关于MVB总线技术在长沙轨道交通二号线一期工程车辆项目的应用

总结。

【关键词】MVB总线；列车网络控制系统；

1.MVB 总线的物理层和链路层

MVB 总线模型是在开放系统互联OSI 模型的基础上进行了简化。OSI 具有7 层参考模型， 而MVB 只有其中的物理层和链路层。

1.1物理层

MVB 总线的物理层有3 种：

1） ESD（短距离电传输介质） ，使用双绞屏蔽线，按RS-485标准，最多支持32个设备， 最大总线长度20m；

2） EMD（中距离电传输介质），使用双绞屏蔽线，最多支持32个设备，最大总线长度200m。允许使用变压器连接；

3） OGF（光纤介质），使用总线连接器，传输距离可达2km。

MVB总线所有的媒介都以同样的速度传输，各个层段之间通过中继器连接。

1.2MVB总线的分级

MVB总线系统系统设备共可分5个等级：

1） 1级设备具有的能力有设备状态和过程数据，设备端口地址一般与设备地址一致；

2） 2级设备具有的能力有设备状态， 过程数据， 信息数据， 是智能设备可以通过总线配置， 但不能编程；

3） 3级设备具有的能力有设备状态， 过程数据， 信息数据和用户编程；

4） 4级设备具有的能力有设备状态、过程数据、信息数据和总线管理器。用户编程具有可选性；

5） 5级设备具有的能力有设备状态、过程数据、信息数据、网关和总线管理器。具有总线管理器的网关能与各种总线同步。

第一至第五级设备的分类是通过它们的硬件构造来区分的。

1.3链路层数据

1.3.1 帧的数据

1） 主帧格式：以主起动定界符开始，接着是16位报文数据，然后是8位校验序列。4位F_code码限制下面的12位并指示从帧大小，如图二所示：

2） 从帧格式： 以从起动定界符开始， 接着是16，32，64，128或256位帧数据， 8位校验序列在64位数据的每个字后或在16，32位数据后。帧文每64位后就有一个校验序列，如图三所示。

1.3.2 MVB总线系统报文

1） 主帧和响应它的从帧称为一个报文。

2） 报文分为三种类型：过程数据报文、信息数据报文和监管数据报文。

2.现有的MVB系统应用

2.1硬件系统现在已在应用的MVB系统硬件主要包括车辆控制器VTCU、总线连接器、输入输出单元、通讯连接器ComC、人机显示器MMI及相关子系统。

车辆控制器VTCU，即总线控制器，每个3节车单元各一个，共由7块板组成，自带插槽和电源，是标准的模块化系统。车辆控制单元由网关（VTCU- GW），VCUT，VCUA及VTCU的电源组成。网关控制列车总线（WTB）和车辆总线（MVB） ，并在两个总线系统间转换过程和信息数据。列车诊断板VCUT 上有板载数据库（ ODBS） ， 可通过RS422 接口控制人机界面。列车应用程序板VCUA里包含着列车和车辆的控制程序。VTCU的电源提供110V直流电源， 并与供电系统的电势隔离。

总线连接器具有连接不同车辆总线的作用， 同时也能起到信号放大的作用。

输入输出单元由数字输入输出单元DX和模拟输入输出单元AX组成。数字输入输出单元DX的数字数据I/O接口一般直接连到继电器触点上。每辆车都有很多DX，每个DX 都可以设置地址。电源电压DC48～120V，10位输入，6位输出。1位报警器输出模拟输入输出单元AX有模拟数据I/O接口，每个AX也有自己的地址；4位模拟输入（±10V，±20mA）；2位模拟输出。只有非常少的几处，如牵引力大小等使用模拟量。

通讯连接器ComC主要用于没有MVB总线的第三方供货的通讯设备MC68360处理器，具有2MB闪存和1MB（静态存储器），2通道RS232，2通道RS485，1通道RS-485，1通道RS-232，标准MVB ESD+，以及DC24～120V标称电压MVB终端插（每个MVB总线段必须带有一个终端插）。

子系统包括牵引、制动、信息显示、空调和门系统。

2.2软件系统

2.2.1 基本软件CSS（包括基本系统软件和适时系统软件）

1） 控制系统中的操作系统基于VxWorks内核程序；

2） 用于应用程序的接口提供标准的功能实时操作系统RTOS；

3） ANSI-C的子集任务管理故障处理；

4） 数据记录；

5） 事件记录；

6） 时间同步；

7） 监控器；

8） 硬件相关功能；

9） 设备启动控制；

10） 内存测试；

11） MVB支持和配置：信息数据、过程数据和总线管理。

2.2.2 应用软件

应用软件使用的是功能块语言，它实际上是一种开放式的PLC，代替传统继电器的逻辑关系。不用使用许多硬线就实现了自动控制。另外，这种功能块语言不需要编程基础就能看懂，省去了编程语言的培训。

