地铁车辆MVB网络故障分析及解决方案分析

赵云婷

摘要：本文主要分析了MVB网络通信原理，重点介绍了地铁车辆MVB网络故障及解决方案，其不仅可以降低MVB网络故障的发生，而且还可以确保地铁车辆的安全、高效运行。通过对MVB网络故障及解决方案进行研究，以期为地铁车辆的安全运行提供可靠保障，创造出最大化的经济与社会效益。

关键词：地铁车辆;MVB;网络故障;解决方案

1. MVB网络通信原理介绍

1.1周期轮询

对于MVB网络总线拓扑而言，一般需要设置一个主设备，也称总线管理器（BA），通常是由地铁车辆监视与控制系统TCMS中的主控制器VCU担任，以实现对整个 MVB通信过程的有效控制。通常情况下，总线管理器可以实现对设备端口的周期轮询，并且把轮回时间定义为固定时间片，即所谓的基本周期Tbp，其对应的基本周期范围在1.0ms-2.5ms。实际上，每个基本周期涵盖了如下阶段：（1）监管阶段。主要是通过网络管理器来实现对各MVB传递管理器和子设备权限进行监控;（2）周期阶段。其主要负责过程数据传输;（3）消息阶段。主要负责消息数据传输工作;（4）空闲阶段。需要按照要求预留一定时间，以确保下一个基本周期的顺利进行。图1描述的是基本周期的4个阶段。

在MVB总线正常工作之前，需要明确主设备读端口的顺序和构建端口参数值，并对每个端口特征周期给予准确定义。为了实现总线同步，则需要对应的特征周期T_ip（i）= T_bp×2n，其中n=（0～10）。实际上，在MVB网络运行阶段，要求特征周期小于1024Tbp。在特征周期T_ip内轮询过程中，主设备的每一个周期数据均需要根据周期扫描表将预先定义好的主帧序列发送至MVB网络中，该过程中最长特征周期称之为宏周期，但是要求其最大特征周期小于1024ms。

1.2数据交换

在MVB网络通信过程中，当主设备对过程数据进行周期性地发送，且请求主帧报文（Process_Data_Request）时，唯一一个相应的源设备将会产生响应主帧，并对其源缓冲区中的内容进行读取，并将此内容用一个不可分割的操作以从帧报文方式（Process_Data_Response）进行发送。在数据交换过程中，当主帧报文F_code指定帧长度与该逻辑地址设置长度不匹配时，此时设备将不会发出任何响应，而此时的从帧报文能够被一个或多个宿设备完成接收工作。在数据接收过程中，在所选择的宿设备中如果在Process_Data_Request中出现标识符时，将总线上接收到的帧内容通过不可分割的操作来存储于相应缓存区，同时把缓存区的先前内容覆盖掉，此时只有总线管理器能够对主帧报文进行发送，且其他MVB设备需要严格按照MVB网络管理器要求开展轮循访问操作。实际上，在MVB数据交换过程中，从帧报文需要严格按照主帧报文形式执行相关操作。

2.地铁车辆MVB网络故障机理

在地铁车辆中，MVB网络属于比较常见的共享介质通信网络，可以在同一个物理层线路上完成对所有数据的传输工作，此时需要按照规定的协议来确保所有设备完成数据传输操作。否则，如果某一个或多个设备在运行阶段发生故障时，将无法根据协议要求来进行数据传输，进而导致整个MVB网络存在异常，甚至导致整个网络瘫痪。地铁车辆MVB网络通讯极易受电磁干扰（EMI）、超出工作温度范围、供电质量等环境因素影响。如果MVB网络所处的工作环境偏离适用范围时，将会诱发网络故障，也可能诱发通信存储器数据和寄存器内容丢失，致使MVB网路数据不能完成传输和发送工作。通常情况下，MVB总线与设备的通信中断，不会影响总线上其余网络设备的正常通信。然而，通信数据混乱并不是由于接收和发送参数丢失所致，而是该部分参数被修改，出现了非法的MVB传输。与通信中断和参数丢失相比，通信数据混乱造成的MVB网络故障将会对网络通信产生干扰。

3.地铁车辆MVB网络故障类型

3.1 MVB网卡故障

在地铁车辆运行过程中，经常会出现制动系统网卡模块（PC104卡）故障和空调控制器MVB网卡模块（PC104卡）故障，具体影响如下：（1）两次故障均导致MVB网络出现完全瘫痪;（2）如果上述故障超过两次时，将会导致MVB网络部分系统出现运行故障。同时对MVB网卡故障进行检查发现，在所有故障案例中，MVB接口模块上的芯片均存在明显的高温灼伤痕迹（图2）。

3.2 MVB连接器问题

在地铁车辆MVB网络应用过程中，MVB连接器问题是比较常见的故障类型，具体如下：（1）MVB线缆接线问题。该问题将会冬至MVB网络故障频发，并且每次发生网络故障时，均有类似的故障状态出现，进而对部分子系统产生了短暂的不利影响，导致列车进入限速运行状态。通过对该故障进行调查发现，MVB插头在多个设备上均存在接线不规范的情况，有的电缆线芯与MVB插头的外壳发生接触，进而导致接地现象，同时也有电缆连接松动，导致接触不良的情况（图3）;（2）MVB连接器内阻抗处理不理想。目前，大多数MVB网络连接器均选择了HARTING公司生产的D-SUB MVB专用连接器，并且在连接器内设置终端电阻，在整个网络中当设备处于中间设备时，需要剪断连接器内的BRA和BRB。如果当设备分布在各网络的终端时，则需要保留A线连接器内的 BRA，并剪断BRB，同时需保留B线连接器内的BRB，剪断BRA，以此來确保线路阻抗和终端电阻匹配。如果电阻配置不符合要求时，将会导致终端电阻和线路阻抗不匹配，进而对网络信号的传输产生不利影响。

4.地铁车辆MVB网络故障解决方案

4.1 MVB一致性型式试验

在地铁车辆运行过程中，要想提高MVB网络通信的可靠性，在装车前均需要供应商对接入MVB网络的所有微机控制单元进行一致性试验，其目的是对被测试MVB设备是否满足标准给予验证。通过该测试能够对设备的电气和机械设计进行规范，进而保证系统整体表现、信号接收能力及数据输出波形满足TCN标准。

4.2看门狗功能

在地铁车辆MVB网络运行阶段，看门狗功能是预防MVB网络故障的常见方案，如果发现MVB网卡故障时，则会降看门狗功能激活，进而导致MVB网卡停止工作。在完成初始化后，MVB控制器只可以通过在通信存储器中存储的参数来实现数据交换，以此来确保MVB网络数据的完整性。

4.3增加网络通信检查

为了降低地铁车辆MVB网络故障的发生，则需要增加网络通信检查工作，一般是借助FLUKE DSX5000线缆测试仪来对MVB线缆的特性阻抗、线缆拓扑等特性是否超标进行检查。通过协议分析仪来对周期扫描、端口扫描、AB 线状态监视及丢帧错帧统计等进行测试，一旦发现问题要及时采取有效措施给予解决。

5.结束语

综上所述，MVB网络是地铁车辆中比较重要的组成部分，此时就需要对常见的MVB网络故障进行分析，并制定针对性、系统性的解决方案，以此来发挥MVB网络优势，提高地铁车辆运行效率。

参考文献：

[1]张晓杰.地铁车辆MVB网络故障分析及解决措施[J].上海节能，2021（9）：980-986.

[2]周拯民.基于 MVB 技术的地铁网络通讯故障分析探讨[J].建筑工程技术与设计，2018（25）：359.