基于MVB 技术的地铁网络通信故障分析

时月梅,张 健

(成都文理学院,四川 成都 610401)

0 引言

随着我国列车局域网技术的快速经济发展,我国城市动车组通信控制系统网络已成为社会保障的重要组成部分,受到公众的高度重视。 因此,独特的车载电子设备管理数据和通信行业标准应运而生。 MVB 通信网已成为我国城市车辆通信系统的主要保障,在设备编程和总线连接方面发挥着重要的辅助作用。 作为我国主要动车组通信网络系统发展的重要应用项目,基本实现了城市轨道交通车辆数据传输的实时化目标。但近年来,我国城市轨道交通车辆故障率持续上升,约占城市轨道交通车辆总投资的10%。 MVB 作为列车计算机网络系统总线接入的实时保障(见图1),应用范围广泛,可以从布线质量、网络节点设计要求、硬件抗干扰等方面具体分析实际设备故障[1]。 因此,降低车辆故障率已成为我国铁路车辆通信技术发展趋势,尤其是现代公交通信网络发展的必要因素。

图1 列车通信网络

1 地铁MVB 网络介绍

1.1 网络各单元功能划分

轨道交通网络中的各个节点都具有不同的功能。中央监控单元一般承担对MVB 通信的监测与管理,对牵引力与刹车特性的管理有一些辅助功能。 而转向架的传动则一般由传动控制单元完成。 逻辑控制单元一般承担数字、模拟信号的收集,包括对轨道交通信息的逻辑运算。 而智能显示单位一般承担对轨道上交通状态的指示、对轨道交通故障信息的真实和检测包括部分地下铁路参数的设定等。 在MVB 网络中,安全监控股起到了非常关键的角色,一般承担着如下职责:(1)与MVB 各节点及企业实现教学通信,并记录下各节点的全部工作状态数据信息。 (2)完成在MVB 总线上的所有故障管理信息系统记录工作。 (3)与上位机实现通过串口通信。

1.2 SDU 设计介绍

在MVB 网络系统中,节点机箱SDU 和上位机是安全监控系统的重要组成部分。 飞虎的实现应该能够连接MVB 总线上的任意节点,并与主机进行串行通信。上位机系统可以设置管理信息系统,下位机传输的信息可以通过串行通信接收。 通过资格审查后,将上海地铁的状态记录在主机上,并按规定将信息存储在数据库系统中,确保数据安全。 SDU 机箱主要由带有嵌入式控制器的企业CPU 板组成,用于企业信息系统管理。 CPU 板使用的32 位嵌入式计算机系统VII 和控制系统使用的嵌入式多任务实时控制系统(NUCLEUs MVB)协议控制器芯片是目前最成熟的嵌入式计算机技术管理系统,两者共同构成了一个完善的企业级CPU 系统。 管理器规格是NET ARM50。 控制器芯片采用32 位ARM7 的tdmi 中央管理模块。 它可以同时在5 个监控模块和1 个用户模块下工作,支持16 个工作频率;集中式10/100 以太网;P1284/ENI 接口;两个串行端口(UART、HDLC、SPI);10 通道DMA 控制器;支持8 位、16 位和32 位外部总线设备,并支持SRAM、FD/DRAM、SDRAM、闪存和EEPROM[2]。

2 基于MVB 技术的地铁网络通信故障分析

2.1 通信中断故障分析

2.1.1 通信网络故障分析

在轨道交通线路网络通信故障中,数据采集与监控系统经常出现通信中断故障。 然而,随着MVB 信息技术的日益发展和广泛应用,以光纤网络和铜线网络为基础的通信信息网络经济逐渐发展起来,渗透到轨道交通线路的电子技术和移动增值业务中,成为一个地区电子技术故障的典型代表。 以光通信故障控制系统为例,它通常由光调制器、光解调器、光缆和中继器组成。 最常见的故障是光通信信道的单向传输方式。只有调整光电调制器的自环,才能考虑光电转换器件的功耗。

2.1.2 设备参数配置错误

近年来,在地铁通信故障的例子中,由于设备参数配置不当导致典型事故的概率日益增加,加上MVB 网络接口卡的硬件设计和软件结构,车间通信网络故障的概率也相应增加。 在轨道交通线路网络通信故障中,以太网通信和串行通信故障是典型故障,一般表现为外网接线正常,但通信地址参数设置不当。

以XX 市某轨道交通线路车辆故障检测为例,采用中央控制系统单元(Central Control System Unit,CCU)作为MVB 网络系统的总线管理器。 发生时,人员可以确定IP 地址的准确性和设备内部通信距离的变化发展,有效防止通信介质和设备终端接口问题对企业内部网络信号通道或社会环境的影响,为MVB 网络系统数据通信设备和驱动程序的设计提供科技教学辅助功能。

2.2 网络应用故障分析

2.2.1 事故案例分析

结合通信中断故障的主要分析内涵,本研究以MVB 通信故障的具体实施实例为出发点,确定了轨道交通车辆MVB 通信故障必须考虑的要点。 案例描述如下:当日7:20:02,当列车正线进站时,mp2 车型MCM 状态值基本保持稳定(0~1)。 3 s 钟后,所有的高速断路器都关闭了。 7:20:02 后,MPL 型号的MCM 状态值达到24~26。 7:20:12 后,净压力稳定在0,ACM处于暂停状态。 5 s 钟后,ACM 恢复工作。 据统计,火车比最初定义的时间晚了157 s。

