CN103786595B - 悬浮控制节点网络的网关控制器及控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种悬浮控制节点网络的网关控制器，其包括：用于接收悬浮控制节点网络和/或列车管理系统TMCS的信息的接收通道，以及向悬浮控制节点网络和/或列车管理系统TMCS发送信息的输出通道；转换模块，用于将采用CAN协议的信息和采用MVB协议的信息进行相互转换；微控制器，用于将经过转换模块处理后的来自列车管理控制系统TMCS的信息通过输出通道发送给悬浮控制网络，以控制悬浮控制节点网络中的悬浮控制节点动作，并用于将经过转换模块处理后的悬浮控制节点网络信息通过输出通道发送给列车管理控制系统TMCS。本申请实施例还公开了一种悬浮控制节点网络的控制系统。通过本申请实施例的技术方案分散或集中控制悬浮控制节点。

Description

悬浮控制节点网络的网关控制器及控制系统

技术领域

本申请涉及磁悬浮列车技术领域，尤其涉及一种悬浮控制节点网络的网关控制器及控制系统。

背景技术

磁悬浮列车作为一种新型的列车，已投入生产运营。磁悬浮列车依靠电磁铁力使列车“浮”于空中，并通过直线电机驱动其平稳运行。通常一辆列车由多节车厢组成，每节车厢设置有若干个悬浮控制节点，多个悬浮控制节点形成悬浮节点控制网络，列车控制中枢（比如，列车管理控制系统TMCS）通过向悬浮控制节点网络发送控制指令，由悬浮控制节点根据该指令驱动相应的起降装置起降列车，实现列车的悬浮。在列车控制管理系统TMCS与悬浮控制节点网络之间存在CAN-MVB网关，该网关具有一般网关的功能。基于此，列车管理控制系统TMCS需要直接对大量的悬浮控制节点进行控制，同时，大量的悬浮控制节点的信息都会发送到列车管理控制系统TMCS，使TMCS系统处理的信息量相当大，影响了TMCS系统的响应速度。此外，在TMCS系统一旦因为某种以外出现瘫痪，网关自身将不再发挥任何作用，不利于快速解决发生的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种悬浮控制节点网络的网关控制器及控制系统，以提高TMCS的响应速度。

本申请实施例提供的悬浮控制节点网络的网关控制器通过CAN总线连接悬浮控制节点网络，通过MVB总线连接列车管理控制系统TMCS，包括：

用于接收来自悬浮控制节点网络的信息和/或列车管理控制系统TMCS的信息的接收通道，以及向悬浮控制节点网络和/或列车管理控制系统TMCS发送信息的输出通道；

转换模块，用于将采用CAN协议的信息和采用MVB协议的信息进行相互转换，所述采用CAN协议的信息为悬浮控制节点网络与网关控制器之间交互的信息，所述采用MVB协议的信息为列车管理控制系统TMCS与网关控制器之间交互的信息；

微控制器，用于将经过转换模块处理后的来自列车管理控制系统TMCS的信息通过输出通道发送给悬浮控制节点网络，以控制悬浮控制节点网络中的悬浮控制节点动作，并用于将经过转换模块处理后的来自悬浮控制节点网络的信息通过所述输出通道发送给列车管理控制系统TMCS。

优选地，所述网关控制器还包括存储器，用于存储来自悬浮控制节点网络中的悬浮控制节点的信息。

优选地，所述悬浮控制节点网络内悬浮控制节点划分为若干个组，每组为一个悬浮架，所述微控制器用于以悬浮架为单位，根据列车管理控制系统TMCS发送的指令分时顺序控制悬浮控制节点动作。

优选地，所述悬浮控制节点网络内的悬浮控制节点串联连接，所述网关控制器包括检测模块，用于检测是否有来自悬浮控制节点网络的表征发生故障的预设电平信号，所述故障由至少一个悬浮控制节点中断引起，所述网关控制器在接收到预设电平信号后发出保护联锁信号。

优选地，所述网关控制器还包括发光二极管，用于指示悬浮控制节点的状态。

本申请实施例提供的悬浮控制节点网络的控制系统包括：悬浮控制节点网络、网关控制器和列车管理控制系统TMCS，所述网关控制器通过CAN总线连接悬浮控制节点网络，通过MVB总线连接列车管理控制系统TMCS，所述网关控制器为权利要求1至5中任何一项所述的网关控制器。

