基于MVB 技術的地鐵網絡通信故障分析

時月梅,張 健

(成都文理學院,四川 成都 610401)

0 引言

隨著我國列車局域網技術的快速經濟發展,我國城市動車組通信控制系統網絡已成為社會保障的重要組成部分,受到公眾的高度重視。 因此,獨特的車載電子設備管理數據和通信行業標準應運而生。 MVB 通信網已成為我國城市車輛通信系統的主要保障,在設備編程和總線連接方面發揮著重要的輔助作用。 作為我國主要動車組通信網絡系統發展的重要應用項目,基本實現了城市軌道交通車輛數據傳輸的實時化目標。但近年來,我國城市軌道交通車輛故障率持續上升,約占城市軌道交通車輛總投資的10%。 MVB 作為列車計算機網絡系統總線接入的實時保障(見圖1),應用范圍廣泛,可以從布線質量、網絡節點設計要求、硬件抗干擾等方面具體分析實際設備故障[1]。 因此,降低車輛故障率已成為我國鐵路車輛通信技術發展趨勢,尤其是現代公交通信網絡發展的必要因素。

圖1 列車通信網絡

1 地鐵MVB 網絡介紹

1.1 網絡各單元功能劃分

軌道交通網絡中的各個節點都具有不同的功能。中央監控單元一般承擔對MVB 通信的監測與管理,對牽引力與剎車特性的管理有一些輔助功能。 而轉向架的傳動則一般由傳動控制單元完成。 邏輯控制單元一般承擔數字、模擬信號的收集,包括對軌道交通信息的邏輯運算。 而智能顯示單位一般承擔對軌道上交通狀態的指示、對軌道交通故障信息的真實和檢測包括部分地下鐵路參數的設定等。 在MVB 網絡中,安全監控股起到了非常關鍵的角色,一般承擔著如下職責:(1)與MVB 各節點及企業實現教學通信,并記錄下各節點的全部工作狀態數據信息。 (2)完成在MVB 總線上的所有故障管理信息系統記錄工作。 (3)與上位機實現通過串口通信。

1.2 SDU 設計介紹

在MVB 網絡系統中,節點機箱SDU 和上位機是安全監控系統的重要組成部分。 飛虎的實現應該能夠連接MVB 總線上的任意節點,并與主機進行串行通信。上位機系統可以設置管理信息系統,下位機傳輸的信息可以通過串行通信接收。 通過資格審查后,將上海地鐵的狀態記錄在主機上,并按規定將信息存儲在數據庫系統中,確保數據安全。 SDU 機箱主要由帶有嵌入式控制器的企業CPU 板組成,用于企業信息系統管理。 CPU 板使用的32 位嵌入式計算機系統VII 和控制系統使用的嵌入式多任務實時控制系統(NUCLEUs MVB)協議控制器芯片是目前最成熟的嵌入式計算機技術管理系統,兩者共同構成了一個完善的企業級CPU 系統。 管理器規格是NET ARM50。 控制器芯片采用32 位ARM7 的tdmi 中央管理模塊。 它可以同時在5 個監控模塊和1 個用戶模塊下工作,支持16 個工作頻率;集中式10/100 以太網;P1284/ENI 接口;兩個串行端口(UART、HDLC、SPI);10 通道DMA 控制器;支持8 位、16 位和32 位外部總線設備,并支持SRAM、FD/DRAM、SDRAM、閃存和EEPROM[2]。

2 基于MVB 技術的地鐵網絡通信故障分析

2.1 通信中斷故障分析

2.1.1 通信網絡故障分析

在軌道交通線路網絡通信故障中,數據采集與監控系統經常出現通信中斷故障。 然而,隨著MVB 信息技術的日益發展和廣泛應用,以光纖網絡和銅線網絡為基礎的通信信息網絡經濟逐漸發展起來,滲透到軌道交通線路的電子技術和移動增值業務中,成為一個地區電子技術故障的典型代表。 以光通信故障控制系統為例,它通常由光調制器、光解調器、光纜和中繼器組成。 最常見的故障是光通信信道的單向傳輸方式。只有調整光電調制器的自環,才能考慮光電轉換器件的功耗。

2.1.2 設備參數配置錯誤

近年來,在地鐵通信故障的例子中,由于設備參數配置不當導致典型事故的概率日益增加,加上MVB 網絡接口卡的硬件設計和軟件結構,車間通信網絡故障的概率也相應增加。 在軌道交通線路網絡通信故障中,以太網通信和串行通信故障是典型故障,一般表現為外網接線正常,但通信地址參數設置不當。

以XX 市某軌道交通線路車輛故障檢測為例,采用中央控制系統單元(Central Control System Unit,CCU)作為MVB 網絡系統的總線管理器。 發生時,人員可以確定IP 地址的準確性和設備內部通信距離的變化發展,有效防止通信介質和設備終端接口問題對企業內部網絡信號通道或社會環境的影響,為MVB 網絡系統數據通信設備和驅動程序的設計提供科技教學輔助功能。

2.2 網絡應用故障分析

2.2.1 事故案例分析

結合通信中斷故障的主要分析內涵,本研究以MVB 通信故障的具體實施實例為出發點,確定了軌道交通車輛MVB 通信故障必須考慮的要點。 案例描述如下:當日7:20:02,當列車正線進站時,mp2 車型MCM 狀態值基本保持穩定(0~1)。 3 s 鐘后,所有的高速斷路器都關閉了。 7:20:02 后,MPL 型號的MCM 狀態值達到24~26。 7:20:12 后,凈壓力穩定在0,ACM處于暫停狀態。 5 s 鐘后,ACM 恢復工作。 據統計,火車比最初定義的時間晚了157 s。

