時(shí)月梅,張 健

(成都文理學(xué)院,四川 成都 610401)

0 引言

隨著我國(guó)列車局域網(wǎng)技術(shù)的快速經(jīng)濟(jì)發(fā)展,我國(guó)城市動(dòng)車組通信控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已成為社會(huì)保障的重要組成部分,受到公眾的高度重視。 因此,獨(dú)特的車載電子設(shè)備管理數(shù)據(jù)和通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。 MVB 通信網(wǎng)已成為我國(guó)城市車輛通信系統(tǒng)的主要保障,在設(shè)備編程和總線連接方面發(fā)揮著重要的輔助作用。 作為我國(guó)主要?jiǎng)榆嚱M通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展的重要應(yīng)用項(xiàng)目,基本實(shí)現(xiàn)了城市軌道交通車輛數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)化目標(biāo)。但近年來(lái),我國(guó)城市軌道交通車輛故障率持續(xù)上升,約占城市軌道交通車輛總投資的10%。 MVB 作為列車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線接入的實(shí)時(shí)保障(見(jiàn)圖1),應(yīng)用范圍廣泛,可以從布線質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求、硬件抗干擾等方面具體分析實(shí)際設(shè)備故障[1]。 因此,降低車輛故障率已成為我國(guó)鐵路車輛通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),尤其是現(xiàn)代公交通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必要因素。

圖1 列車通信網(wǎng)絡(luò)

1 地鐵MVB 網(wǎng)絡(luò)介紹

1.1 網(wǎng)絡(luò)各單元功能劃分

軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有不同的功能。中央監(jiān)控單元一般承擔(dān)對(duì)MVB 通信的監(jiān)測(cè)與管理,對(duì)牽引力與剎車特性的管理有一些輔助功能。 而轉(zhuǎn)向架的傳動(dòng)則一般由傳動(dòng)控制單元完成。 邏輯控制單元一般承擔(dān)數(shù)字、模擬信號(hào)的收集,包括對(duì)軌道交通信息的邏輯運(yùn)算。 而智能顯示單位一般承擔(dān)對(duì)軌道上交通狀態(tài)的指示、對(duì)軌道交通故障信息的真實(shí)和檢測(cè)包括部分地下鐵路參數(shù)的設(shè)定等。 在MVB 網(wǎng)絡(luò)中,安全監(jiān)控股起到了非常關(guān)鍵的角色,一般承擔(dān)著如下職責(zé):(1)與MVB 各節(jié)點(diǎn)及企業(yè)實(shí)現(xiàn)教學(xué)通信,并記錄下各節(jié)點(diǎn)的全部工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。 (2)完成在MVB 總線上的所有故障管理信息系統(tǒng)記錄工作。 (3)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通過(guò)串口通信。

1.2 SDU 設(shè)計(jì)介紹

在MVB 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,節(jié)點(diǎn)機(jī)箱SDU 和上位機(jī)是安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。 飛虎的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該能夠連接MVB 總線上的任意節(jié)點(diǎn),并與主機(jī)進(jìn)行串行通信。上位機(jī)系統(tǒng)可以設(shè)置管理信息系統(tǒng),下位機(jī)傳輸?shù)男畔⒖梢酝ㄟ^(guò)串行通信接收。 通過(guò)資格審查后,將上海地鐵的狀態(tài)記錄在主機(jī)上,并按規(guī)定將信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中,確保數(shù)據(jù)安全。 SDU 機(jī)箱主要由帶有嵌入式控制器的企業(yè)CPU 板組成,用于企業(yè)信息系統(tǒng)管理。 CPU 板使用的32 位嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)VII 和控制系統(tǒng)使用的嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(NUCLEUs MVB)協(xié)議控制器芯片是目前最成熟的嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)管理系統(tǒng),兩者共同構(gòu)成了一個(gè)完善的企業(yè)級(jí)CPU 系統(tǒng)。 管理器規(guī)格是NET ARM50。 控制器芯片采用32 位ARM7 的tdmi 中央管理模塊。 它可以同時(shí)在5 個(gè)監(jiān)控模塊和1 個(gè)用戶模塊下工作,支持16 個(gè)工作頻率;集中式10/100 以太網(wǎng);P1284/ENI 接口;兩個(gè)串行端口(UART、HDLC、SPI);10 通道DMA 控制器;支持8 位、16 位和32 位外部總線設(shè)備,并支持SRAM、FD/DRAM、SDRAM、閃存和EEPROM[2]。

