CN110901700A - 一种跨座式单轨车辆列车网络控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种跨座式单轨车辆列车网络控制系统，所述的车辆列车网络控制系统包括列车控制级、车辆控制级、子系统控制级；所述的列车控制级、车辆控制级、子系统控制级均采用以太网总线连接，并提供列车控制网络与PIS服务网络一体化传输。其优点表现在：本发明的列车网络控制系统，通过列车控制级、车辆控制级，子系统控制级参与控制，无需增加了大量的列车线及传感器或接口电路，列车控制级、车辆控制级、子系统控制级均采用以太网总线连接，并提供列车控制网络与PIS服务网络一体化传输，该形式的列车网络参与车辆控制，使得系统稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及列车控制技术领域，具体地说，是一种跨座式单轨车辆列车网络控制系统。
背景技术
列车网络控制系统(Train Control And Monitor System；TCMS)应用于包括机车、地铁、轻轨、动车组等列车中，属于列车的核心子系统，是协调各个车载设备协同工作的基础平台。近年来，跨座式单轨车辆技术正在逐步向智能化、轻量化、节能、环保快速迈进，要求列车网络控制系统向高性能、高水平发展，以确保跨座式单轨实现智能化、网络化与信息化的目标。采用以太网总线的列车网络控制系统，数据传输快，能满足无人驾驶跨座式单轨列车的需求。
现有的单轨车辆列车网络控制系统，在列车总线和车辆总线中采用多种协议转换模块，如列车总线有：ARCNET、CANopen、MVB，车辆总线有：CANopen、MVB、20mA电流环、30mA电流环、RS485等。协议种类较多，因此不同协议之间要保证正常的通信，就需要增加不同的协议转化模块。虽然上述协议在列车网络中均有较成熟的应用，但不同协议之间的转换也存在实时性降低，通讯速度慢，故障点多等问题。同时现有重庆单轨车辆列车网络系统只负责监视和诊断，不参与车辆控制。因此，增加了大量的列车线及传感器或接口电路。无人驾驶的跨座式单轨列车要求车辆的列车网络参与车辆控制，并且系统稳定可靠。
中国专利文献CN200820110037.X，申请日20080814，专利名称为：列车网络控制系统，包括：绞线式列车总线WTB网络系统和多功能车辆总线MVB网络系统，MVB网络系统包括端车、变压器车、中间变流器车、便餐车和一等车，其中WTB网络系统和MVB网络系统之间通过MVB网络系统的网关连接，端车、变压器车、中间变流器车、便餐车和一等车之间通过MVB总线连接，端车设有用于集中控制列车网络控制系统的车载中央控制计算机。
上述专利文献的列车网络控制系统，提供了一种集中统一控制列车的各个子系统，降低了整个列车控制系统的成本，提高了其控制效率的列车网络控制系统。但是关于一种列车网络参与车辆控制，并且系统稳定可靠的技术方案则未见相应的公开。
综上所述，亟需一种列车网络参与车辆控制，并且系统稳定可靠的轨车辆列车网络控制系统。而关于这种车辆列车网络控制系统目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种列车网络参与车辆控制，并且系统稳定可靠的轨车辆列车网络控制系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种跨座式单轨车辆列车网络控制系统，所述的车辆列车网络控制系统包括列车控制级、车辆控制级、子系统控制级；所述的列车控制级、车辆控制级、子系统控制级均采用以太网总线连接，并提供列车控制网络与PIS服务网络一体化传输。
作为一种优选的技术方案，所述的列车网络控制系统的整体列车将采用链路聚合的方式，将支持旁路功能的交换机组成线性网络；车厢内终端设备链接到ETB交换机，车厢间交换机通过旁路端口链接，形成支持旁路功能的冗余网络。
作为一种优选的技术方案，所述的子系统控制级与车辆控制级通过车辆级以太网线建立连接；所述的列车控制级中包含有列车Mc1和列车Mc2；所述的列车Mc1和列车Mc2均包括含有车辆ES，且各个车辆ES间通过列车级以太网线建立连接。
作为一种优选的技术方案，所述的列车控制级的网络中包含TCMS设备、TCMS车载子系统、PIS以太网设备；所述的TCMS设备、TCMS车载子系统、PIS以太网设备均通过车辆级以太网线与车辆ES建立连接。
