動(dòng)車(chē)組MVB通訊信號(hào)衰減問(wèn)題分析與解決措施

董成印

[摘 要]在分析MVB通訊信號(hào)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)例，詳細(xì)介紹了MVB通訊在ESD和EMD兩種模式下長(zhǎng)期可靠工作允許的信號(hào)衰減，施工過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)和檢查方法、出現(xiàn)故障后的解決措施。

[關(guān)鍵詞]MVB ESD EMD 插入損耗 衰減

中圖分類號(hào)：TE357.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）33-0016-02

1. 動(dòng)車(chē)組通訊構(gòu)架

既有動(dòng)車(chē)組列車(chē)通訊網(wǎng)絡(luò)基本都采用TCN模式，TCN網(wǎng)絡(luò)由絞線式列車(chē)總線WTB和多功能車(chē)輛總線MVB組成。WTB總線和MVB總線由網(wǎng)關(guān)連接在一起，并由網(wǎng)關(guān)對(duì)WTB信號(hào)和MVB信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)WTB和MVB的有機(jī)結(jié)合，從而完成對(duì)整列車(chē)的有效控制。

國(guó)內(nèi)動(dòng)車(chē)組由8輛車(chē)或16輛車(chē)組成，8輛車(chē)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)列，根據(jù)高壓、控制等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，將8輛車(chē)分為2～3個(gè)單元組，單元組內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與各子系統(tǒng)和輸入輸出模塊之間通過(guò)MVB總線貫通并于網(wǎng)關(guān)相連，網(wǎng)關(guān)通關(guān)WTB總線將各單元組連接一起。

2. 通訊信號(hào)的衰減

WTB總線僅連接在網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)關(guān)之間，布線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)點(diǎn)少、長(zhǎng)度短，一般不會(huì)由信號(hào)衰減造成通訊問(wèn)題；MVB總線需要連接各設(shè)備之間、設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間，布線結(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)多，長(zhǎng)度長(zhǎng)，布線不良時(shí)易出現(xiàn)由信號(hào)衰減，造成通訊丟失的問(wèn)題。

MVB通訊是現(xiàn)代動(dòng)車(chē)組通控制最主要的通訊方式，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與牽引、制動(dòng)等系統(tǒng)通訊均用到MVB通訊，良好的MVB信號(hào)質(zhì)量是保證通訊正常的有力條件，如果信號(hào)幅值過(guò)低、波形變形，輕則造成單元組通訊丟失，車(chē)輛失去部分動(dòng)力，限速運(yùn)行，重則配置失敗，車(chē)輛無(wú)法維持運(yùn)行，停車(chē)晚點(diǎn)，嚴(yán)重干擾正常的運(yùn)營(yíng)秩序，因此保障MVB通訊質(zhì)量良好是車(chē)輛正常行車(chē)至關(guān)重要的因素。

影響MVB通訊質(zhì)量的因素很多，本文只討論易出故障且比較常見(jiàn)的信號(hào)衰減問(wèn)題。

信號(hào)衰減也稱為插入損耗（insertion loss），由于傳輸電纜的電阻、連接器電阻和漏電流，信號(hào)強(qiáng)度在傳輸過(guò)程會(huì)衰減，如圖1所示：

隨著通訊頻率的增加，由于集膚效應(yīng)和感抗、容抗相應(yīng)增加，信號(hào)衰減也會(huì)增加。由于MVB通訊額定頻率為1.5MHz， 而計(jì)算衰減一般按兩倍額定頻率考慮，所以本文所談MVB信號(hào)衰減均為在3MHz頻率下數(shù)據(jù)。

MVB通訊有ESD和EMD兩種模式，在IEC 61375中，關(guān)于MVB信號(hào)衰減問(wèn)題沒(méi)有明確的量化要求，僅對(duì)發(fā)送和接收的電壓幅值進(jìn)行限制，根據(jù)電壓幅值進(jìn)行計(jì)算，ESD和EMD允許的衰減分別如下：

ESD允許衰減理論計(jì)算

ESD實(shí)際是MVB增加了MVB/RS485轉(zhuǎn)發(fā)器，信號(hào)定義和有效值采用RS485的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送和接收分別要求如下：

發(fā)送：發(fā)送電壓要求最小幅值為±1.5V，

接收：接收電壓，Up-Un>+0.2V 為高電平， Up-Un<-0.2V 為低電平

理論允許衰減：

EMD允許衰減理論計(jì)算

在IEC61375-3-1中，EMD模式的發(fā)送和接收分別要求如下：

發(fā)送：發(fā)送電壓要求最小幅值為±1.5V，

接收：最低幅值應(yīng)不小于0.3V，持續(xù)時(shí)間至少100ns，

理論允許衰減：

上述衰減為理論允許衰減，考慮到噪聲抑制， 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，信號(hào)幅值0.7V時(shí)，3×106 幀出錯(cuò)不應(yīng)超過(guò)3次， 此時(shí)ESD和EMD允許衰減為：

考慮到溫升后衰減的增加，測(cè)試設(shè)備一般直接將允許衰減信號(hào)判定的標(biāo)準(zhǔn)更高，比如Fluke Cable Tester 中，在MVB信號(hào)測(cè)試時(shí)，最大衰減判定標(biāo)準(zhǔn)定為額定通訊頻率（1.5MHz）為3dB，兩倍額定通訊頻率時(shí)（3MHz）為4dB。

