有數(shù)據(jù)的傳輸工作，此時需要按照規(guī)定的協(xié)議來確保所有設備完成數(shù)據(jù)傳輸操作。否則，如果某一個或多個設備在運行階段發(fā)生故障時，將無法根據(jù)協(xié)議要求來進行數(shù)據(jù)傳輸，進而導致整個MVB網(wǎng)絡存在異常，甚至導致整個網(wǎng)絡癱瘓。地鐵車輛MVB網(wǎng)絡通訊極易受電磁干擾（EMI）、超出工作溫度范圍、供電質(zhì)量等環(huán)境因素影響。如果MVB網(wǎng)絡所處的工作環(huán)境偏離適用范圍時，將會誘發(fā)網(wǎng)絡故障，也可能誘發(fā)通信存儲器數(shù)據(jù)和寄存器內(nèi)容丟失，致使MVB網(wǎng)路數(shù)據(jù)不能完成傳輸和發(fā)送工作。通常情況下，MVB總線與設備的通信中斷，不會影響總線上其余網(wǎng)絡設備的正常通信。然而，通信數(shù)據(jù)混亂并不是由于接收和發(fā)送參數(shù)丟失所致，而是該部分參數(shù)被修改，出現(xiàn)了非法的MVB傳輸。與通信中斷和參數(shù)丟失相比，通信數(shù)據(jù)混亂造成的MVB網(wǎng)絡故障將會對網(wǎng)絡通信產(chǎn)生干擾。

3.地鐵車輛MVB網(wǎng)絡故障類型

3.1 MVB網(wǎng)卡故障

在地鐵車輛運行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)制動系統(tǒng)網(wǎng)卡模塊（PC104卡）故障和空調(diào)控制器MVB網(wǎng)卡模塊（PC104卡）故障，具體影響如下：（1）兩次故障均導致MVB網(wǎng)絡出現(xiàn)完全癱瘓;（2）如果上述故障超過兩次時，將會導致MVB網(wǎng)絡部分系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障。同時對MVB網(wǎng)卡故障進行檢查發(fā)現(xiàn)，在所有故障案例中，MVB接口模塊上的芯片均存在明顯的高溫灼傷痕跡（圖2）。

3.2 MVB連接器問題

在地鐵車輛MVB網(wǎng)絡應用過程中，MVB連接器問題是比較常見的故障類型，具體如下：（1）MVB線纜接線問題。該問題將會冬至MVB網(wǎng)絡故障頻發(fā)，并且每次發(fā)生網(wǎng)絡故障時，均有類似的故障狀態(tài)出現(xiàn)，進而對部分子系統(tǒng)產(chǎn)生了短暫的不利影響，導致列車進入限速運行狀態(tài)。通過對該故障進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，MVB插頭在多個設備上均存在接線不規(guī)范的情況，有的電纜線芯與MVB插頭的外殼發(fā)生接觸，進而導致接地現(xiàn)象，同時也有電纜連接松動，導致接觸不良的情況（圖3）;（2）MVB連接器內(nèi)阻抗處理不理想。目前，大多數(shù)MVB網(wǎng)絡連接器均選擇了HARTING公司生產(chǎn)的D-SUB MVB專用連接器，并且在連接器內(nèi)設置終端電阻，在整個網(wǎng)絡中當設備處于中間設備時，需要剪斷連接器內(nèi)的BRA和BRB。如果當設備分布在各網(wǎng)絡的終端時，則需要保留A線連接器內(nèi)的 BRA，并剪斷BRB，同時需保留B線連接器內(nèi)的BRB，剪斷BRA，以此來確保線路阻抗和終端電阻匹配。如果電阻配置不符合要求時，將會導致終端電阻和線路阻抗不匹配，進而對網(wǎng)絡信號的傳輸產(chǎn)生不利影響。

4.地鐵車輛MVB網(wǎng)絡故障解決方案

4.1 MVB一致性型式試驗

在地鐵車輛運行過程中，要想提高MVB網(wǎng)絡通信的可靠性，在裝車前均需要供應商對接入MVB網(wǎng)絡的所有微機控制單元進行一致性試驗，其目的是對被測試MVB設備是否滿足標準給予驗證。通過該測試能夠對設備的電氣和機械設計進行規(guī)范，進而保證系統(tǒng)整體表現(xiàn)、信號接收能力及數(shù)據(jù)輸出波形滿足TCN標準。

4.2看門狗功能

在地鐵車輛MVB網(wǎng)絡運行階段，看門狗功能是預防MVB網(wǎng)絡故障的常見方案，如果發(fā)現(xiàn)MVB網(wǎng)卡故障時，則會降看門狗功能激活，進而導致MVB網(wǎng)卡停止工作。在完成初始化后，MVB控制器只可以通過在通信存儲器中存儲的參數(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，以此來確保MVB網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的完整性。

4.3增加網(wǎng)絡通信檢查

為了降低地鐵車輛MVB網(wǎng)絡故障的發(fā)生，則需要增加網(wǎng)絡通信檢查工作，一般是借助FLUKE DSX5000線纜測試儀來對MVB線纜的特性阻抗、線纜拓撲等特性是否超標進行檢查。通過協(xié)議分析儀來對周期掃描、端口掃描、AB 線狀態(tài)監(jiān)視及丟幀錯幀統(tǒng)計等進行測試，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時采取有效措施給予解決。

5.結束語

綜上所述，MVB網(wǎng)絡是地鐵車輛中比較重要的組成部分，此時就需要對常見的MVB網(wǎng)絡故障進行分析，并制定針對性、系統(tǒng)性的解決方案，以此來發(fā)揮MVB網(wǎng)絡優(yōu)勢，提高地鐵車輛運行效率。

參考文獻：

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