作为一种优选的技术方案，所述的列车控制级的网络采用2条百兆以太网线，在列车Mc1和列车Mc2内采用具备路由功能、NAT功能的三层ETB交换机，负责实现列车重联和解编后，网络的重新配置，中间车采用二层ETB交换机。
作为一种优选的技术方案，所述的车辆控制级网络同样采用以太网双绞线，与列车中央控制单元间的通信，可通过ETB交换机进行；当车中央控制单元内以太网设备较多时，可在车辆级网络中添加ECN交换机实现设备的通信。
7.根据权利要求1所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的车辆控制级的网络为星型网络或环形网络。
作为一种优选的技术方案，所述的TCMS设备包括中央控制单元CCU、司机显示屏HMI、远程输入输出模块RIOM；所述的中央控制单元CCU负责对全列车辆的控制、对车辆设备的监视和诊断及各个中央控制单元CCU的车辆数据信息交换；负责显示设备状态和指导司机操作；所述的RIOM通过以太网接口和车辆总线连接，实现对110V/24V控制电路的主要控制信号采集和控制；所述的司机显示屏HMI在每列车中均有两个，且两个司机显示屏HMI互为冗余设计。
作为一种优选的技术方案，列车Mc1车和列车Mc2各配置两个远程输入输出模块RIOM1和RIOM2，对列车的关键运行数据和控制信息采取冗余设计。
作为一种优选的技术方案，列车Mc1和列车Mc2各配置一台硬件完全一样的数据记录单元DRU，两台DRU采用冗余设计。
本发明优点在于：
1、本发明的列车网络控制系统，通过列车控制级、车辆控制级，子系统控制级参与控制，无需增加了大量的列车线及传感器或接口电路，列车控制级、车辆控制级、子系统控制级均采用以太网总线连接，并提供列车控制网络与PIS服务网络一体化传输，该形式的列车网络参与车辆控制，使得系统稳定可靠。
2、整体列车将采用链路聚合的方式，将支持旁路功能的交换机组成线性网络。车厢内终端设备链接到ETB交换机，车厢间交换机通过旁路端口链接，形成支持旁路功能的冗余网络，避免单点故障造成整车通信的中断。
3、Mc1车和Mc2车各配置两个远程输入输出模块RIOM1和RIOM2，对列车的关键运行数据和控制信息采取冗余设计，以保证列车的运行安全。如果一个远程输入输出模块发生故障，则另一个冗余的远程输入输出模块远程输入输出模块对信号进行采集，传送到中央控制单元(CCU)，CCU进行逻辑运算，对车辆进行控制，不影响列车的正常运行。
4、列车Mc1车和列车Mc2各配置一台硬件完全一样的数据记录单元DRU，两台数据记录单元DRU采用冗余设计，具备同样的功能。两台数据记录单元DRU同时接收各个子系统通过以太网总线传输的运行数据及故障信息，并进行分类存储。正常情况下，两台数据记录单元DRU同时工作，记录主网络收发的重要数据，维护人员可以从任意一个数据记录单元DRU下载故障数据。
附图说明
附图1是本发明的跨座式单轨车辆列车网络控制系统的模型框图。
附图2是本发明的车辆列车网络控制系统的控制拓扑示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
1.列车控制级 2.车辆控制级
3.子系统控制级 4.列车Mc1
5.列车Mc2 6车辆ES
7.中央控制单元CCU 8.司机室人机接口HMI
9.远程输入输出模块RIOM 10.列车数据记单元DRU
11.牵引控制单元VVVF 12.信号控制单元ATC12
13.门控单元EDCU 14.辅助控制单元SLV14
15.胎压监测控制单元TPMS15 16.空调控制单元HVAC
17.司机控制器MC17 18.全景IP摄像头
19.前视IP摄像头FCAM 20.司机室广播主机CBH20
21.客室广播分机PBH21 22.IP摄像头CAM22
23.动态地图LCD 24.制动控制单元BCU
请参照图1，图1是本发明的跨座式单轨车辆列车网络控制系统的模型框图。一种跨座式单轨车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的列车网络控制系统包括列车控制级1、车辆控制级2、子系统控制级3；所述的列车控制级1、车辆控制级2、子系统控制级3均采用以太网总线连接，并提供列车控制网络与PIS服务网络一体化传输。车辆控制级2网络可为星型网络或环形网络。