衰減超標(biāo)時(shí)會(huì)引起通訊故障，該類故障由通訊信號(hào)超標(biāo)造成，不存在單一的故障點(diǎn)，故障多為偶發(fā)，故障后果嚴(yán)重，故障后難以查到故障的根本原因。例如某CRH-250型動(dòng)車(chē)組，車(chē)輛運(yùn)行時(shí)平均每?jī)芍芫桶l(fā)生一次MVB通訊丟失故障，多次扣車(chē)檢查，累計(jì)扣車(chē)時(shí)間超過(guò)一個(gè)月，將通訊回路內(nèi)各硬件設(shè)備、連接器插針、插孔、電纜屏蔽層連接、線路絕緣等全查檢查，最終在信號(hào)衰減測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛中一個(gè)MVB區(qū)段內(nèi)MVB信號(hào)衰減較大，具體信息如圖2、圖3、圖4：

線段長(zhǎng)度：144米

插入損耗：5.9dB，測(cè)試頻率：3MHz，超標(biāo)1.9dB

將衰減信號(hào)測(cè)試圖形轉(zhuǎn)換為Excel表格時(shí)，可以清晰的看出各頻率對(duì)應(yīng)的信號(hào)衰減，在3MHz時(shí)，信號(hào)衰減為5.9dB，超標(biāo)1.9dB。見(jiàn)表1。

根據(jù)MVB電纜的出廠標(biāo)準(zhǔn)和IEC對(duì)MVB電纜的標(biāo)準(zhǔn)要求，在1.0BR時(shí)，衰減小于15.0dB/km， 在2.0BR時(shí)，衰減小于20.0dB/km，根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，此案例中144米MVB電纜信號(hào)衰減應(yīng)在2.88dB左右，即使考慮設(shè)備的信號(hào)衰減，5.9dB也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)理論衰減值，此段電纜明顯存在異常，拆開(kāi)車(chē)內(nèi)頂板，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)兩個(gè)車(chē)的廁所內(nèi)MVB電纜折彎半徑嚴(yán)重超標(biāo)，余量電纜存在多次對(duì)折的情況，將此電纜更換后，信號(hào)衰減明顯好轉(zhuǎn)，經(jīng)運(yùn)行半年驗(yàn)證，問(wèn)題再也沒(méi)有發(fā)生，故障得到解決。

從上述案例中可以看出， 雖然理論信號(hào)衰減17.5dB也可以實(shí)現(xiàn)MVB通訊，但要想長(zhǎng)期可靠無(wú)誤的連續(xù)進(jìn)行MVB通訊，實(shí)際能接受的信號(hào)衰減值應(yīng)遠(yuǎn)小于理論值，新車(chē)出廠時(shí)每個(gè)MVB區(qū)段的信號(hào)衰減應(yīng)控制在4dB以內(nèi)。

3. MVB信號(hào)衰減的控制

MVB回路增加中繼器可以有效的減小信號(hào)的衰減。中繼器的功能有兩個(gè)：

* 可以將車(chē)輛總線分為若干MVB網(wǎng)段，當(dāng)某個(gè)網(wǎng)段故障時(shí)不影響其他部分車(chē)輛總線的工作；

* 中繼器實(shí)現(xiàn)信號(hào)再生和整形的功能，可以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木嚯x。

目前動(dòng)車(chē)組8輛車(chē)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)列，分為4+4單元組或3+2+3單元組兩種基本結(jié)構(gòu)，大部分動(dòng)車(chē)組采用MVB回路在單元組內(nèi)組網(wǎng)的概念，單元組之間采用WTB通訊，個(gè)別車(chē)型由于冗余概念的不同，采用MVB貫通全列的概念。需要注意的是，即使每輛車(chē)都設(shè)置中繼器，但由于中繼器一般安裝在車(chē)體端部的直流電氣柜內(nèi)，由于平面的布置，有可能相鄰的兩個(gè)車(chē)中繼器安裝位置位于兩車(chē)的兩端，由于TCMS采用的是分布式模塊化采集單元，MVB回路電纜要車(chē)上車(chē)下以及左側(cè)右側(cè)來(lái)回繞多次，造成實(shí)際長(zhǎng)度26.5米的車(chē)內(nèi)布線長(zhǎng)達(dá)七十多米，兩車(chē)加起來(lái)長(zhǎng)達(dá)140米，僅電纜衰減理論值就達(dá)2.8dB，在這種情況下，如果電纜布線處理不當(dāng)，很可能造成衰減值較大，對(duì)MVB通訊造成不良影響。

4. 布線的控制

MVB電纜采用截面為0.75的雙絞屏蔽電纜，電纜固定的要求見(jiàn)表2。

折彎半徑要求大于5倍電纜直徑。在施工布線的過(guò)程中，尤其是余量電纜的處理，如果采用的對(duì)折的方式并用扎帶扎緊，如圖5所示，將使通訊信號(hào)衰減大幅增加。

為解決布線過(guò)程中的出現(xiàn)的折彎半徑問(wèn)題，電氣柜內(nèi)可以采用布線板的方式布線，即所有走線在施工過(guò)程中采用紙板定位，柜外布線重點(diǎn)檢查，制作折彎半徑檢查工裝。以灝訊電纜為例，4×0.75的雙絞屏蔽電纜，其外徑最大值為9.6mm，可以制作R=50的彎曲樣板，檢查方法如圖6、圖7：

5. 結(jié)論

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，需要充分考慮MVB電纜長(zhǎng)度，合理設(shè)置中繼器，保留合理的理論衰減余量，在生產(chǎn)階段，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對(duì)影響衰減的因素重點(diǎn)檢查，如此，才能獲得理想的MVB通訊質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] DTXCableAnalyze_9821901_CHI_A_W，2004

[2] MITRAC CC MVBC02C Data Sheet

[3] IEC 61375-3-1， Multifunction Vehicle Bus （MVB），2012

[4] IEC 61375-3-2，MVB （Multifunction Vehicle Bus） conformance testing，2012