2 基于MVB 技術(shù)的地鐵網(wǎng)絡(luò)通信故障分析

2.1 通信中斷故障分析

2.1.1 通信網(wǎng)絡(luò)故障分析

在軌道交通線路網(wǎng)絡(luò)通信故障中,數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)通信中斷故障。 然而,隨著MVB 信息技術(shù)的日益發(fā)展和廣泛應(yīng)用,以光纖網(wǎng)絡(luò)和銅線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的通信信息網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)逐漸發(fā)展起來(lái),滲透到軌道交通線路的電子技術(shù)和移動(dòng)增值業(yè)務(wù)中,成為一個(gè)地區(qū)電子技術(shù)故障的典型代表。 以光通信故障控制系統(tǒng)為例,它通常由光調(diào)制器、光解調(diào)器、光纜和中繼器組成。 最常見(jiàn)的故障是光通信信道的單向傳輸方式。只有調(diào)整光電調(diào)制器的自環(huán),才能考慮光電轉(zhuǎn)換器件的功耗。

2.1.2 設(shè)備參數(shù)配置錯(cuò)誤

近年來(lái),在地鐵通信故障的例子中,由于設(shè)備參數(shù)配置不當(dāng)導(dǎo)致典型事故的概率日益增加,加上MVB 網(wǎng)絡(luò)接口卡的硬件設(shè)計(jì)和軟件結(jié)構(gòu),車間通信網(wǎng)絡(luò)故障的概率也相應(yīng)增加。 在軌道交通線路網(wǎng)絡(luò)通信故障中,以太網(wǎng)通信和串行通信故障是典型故障,一般表現(xiàn)為外網(wǎng)接線正常,但通信地址參數(shù)設(shè)置不當(dāng)。

以XX 市某軌道交通線路車輛故障檢測(cè)為例,采用中央控制系統(tǒng)單元(Central Control System Unit,CCU)作為MVB 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總線管理器。 發(fā)生時(shí),人員可以確定IP 地址的準(zhǔn)確性和設(shè)備內(nèi)部通信距離的變化發(fā)展,有效防止通信介質(zhì)和設(shè)備終端接口問(wèn)題對(duì)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通道或社會(huì)環(huán)境的影響,為MVB 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)提供科技教學(xué)輔助功能。

2.2 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用故障分析

2.2.1 事故案例分析

結(jié)合通信中斷故障的主要分析內(nèi)涵,本研究以MVB 通信故障的具體實(shí)施實(shí)例為出發(fā)點(diǎn),確定了軌道交通車輛MVB 通信故障必須考慮的要點(diǎn)。 案例描述如下:當(dāng)日7:20:02,當(dāng)列車正線進(jìn)站時(shí),mp2 車型MCM 狀態(tài)值基本保持穩(wěn)定(0~1)。 3 s 鐘后,所有的高速斷路器都關(guān)閉了。 7:20:02 后,MPL 型號(hào)的MCM 狀態(tài)值達(dá)到24~26。 7:20:12 后,凈壓力穩(wěn)定在0,ACM處于暫停狀態(tài)。 5 s 鐘后,ACM 恢復(fù)工作。 據(jù)統(tǒng)計(jì),火車比最初定義的時(shí)間晚了157 s。

