董成印

[摘 要]在分析MVB通訊信號強度的基礎上，結合實例，詳細介紹了MVB通訊在ESD和EMD兩種模式下長期可靠工作允許的信號衰減，施工過程中應注意的事項和檢查方法、出現(xiàn)故障后的解決措施。

[關鍵詞]MVB ESD EMD 插入損耗 衰減

中圖分類號：TE357.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）33-0016-02

1. 動車組通訊構架

既有動車組列車通訊網絡基本都采用TCN模式，TCN網絡由絞線式列車總線WTB和多功能車輛總線MVB組成。WTB總線和MVB總線由網關連接在一起，并由網關對WTB信號和MVB信號進行相互轉換，實現(xiàn)WTB和MVB的有機結合，從而完成對整列車的有效控制。

國內動車組由8輛車或16輛車組成，8輛車為一個標準列，根據(jù)高壓、控制等拓撲結構不同，將8輛車分為2～3個單元組，單元組內部網絡控制系統(tǒng)與各子系統(tǒng)和輸入輸出模塊之間通過MVB總線貫通并于網關相連，網關通關WTB總線將各單元組連接一起。

2. 通訊信號的衰減

WTB總線僅連接在網關和網關之間，布線結構簡單、節(jié)點少、長度短，一般不會由信號衰減造成通訊問題；MVB總線需要連接各設備之間、設備與網關之間，布線結構復雜、節(jié)點多，長度長，布線不良時易出現(xiàn)由信號衰減，造成通訊丟失的問題。

MVB通訊是現(xiàn)代動車組通控制最主要的通訊方式，列車網絡控制系統(tǒng)與牽引、制動等系統(tǒng)通訊均用到MVB通訊，良好的MVB信號質量是保證通訊正常的有力條件，如果信號幅值過低、波形變形，輕則造成單元組通訊丟失，車輛失去部分動力，限速運行，重則配置失敗，車輛無法維持運行，停車晚點，嚴重干擾正常的運營秩序，因此保障MVB通訊質量良好是車輛正常行車至關重要的因素。

影響MVB通訊質量的因素很多，本文只討論易出故障且比較常見的信號衰減問題。

信號衰減也稱為插入損耗（insertion loss），由于傳輸電纜的電阻、連接器電阻和漏電流，信號強度在傳輸過程會衰減，如圖1所示：

隨著通訊頻率的增加，由于集膚效應和感抗、容抗相應增加，信號衰減也會增加。由于MVB通訊額定頻率為1.5MHz， 而計算衰減一般按兩倍額定頻率考慮，所以本文所談MVB信號衰減均為在3MHz頻率下數(shù)據(jù)。

MVB通訊有ESD和EMD兩種模式，在IEC 61375中，關于MVB信號衰減問題沒有明確的量化要求，僅對發(fā)送和接收的電壓幅值進行限制，根據(jù)電壓幅值進行計算，ESD和EMD允許的衰減分別如下：

ESD允許衰減理論計算

ESD實際是MVB增加了MVB/RS485轉發(fā)器，信號定義和有效值采用RS485的標準，發(fā)送和接收分別要求如下：

發(fā)送：發(fā)送電壓要求最小幅值為±1.5V，

接收：接收電壓，Up-Un>+0.2V 為高電平， Up-Un<-0.2V 為低電平

理論允許衰減：

EMD允許衰減理論計算

在IEC61375-3-1中，EMD模式的發(fā)送和接收分別要求如下：

發(fā)送：發(fā)送電壓要求最小幅值為±1.5V，

接收：最低幅值應不小于0.3V，持續(xù)時間至少100ns，

理論允許衰減：

上述衰減為理論允許衰減，考慮到噪聲抑制， 根據(jù)標準要求，信號幅值0.7V時，3×106 幀出錯不應超過3次， 此時ESD和EMD允許衰減為：

考慮到溫升后衰減的增加，測試設備一般直接將允許衰減信號判定的標準更高，比如Fluke Cable Tester 中，在MVB信號測試時，最大衰減判定標準定為額定通訊頻率（1.5MHz）為3dB，兩倍額定通訊頻率時（3MHz）為4dB。

