標準動車組網絡原理與處理措施

張偉 賈興強

摘要：高速列車為保證旅客乘車的安全與舒適，需對車輛的各種設備進行可靠地控制、監測和診斷而列車網絡系統是一種面向控制、連接車載設備的數據通信系統，是分布式列車控制系統的核心，其集列車控制系統、故障檢測與診斷系統以及旅客信息服務系統于一體，通過網絡實現列車各個系統之間的信息交換，最終達到對車載設備的集散式監視、控制和管理目的，因此，列車的網絡系統對于車輛的安全可靠運行起著至關重要的作用。本文著重介紹了列車網絡系統的結構組成、工作原理以及典型故障的分析和處理方法。

關鍵詞：中國標準動車 ? ?列車總線（WTB） ? ?車輛總線（MVB） ? ?通信 ? ?以太網 ? ?MBA總線分析儀

一、系統概述

列車網絡控制系統用于動車組的列車級和車輛級的網絡數據傳輸，并能夠實現整車的邏輯控制、故障診斷和狀態顯示，提供調試和維護幫助。

1、網絡控制系統采用兩級總線

列車總線為WTB總線，車輛總線為MVB總線[1]，列車級和車輛級數據轉換采用WTB/MVB 網關。WTB總線物理上采用兩根互為冗余的雙絞線，傳輸速率為1Mbit/s，兩個牽引單元之間通過WTB總線和冗余的網關連接，通過網關與本單元的MVB總線相連進行數據交換[2]。MVB總線的傳輸介質為EMD，物理層上采用兩對冗余的雙絞線總線結構，MVB總線的傳輸速率為1.5Mbit/s。通過MVB總線和輸入輸出模塊實現各子系統與CCU之間的數據交換。

2、布設以太網，主要用于傳輸狀態數據和故障數據

列車同時布設以太網ETB列車總線，ETB總線的傳輸速率為100Mbit/s。每節車廂設有ETB交換機，通過以太網交換機與CCU、HMI、無線傳輸裝置等設備相連進行數據交換[3]。ETB總線主要用于傳輸狀態數據和故障數據。同時以太網作為維護網絡，對連接至以太網的車載子系統實現軟件上載和故障下載。

動車組按照牽引單元設置兩個網段，每個網段設有列車節點。每個牽引單元為一個或多個MVB網段，當某個MVB網段出現故障時，只影響本網段內子系統的通信，不影響動車組其它網段中子系統的通信。

各子系統的控制設備通過MVB通信接口直接連接至車輛總線MVB，連接到車輛總線上的各子系統控制單元主要包括：牽引控制單元、制動控制單元、輔助控制單元、空調控制單元、門控單元、充電機控制單元、PIS控制單元等。當子系統或子系統控制器不具有MVB通信接口時，子系統的反饋狀態通過輸入輸出設備接入車輛網絡。

列車總線為WTB，傳輸速率為1Mbit/s，而車輛總線為MVB，傳輸速率為1.5Mbit/s，保證了控制指令的實時性。

二、列車的通訊與控制

1、中央控制單元

中央控制單元主要由網關、CPU處理板卡、IOM管理板卡、MVB通訊板卡、數字輸入輸出板卡、電源板卡、冷卻風扇、機箱等組成。同時擴展可實現網側電流、變壓器差分電流、網壓、蓄電池電壓等模擬量采集功能。可實現WTB/MVB/ETH的通訊功能。中央控制單元在通用CPCI總線的技術上加入本控制單元特有的信號，實現了擴展性的CPCI總線技術;除此之外，在背板上還包含數字和模擬的IO信號;具有MVB、以太網接口。中央控制單元作為動車組網絡控制核心單元，采集與車輛運行狀況有關的各種信息，并對這些數據進行邏輯判斷處理后，發送到牽引、制動、輔助供電、空調、旅客信息系統、充電機等連接到列車網絡上的各個子系統，從而對各種系統進行控制、監視和故障診斷。

2、高壓控制單元

本高壓控制單元主要由CPU處理板卡、IOM管理板卡、MVB通訊板卡、數字輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出板卡、電源板卡、冷卻風扇、機箱等組成;主要實現高壓系統數字量輸入輸出監視與控制、網側電流、網壓、變壓器差分電流、變壓器油流出入溫度、蓄電池電壓等模擬量采集功能。本高壓控制單元可實現MVB、ETH的通訊功能。

