MVB总线在地铁列车控制系统中的应用.

1、MVB总线在地铁列车控制系统中的应用摘 要：介绍了 MVB 总线的物理层、帧和报文的格式与时序 , 以及其在广州地 铁 2 号线、深圳地铁 1 号线、上海地铁 1 号线延长线等车辆控制系统中的成功应用。关键词：地铁列车 ; 多功能车辆总线 ( MVB) ; 帧 ; 报文 ; 自动控制地铁 2 号线、深圳地铁 1 号线、上海地铁 1 号线延长线的列车 均采用了符合 IEC61375 TCN 标准的德国总线控制系统。该系统由列车总线 ( WTB) 和多功能车辆总线 ( MVB) 两部分组成 , 单元 ( 整个列车 6 辆车为一个 编组, 3 辆车为 1 个单元) 内用 MVB 总线连接 , 两个单

2、元间用 WTB 总线连接 , MVB总线实现车辆控制,WTB总线实现列车控制。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( 电的短距离传输介质 ) , 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 20 m 。2) EMD( 电的中距离传输介质 ) , 使用双绞屏蔽线 , 最多 支持 32 个设备, 最大总线长度 200 m 。允许使用变压器连接。3) OGF( 光纤媒

3、介 ) , 使用总线连接器 , 传输距离可达 2 km。MVB 总线系统是分级控制系统。系统设备共分 5 个级别 , 6 种能 力: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

4、各种总线同步。1.2 链路层数据1.2.1 帧和报文格式有效的帧格式见图 1 。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 2 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 3 所示。3) 报文时序 : 主帧和响应它的从帧称为一个报文。4) 报文类型 : 过程数据、信息数据和监管数据报文

5、。1.2.2 数据分布媒介访问是通过总线管理器实现的 , 周期循环。基本周期分为 4 个阶段: 周期阶段, 监管阶段, 事件阶段, 警惕阶段, 见图 4 。其中事件阶 段、监管阶段和警惕阶段构成临时阶段。MVB总线的数据分为过程数据、信息数据和监管数据。其数据分布为 : 过程数据为周期发布 , 信息数据和监管数据 发布周期不固定。过程数据都是一些非常重要的数据 , 如牵引速度 , 加速度的 值等。2 硬件及软件简介2.1 硬件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

6、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

7、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 DC48120 V,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 ( ±10 V, ±20 mA) ; 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 2 MB 闪存和 1 MB( 静态

8、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 DC 24120 V标称电压MVB终端插(每个MVB总线段必须带有一个终端插)。2.2 软件系统通讯和控制拓扑图如图 5 所示, 其软件结构见图 6 。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)

9、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 M

10、VB 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 结束语列车自动控制是发展趋势 , 而总线技术是实现自动控制的手段。目 前已经在广州地铁 2 号线、深圳地铁 1 号线、上海地铁 1 号线延长线等地铁 车辆上成功实践了地铁车辆自动控制 , 相信总线技术必将得到进一步的推广和 应用。<BR参考文献：1 IEC61375, WorkingDocumentS.2 魏庆福. STD 总工