2.2.2 通信故障分析

從上述分析案例來(lái)看,軌道交通線網(wǎng)信息通信系統(tǒng)故障一般與MCM 的穩(wěn)定工作特性、高速斷路器的合閘效果、DCU/M 等通信技術(shù)故障有關(guān),進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致列車在原定義時(shí)間內(nèi)相對(duì)晚點(diǎn)的現(xiàn)象。 在MVB 軌道交通車輛信息通信故障中,多芯片組件和DCU 多芯片組件的交通故障是比較容易發(fā)生的。 當(dāng)MCM 狀態(tài)值超過(guò)20 時(shí),MVB 通信的固定狀態(tài)被破壞,容易出現(xiàn)MCM 保護(hù)停運(yùn)(列車網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)故障)的現(xiàn)象。 高速斷路器的故障一般與高壓勢(shì)能計(jì)算、MCM 保護(hù)原理、合閘操作等保護(hù)故障有關(guān)。 主要體現(xiàn)在7: 20: 12,當(dāng)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定值為0 時(shí),5 s 后將恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 通信不包括車間供電狀態(tài)和前蓋關(guān)閉狀態(tài),也和ACM 啟動(dòng)前后相同。

3 對(duì)MVB 地鐵網(wǎng)絡(luò)通信故障的幾點(diǎn)建議

3.1 注重總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信效益

在基于MVB 技術(shù)的城域網(wǎng)數(shù)據(jù)通信故障中,實(shí)際工作中存在通信中斷、設(shè)備參數(shù)錯(cuò)誤等主要問(wèn)題,可以根據(jù)基于MVB 技術(shù)的列車運(yùn)行總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 如在每節(jié)車廂設(shè)置1 個(gè)MVB 節(jié)點(diǎn),將運(yùn)行速率限制在1.5~2.0 mb/s,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口單元設(shè)備與MVB節(jié)點(diǎn)連接等。 為降低城軌建設(shè)中列車通信網(wǎng)絡(luò)故障率,在確定MVB 信息技術(shù)聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)后,應(yīng)合理部署軟硬件設(shè)施,如增加嵌入式處理器、重置系統(tǒng)硬件建設(shè)等[3]。 在MVB 設(shè)備管理器的維護(hù)中,模塊化功能單元連接到每輛車(根據(jù)CPU 節(jié)點(diǎn)),配置MVB 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接口設(shè)備,確保傳輸和子網(wǎng)管理。 以XX 某地下鐵路企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行狀況為例,根據(jù)MVB 控制器的網(wǎng)絡(luò)安全信息連接,可以整合企業(yè)內(nèi)不同車的網(wǎng)絡(luò)安全節(jié)點(diǎn),設(shè)置學(xué)習(xí)條件,應(yīng)用存儲(chǔ)、I/O 設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全管理模塊等外部條件。 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全運(yùn)行和未配置的節(jié)點(diǎn)可以一起開(kāi)發(fā)和集成,具有自動(dòng)識(shí)別技術(shù)等功能,從而實(shí)現(xiàn)功能更多的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模塊化架構(gòu)。

3.2 應(yīng)用列車控制系統(tǒng),降低通信故障

目前,上海軌道交通1 號(hào)線交叉口和2 號(hào)線的典型站點(diǎn)類別均采用了德國(guó)telecom TCN 規(guī)范的公交網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),也采用了WTB MVB(Train Operation Bus Network)架構(gòu),列車運(yùn)營(yíng)公交網(wǎng)絡(luò)接口、車輛管理系統(tǒng)等為現(xiàn)實(shí)提出的參考規(guī)范。 針對(duì)城市軌道交通公交MVB 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信故障,通過(guò)實(shí)施公交技術(shù)的高度自動(dòng)控制效果,將更有效地避免列車運(yùn)行的突然故障和公交技術(shù)的應(yīng)用故障。 因此,在XX 軌道交通2 號(hào)線軌道交通技術(shù)引進(jìn)中,將結(jié)合MVB 公交、自行車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分級(jí)監(jiān)控的優(yōu)勢(shì),配備狀態(tài)、過(guò)程統(tǒng)計(jì)、信息統(tǒng)計(jì)、公交管理器等高科技功能,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息同步。