在车辆控制上实现的功能，主要是牵引和制动控制。但其他一些功能，如门、空调、信息显示等也挂在总线下，只是在牵引安全和制动方面，来判断牵引和制动能否进行，如门没有关到位、不能开车等。

牵引、制动、门、空调、信息显示等是MVB总线下的子系统，这些子系统不需要有共同的语言，每个系统都可以有自己的语言系统，但它们都必须遵循MVB总线协议。

虽然总线系统只有物理层和链路层，同开放式互联系统OSI的7层参考模型相比是一种低级控制，但对实现自动控制已足够了。

3.长沙轨道交通2号线一期工程网络控制系统

3.1系统概述本项目列车控制系统采用列车通信网络控制方式。

列车通信网络（TCN）采用成熟和安全可靠的分布式总线控制方式，符合IEC61375-1标准。列车级总线和车辆级总线均采用双通道冗余的EMD通信介质的MVB多功能车辆总线。对于没有MVB接口的车载设备可以通过网络控制系统中的数字量/模拟量输入输出模块与MVB网络相连。

对于列车运行和安全相关的列车控制除采用列车通信网络控制外，还将设置有必要的列车硬连线作为冗余。

本项目列车采用6节编组，每3节为一个单元，列车控制系统支持一个3节车辆列车单元独立在车辆段内手动低速移动。

3.2系统组成

列车控制由列车通信网络和列车硬线联合完成，优先采用网络控制技术，列车硬连线作为列车运行和安全的补充措施。

列车控制总线网络具有冗余结构，对于网络总线和关键控制模块采用冗余设计，单点故障不会导致列车牵引停止。其中列车总线连接列车各中央控制单元，传递列车级信息，实现数据交换；多功能车辆总线通过总线连接器或I/O接口与各子系统设备相连，传递控制数据和信息数据，控制各子系统完成相应的功能。

3.2.1列车控制的范围

列车控制模式分为ATC系统自动驾驶和司机手动驾驶两种，控制模式转换由司机室的模式转换开关实现。

列车与车辆控制包括牵引和电制动控制、空气制动控制、辅助电源控制、车门控制、空调通风控制、乘客信息系统控制等。各控制级均具有冗余结构。

3.2.2 列车总线

列车总线采用冗余设计，采用两条独立通信电缆。

3.2.3 车辆总线

车辆总线传输距离大于200米。车辆总线采用屏蔽电缆，在各连接器通过连接器外壳屏蔽接地。在车体布线时，车辆总线埋设在金属软管或者金属线槽内，与其它高压电缆分槽布设，并保证足够的电气间距，以避免电磁辐射对车辆总线通信的影响。

车辆总线采用冗余设计，采用两条独立的通信电缆。对相应的关键区域提供部分冗余，即在发生单点故障时，不会导致列车牵引失效。牵引和电制动控制系统以及空气制动控制系统与车辆总线之间的接口是冗余的，以保障各个系统单一接口发生故障不会导致牵引、制动失效。

卖方在设计联络时提供车辆总线材质规格，车辆总线屏蔽层在各总线连接器处压接于连接器外壳，通过外壳接地。

车辆总线具有以太网服务接口与便携式手提电脑PTU进行通信，PTU通过车辆总线可访问车辆的任何子控制系统，读取其车辆运行状态信息和故障信息，并实现相应的控制功能。

所有接口均为统一以太网接口，不设“加密狗”和使用许可（license）。PTU工具软件及专家分析系统可在标准PC机（笔记本电脑）上运行。

3.2.4 计算机控制部件

列车控制总线连接以下主要子系统的计算机控制单元，子系统控制单元需要通过MVB-EMD接口连接到列车控制系统。所有连接到MVB网络的子系统控制单元需在卖方处完成MVB通信试验。

车辆控制单元（即中央控制单元），具有总线控制器和通信存储器功能。通过网关连接列车总线和车辆总线，与车辆各子系统进行数据交换，实现列车各种控制功能。

上述有关单元（或接口设备）的配置和名称，在不同的系统体系结构中可能存在差异，但系统的控制功能保证不降低。

4.结论

由文章上述讨论内容，我们可以得出结论，现今得到应用的MVB技术能够很好的实现和满足长沙轨道交通二号线一期工程车辆项目的需求。