MVB总线网络系统常见故障的分析和研究

尹龙龙

摘 要：车辆的控制功能经历了由硬线控制为主到网络控制为主的阶段，整车的设计原则逐步变为“网络优先，硬线备份”，所以网络系统在车辆中的设计地位愈加突出，为了更好地做好车辆的维护，运营人员需具备网络系统常见故障的分析能力和解决能力，本文以多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，以下简称MVB）网络系统为例，结合日常车辆的运营维护，对常见故障进行分析、总结和研究，希望对车辆运营能够提供建设性指导。

关键词：硬线控制;网络控制;常见故障;多功能车辆总线;指导

为了更好地保证列车安全运营，同时做好车辆的维护和检修，需要针对性地对网络系统常见故障进行分析、总结和研究。

1车辆设计原则

城轨地铁列车通信网络是用于城轨地铁列车这一特殊环境中的工业控制计算机局域网络，它是一个综合监控系统，可以实现对地铁列车的牵引传动、制动、辅助供电、车门、空调、车载广播等子系统的综合控制、状态监视以及故障诊断。

早期的城轨地铁列车，由于其大多采用硬线进行列车控制及信息传输，但是随着随着工业控制技术的迅速发展，以及列车控制方式的改变，城轨地铁列车越来越多的依靠列车网络进行列车控制、监视以及诊断信息的传输，整车的设计原则逐步变为“网络优先，硬线备份”，所采用的列车网络通信方式主要有MVB总线等其它制式。

2网络系统搭建

列车网络系统按照IEC61375标准规定的列车通信网络组建，整体划分为两级：列车级和车辆级。列车级总线采用EMD通信介质的MVB，车辆总线中各子系统采用MVB接口;如果子系统不支持MVB接口，可采用RS485转MVB网关，通过网关接入MVB总线。

MVB总线采用A路和B路冗余方式传输，保证数据传输的可靠性，传输速率为1.5Mbit/s[1]。MVB总线可以传输过程数据、消息数据和监视数据，网络系统为所有子系统设备留有标准的通信接口，并具有成熟可靠的接口通讯规范，所有具有MVB通讯接口的子系统都能可靠接入。与列车运行及安全有关的控制除由列车通信网络进行控制外，还设有硬件电路作为备份。对于不能通过列车通信网络直接接口的外围设备，可以通过远程数字/模拟输入以及协议转换网关与列车通信网络相连接。

连接到总线上各个子系统的控制单元主要包括：信号系统控制单元、牵引控制单元、制动控制单元、辅助控制单元、空调控制单元、车门控制单元、列车乘客信息系统控制单元等。整个网络系统包括车载硬件、操作系统、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具等。

3 MVB总线介绍

3.1连接器接线

按照标准要求，MVB连接器中的引脚接线规则如下图一所示，Pin1： A.data_p（正）;Pin2： A.data_n（负）;Pin4： B.data_p（正）;Pin5： B.data_n（负）。

3.2设备接线

设备接线如下图图二所示，黄色部分代表MVB线缆，每根电缆中只需要4芯屏蔽线，即对应MVB连接器中的Pin1、Pin2、Pin4和Pin5。如下图图二所示，6个设备只用到了5根线，因为6个设备是通过这5根线串接，而不是环网连接，所以在每个网段中会出现两个终端设备，终端设备必须接上终端连接器。终端连接器如下图图三所示，图中的Zt表示MVB设备内部终端电阻，标准的MVB设备都自带120欧姆电阻，其中A路和B路分别各带一个，通常MVB终端是指一种特殊的MVB连接器，连接器内部只需要把对应的管脚短接即可，短接的方法为Pin1短接Pin6，Pin2短接Pin7，Pin4短接Pin8，Pin5短接Pin9。

3.3通讯建立

当接线确认没问题后，需要进一步进行整车网络系统通讯的建立。MVB设备通常分为以下两种：第一种，带有总线调度管理功能（Bus Administrator，以下简称BA[2]），如4类（及以上）设备;第二种，不具备BA功能，如0类、1类、2类、3类设备。整车网络系统中有且只能有一个设备具有BA功能，例如网络系统的中央控制单元，其余子系统（如牵引系统、制动系统等）均不能具有BA功能。MVB通讯数据类型包括过程数据、消息数据和监视数据，用于列车控制的90%以上都是过程数据，过程数据通讯以端口号为逻辑地址进行寻址，过程数据端口大小采用Fcode[3]来表示，Fcode对应的端口大小如下表表1所示。