衰減超標時會引起通訊故障，該類故障由通訊信號超標造成，不存在單一的故障點，故障多為偶發(fā)，故障后果嚴重，故障后難以查到故障的根本原因。例如某CRH-250型動車組，車輛運行時平均每兩周就發(fā)生一次MVB通訊丟失故障，多次扣車檢查，累計扣車時間超過一個月，將通訊回路內各硬件設備、連接器插針、插孔、電纜屏蔽層連接、線路絕緣等全查檢查，最終在信號衰減測試時發(fā)現(xiàn)車輛中一個MVB區(qū)段內MVB信號衰減較大，具體信息如圖2、圖3、圖4：

線段長度：144米

插入損耗：5.9dB，測試頻率：3MHz，超標1.9dB

將衰減信號測試圖形轉換為Excel表格時，可以清晰的看出各頻率對應的信號衰減，在3MHz時，信號衰減為5.9dB，超標1.9dB。見表1。

根據(jù)MVB電纜的出廠標準和IEC對MVB電纜的標準要求，在1.0BR時，衰減小于15.0dB/km， 在2.0BR時，衰減小于20.0dB/km，根據(jù)此標準，此案例中144米MVB電纜信號衰減應在2.88dB左右，即使考慮設備的信號衰減，5.9dB也遠遠超過理論衰減值，此段電纜明顯存在異常，拆開車內頂板，經檢查發(fā)現(xiàn)兩個車的廁所內MVB電纜折彎半徑嚴重超標，余量電纜存在多次對折的情況，將此電纜更換后，信號衰減明顯好轉，經運行半年驗證，問題再也沒有發(fā)生，故障得到解決。

從上述案例中可以看出， 雖然理論信號衰減17.5dB也可以實現(xiàn)MVB通訊，但要想長期可靠無誤的連續(xù)進行MVB通訊，實際能接受的信號衰減值應遠小于理論值，新車出廠時每個MVB區(qū)段的信號衰減應控制在4dB以內。

3. MVB信號衰減的控制

MVB回路增加中繼器可以有效的減小信號的衰減。中繼器的功能有兩個：

* 可以將車輛總線分為若干MVB網段，當某個網段故障時不影響其他部分車輛總線的工作；

* 中繼器實現(xiàn)信號再生和整形的功能，可以擴大網絡傳輸?shù)木嚯x。

目前動車組8輛車為一個標準列，分為4+4單元組或3+2+3單元組兩種基本結構，大部分動車組采用MVB回路在單元組內組網的概念，單元組之間采用WTB通訊，個別車型由于冗余概念的不同，采用MVB貫通全列的概念。需要注意的是，即使每輛車都設置中繼器，但由于中繼器一般安裝在車體端部的直流電氣柜內，由于平面的布置，有可能相鄰的兩個車中繼器安裝位置位于兩車的兩端，由于TCMS采用的是分布式模塊化采集單元，MVB回路電纜要車上車下以及左側右側來回繞多次，造成實際長度26.5米的車內布線長達七十多米，兩車加起來長達140米，僅電纜衰減理論值就達2.8dB，在這種情況下，如果電纜布線處理不當，很可能造成衰減值較大，對MVB通訊造成不良影響。

4. 布線的控制

MVB電纜采用截面為0.75的雙絞屏蔽電纜，電纜固定的要求見表2。

折彎半徑要求大于5倍電纜直徑。在施工布線的過程中，尤其是余量電纜的處理，如果采用的對折的方式并用扎帶扎緊，如圖5所示，將使通訊信號衰減大幅增加。

為解決布線過程中的出現(xiàn)的折彎半徑問題，電氣柜內可以采用布線板的方式布線，即所有走線在施工過程中采用紙板定位，柜外布線重點檢查，制作折彎半徑檢查工裝。以灝訊電纜為例，4×0.75的雙絞屏蔽電纜，其外徑最大值為9.6mm，可以制作R=50的彎曲樣板，檢查方法如圖6、圖7：

5. 結論

在產品設計階段，需要充分考慮MVB電纜長度，合理設置中繼器，保留合理的理論衰減余量，在生產階段，嚴把質量關，對影響衰減的因素重點檢查，如此，才能獲得理想的MVB通訊質量。

參考文獻

[1] DTXCableAnalyze_9821901_CHI_A_W，2004

[2] MITRAC CC MVBC02C Data Sheet

[3] IEC 61375-3-1， Multifunction Vehicle Bus （MVB），2012

[4] IEC 61375-3-2，MVB （Multifunction Vehicle Bus） conformance testing，2012