MVB总线在地铁列车控制系统中的应用

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。

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。
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。

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