铁路车辆MVB通信网络典型故障分析

２０２１年第２８卷第５期

铁路车辆ＭＶＢ通信网络典型故障分析

张二伟，彭思维

（中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南株洲４１２０００）

摘　要：从ＭＶＢ通信原理上分析可能导致ＭＶＢ网络通信从帧丢失故障的原因，分析不同故障现象，在此基础上提出诊断从帧丢失网络故障的方法。关键词：ＭＶＢ；通信；网络故障

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２１．０５．０３３\"　0-1通信概述

多功能车辆总线（ＭＶＢ）是列车通信网络的一种，具有实时性强、可靠性高、冗余及容错性能好等优点，广泛应用于高铁、城轨等领域中。它采用主从通信的方式，由一个总线控制ＭＤ（一器轮询每个端口完成数据传输。通信介质一般使用Ｅ００ｍ传输距离内种屏蔽双绞线组成的电气中距离介质），在２最大可支持挂载３２个设备。信号产生速度为１．５Ｍｂｉｔ／ｓ，使用曼彻斯特编码。ＭＶＢ网络可由一个或多个总线段构成，总线段之间通过中继器相互连接。为了提高可靠性，工程项目中采用双线冗余结构。#　0-1网络工作原理

ＭＶＢ通信数据报文分为过程数据报文、消息数据报文和

监视数据报文，工程中主要用到的是过程数据报文，用于车辆状态信号和控制信号的实时传输。

一个数据报文包含１个主帧数据和１个从帧数据。每个过程数据报文都对应一个端口地址的数据。总线管理器按照配置好的周期扫描表周期轮询每个端口地址，发出与端口地址相应的主帧数据。配置了相同端口地址的源端口会发出从帧作为响应，从帧包含了预设的过程数据。配置了相同端口地址的宿设备会接受这个从帧数据，完成一个端口数据的发送和接收。

在链路层，端口地址有１２位编码。主帧数据由１６位组成，包含４位Ｆ＿ｃｏｄｅ和１２位地址。从帧数据由１、２、４、８或１６个１６位的数据字组成，如图１所示。

图１　过程数据报文

$　故障原因分析

从ＭＶＢ通信的原理可以看到，完成一个过程数据报文传送，需要１个主帧和１个紧随的从帧。主帧的发送是预设好的，总线管理器按照周期扫描表顺序发送。在实际应用中，遇到的主要通信故障是从帧丢失。

从帧丢失的原因很多，如端口配置错误、线路干扰、设备故障等。其中，设备故障可以由设备本身报出，或由车辆控制程序通过逻辑判断报出，属于比较容易判断的故障类型。端口配置错误和线路干扰造成的故障一般需要专业的ＭＶＢ分析设备，通过查看总线数据进行诊断。以下通过通信原理，分析端口配置错误和线路干扰造成从帧丢失的原因。３１　端口配置错误

这里的端口配置错误指的是源端口配置错误，宿端口配置错误不会对通信造成影响。端口配置错误可能是端口地址缺失、端口大小不匹配或端口冲突。

３１１　端口地址缺失

端口地址缺失是指某个端口地址的源端口没有配置。这种错误在实验室测试阶段就会发现，是一种比较简单的故障现象。当总线管理器轮询到该端口时，总线上就会表现为只有主帧数据发出，无从帧数据响应。通过ＭＶＢ监视设备查看，就会报从帧缺失等错误。３１２　端口大小配置错误

ＭＶＢ过程数据报文规定了１６、３２、６４、１２８或２５６位几种固定的大小。主帧会指定端口大小和端口地址作为请求的过程数据的标识符。主帧发出后，如果源设备发现主帧的过程数据标识符与自己配置的一致，即端口大小和端口地址都相同，则将过程数据作为从帧响应；如果发现端口大小不相同，则忽略这个主帧，不进行响应。

所以，当某个端口地址的源设备配置的端口地址大小与总线管理器不一致时，错误现象和源端口地址缺失一样，总线上

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技术应用

会表现只有主帧数据，无从帧数据。通过ＭＶＢ监视设备查看，可能会报从帧缺失等错误。３１３　端口冲突

宿设备数量不限。如一个端口地址应该只有１个源设备，

果存在２个源设备，会有２个源设备同时响应１个主帧，２个从帧可能会出现碰撞，造成通信错误。根据ＭＶＢ标准定义，在物

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理层上，解码器能辨认的有效帧应包含：１个起始分界符，其后为由“０”或“１”编码组成的帧数据；接着为１个终止分界符。

