列車總線電纜在TCN網(wǎng)絡(luò)上的測(cè)試與分析

【摘要】本文是針對(duì)列車總線電纜MVB/WTB基于IEC 61375軌道電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，在TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)上的測(cè)試進(jìn)行分析，使現(xiàn)場(chǎng)組裝列車操作人員能通過(guò)Fluke測(cè)試分析儀有效的判斷電纜技術(shù)參數(shù)是否通過(guò)，提供合理的指導(dǎo)和理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】列車總線電纜MVB/WTB；TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)；Fluke測(cè)試分析儀

隨著高速列車在我國(guó)迅猛的發(fā)展，高鐵、地鐵已經(jīng)成為我國(guó)各大城市廣泛應(yīng)用的交通工具。而利用網(wǎng)絡(luò)對(duì)列車進(jìn)行實(shí)時(shí)通信并逐步實(shí)現(xiàn)列車控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化與信息化成為高速列車通信的主要方式。TCN（Train Communication Networks）是為軌道車輛專門開(kāi)發(fā)的專用網(wǎng)絡(luò)列車通信網(wǎng)絡(luò)，具有通信速率高、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。并通過(guò)了國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61375標(biāo)準(zhǔn)的制定，雖然此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)TCN網(wǎng)絡(luò)所涉及到的基于物理層通信的列車總線電纜MVB（多功能車輛總線）/WTB（絞線式列車總線）進(jìn)行了明確規(guī)定，但對(duì)實(shí)際裝車應(yīng)用連接設(shè)備組件測(cè)試的方法和標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有明確的規(guī)定，很多機(jī)車制造廠商都采用Fluke DTX 1800 測(cè)試儀進(jìn)行組裝車后的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，但此測(cè)試設(shè)備僅針對(duì)的是以太網(wǎng)絡(luò)電纜鏈路和信道的測(cè)試，配有專門的轉(zhuǎn)接跳線、儀器模塊和電纜模塊，并不適用非常規(guī)的120 OHMS列車總線電纜的組件測(cè)試。因此造成了很多機(jī)車制造廠商在使用此方式進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)收不能通過(guò)的困擾，也大程度上影響了列車的生產(chǎn)進(jìn)度，甚至可能面臨拆車的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)車輛制造商造成了巨大的損失。本文將詳細(xì)解讀和探索產(chǎn)生列車總線電纜現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試不能通過(guò)的原因，并找出合理的方案解決列車總線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試問(wèn)題，為機(jī)車制造廠商提供參考依據(jù)。

1.TCN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的MVB/WTB列車總線電纜

TCN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是由連接一輛車上各種設(shè)備的多功能車輛總線MVB和連接列車中各車輛總線的列車總線WTB組成，如圖1所示。多功能車輛總線（Multifunctional Vehicle Bus，簡(jiǎn)為MVB）是一種便于傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的現(xiàn)場(chǎng)總線，連接一個(gè)車輛內(nèi)各個(gè)設(shè)備，傳輸速率為1.5Mbit/s，介質(zhì)通常為星絞線。 列車總線（Wire Train Bus，簡(jiǎn)為WTB）貫穿全列車，連接列車中各個(gè)車輛，能自己組態(tài)，傳輸速率可達(dá)1.0 Mbit/s，介質(zhì)通常為雙絞屏蔽線。

2.列車總線電纜MVB/WTB電氣參數(shù)

總線電纜電氣傳輸參數(shù)是由電纜特性阻抗，電容，電容對(duì)地不平衡，衰減，串音，轉(zhuǎn)移阻抗所組成。電纜特性阻抗是電磁波沿均勻電纜線路傳播而沒(méi)有反射時(shí)所遇到的阻抗，是衡量電纜傳輸信號(hào)是否匹配的重要參數(shù)，如果電纜的阻抗不匹配將會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的反射，導(dǎo)致嚴(yán)重的信號(hào)損失和失真。電纜中的電容取決于所使用的絕緣材料以及發(fā)泡絕緣的發(fā)泡度，電容越小信號(hào)的傳輸速率越快，反之就會(huì)變慢，通常MVB/WTB總線電纜采用發(fā)泡絕緣方式來(lái)提高信號(hào)的傳輸速率以及降低線材的外徑保證阻抗的匹配。電容對(duì)地不平衡是衡量電纜結(jié)構(gòu)均勻性與平衡性的重要指標(biāo)，對(duì)地電容不平衡越小電纜的平衡性和均勻性保持的越好，反之就會(huì)越差。電纜的衰減決定了信號(hào)通過(guò)傳輸線后的大小，但因?yàn)閭鬏斁€本身的非線性，電磁波的衰減隨頻率的升高而增大，也會(huì)隨著長(zhǎng)度的增加而增大。轉(zhuǎn)移阻抗是涉及電纜對(duì)外屏蔽效果的參數(shù)，也是衡量EMC電磁兼容的重要指標(biāo)，隨著頻率的大小變化而變化。電氣性能指標(biāo)如表1所示。

從測(cè)試圖分析來(lái)看，產(chǎn)生原因可能如下：

（1）Fluke是100OHMS以太網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀，而列車總線電纜為120OHMS，因此在電纜組件轉(zhuǎn)接部位阻抗不匹配會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的反射，如要保證測(cè)試通過(guò)，需要在轉(zhuǎn)接部位進(jìn)行處理，接頭處剝線距離盡量短，散開(kāi)處線芯進(jìn)可能緊密絞合，適當(dāng)可以考慮加屏蔽薄片和熱縮套管包住散開(kāi)線芯，減小阻抗不匹配產(chǎn)生的信號(hào)影響。

（2）轉(zhuǎn)接適配器電纜本身的性能也會(huì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響，通常會(huì)采用CAT5e以上的轉(zhuǎn)接線，并保證電纜符合CAT5e的要求。使轉(zhuǎn)接線的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，這樣會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果較好。

（3）由于列車總線電纜多為星絞屏蔽線，當(dāng)在列車布線有一定彎折時(shí)，尤其在一些死角處，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的變化，最終導(dǎo)致電氣性能不通過(guò)。因此在布線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮電纜的安裝和布局。

（4）人為不合理操作也會(huì)導(dǎo)致電纜性能變化，在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)盡量對(duì)總線電纜進(jìn)行保護(hù)，不要隨意拉拽和踩壓，尤其是在電纜放線時(shí)盡量減小張力，避免破壞電纜結(jié)構(gòu)。

（5）如不是上述原因，有可能是列車總線電纜本身的性能指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，造成最終組件測(cè)試不過(guò)，測(cè)試圖形發(fā)生變形。在這種情況下，需要用電纜生產(chǎn)廠家的網(wǎng)絡(luò)分析儀CTS系統(tǒng)來(lái)判斷電纜是否存在問(wèn)題，此時(shí)電纜長(zhǎng)度需要100米才能準(zhǔn)確判斷。

5.結(jié)束語(yǔ)

列車總線電纜是TCN網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，也是整個(gè)列車能夠正常通信的保障，因此總線纜的現(xiàn)場(chǎng)組裝測(cè)試結(jié)果判斷對(duì)整個(gè)列車后續(xù)安裝生產(chǎn)有重要作用。而其結(jié)果的失敗是由多種原因造成的，以上分析原因可為機(jī)車制造廠商提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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