2.2.2 通信故障分析

从上述分析案例来看,轨道交通线网信息通信系统故障一般与MCM 的稳定工作特性、高速断路器的合闸效果、DCU/M 等通信技术故障有关,进一步发展导致列车在原定义时间内相对晚点的现象。 在MVB 轨道交通车辆信息通信故障中,多芯片组件和DCU 多芯片组件的交通故障是比较容易发生的。 当MCM 状态值超过20 时,MVB 通信的固定状态被破坏,容易出现MCM 保护停运(列车网络运行状态故障)的现象。 高速断路器的故障一般与高压势能计算、MCM 保护原理、合闸操作等保护故障有关。 主要体现在7: 20: 12,当电网电压稳定值为0 时,5 s 后将恢复正常工作状态。 通信不包括车间供电状态和前盖关闭状态,也和ACM 启动前后相同。

3 对MVB 地铁网络通信故障的几点建议

3.1 注重总体结构设计,优化网络通信效益

在基于MVB 技术的城域网数据通信故障中,实际工作中存在通信中断、设备参数错误等主要问题,可以根据基于MVB 技术的列车运行总线的拓扑结构进行设计。 如在每节车厢设置1 个MVB 节点,将运行速率限制在1.5~2.0 mb/s,通过网络接口单元设备与MVB节点连接等。 为降低城轨建设中列车通信网络故障率,在确定MVB 信息技术联网总体架构后,应合理部署软硬件设施,如增加嵌入式处理器、重置系统硬件建设等[3]。 在MVB 设备管理器的维护中,模块化功能单元连接到每辆车(根据CPU 节点),配置MVB 网络系统接口设备,确保传输和子网管理。 以XX 某地下铁路企业网络系统运行状况为例,根据MVB 控制器的网络安全信息连接,可以整合企业内不同车的网络安全节点,设置学习条件,应用存储、I/O 设备、网络安全管理模块等外部条件。 企业网络系统的安全运行和未配置的节点可以一起开发和集成,具有自动识别技术等功能,从而实现功能更多的企业网络系统模块化架构。

3.2 应用列车控制系统,降低通信故障

目前,上海轨道交通1 号线交叉口和2 号线的典型站点类别均采用了德国telecom TCN 规范的公交网络系统,也采用了WTB MVB(Train Operation Bus Network)架构,列车运营公交网络接口、车辆管理系统等为现实提出的参考规范。 针对城市轨道交通公交MVB 网络系统的通信故障,通过实施公交技术的高度自动控制效果,将更有效地避免列车运行的突然故障和公交技术的应用故障。 因此,在XX 轨道交通2 号线轨道交通技术引进中,将结合MVB 公交、自行车网络系统分级监控的优势,配备状态、过程统计、信息统计、公交管理器等高科技功能,可实现数据信息同步。

在VTCU(车辆控制器)和COMC(通信连接器)控制系统的硬件设计中,采用标准模块化控制系统,利用VTCU 供电系统提供的110VDC(保证供电管理系统的潜在分离效果)实现列车应用板的车辆管理任务,利用MVB 控制系统连接不同的母线[4]。 在分析MVB 不同时间节点的连接网络效应时,以网关系统(VTCUGW),VCUT,VCUA,VTCU 组成的电源管理控制单元作为主要测量指标,可以放大与WTB,MVB 网络系统的信息和数据交换中的重要信息。

3.3 保障通信网络利用,诊断列车故障系统

目前,随着列车通信系统的广泛应用,Lonworks,CAN 等各类现场总线技术应用系统已逐渐被MVB 过程控制和总线技术快速优化的优势所取代,对TCN 标准提出了更全面的要求。 MVB 通信网络结构利用其独特的总线通道引入、自动链路管理、跳线电缆等方法满足与车辆互联的应用需求,对专用主节点(独立通信子网)的控制有更高的特性要求,以达到总线网关之间互联互通的目的。

由于MVB 通信网络等级结构的变化,采用MVB技术的地铁线路的安全质量状况通常在1.5 兆位U002Fs 的区域,车厢和车间的电气设备通过车辆总线连接。 电力短距离介质传输(Short Distance Dielectric Transmission of Power,ESD)和电气中距离介质传输(Medium Distance Transmission in Electrical,EMD)采用RS 负485 国际标准,可通过200 m 跨度的屏蔽双绞线传输标准间差分信号,避免了电缆、连接器等电气设备的传输问题。 在XX 轨道交通1 号线总线连接技术设计研究方案中,通过考虑列车间总线互联管理方式(3 列列车满足这样的基本单元要求),简化OSI 模块(开发互联信息系统,考虑链路层结构),使MVB 监控设备企业数量不断扩大到30~32 家,最大总线直径超过260 m(接变压器)。 本次研究设计与以往其他网络通信故障分析方法一样,通过连接列车,采用MVB 拓扑架构,为公交系统的网络性能创造了更加便利的条件,这是MVB 网络的重要优势(设备特性和交易数据信息),也可以广泛地应用于城市地下铁路网络。

4 结语

综上所述,MVB 轨道交通车辆通信故障主要与通信中断和控制系统应用问题有关。 因此,MVB 技术也是有效防止地下铁路通信故障的列车网络控制系统的关键部分。 从网络信息技术的结构设计、控制理论和实际应用来看,我国的MVB 信息技术起步晚于西方发达国家。 根据MVB 的实际情况和我国轨道交通车辆网络通信故障,本研究设计了各单位的节点应用方法,有效提供了现场监测和防范的工作记录,为轨道交通建设创造了切实可行的辅助条件。