从总线管理器监控，如果２个源设备与宿设备的距离接２个从帧在总线上发生碰撞，导致数据的帧头或帧尾发生近，

畸变，解码器会检测到碰撞。而在链路层会表现为无法收到数据，报出从帧丢失的故障。如图２所示。

图２　端口冲突从帧碰撞

　　如果２个源端口与宿设备距离相差远，以至于２个从帧不会发生碰撞，解码器将第一个帧作为有效从帧，如果所接收的

这个有效帧并不是设计预定的，可能会导致应用接收到错误数据，造成车辆功能受限。如图３所示。

图３　端口冲突从帧无碰撞

　　诊断端口冲突故障可以通过设备隔离法确定引起故障的设备。如果预定了某个源端口的设备被隔离后，仍能收到该端口的响应，可判定是其他设备引发了端口冲突。然后再逐个隔离剩余设备，如果响应消失，可以判断是该设备引起的端口冲突。３２　线路干扰

线路干扰大多是因为连接器接地线或屏蔽线接触不良导

致的，也有可能是线路电阻不匹配导致的。线路干扰会导致传输信号发生畸变。如果信号畸变严重，会使物理层检测不到有效帧，或者链路层数据校验失败，导致数据帧丢失。

相对干扰源位置，在总线上不同位置检测的故障现象也不尽相同。如果在总线管理器和干扰源之间检测，会看到主帧发出，而从帧丢失。如果在干扰源和源设备之间检测，会看到没有主帧发出，从而也没有从帧响应，如图４所示。

图４　总线受扰

　　诊断线路干扰故障点，可以采用逐点探测法，从总线管理器开始，朝从帧丢失的设备方向，逐个节点监视总线数据。当监视到主帧丢失，或主帧信号畸变，可以判断干扰源在探测点之前。再通过检查线路、连接器等确定具体故障原因。󰀥　典型案例

成都地铁某工程车项目在厂内调试功能都正常，但是在正线试运时出现ＩＯ模块ＤＸＭ３１通信故障、自动降弓等问题。经检查确定设备、线缆、插头都正常后，怀疑ＩＯ模块ＤＸＭ３１模块的通信受到其他设备干扰。

经与现场人员了解，问题是在信号系统投入工作之后出现的，之前在厂内试验时都是在信号系统未投入的状态下进行的。而信号系统与车辆网络只是在设计阶段作了预留的通信线路接口，并没有实际参与网络通信，所以，最终怀疑是信号系统连接到网络之后，由于与ＤＸＭ３１模块端口地址冲突，导致ＤＸＭ３１模块通信受扰。

总线管理器ＶＣＭ模块、信号系统通信模块ＡＴＰ、ＩＯ模块ＤＸＭ３１在网络拓扑中的位置如图５所示。ＤＸＭ３１的端口地址为０ｘ３１１。

（下转第９６页）

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技术应用

预防性打磨实践中，要依据０．２ｍｍ的标准严格控制打磨范围。若深度较小的裂纹存在于钢轨的表面，打磨人员则须对．０５～０．７５ｍｍ，且合理打磨进行深度科学控制，尽量保持在０打磨内轨的外侧与外轨的边缘，按照０．１～０．１５ｍｍ的标准控制打磨深度，避免钢轨断面出现累计变形等问题。相较于修复性打磨技术，预防性打磨虽然具有较高的打磨频率，但不会产生较大的打磨总量，这样能够延长钢轨的使用寿命。２２　焊接后粗磨

