地铁车辆 MVB网络通讯异常研究

周煜钧 俞正宽 徐杰

武汉地铁运营有限公司，湖北 武汉 430000

摘要：武汉地铁B型工程车辆采用六辆编组形式，包括四辆动车和两辆拖车，即四动两拖，一列编组由两个单元车组构成，每个单元车组由一辆拖车和两辆动车组成，供电方式为第三轨受流供电。本文针对该型地铁车辆的控制与诊断系统与MVB网络原理，结合工程实例，分析MVB网络通讯异常的原因，提出了针对性解决办法。

关键词：地铁车辆；MVB总线；MVB网络；通讯设备

1 引言

《城市轨道交通2020 年度统计和分析报告》^[1]中指出，截止2020年12月，中国共计有四十五座城市开通城市轨道交通运营，运营线路总数两百四十四条，运营线路总长度高达七千九百公里。

我国地铁采用接触网或者第三轨供电，经动车上的牵引逆变器将电能传输给牵引电机，牵引电机将电能转化为机械能，驱动地铁车辆前进，此过程称为电力牵引传动。由牵引电动机驱动轮对来实施列车牵引的电气传动部分，称为牵引系统^[2]。牵引系统的选型和设计是地铁项目中最重要的环节^[3]。牵引系统由列车控制与诊断系统分配工作指令。

2 列车控制与诊断系统

地铁列车通讯总线采用 MVB 总线。列车控制与诊断系统主要包括以下设备：车辆控制单元（VCU）、智能外围接口终端（SKS-KLIP）。

VCU 执行中央控制（CCF）和牵引控制（TCF）功能。中央控制功能通过 MVB总线与列车通讯设备通信，牵引控制功能通过 MVB 总线与列车TCU、BCU 通信。

TCF 负责处理列车级别的命令，包括来自列车通信网络和 SKS 硬线输入的命令。TCF 有基于车辆和基于列车的任务，均由同一台 CPU 计算。VCU 的 TCF 负责整车的牵引/制动功能，即牵引模式的选择和监控、冲击限制、列车的力设定值分配、速度信号处理等。CCF 执行动态电制动力的分配。每台 VCU 配有诊断内存以获取异常状况或故障的信息。每一类诊断代码都可以存储，且可以具体到一段清晰的报文、车辆序号、软件版本以及发生或消失时间。为了便于分析故障原因，数据环境包含实际牵引特定值（比如线电流、直流电压、速度信号等）和状态（比如线路接触器控制和核对信号、牵引/制动指令等）。

SKS-KLIP 来源于德语“智能外围接口终端”。 从1988年开始，SKS-KLIP已经在多个地铁车辆和长距离运输轨道中应用。SKS-KLIP符合IEC60571和EN50155标准，同时EMC符合EN 50121-3-2标准。SKS-KLIP 采用模块化设计，带MVB接口的设备通过MVB车辆总线进行通讯和数据传输。

3 MVB网络原理

地铁车辆MVB网络有两种形式：MVB主干网络和MVB单车网络。主干网络通讯和单车网络通讯均采用A、B双通道数据传输冗余设计，如图1所示。列车主干网络由6节车共同组成，单车网络由一节车单独组成。主干网络中传输的数据流等于6节车单车网络数据流的集合。中继器将单车网络的通讯信号放大处理，送入主干网络。

图1 MVB主干网络示意图

MVB通讯根据IEC 61375-1相关标准定义，西门子在此基础上，优化了通讯设备地址分配，命名为MVB—M。MVB—M的设计思路为，NSDB文件（网络节点管理器）为不同车厢的相同设备配置一个基础设备地址。MVB复位时，各通讯设备进行网络配置。此时SKS AS318依据MVB—M协议为本节车厢所有设备分配一个偏移地址（每节车的偏移地址不同）。每个通讯设备的最终MVB地址为基础设备地址+偏移地址。6节车各自的SKS AS318分别充当列车主干网络管理员，每个管理员在1分钟后交出网络管理权限，由另外一个SKS开始充当管理员。切换顺序为SKS_A1，SKS_A2，SKS_B1，SKS_B2，SKS_C1，SKS_C2。

MVB单车网络有三种：TC车网络、M1车网络、M2车网络。单车网络由通讯线缆和通讯设备组成，通讯线缆采用A、B双通道设计，如图2所示。

图2 MVB单车网络电气原理图

通讯设备分为终端通讯设备与非终端通讯设备。为减少 MVB 信号的反射波，需在 MVB 线路终端接入终端电阻。MVB 主干线连接器有四根跳线，具体要求为：当A通道连接到终端通讯设备时，将BRB跨接线绞断，BRA跨接线保留。当B通道连接到终端通讯设备时，将BRA跨接线绞断，BRB跨接线保留。当A、B通道连接到非终端通讯设备时，将BRA、BRB跨接线都绞断。如图3所示。

图3 MVB线路终端原理图

4 MVB数据分析

故障车辆VCU诊断数据显示MVB轻度故障。进一步下载MVB诊断数据显示多个设备通讯错误，如图4所示。HMI、辅逆、门控器、空调控制器、BCU、PIS、ATC均报B通道通讯失败。

图4 MVB诊断数据

将车辆各子系统BCU、辅逆、空调控制器、VCU、HMI、PIS、门控器、SKS从MVB网络中断开，故障仍然存在。拔下终端接口INT7处的MVB插头，插入维护接口INT8。此时，ATC从MVB网络中断开，在HMI上观察到各系统报红消失，下载并分析MVB诊断，数据显示除ATC外，其他通讯设备正常。将MVB插头插入终端接口INT7，故障复现。为查找故障源，将ATC接入MVB网络，在B通道下，建立RM模式，并尝试动车。DMI显示RM已建立，但HMI左侧显示零位，未显示保护手动。方向手柄打至向前，推牵引手柄尝试动车，HMI全屏显示“强迫零位：司机室未准备好牵引”，无法动车。

SIBAS软件显示VCU未收到RM模式信号，ATC正常发出RM模式信号。由此判断，通讯信号在从GTWA板卡向INT7传输的过程中受到干扰。检查GTWA板卡与ATC终端接口INT7之间的通讯线缆，发现该线缆上的的四根插针虚接。紧固该处插针后，单通道故障消失，车辆在B通道模式下可以建立RM模式，点动试验正常。故障原因确定为ATC设备内部用于传输通讯信号的通讯线缆上的四根插针虚接。

5 结论

综上所述，处理地铁车辆MVB通讯异常的方法为：1、检查通讯设备，判断各通讯设备对单车网络的影响。2、检查通讯线缆，测量单车网络回路电阻或相邻通讯设备之间通讯线缆的电阻，判断通讯线缆质量是否可靠。由于查线过程较为繁琐，建议优先验证通讯设备的可靠性。

参考文献

1. 佚名. 城市轨道交通2020年度统计和分析报告[J]. 城市轨道交通, 2021(1):20-36.

2. 吴昊. 城市轨道列车电力牵引系统设计及仿真[D].西南交通大学,2015.

3. 陈喜红.国内外地铁车辆技术的发展趋势[J].电力机车技术,2002(06):28-31+43.