Multifunction Vehicle Bus

Feldbus zur Datenübertragung bei Eisenbahnfahrzeugen

Der Multifunction Vehicle Bus (kurz: MVB) ist ein Bus der meist zur Übertragung von Daten im Bereich der Eisenbahnen zum Einsatz kommt. Meistens wird er im Train Communication Network oder mit dem Wire Train Bus verwendet. Bei der zweiten Verwendungsmöglichkeit können sogar über den ganzen Zug Daten übertragen werden.

Multifunction Vehicle Bus – Geschichtlicher Hintergrund

Durch die immer moderneren Eisenbahnfahrzeuge wurde die Forderung nach einem einheitlichen Diagnosesystem immer lauter. Die Toilettenanlagen oder die Klimaanlagen wurden unter anderem nun elektronisch betrieben. Anfangs waren diese ganzen Komponenten jedoch nicht miteinander verknüpft, was dazu führte, dass man bei einem Ausfall die genaue Störungsursache nur an der Steuerung selbst ablesen konnte. Das war allerdings mit einem hohen Aufwand verbunden, wie beispielsweise dem Öffnen von Abdeckungen der Schaltkästen, um überhaupt erst an die Steuerung gelangen zu können. Aus dieser Problematik heraus wurde in den 1990er Jahren der Multifunction Vehicle Bus von einem Komitee, bestehen aus den Firmen ABB, AEG, Firema und Siemens, entwickelt.

Neue Möglichkeiten durch die Entwicklung des Multifunction Vehicle Bus

Bis heute wurde ein durch die internationale Eisenbahnunion und die Internationale Elektrotechnische Kommission ein Datennetzwerk standardisiert, welches sichere und schnelle Datenübertragung im gesamten Schienenfahrzeug ermöglicht. Aufgrund dessen wird eine weltweite Kompatibilität der Eisenbahnen und Züge erreicht, auch der Austausch von Teilen des Systems ist nun weltweit standardisiert.

Einsatzgebiete des Multifunction Vehicle Bus

Hauptsächlich wird der Multifunction Vehicle Bus natürlich für Züge und Schienenfahrzeuge eingesetzt, da er ja auch für diese entwickelt wurde. Allerdings wird der Bus auch im Controlling bei Starkstromanlagen eingesetzt. Man darf den Multifunction Vehicle Bus jedoch nicht mit dem Zugbus verwechseln: Der Zugbus verbindet die Fahrzeuge eines Zuges, wohingegen der Multifunction Vehicle Bus (Fahrzeugbus) die Ausrüstung an Bord jedes einzelnen Waggons verbindet.

In allen Modellen der Hersteller, die bei der Entwicklung beteiligt waren, wird der MVB standardmäßig seit ungefähr 1995 eingebaut.

Multifunction Vehicle Bus – Systemeinsatz

Der Multifunction Vehicle Bus arbeitet mit 1,5 MB/s über verdrehte Aderpaare oder über optische Fasern. Er ist zweikanalig strukturiert, damit wird eine höhere Zuverlässigkeit in der Übertragung gewährleistet. An Wagenübergängen werden diese zwei Kanäle getrennt. Die Übertragung der Daten auf dem Bus wird von mehreren oder auch nur einem Busverwalter gesteuert. Dabei erfolgt der Datentransfer asynchron. Für das System bedeutet das, dass jeder Busverwalter einen eigenen Taktgeber, oder auch Clock genannt, besitzt.

Multifunction Vehicle Bus – Technologieprinzip

Der Multifunction Vehicle Bus beruht auf dem Master-Slave-Prinzip. Hierbei kann der Master an einer beliebigen Stelle am Bus gekoppelt werden. Für eine höhere Verfügbarkeit empfiehlt es sich mehrere Masters anzuschließen. Allerdings arbeiten diese nicht gleichzeitig, sondern immer nur einzeln.
Desweiteren beruht die Funktionsweise auf der Übertragung von Protokollen, die synchron und in zyklischer Datenübertragung transportiert werden. Diese Daten sind quelladressiert.

Multifunction Vehicle Bus – Datentransport

Der Multifunction Vehicle Bus überträgt prinzipiell zwei Arten von Daten:

  1. Prozessvariablen – periodische Daten
    Bei Prozessvariablen handelt es sich um kurze Daten (16 bis 256 Bits). Diese geben Auskunft über den Zustand des Zuges, beispielsweise über die Geschwindigkeit. Die Prozessvariablen werden zyklischen transportiert, um die Übertragungszeiten möglichst gering zu halten, sprich innerhalb eines Fahrzeuges unter 16ms und innerhalb eines Zuges unter 100ms. Man bezeichnet diese Daten als periodisch.

  2. Meldungen – sporadische Daten
    Bei Meldungen handelt es sich um längere Informationen. Diese dienen zur Analyse von beispielsweise der Netzverwaltung. Dabei kann die Meldungsgröße sich in einer Spanne von wenigen Bytes bis zu Megabytes bewegen. Die Meldungen werden bedarfsorientiert transferiert, ohne Zeitdruck. Hier spricht man dann von sporadischen Daten.

Periodische und sporadische Daten befinden sich in den Geräten auf demselben Bus, werden allerdings immer abwechselnd übertragen und nie gemeinsam. Dabei wird die Übertragungszeit des Busses in Basisperioden unterteilt, in den festgelegt wird, wann welche Daten gesendet werden. Die Perioden für sporadische Datenübertragungen können auch unbenutzt bleiben, wohingegen die periodischen Daten in jeder ihnen zugeteilten Periode übertragen werden.

Quellenadressierte Prozessdatenübertragung

Im Grunde werden Prozessdaten an alle Geräte im Bus verschickt. Im Prinzip sendet der Master ein Telegramm mit einer spezifischen Adresse der Prozessdaten. Jedes Teilnehmergerät überprüft, ob diese Adresse abonniert ist oder nicht. Wenn dies der Fall ist, dann werden die Daten empfangen. Bei dieser Übertragungsart spricht man von der quellenadressierten Rundverteilung.

Rundverteilung von Prozessvariablen und Verkehrsspeichern

Über den Bus Controller wieder der Datentransfer koordiniert und durchgeführt. Die zu übertragenden Prozessdaten werden in dem Verkehrsspeicher abgelegt. Dieser fungiert als Schnittstelle zwischen Bus und Applikation. Die Applikationen lesen dann aus dem Verkehrsspeicher die jeweiligen Prozessdaten. Bei diesem Vorgang wird meist zyklisch gearbeitet. Die Prozessdaten werden durch die zyklische Übertragung zu einem bestimmten Zeitpunkt wiederholt und somit neu überschrieben.

Bedeutung der Telegramme beim Multifunction Vehicle Bus

  1. Aufbau
    Die Daten der Telegramme sind nach dem Prinzip des Manchestercodes codiert. Am Anfang jedes Telegramms befindet sich der 9 Bit lange Header und am Ende die 8 Bit lange Prüfsequenz. Der Header sorgt für die Synchronisation.

  2. Arten
    Zwei Arten von Telegrammen werden vom Multifunction Vehicle Bus verwendet:

    a. Master Frame: Der Master Frame wird vom Busmaster gesendet.
    b. Slave Frame: Der Slave Frame wird von einem der Slave Geräte gesendet.