MVB总线在地铁列车控制系统中的应用.

  • 格式:docx
  • 大小:11.42 KB
  • 文档页数:3

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。

1MVB 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。

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DC48〜120 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 24〜120 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)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, WorkingDocument[S].
[2]魏庆福. STD 总工业控制机的设计与应用[M]. 北京: 科学出版社, 1991.
[3]阳宪惠. 现场总线技术及其应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 1999.
[4]丘公伟. 实时控制与智能仪表多微机系统的通讯技术[M]. 北京: 清华大学
出版社, 1996.
[5]谢希仁.计算机网络[M]. 大连: 大连理工大学出版社, 1996.。