优选地，所述悬浮控制节点网络中的悬浮控制节点通过CAN总线连接，每个悬浮控制节点包括悬浮控制器、电磁铁、加速度传感器和间隙传感器形成的闭环控制回路。

优选地，所述悬浮控制节点网络包括第一CAN节点和第二CAN节点，一部分悬浮节点通过CAN总线与第一CAN节点连接，剩余的悬浮节点通过CAN总线与第二CAN节点连接，两部分的CAN总线连接形成环网。

优选地，所述第一CAN节点为主控制CAN节点，所述第二CAN节点为备份CAN节点。

优选地，所述列车管理控制系统TMCS包括中央控制单元VCU，用于向网关控制器发送控制指令。

本申请实施例提供的网关控制器，具有一般网关的功能外，还具有信息运算处理功能和逻辑编程能力，与现有技术相比，通过该网关控制器，可以减少TMCS系统的工作负荷，从而有利于提高TMCS在控制方面的响应速度。而且，通过本申请实施例的网关控制器可以实现对悬浮控制节点的分散或者集中控制，可以对悬浮控制节点进行故障诊断、状态监视。此外，在TMCS系统因意外事故出现瘫痪时，网关控制器可以直接产生联锁保护信号，有利于防止危险扩散导致损失扩大。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的悬浮控制节点网络的网关控制器实施例的组成结构框图；

图2为本申请的悬浮控制节点网络的网关控制器实施例的一个实例图；

图3为本申请的悬浮控制节点网络的控制系统实施例的组成结构框图；

图4为本申请的悬浮控制节点网络的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参见图1，该图示出了本申请实施例提供的悬浮控制节点网络的网关控制器的组成结构。该网关控制器通过CAN总线连接悬浮控制节点网络，通过MVB总线连接列车管理系统TMCS。CAN是ControllerAreaNetwork的缩写，意为控制器局域网，CAN总线属于一种串行数据总线。MVB是MultifunctionVehicleBUS的缩写，意为多功能车辆总线，它是列车通信网TCN的一部分。由图1可以看出，网关控制器可以包括：

接收通道11和输出通道12，接收通道可以接收来自悬浮控制节点网络的信息或者列车管理系统TMCS的信息，当然，也可以同时接收来自悬浮控制节点和列车管理系统TMCS的信息。在接收通道和输出通道在具体实现时，可以采用具有输入输出功能的硬件设备来设计。

转换模块13，用于实现采用CAN协议的信息与采用MVB协议的信息之间的相互转换，由于网关控制器与悬浮控制节点网络之间采用CAN总线连接，与悬浮控制节点网络进行交互的信息的格式为CAN协议格式，而该格式的信息不能直接被TMCS系统识别，因此，需要由转换模块对CAN协议的信息进行转换，同样地，由于网关控制器与TMCS系统之间采用MVB总线连接，与TMCS系统进行交互的信息的格式为MVB协议格式，而该格式的信息不能直接被悬浮控制节点网络识别，因此，需要由转换模块对MVB协议的信息进行转换。

微控制器14，用于将经过格式转换模块处理后的来自列车管理控制系统TMCS的信息通过输出通道发送给悬浮控制网络，以控制悬浮控制节点网络中的悬浮控制节点动作，并用于将经过格式转换模块处理后的来自悬浮控制节点网络的信息通过所述输出通道发送给列车管理控制系统TMCS。

下面以TMCS系统控制列车起浮为例，说明该网关控制器的工作过程。参见图1中示出的接收通道连接TMCS系统、输出通道连接悬浮控制节点网络的情形。TMCS系统需要控制列车起浮时，通过MVB总线向网管控制器发送起浮指令，网关控制器通过接收通道收到该指令后，将该指令转换为CAN协议的信息，然后将该信息传输给微控制器，由微控制器将经过转换后的CAN协议的起浮指令信息传输到输出通道，通过输出通道将起浮指令经CAN总线传送到需要进行起浮控制的悬浮控制节点，控制悬浮控制节点驱动起降装置进行起浮动作。在实际应用过程中，悬浮控制节点网络包括多个悬浮控制节点，这些悬浮控制节点可以划分为若干个组，每个组组成一个悬浮架，多个悬浮架可以构成单节车厢。微控制器可以悬浮架为单位，分时按顺序控制每个悬浮架起浮，在每个悬浮架被控制时，该悬浮架内的各个悬浮控制节点将被同时启动。