MVB过程数据通訊至少需要两个设备，一个设备是具有过程数据通讯能力且含有BA功能，命名为设备B;另一个设备是具有过程数据通讯能力但不含有BA功能，命名为设备A。如果网络系统中没有具有BA功能的设备，通讯是无法建立的，而且总线中有且只有1个设备可以具有BA功能。

BA负责每一次数据传输的发起，BA发出对应的主帧，对应的其他匹配的设备（包括BA设备本身）回应对应从帧，不是匹配的设备不会发出从帧，总线上其他任意设备可以对这个数据进行监听。

下述以设备A和设备B为例介绍MVB过程数据通讯过程，如上图图四所示：

（1）BA设备（B设备）发出端口1的主帧，对应的源设备A（此端口配置为SOURCE 源的设备）接收到主帧后，回复从帧1;

（2）BA设备（B设备）发出端口2的主帧，对应的源设备B（此端口配置为SOURCE 源的设备）接收到主帧后，回复从帧2。

理解上述两个设备的通讯原理后，对于多个设备进行MVB通讯的原理，参考如下图图五所示：总线管理器发送对应的主帧，源设备响应并回复对应的从帧，同时所有的接收设备接收从帧数据。

4常见故障分析

根据上述章节的介绍，网络系统的常见故障可以分为两类：第一类故障，故障点定位在MVB连接器或者MVB接线上，我们简称为物理层故障，可通过线缆分析仪辅助查找故障点;第二类故障，故障点定位在MVB通讯数据上，我们简称为逻辑层故障，可通过协议分析仪辅助查找故障点。两类故障并没有强调各自解决问题的独立性，往往在查找故障时，需要同时结合处理两类故障的方法来解决问题。下面我们简单根据实际运营维护中的经验，进行简要阐述和分析。

4.1物理层故障

MVB线缆为屏蔽线，属特殊线缆，一般分为四芯双绞屏蔽线和两芯屏蔽线。正常通过线缆分析仪测试一段MVB线，测试结果如下图图六所示，红黑代表A路，橙黄代表B路，S代表屏蔽层。

当异常时，会出现线缆中间有断点，如下图图七所示，A路中存在断点。

同样，还会出现接线交叉的情况，如下图图八和图九所示，图八中A路内部线序交叉，图九中A路和B路线序出现交叉。

另外，还有一些故障屏蔽层处理不好，有毛刺，导致网络系统不稳定，如下图图十所示，无法测出屏蔽。

4.2逻辑层故障

按照上述章节描述，当具有BA功能的设备发出主帧时，被调度的设备需要回复从帧，但是在实际运营过程中，有些设备会出现离线，通过协议分析仪进行总线数据的抓取，基本确认是设备未回复从帧或者回复从帧的波形不符合标准规定，例如稳态幅值不在标准规定的±1.5V～±5.5V之间。

设备未回复从帧的情况，如下图图十一所示，蓝色代表A路，红色代表B路，主帧已经发出调度，但是下图中只有B路回复从帧，而A路未回复，所以会出现当A路作为信任线时，部分设备因为长时间未回复从帧而网络系统判断该设备离线。

另一种情况如下图图十二所示，设备虽然回复从帧，但是对比正常的A路从帧波形，B路从帧波形已經出现严重畸变，导致网络系统无法解析，从而判断该设备离线。

另外，其它逻辑层故障还包括比如主帧畸变，导致从设备无法解析，无法回复从帧数据，从而判定设备离线;还有比如主帧和从帧碰撞重叠，导致无法解析，进而判定设备离线等。

5总结

上述仅简单列举出列车运营和维护检修过程中常见的MVB总线网络系统故障，通常在实际查找故障时需要同时结合处理物理层故障和逻辑层故障两类故障的方法来解决问题，如果通过线缆分析仪进行全列车校线和连接器接线确认后，无法具体定位故障点，可以通过协议分析仪逐网段进行总线数据的抓取，进而定位故障点。

参考文献：

[1] IEC 61375. Train Communication Network [国际标准].

[2] 倪文波.王雪梅.高速列车网络与控制技术[M].成都：西南交通大学出版社，2008

[3] 阳宪惠.现场总线技术及其应用（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2008