MVB總線在地鐵列車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上MVB總線在地鐵列車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用     摘 要：介紹了 MVB 總線的物理層、幀和報文的格式與時序, 以及其在廣州地鐵 2 號線、深圳地鐵 1 號線、上海地鐵1 號線延長線等車輛控制系統(tǒng)中的成功應(yīng)用。關(guān)鍵詞：地鐵列車; 多功能車輛總線( MVB) ; 幀; 報文; 自動控制       地鐵 2 號線、深圳地鐵 1 號線、上海地鐵 1 號線延長線的列車均采用了符合 IEC61375 TCN 標準的德國總線控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由列車總線( WTB) 和多功能車輛總線(

2、MVB) 兩部分組成, 單元( 整個列車 6 輛車為一個編組, 3 輛車為 1 個單元) 內(nèi)用 MVB 總線連接, 兩個單元間用 WTB 總線連接, MVB 總線實現(xiàn)車輛控制, WTB 總線實現(xiàn)列車控制。1 MVB 總線的物理層和鏈路層      MVB 總線模型是在開放系統(tǒng)互聯(lián) OSI 模型的基礎(chǔ)上進行了簡化。OSI 具有 7 層參考模型, 而 MVB 只有其中的物理層和鏈路層。1.1 物理層      MVB 總線的物理層有 3 種:     

3、; 1) ESD( 電的短距離傳輸介質(zhì)) , 使用雙絞屏蔽線, 按RS- 485 標準, 最多支持 32 個設(shè)備, 最大總線長度 20 m 。      2) EMD( 電的中距離傳輸介質(zhì)) , 使用雙絞屏蔽線, 最多 支持 32 個設(shè)備, 最大總線長度 200 m 。允許使用變壓器連接。      3) OGF( 光纖媒介) , 使用總線連接器, 傳輸距離可達2 km。      MVB 總線系統(tǒng)是分級控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)備共分 5 個級別, 6

4、種能力:      1) 1 級設(shè)備具有的能力有設(shè)備狀態(tài)和過程數(shù)據(jù)。設(shè)備端口地址一般與設(shè)備地址一致。      2) 2 級設(shè)備具有的能力有設(shè)備狀態(tài), 過程數(shù)據(jù), 信息數(shù)據(jù), 是智能設(shè)備可以通過總線配置, 但不能編程。      3) 3 級設(shè)備具有的能力有設(shè)備狀態(tài), 過程數(shù)據(jù), 信息數(shù)據(jù)和用戶編程。      4) 4 級設(shè)備具有的能力有設(shè)備狀態(tài)、過程數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)和總管理器。用戶編程具有可選性

5、。      5) 5 級設(shè)備具有的能力有設(shè)備狀態(tài)、過程數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)、網(wǎng)關(guān)和總線管理器。具有總線管理器的網(wǎng)關(guān)能與各種總線同步。1.2 鏈路層數(shù)據(jù)1.2.1 幀和報文格式      有效的幀格式見圖 1。      1) 主幀格式: 以主起動定界符開始, 接著是 16 位報文數(shù)據(jù), 然后是 8 位校驗序列。4 位 F_code 碼限制下面的12 位并指示從幀大小, 如圖 2 所示。      2)

6、 從幀格式: 以從起動定界符開始, 接著是 16, 32,64, 128 或 256 位幀數(shù)據(jù), 8 位校驗序列在 64 位數(shù)據(jù)的每個字后或在 16, 32 位數(shù)據(jù)后。幀文每 64 位后就有一個校驗序列, 如圖 3 所示。           3) 報文時序: 主幀和響應(yīng)它的從幀稱為一個報文。      4) 報文類型: 過程數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)和監(jiān)管數(shù)據(jù)報文。1.2.2 數(shù)據(jù)分布      媒介訪問是通過總線管

7、理器實現(xiàn)的, 周期循環(huán)。基本周期分為 4 個階段: 周期階段, 監(jiān)管階段, 事件階段, 警惕階段, 見圖 4。其中事件階段、監(jiān)管階段和警惕階段構(gòu)成臨時階段。MVB 總線的數(shù)據(jù)分為過程數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)和監(jiān)管數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)分布為: 過程數(shù)據(jù)為周期發(fā)布, 信息數(shù)據(jù)和監(jiān)管數(shù)據(jù)發(fā)布周期不固定。過程數(shù)據(jù)都是一些非常重要的數(shù)據(jù), 如牽引速度, 加速度的值等。2 硬件及軟件簡介2.1 硬件      系統(tǒng)硬件主要包括車輛控制器 VTCU、總線連接器、輸入輸出單元、通訊連接器 ComC、人機顯示器 MMI 及相關(guān)子系統(tǒng)。    