请参照图2，图2是本发明的车辆列车网络控制系统的控制拓扑示意图。
所述的子系统控制级3与车辆级通过车辆级以太网线建立连接；所述的列车控制级1中包含有列车Mc1 4和列车Mc2 5；所述的列车Mc1和列车Mc2 5均包括含有车辆ES6，且各个车辆ES6间通过列车级以太网线建立连接。
所述的列车控制级1的网络采用2条百兆以太网线，在列车Mc1和列车Mc2 5内采用具备路由功能、NAT功能的三层ETB交换机，负责实现列车重联和解编后，网络的重新配置，中间车采用二层ETB交换机。
所述的车辆控制级2网络同样采用以太网双绞线，与列车中央控制单元间的通信，可通过ETB交换机进行；当列车中央控制单元内以太网设备较多时，可在车辆级网络中添加ECN交换机实现设备的通信。
所述的列车控制级1的网络中包含TCMS设备、TCMS车载子系统、PIS以太网设备；所述的TCMS设备、TCMS车载子系统、PIS以太网设备均通过车辆级以太网线与车辆ES6建立连接。
所述的TCMS设备包括中央控制单元CCU7(Central Control Unit)、司机室人机接口HMI 8(Human Machine Interface)、牵引控制单元VVVF11、远程输入输出模块RIOM9(emote Input Output Module)、列车数据记单元DRU10，其中，两个列车中央控制单元CCU7分别位于两个列车Mc1 4和Mc2 5中，负责对全列车辆的控制、对车辆设备的监视和诊断及两个单元的车辆数据信息交换(GATEWAY功能)；两个司机室人机接口HMI8分别位于两个列车Mc1 4和Mc2 5中，负责显示设备状态和指导司机操作；每辆车内都有远程输入输出模块RIOM9通过以太网接口和车辆总线连接，实现对110V/24V控制电路的主要控制信号采集和控制；为了确保对司机操作指令采集的可靠性，司机室有两个冗余的司机室终端的远程输入输出模块RIOM9，负责对司控器指令信号、方向手柄信号等重要信号进行冗余采集和输出；全列有两个互为冗余的司机室人机接口HMI8，当其中一个司机室人机接口HMI8故障时，另一个司机室人机接口HMI8能完全替代另一个司机室人机接口HMI8I进行工作；列车Mc1 4和列车Mc2 5各配置两个远程输入输出模块RIOM1和RIOM2，对列车的关键运行数据和控制信息采取冗余设计，以保证列车的运行安全。如果一个远程输入输出模块RIOM9发生故障，则另一个冗余的远程输入输出模块RIOM9对信号进行采集，传送到中央控制单元CCU7，中央控制单元CCU7进行逻辑运算，对车辆进行控制，不影响列车的正常运行；列车Mc1车和列车Mc2 5各配置一台硬件完全一样的列车数据记录单元DRU10，两台列车数据记录单元DRU采用冗余设计，具备同样的功能。两台列车数据记录单元DRU 10同时接收各个子系统通过以太网总线传输的运行数据及故障信息，并进行分类存储。正常情况下，两台列车数据记录单元DRU10同时工作，记录主网络收发的重要数据，维护人员可以从任意一个列车数据记录单元DRU列车数据记录单元DRU10下载故障数据。
所述的TCMS车载设备用于主要负责列车控制、监视和故障诊断的功能。主要负责列车控制、监视和故障诊断的功能。具体包括牵引控制单元VVVF11、制动控制单元BCU24(Brake Control Unit)、信号控制单元ATC12(Automatic Train Control)、门控单元EDCU13、辅助控制单元SLV14、胎压监测控制单元TPMS15、空调控制单元HVAC16、司机控制器MC17，其中，牵引控制单元VVVF11用于控制相关的电压监控和保护装置；信号控制单元ATC12用于通过列车网络控制系统转发或判断，来实现对列车的控制，其输入输出的数据均为列车的运行状态；门控单元EDCU 13用于对车门进行控制。
所述的PIS以太网设备包括全景IP摄像头18,前视IP摄像头FCAM19，司机室广播主机CBH20、客室广播分机PBH21，IP摄像头CAM22、动态地图LCD。从而形成集列车广播、乘客信息显示、广告媒体播放和列车监控等功能为一体。
需要说明的是：
所述的司机室控制器MC17分别与动控制单元BCU、信号控制单元ATC12、牵引控制单元VVVF11采用硬线连接，且各个司机室控制器MC17也采用硬线连接，减轻了整个列车网络控制系统的计算处理负担。
