鐵路車輛MVB通信網絡典型故障

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了鐵路車輛MVB通信網絡典型故障范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

關鍵詞:mvb;通信;網絡故障

1MVB通信概述

多功能車輛總線(MVB)是列車通信網絡的一種，具有實時性強、可靠性高、冗余及容錯性能好等優點，廣泛應用于高鐵、城軌等領域中。它采用主從通信的方式，由一個總線控制器輪詢每個端口完成數據傳輸。通信介質一般使用EMD(一種屏蔽雙絞線組成的電氣中距離介質)，在200m傳輸距離內最大可支持掛載32個設備。信號產生速度為1．5Mbit/s，使用曼徹斯特編碼。MVB網絡可由一個或多個總線段構成，總線段之間通過中繼器相互連接。為了提高可靠性，工程項目中采用雙線冗余結構。

2MVB網絡工作原理

MVB通信數據報文分為過程數據報文、消息數據報文和監視數據報文，工程中主要用到的是過程數據報文，用于車輛狀態信號和控制信號的實時傳輸。一個數據報文包含1個主幀數據和1個從幀數據。每個過程數據報文都對應一個端口地址的數據。總線管理器按照配置好的周期掃描表周期輪詢每個端口地址，發出與端口地址相應的主幀數據。配置了相同端口地址的源端口會發出從幀作為響應，從幀包含了預設的過程數據。配置了相同端口地址的宿設備會接受這個從幀數據，完成一個端口數據的發送和接收。在鏈路層，端口地址有12位編碼。主幀數據由16位組成，包含4位F_code和12位地址。從幀數據由1、2、4、8或16個16位的數據字組成，如圖1所示。

3故障原因分析

從MVB通信的原理可以看到，完成一個過程數據報文傳送，需要1個主幀和1個緊隨的從幀。主幀的發送是預設好的，總線管理器按照周期掃描表順序發送。在實際應用中，遇到的主要通信故障是從幀丟失。從幀丟失的原因很多，如端口配置錯誤、線路干擾、設備故障等。其中，設備故障可以由設備本身報出，或由車輛控制程序通過邏輯判斷報出，屬于比較容易判斷的故障類型。端口配置錯誤和線路干擾造成的故障一般需要專業的MVB分析設備，通過查看總線數據進行診斷。以下通過通信原理，分析端口配置錯誤和線路干擾造成從幀丟失的原因。

3.1端口配置錯誤

這里的端口配置錯誤指的是源端口配置錯誤，宿端口配置錯誤不會對通信造成影響。端口配置錯誤可能是端口地址缺失、端口大小不匹配或端口沖突。

3.1.1端口地址缺失端口地址缺失是指某個端口地址的源端口沒有配置。這種錯誤在實驗室測試階段就會發現，是一種比較簡單的故障現象。當總線管理器輪詢到該端口時，總線上就會表現為只有主幀數據發出，無從幀數據響應。通過MVB監視設備查看，就會報從幀缺失等錯誤。

3.1.2端口大小配置錯誤MVB過程數據報文規定了16、32、64、128或256位幾種固定的大小。主幀會指定端口大小和端口地址作為請求的過程數據的標識符。主幀發出后，如果源設備發現主幀的過程數據標識符與自己配置的一致，即端口大小和端口地址都相同，則將過程數據作為從幀響應;如果發現端口大小不相同，則忽略這個主幀，不進行響應。所以，當某個端口地址的源設備配置的端口地址大小與總線管理器不一致時，錯誤現象和源端口地址缺失一樣，總線上會表現只有主幀數據，無從幀數據。通過MVB監視設備查看，可能會報從幀缺失等錯誤。