8、;  車輛控制器 VTCU 即總線控制器, 每個 3 節(jié)車單元各一個, 共由 7 塊板組成, 自帶插槽和電源, 是標準的模塊化 系 統(tǒng) 。 車 輛 控 制 單 元 由 網(wǎng) 關(guān)( VTCU- GW) , VCUT,VCUA 及 VTCU 的電源組成。網(wǎng)關(guān)控制列車總線( WTB)和車輛總線( MVB) , 并在兩個總線系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換過程和信息數(shù)據(jù)。列車診斷板 VCUT 上有板載數(shù)據(jù)庫( ODBS) , 可通過 RS422 接口控制人機界面。列車應(yīng)用程序板 VCUA里包含著列車和車輛的控制程序。VTCU的電源提供 110V直流電源, 并與供電系統(tǒng)的電勢隔離。   

9、   總線連接器具有連接不同車輛總線的作用, 同時也能起到信號放大的作用。      輸入輸出單元由數(shù)字輸入輸出單元 DX 和模擬輸入輸出單元 AX 組成。數(shù)字輸入輸出單元 DX 的數(shù)字數(shù)據(jù)I/O 接口一般直接連到繼電器觸點上。每輛車都有很多DX, 每個 DX 都可以設(shè)置地址。電源電壓 DC48120 V,10 位輸入, 6 位輸出。1 位報警器輸出模擬輸入輸出單元AX 有模擬數(shù)據(jù) I/O 接口, 每個 AX 也有自己的地址; 4 位模擬輸入( ±10 V, ±20 mA) ; 2 位模擬輸出。只有非常少

10、的幾處, 如牽引力大小等使用模擬量。      通訊連接器 ComC 主要用于沒有 MVB 總線的第三方供貨的通訊設(shè)備 MC68360 處理器, 具有 2 MB 閃存和1 MB( 靜態(tài)存儲器) , 2 通道 RS232 , 2 通道 RS485, 1 通道RS- 485, 1 通道 RS- 232 , 標準 MVB ESD+, 以及 DC 24120 V 標稱電壓 MVB 終端插( 每個 MVB 總線段必須帶有一個終端插) 。2.2 軟件      系統(tǒng)通訊和控制拓撲圖如圖 5 所示, 其軟件結(jié)

11、構(gòu)見圖 6。2.2.1 基本軟件 CSS( 包括基本系統(tǒng)軟件和適時系統(tǒng)軟件)      1) 控制系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)基于 VxWorks 內(nèi)核程序;      2) 用于應(yīng)用程序的接口提供標準的功能實時操作系統(tǒng) RTOS;      3) ANSI- C 的子集任務(wù)管理故障處理;      4) 數(shù)據(jù)記錄;      5) 事件記錄; &#

12、160;    6) 時間同步;      7) 監(jiān)控器;      8) 硬件相關(guān)功能;      9) 設(shè)備啟動控制;      10) 內(nèi)存測試;      11) MVB 支持和配置: 信息數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)和總線管理。2.2.2 應(yīng)用軟件      應(yīng)用軟件使用的

13、是功能塊語言, 它實際上是一種開放式的 PLC, 代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器的邏輯關(guān)系。不用使用許多硬線就實現(xiàn)了自動控制。另外, 這種功能塊語言不需要編程基礎(chǔ)就能看懂, 省去了編程語言的培訓(xùn)。      在車輛控制上實現(xiàn)的功能, 主要是牽引和制動控制。但其他一些功能, 如門、空調(diào)、信息顯示等也掛在總線下,只是在牽引安全和制動方面, 來判斷牽引和制動能否進行, 如門沒有關(guān)到位, 不能開車等。牽引、制動、門、空調(diào)、信息顯示等是 MVB 總線下的子系統(tǒng), 這些子系統(tǒng)不需要有共同的語言, 每個系統(tǒng)都可以有自己的語言系統(tǒng), 但它們都必須遵循 MVB 總線協(xié)議。      雖然總線系統(tǒng)只有物理層和鏈路層, 同開放式互聯(lián)系統(tǒng) OSI 的 7 層參考模型相比是一種低級控制, 但對實現(xiàn)自動控制已足夠了。3 結(jié)束語      列車自動控制是發(fā)展趨勢, 而總線技術(shù)是實現(xiàn)自動控制的手段。目前已經(jīng)在廣州地鐵 2 號線、深圳地鐵 1 號線、上海地鐵 1 號線延長線等地鐵車輛上成功實踐了地鐵車輛自動控制, 相信總線技術(shù)必將得到進一步的推廣和應(yīng)