所述的列车网络控制系统的整体列车将采用链路聚合的方式，将支持旁路功能的交换机组成线性网络；车厢内终端设备链接到ETB交换机，车厢间交换机通过旁路端口链接，形成支持旁路功能的冗余网络。避免单点故障造成整车通信的中断。
本发明的列车网络控制系统，通过列车控制级1、车辆控制级2，子系统控制级3参与控制，无需增加了大量的列车线及传感器或接口电路，列车控制级1、车辆控制级2、子系统控制级3均采用以太网总线连接，并提供列车控制网络与PIS服务网络一体化传输，该形式的列车网络参与车辆控制，使得系统稳定可靠。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种跨座式单轨车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的车辆列车网络控制系统包括列车控制级、车辆控制级、子系统控制级；所述的列车控制级、车辆控制级、子系统控制级均采用以太网总线连接，并提供列车控制网络与PIS服务网络一体化传输。
2.根据权利要求1所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的列车网络控制系统的整体列车将采用链路聚合的方式，将支持旁路功能的交换机组成线性网络；车厢内终端设备链接到ETB交换机，车厢间交换机通过旁路端口链接，形成支持旁路功能的冗余网络。
3.根据权利要求1所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的子系统控制级与车辆控制级通过车辆级以太网线建立连接；所述的列车控制级中包含有列车Mc1和列车Mc2；所述的列车Mc1和列车Mc2均包括含有车辆ES，且各个车辆ES间通过列车级以太网线建立连接。
4.根据权利要求2所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的列车控制级的网络中包含TCMS设备、TCMS车载子系统、PIS以太网设备；所述的TCMS设备、TCMS车载子系统、PIS以太网设备均通过车辆级以太网线与车辆ES建立连接。
5.根据权利要求3所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的列车控制级的网络采用2条百兆以太网线，在列车Mc1和列车Mc2内采用具备路由功能、NAT功能的三层ETB交换机，负责实现列车重联和解编后网络的重新配置，中间车采用二层ETB交换机。
6.根据权利要求1所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的车辆控制级网络同样采用以太网双绞线，与列车中央控制单元间的通信，可通过ETB交换机进行；当车中央控制单元内以太网设备较多时，可在车辆控制级网络中添加ECN交换机实现设备的通信。
7.根据权利要求1所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的车辆控制级的网络为星型网络或环形网络。
8.根据权利要求3所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，所述的TCMS设备包括中央控制单元CCU、司机显示屏HMI、远程输入输出模块RIOM；所述的中央控制单元CCU负责对全列车辆的控制、对车辆设备的监视和诊断及各个中央控制单元CCU的车辆数据信息交换；负责显示设备状态和指导司机操作；所述的远程输入输出模块RIOM通过以太网接口和车辆总线连接，实现对110V/24V控制电路的主要控制信号采集和控制；所述的司机显示屏HMI在每列车中均有两个，且两个司机显示屏HMI互为冗余设计。
9.根据权利要求2所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，列车Mc1车和列车Mc2各配置两个远程输入输出模块RIOM1和RIOM2，对列车的关键运行数据和控制信息采取冗余设计。
10.根据权利要求2所述的车辆列车网络控制系统，其特征在于，列车Mc1和列车Mc2各配置一台硬件完全一样的数据记录单元DRU，两台数据记录单元DRU采用冗余设计。
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