该技术主要是粗打磨完成焊接工序后钢轨焊头表面的焊瘤余量，一般需要对轨头、两侧踏面、轨腰、轨底等部位全面打磨。打磨人员将应用手持式砂轮机等设备，沿着钢轨方向顺序移动砂轮机，避免横向打磨情况出现；严格控制砂轮与钢轨的接触压力，完成打磨工序，避免钢轨表面出现发蓝、发黑等现象。要将焊瘤余量作为打磨的主要对象，避免对焊透母材等进５ｍｍ以上的标准控制打磨范围。经过打磨之行磨削，按照３后，禁止有尖角等存在于焊透轮廓，避免有横向打磨痕迹、凹凸坑等存在。打磨面的平整度、光洁度须符合规范标准。２３　修复性打磨

该技术主要是打磨产生病害的钢轨，通过打磨技术的应用，使轨头廓形得到修正，滚筒接触疲劳得到消除。部分曲线路段容易出现严重的波磨问题，可借助于修复性打磨的实施，有效修复钢轨。需要注意的是，该打磨技术须对钢轨进行磨削，这样就会有较大的磨损量产生。因此，打磨人员要严格控制打磨量。若只有较小的打磨量，打磨价值难以发挥；而过大的打磨量，又容易缩短钢轨使用寿命。（上接第９４页）

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一般通过ＣＩ指数的应用，科学判断波磨问题的严重程度，准确控制打磨量。结合打磨实践经验可以得知，波磨指数２５０以内，即可消除轨道波磨。若要进一步缩小ＣＩ，钢轨使用寿命将会缩短。通常情况下，波长与波深分别在２５０ｍｍ与０．８ｍｍ以内，消除难度较小。若波深在０．８ｍｍ以上，则存在着较大的消除难度，一般会有０．３ｍｍ左右的残留量出现，即便继续实施打磨工序，也无法有效改变残余波深值。实验表明，增加打磨遍数的过程中，会同步加大波长，降低磨削量。因此，经过长波打磨工序后，必然会出现不同程度的残留波磨。󰀤　结语

通过在地铁轨道养护中合理应用打磨技术，可以促使轮轨关系得到改善，列车行车舒适性等得到增强，有助于地铁使用寿命的延长及地铁行业的整体发展。因此，相关人员要充分认识到打磨技术的应用价值，全面掌握打磨技术的应用标准和流程，优化打磨技术的实施效果，使地铁轨道养护质量得到提高。参考文献：

［１］　李仕途，张重阳，程志全，等．广州地铁钢轨打磨工法探

Ｊ］．现代城市轨道交通，２０１８（１２）：４４－４８．索及应用［

［２］　杨凯健．钢轨打磨技术在地铁线路维护工作中的应用［Ｊ］．

科学大众，２０１９（４）：９２．

［３］　王欣晨．试析地铁轨道养护中打磨技术的运用［Ｊ］．名城

２０１９（６）：２０．绘，

［４］　张成．地铁轨道养护中打磨技术的应用［Ｊ］．黑龙江交通

２０１９（１）：１６７－１６８．科技，

图５　网络拓扑

　　首先将ＤＸＭ３１设备从网络中隔离，从总线上读取０ｘ３１１端口地址的数据，发现仍有数据响应。判断是由于除ＤＸＭ３１设备外的其他设备也配置了０ｘ３１１的源端口；然后将ＡＴＰ设备从网络中隔离，再次读取０ｘ３１１端口，此时总线上无数据响应。

最终得出结论是：由于ＡＴＰ设备与ＤＸＭ３１模块的０ｘ３１１端口地址冲突导致０ｘ３１１端口数据受扰，从而导致车辆出现功能故障。在将ＡＴＰ设备从网络隔离后，车辆又恢复了正常。󰀦　结语

ＭＶＢ通信故障是车辆运营中经常会遇到的问题，无论问题大小都会引起客户的重视，经常会要求限时快速查到故障原

因。而查找网络故障经常耗时耗力，需要丰富的经验和较强的专业技术能力。

运用机器学习诊断网络故障是一个值得期待的技术手段：即在ＭＶＢ标准中定义了ＭＶＢ网络管理的接口，通过总线管理器可以充当ＭＶＢ网络管理的功能，采集每个网络设备的网络负荷、网络故障等网络状态数据，通过大数据分析来预测和快速诊断网络可能出现的故障。参考文献：

［１］　ＩＥＣ６１３７５－３－１铁路电子设备－列车通信网络－第３－

１部分：多功能车辆总线［Ｓ］．２０１２．

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