在VTCU(車輛控制器)和COMC(通信連接器)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中,采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化控制系統(tǒng),利用VTCU 供電系統(tǒng)提供的110VDC(保證供電管理系統(tǒng)的潛在分離效果)實(shí)現(xiàn)列車應(yīng)用板的車輛管理任務(wù),利用MVB 控制系統(tǒng)連接不同的母線[4]。 在分析MVB 不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的連接網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)時(shí),以網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)(VTCUGW),VCUT,VCUA,VTCU 組成的電源管理控制單元作為主要測(cè)量指標(biāo),可以放大與WTB,MVB 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)交換中的重要信息。

3.3 保障通信網(wǎng)絡(luò)利用,診斷列車故障系統(tǒng)

目前,隨著列車通信系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,Lonworks,CAN 等各類現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)已逐漸被MVB 過(guò)程控制和總線技術(shù)快速優(yōu)化的優(yōu)勢(shì)所取代,對(duì)TCN 標(biāo)準(zhǔn)提出了更全面的要求。 MVB 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)利用其獨(dú)特的總線通道引入、自動(dòng)鏈路管理、跳線電纜等方法滿足與車輛互聯(lián)的應(yīng)用需求,對(duì)專用主節(jié)點(diǎn)(獨(dú)立通信子網(wǎng))的控制有更高的特性要求,以達(dá)到總線網(wǎng)關(guān)之間互聯(lián)互通的目的。

由于MVB 通信網(wǎng)絡(luò)等級(jí)結(jié)構(gòu)的變化,采用MVB技術(shù)的地鐵線路的安全質(zhì)量狀況通常在1.5 兆位U002Fs 的區(qū)域,車廂和車間的電氣設(shè)備通過(guò)車輛總線連接。 電力短距離介質(zhì)傳輸(Short Distance Dielectric Transmission of Power,ESD)和電氣中距離介質(zhì)傳輸(Medium Distance Transmission in Electrical,EMD)采用RS 負(fù)485 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),可通過(guò)200 m 跨度的屏蔽雙絞線傳輸標(biāo)準(zhǔn)間差分信號(hào),避免了電纜、連接器等電氣設(shè)備的傳輸問(wèn)題。 在XX 軌道交通1 號(hào)線總線連接技術(shù)設(shè)計(jì)研究方案中,通過(guò)考慮列車間總線互聯(lián)管理方式(3 列列車滿足這樣的基本單元要求),簡(jiǎn)化OSI 模塊(開(kāi)發(fā)互聯(lián)信息系統(tǒng),考慮鏈路層結(jié)構(gòu)),使MVB 監(jiān)控設(shè)備企業(yè)數(shù)量不斷擴(kuò)大到30~32 家,最大總線直徑超過(guò)260 m(接變壓器)。 本次研究設(shè)計(jì)與以往其他網(wǎng)絡(luò)通信故障分析方法一樣,通過(guò)連接列車,采用MVB 拓?fù)浼軜?gòu),為公交系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能創(chuàng)造了更加便利的條件,這是MVB 網(wǎng)絡(luò)的重要優(yōu)勢(shì)(設(shè)備特性和交易數(shù)據(jù)信息),也可以廣泛地應(yīng)用于城市地下鐵路網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,MVB 軌道交通車輛通信故障主要與通信中斷和控制系統(tǒng)應(yīng)用問(wèn)題有關(guān)。 因此,MVB 技術(shù)也是有效防止地下鐵路通信故障的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。 從網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制理論和實(shí)際應(yīng)用來(lái)看,我國(guó)的MVB 信息技術(shù)起步晚于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。 根據(jù)MVB 的實(shí)際情況和我國(guó)軌道交通車輛網(wǎng)絡(luò)通信故障,本研究設(shè)計(jì)了各單位的節(jié)點(diǎn)應(yīng)用方法,有效提供了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和防范的工作記錄,為軌道交通建設(shè)創(chuàng)造了切實(shí)可行的輔助條件。