3.1.3端口沖突一個端口地址應該只有1個源設備，宿設備數量不限。如果存在2個源設備，會有2個源設備同時響應1個主幀，2個從幀可能會出現碰撞，造成通信錯誤。根據MVB標準定義，在物理層上，解碼器能辨認的有效幀應包含:1個起始分界符，其后為由“0”或“1”編碼組成的幀數據;接著為1個終止分界符。從總線管理器監控，如果2個源設備與宿設備的距離接近，2個從幀在總線上發生碰撞，導致數據的幀頭或幀尾發生畸變，解碼器會檢測到碰撞。而在鏈路層會表現為無法收到數據，報出從幀丟失的故障。如圖2所示。如果2個源端口與宿設備距離相差遠，以至于2個從幀不會發生碰撞，解碼器將第一個幀作為有效從幀，如果所接收的這個有效幀并不是設計預定的，可能會導致應用接收到錯誤數據，造成車輛功能受限。如圖3所示。診斷端口沖突故障可以通過設備隔離法確定引起故障的設備。如果預定了某個源端口的設備被隔離后，仍能收到該端口的響應，可判定是其他設備引發了端口沖突。然后再逐個隔離剩余設備，如果響應消失，可以判斷是該設備引起的端口沖突。

3.2線路干擾

線路干擾大多是因為連接器接地線或屏蔽線接觸不良導致的，也有可能是線路電阻不匹配導致的。線路干擾會導致傳輸信號發生畸變。如果信號畸變嚴重，會使物理層檢測不到有效幀，或者鏈路層數據校驗失敗，導致數據幀丟失。相對干擾源位置，在總線上不同位置檢測的故障現象也不盡相同。如果在總線管理器和干擾源之間檢測，會看到主幀發出，而從幀丟失。如果在干擾源和源設備之間檢測，會看到沒有主幀發出，從而也沒有從幀響應，如圖4所示。診斷線路干擾故障點，可以采用逐點探測法，從總線管理器開始，朝從幀丟失的設備方向，逐個節點監視總線數據。當監視到主幀丟失，或主幀信號畸變，可以判斷干擾源在探測點之前。再通過檢查線路、連接器等確定具體故障原因。

4典型案例

成都地鐵某工程車項目在廠內調試功能都正常，但是在正線試運時出現IO模塊DXM31通信故障、自動降弓等問題。經檢查確定設備、線纜、插頭都正常后，懷疑IO模塊DXM31模塊的通信受到其他設備干擾。經與現場人員了解，問題是在信號系統投入工作之后出現的，之前在廠內試驗時都是在信號系統未投入的狀態下進行的。而信號系統與車輛網絡只是在設計階段作了預留的通信線路接口，并沒有實際參與網絡通信，所以，最終懷疑是信號系統連接到網絡之后，由于與DXM31模塊端口地址沖突，導致DXM31模塊通信受擾。總線管理器VCM模塊、信號系統通信模塊ATP、IO模塊DXM31在網絡拓撲中的位置如圖5所示。DXM31的端口地址為0x311。首先將DXM31設備從網絡中隔離，從總線上讀取0x311端口地址的數據，發現仍有數據響應。判斷是由于除DXM31設備外的其他設備也配置了0x311的源端口;然后將ATP設備從網絡中隔離，再次讀取0x311端口，此時總線上無數據響應。最終得出結論是:由于ATP設備與DXM31模塊的0x311端口地址沖突導致0x311端口數據受擾，從而導致車輛出現功能故障。在將ATP設備從網絡隔離后，車輛又恢復了正常。

5結語

MVB通信故障是車輛運營中經常會遇到的問題，無論問題大小都會引起客戶的重視，經常會要求限時快速查到故障原因。而查找網絡故障經常耗時耗力，需要豐富的經驗和較強的專業技術能力。運用機器學習診斷網絡故障是一個值得期待的技術手段:即在MVB標準中定義了MVB網絡管理的接口，通過總線管理器可以充當MVB網絡管理的功能，采集每個網絡設備的網絡負荷、網絡故障等網絡狀態數據，通過大數據分析來預測和快速診斷網絡可能出現的故障。

參考文獻:

［1］IEC61375－3－1鐵路電子設備－列車通信網絡－第3－1部分:多功能車輛總線［S］．2012．

作者：張二偉 彭思維 單位：中車株洲電力機車有限公司產品研發中心