2.2.2 通信故障分析

從上述分析案例來看,軌道交通線網信息通信系統故障一般與MCM 的穩定工作特性、高速斷路器的合閘效果、DCU/M 等通信技術故障有關,進一步發展導致列車在原定義時間內相對晚點的現象。 在MVB 軌道交通車輛信息通信故障中,多芯片組件和DCU 多芯片組件的交通故障是比較容易發生的。 當MCM 狀態值超過20 時,MVB 通信的固定狀態被破壞,容易出現MCM 保護停運(列車網絡運行狀態故障)的現象。 高速斷路器的故障一般與高壓勢能計算、MCM 保護原理、合閘操作等保護故障有關。 主要體現在7: 20: 12,當電網電壓穩定值為0 時,5 s 后將恢復正常工作狀態。 通信不包括車間供電狀態和前蓋關閉狀態,也和ACM 啟動前后相同。

3 對MVB 地鐵網絡通信故障的幾點建議

3.1 注重總體結構設計,優化網絡通信效益

在基于MVB 技術的城域網數據通信故障中,實際工作中存在通信中斷、設備參數錯誤等主要問題,可以根據基于MVB 技術的列車運行總線的拓撲結構進行設計。 如在每節車廂設置1 個MVB 節點,將運行速率限制在1.5~2.0 mb/s,通過網絡接口單元設備與MVB節點連接等。 為降低城軌建設中列車通信網絡故障率,在確定MVB 信息技術聯網總體架構后,應合理部署軟硬件設施,如增加嵌入式處理器、重置系統硬件建設等[3]。 在MVB 設備管理器的維護中,模塊化功能單元連接到每輛車(根據CPU 節點),配置MVB 網絡系統接口設備,確保傳輸和子網管理。 以XX 某地下鐵路企業網絡系統運行狀況為例,根據MVB 控制器的網絡安全信息連接,可以整合企業內不同車的網絡安全節點,設置學習條件,應用存儲、I/O 設備、網絡安全管理模塊等外部條件。 企業網絡系統的安全運行和未配置的節點可以一起開發和集成,具有自動識別技術等功能,從而實現功能更多的企業網絡系統模塊化架構。

3.2 應用列車控制系統,降低通信故障

目前,上海軌道交通1 號線交叉口和2 號線的典型站點類別均采用了德國telecom TCN 規范的公交網絡系統,也采用了WTB MVB(Train Operation Bus Network)架構,列車運營公交網絡接口、車輛管理系統等為現實提出的參考規范。 針對城市軌道交通公交MVB 網絡系統的通信故障,通過實施公交技術的高度自動控制效果,將更有效地避免列車運行的突然故障和公交技術的應用故障。 因此,在XX 軌道交通2 號線軌道交通技術引進中,將結合MVB 公交、自行車網絡系統分級監控的優勢,配備狀態、過程統計、信息統計、公交管理器等高科技功能,可實現數據信息同步。

在VTCU(車輛控制器)和COMC(通信連接器)控制系統的硬件設計中,采用標準模塊化控制系統,利用VTCU 供電系統提供的110VDC(保證供電管理系統的潛在分離效果)實現列車應用板的車輛管理任務,利用MVB 控制系統連接不同的母線[4]。 在分析MVB 不同時間節點的連接網絡效應時,以網關系統(VTCUGW),VCUT,VCUA,VTCU 組成的電源管理控制單元作為主要測量指標,可以放大與WTB,MVB 網絡系統的信息和數據交換中的重要信息。

3.3 保障通信網絡利用,診斷列車故障系統

目前,隨著列車通信系統的廣泛應用,Lonworks,CAN 等各類現場總線技術應用系統已逐漸被MVB 過程控制和總線技術快速優化的優勢所取代,對TCN 標準提出了更全面的要求。 MVB 通信網絡結構利用其獨特的總線通道引入、自動鏈路管理、跳線電纜等方法滿足與車輛互聯的應用需求,對專用主節點(獨立通信子網)的控制有更高的特性要求,以達到總線網關之間互聯互通的目的。

由于MVB 通信網絡等級結構的變化,采用MVB技術的地鐵線路的安全質量狀況通常在1.5 兆位U002Fs 的區域,車廂和車間的電氣設備通過車輛總線連接。 電力短距離介質傳輸(Short Distance Dielectric Transmission of Power,ESD)和電氣中距離介質傳輸(Medium Distance Transmission in Electrical,EMD)采用RS 負485 國際標準,可通過200 m 跨度的屏蔽雙絞線傳輸標準間差分信號,避免了電纜、連接器等電氣設備的傳輸問題。 在XX 軌道交通1 號線總線連接技術設計研究方案中,通過考慮列車間總線互聯管理方式(3 列列車滿足這樣的基本單元要求),簡化OSI 模塊(開發互聯信息系統,考慮鏈路層結構),使MVB 監控設備企業數量不斷擴大到30~32 家,最大總線直徑超過260 m(接變壓器)。 本次研究設計與以往其他網絡通信故障分析方法一樣,通過連接列車,采用MVB 拓撲架構,為公交系統的網絡性能創造了更加便利的條件,這是MVB 網絡的重要優勢(設備特性和交易數據信息),也可以廣泛地應用于城市地下鐵路網絡。

4 結語

綜上所述,MVB 軌道交通車輛通信故障主要與通信中斷和控制系統應用問題有關。 因此,MVB 技術也是有效防止地下鐵路通信故障的列車網絡控制系統的關鍵部分。 從網絡信息技術的結構設計、控制理論和實際應用來看,我國的MVB 信息技術起步晚于西方發達國家。 根據MVB 的實際情況和我國軌道交通車輛網絡通信故障,本研究設計了各單位的節點應用方法,有效提供了現場監測和防范的工作記錄,為軌道交通建設創造了切實可行的輔助條件。