地鐵車輛MVB網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網絡通信原理，重點介紹了地鐵車輛MVB網絡故障及解決方案，其不僅可以降低MVB網絡故障的發生，而且還可以確保地鐵車輛的安全、高效運行。通過對MVB網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，創造出最大化的經濟與社會效益。

關鍵詞：地鐵車輛;MVB;網絡故障;解決方案

1. MVB網絡通信原理介紹

1.1周期輪詢

對于MVB網絡總線拓撲而言，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視與控制系統TCMS中的主控制器VCU擔任，以實現對整個 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）監管階段。主要是通過網絡管理器來實現對各MVB傳遞管理器和子設備權限進行監控;（2）周期階段。其主要負責過程數據傳輸;（3）消息階段。主要負責消息數據傳輸工作;（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值，并對每個端口特征周期給予準確定義。為了實現總線同步，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網絡運行階段，要求特征周期小于1024Tbp。在特征周期T_ip內輪詢過程中，主設備的每一個周期數據均需要根據周期掃描表將預先定義好的主幀序列發送至MVB網絡中，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數據交換

在MVB網絡通信過程中，當主設備對過程數據進行周期性地發送，且請求主幀報文（Process_Data_Request）時，唯一一個相應的源設備將會產生響應主幀，并對其源緩沖區中的內容進行讀取，并將此內容用一個不可分割的操作以從幀報文方式（Process_Data_Response）進行發送。在數據交換過程中，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。在數據接收過程中，在所選擇的宿設備中如果在Process_Data_Request中出現標識符時，將總線上接收到的幀內容通過不可分割的操作來存儲于相應緩存區，同時把緩存區的先前內容覆蓋掉，此時只有總線管理器能夠對主幀報文進行發送，且其他MVB設備需要嚴格按照MVB網絡管理器要求開展輪循訪問操作。實際上，在MVB數據交換過程中，從幀報文需要嚴格按照主幀報文形式執行相關操作。

2.地鐵車輛MVB網絡故障機理

在地鐵車輛中，MVB網絡屬于比較常見的共享介質通信網絡，可以在同一個物理層線路上完成對所有數據的傳輸工作，此時需要按照規定的協議來確保所有設備完成數據傳輸操作。否則，如果某一個或多個設備在運行階段發生故障時，將無法根據協議要求來進行數據傳輸，進而導致整個MVB網絡存在異常，甚至導致整個網絡癱瘓。地鐵車輛MVB網絡通訊極易受電磁干擾（EMI）、超出工作溫度范圍、供電質量等環境因素影響。如果MVB網絡所處的工作環境偏離適用范圍時，將會誘發網絡故障，也可能誘發通信存儲器數據和寄存器內容丟失，致使MVB網路數據不能完成傳輸和發送工作。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絡設備的正常通信。然而，通信數據混亂并不是由于接收和發送參數丟失所致，而是該部分參數被修改，出現了非法的MVB傳輸。與通信中斷和參數丟失相比，通信數據混亂造成的MVB網絡故障將會對網絡通信產生干擾。

3.地鐵車輛MVB網絡故障類型

3.1 MVB網卡故障

在地鐵車輛運行過程中，經常會出現制動系統網卡模塊（PC104卡）故障和空調控制器MVB網卡模塊（PC104卡）故障，具體影響如下：（1）兩次故障均導致MVB網絡出現完全癱瘓;（2）如果上述故障超過兩次時，將會導致MVB網絡部分系統出現運行故障。同時對MVB網卡故障進行檢查發現，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網絡故障頻發，并且每次發生網絡故障時，均有類似的故障狀態出現，進而對部分子系統產生了短暫的不利影響，導致列車進入限速運行狀態。通過對該故障進行調查發現，MVB插頭在多個設備上均存在接線不規范的情況，有的電纜線芯與MVB插頭的外殼發生接觸，進而導致接地現象，同時也有電纜連接松動，導致接觸不良的情況（圖3）;（2）MVB連接器內阻抗處理不理想。目前，大多數MVB網絡連接器均選擇了HARTING公司生產的D-SUB MVB專用連接器，并且在連接器內設置終端電阻，在整個網絡中當設備處于中間設備時，需要剪斷連接器內的BRA和BRB。如果當設備分布在各網絡的終端時，則需要保留A線連接器內的 BRA，并剪斷BRB，同時需保留B線連接器內的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，進而對網絡信號的傳輸產生不利影響。

4.地鐵車輛MVB網絡故障解決方案

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網絡通信的可靠性，在裝車前均需要供應商對接入MVB網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范，進而保證系統整體表現、信號接收能力及數據輸出波形滿足TCN標準。

4.2看門狗功能

在地鐵車輛MVB網絡運行階段，看門狗功能是預防MVB網絡故障的常見方案，如果發現MVB網卡故障時，則會降看門狗功能激活，進而導致MVB網卡停止工作。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來實現數據交換，以此來確保MVB網絡數據的完整性。

4.3增加網絡通信檢查

為了降低地鐵車輛MVB網絡故障的發生，則需要增加網絡通信檢查工作，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。通過協議分析儀來對周期掃描、端口掃描、AB 線狀態監視及丟幀錯幀統計等進行測試，一旦發現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網絡故障進行分析，并制定針對性、系統性的解決方案，以此來發揮MVB網絡優勢，提高地鐵車輛運行效率。

參考文獻：

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[2]周拯民.基于 MVB 技術的地鐵網絡通訊故障分析探討[J].建筑工程技術與設計，2018（25）：359.