3、輸入輸出模塊

輸入輸出模塊（IOM）是一種用于采集車輛數字量輸入信號，同時具有數字量輸出信號功能的裝置，大量地用于軌道交通運輸車輛。

本輸入輸出模塊主要由CPU板卡、MVB通訊板卡、DC110V數字量輸入板卡、DC24V數字量輸入板卡、DC110V數字量輸出板卡、電源板卡、機箱等組成;具有MVB、ETH接口，可實現MVB、ETH的通訊功能。

4、無線傳輸裝置

采用MVB網絡技術、以太網技術、GSM無線傳輸技術、WLAN無線局域網技術，能夠滿足檢修部門對運行動車組動態跟蹤控、提供遠程技術支持和故障應急指導并即時組織維修的實際需求。將高速動車組運行途中傳輸的信息分為動態位置跟蹤信息、基本狀態信息和故障信息等。動態位置跟蹤信息主要包括運行動車組位置，如經緯度或線路公里標;基本狀態信息主要有：速度、牽引、制動、車門、軸溫等安全相關信息，以及空調、衛生間等旅客服務設施狀態信息等;故障信息主要是在車載網絡上傳輸的、可獲取的故障事件及其相關環境參數，用于故障發生后支持車載故障診斷、分析、排除及動車組檢修。

5、以太網關/交換機

TKD586A/B型以太網網關、交換機包括TKD568A型以太網網關和TKD568B型以太網交換機兩種設備。以太網技術在列車網絡中主要是與現有的MVB總線相結合的模式。

以太網在列車運行過程中起監視作用，不參與列車控制，當以太網故障時，列車的運行不受影響。以太網在列車上的應用，大量的故障數據、事件記錄、設備運行參數等都可以通過以太網通訊的方式傳輸給顯示屏和無線車載設備等，然后根據具體需求對數據進行分類存儲、顯示以及發送至地面監視服務器，大大提高了對動車組安全狀態和故障情況進行監控的能力，增加了對網絡設備維護的手段。原來部分通過MVB網絡傳輸的數據，可通過以太網進行傳輸，對傳輸信息可進行更合理的分配，提高了整個網絡通訊帶寬的利用率。

6、MVB中繼器

在列車的TCN網絡中，按照IEC61375-1標準規定，因受物理層RS-485驅動能力的限制，MVB總線最多可以連接32個設備，因線纜長度對信號造成衰減以及受物理層RS-485驅動能力的限制，MVB線纜長度最大不能超過200米，這種限制的存在對MVB網絡設計和應用造成一定限制。為了克服這種限制，標準中提出可采用MVB中繼器設備對MVB的物理層信號進行整形放大。因此在MVB網絡應用中，MVB中繼器得到了廣泛的應用。

MVB中繼器由兩個完全獨立、冗余的主電路組成，每個主電路由接收/發送電路、FPGA控制邏輯電路以及電源電路三部分組成。

三、結束語

綜上我們了解到列車各控制裝置間的通信通過由列車總線 WTB（絞線式列車總線）和車輛總線 MVB（多功能車輛總線）組成的雙級通信網絡予以實現，列車組中的牽引單元通過列車總線 WTB 互相連接具有通信速率高、實時性好等特點。本文通過對中國標準動車組通信網絡結構組成進行了分析，并通過在實際工作中遇見的典型故障進行了總結分析提煉了解決故障的快速思路和方法，確保了標準動車組的調試工作質量，為旅客的旅途舒適安全保駕護航。

參考文獻

[1] 聶曉波， 王立德，申萍.軌道車輛MVB網絡實時性能分析與優化研究.鐵道學報.2011.第33卷第9期：40-44

[2]朱俊，李芳，王麗芳.MVB總線網絡動態性能的研究.機 車 電 傳 動.2013年第1期：35-38

[3] 劉博，金杰，陳佳凱，韋巍.用工業以太網描述和替代MVB網絡.工業控制計算機.2014年第27卷第5期：6-9