基于上述同样的道理，在某些情况下，悬浮控制节点需要向TMCS系统上报自身的某些信息（比如悬浮间隙信息、悬浮电流大小信息、是否正常信息等），以便TMCS系统掌握悬浮控制节点的状况，这种情形下信息流动方式与上述类似。参见图1中示出的接收通道连接悬浮控制节点网络、输出通道连接TMCS系统的情形，悬浮控制节点通过CAN总线将上报信息发送给网关控制器，网关控制器通过接收通道接收到该上报消息后，将其转换为TMCS可接收的MVB协议格式的信息，然后由微控制器通过输出通道将该上报信息上报给TMCS。通过上述的叙述可知，转换模块、接收通道和输出通道均是双向功能的，即可以面向悬浮控制节点网络，也可以面向TMCS系统，因此，在实际的应用过程中，可以根据实际需要选择是将面向不同的对象的实体分开为两个独立的模块还是合成为相同模块。比如，为了提高转换效率，可以设置第一转换模块和第二转换模块，第一转换模块用于实现将采用CAN协议消息转换为MVB协议消息，第二转换模块用于实现将采用MVB协议消息转换为CAN协议消息。同理，对于接收通道和输出通道也可以设置第一接收通道、第二接收通道和第一输出通道和第二输出通道。

上述实施例的网关控制器基于实际需要，还可以增加功能部件，以实现特定的目的。比如，为了存储悬浮控制节点的信息，可以在网关控制器中设置存储器15，该存储器15与微控制器连接，从而可以通过微控制器对存储器进行访问，实现信息的查询、分析等功能。对于存储器的具体结构方式，如果对存储的速率要求较高，则可以采用高速缓存，如果对存储的容量要求较大，则可以采用大容量的磁盘阵列组成；对于存储器的工作方式，可以采用“FIFO”方式来写入和读出存储在存储器内的悬浮控制节点的信息；对于存储器内存储的信息，可以是悬浮控制节点的状态信息，比如，当前是否发生故障，也可以是运行信息，比如悬浮间歇信息、悬浮电流大小、各悬浮控制节点内主要部件状态情况等。

还比如，可以在上述网关控制器基础上增加检测模块16，用于检测悬浮控制节点网络是否出现故障，如果出现故障则进行及时处理。检测模块的具体实现方式与悬浮控制节点网络的网络拓扑结构有关。比如，可以采用所有的悬浮控制节点串联的方式，这样当悬浮控制节点网络上的某个悬浮控制节点出现故障时，将导致整个悬浮控制网络出现异常电平，假设正常运营时的电平为高电平，那么存在故障悬浮控制节点时，CAN总线上的电平将变为低电平，检测模块如果检测到电平变化（由高电平变为低电平），则说明悬浮控制节点网络出现了故障，进而可以采取必要的措施。在传统的悬浮控制中，网关控制器收到故障信息后，将其反馈到TMCS系统，TMCS系统发出安全保护联锁信号。然而，由于需要向TMCS系统进行传输故障信号，且需要等待TMCS发出安全联锁信号实现安全保护，这导致从出现紧急情况到执行安全保护联锁会出现较长时间的滞后。这对悬浮列车控制而言，在滞后时间段内可能导致相当大的危险。为避免这种危险，本申请在网关控制器中设置检测模块，当检测模块检测到出现故障时，由网关控制器直接发出保护联锁信号，而不再经过TCMS系统，从而将大大缩短出现紧急情况到执行联锁操作之间的时间间隔，有利于避免事故或损害的发生。实际上，上述由网关控制器直接发出安全联锁信号的方式建立了一种新的机制，该机制将TCMS的网络控制决策功能与安全保护功能分割开，各自独立，这样即使TCMS的控制决策功能出现了故障，也不会影响安全保护功能顺利实现，即有效降低了控制功能和安全功能同时失效的概率。此外，该机制还能够有效降低TCMS的负荷，使其能够专门从事于控制决策功能，在传统的悬浮控制过程中，每个悬浮控制节点网络（或每个悬浮控制节点组）内的悬浮控制节点均通过自己的网关向TMSC发送保护联锁信号，使TMSC需要处理大量的信息，大大影响了TMSC的响应速度，而将保护联锁信号的发出前移到本申请的网关控制器，分散了TMSC的处理压力，有利于提高对紧急情况的响应速度。

再比如，上述网关控制器还可以设置多个发光二极管，通过发光二极管的状态来指示悬浮控制节点的状态，具体实现时，当仅仅需要指示两个状态时，可以通过发光二极管的亮、灭两个状态来表示悬浮控制节点的故障或运行正常两个状态，当需要指示悬浮控制节点的多个状态时，则可以使用发光二极管的“亮”时的颜色状态来表示悬浮控制节点的状态。此外，还可以将发光二极管的状态用于指示电源、各个接收通道或输出通道的状态等。

通过上述网关控制器，在正常运行情况下，一方面可以将列车管理控制系统TMCS对悬浮控制节点的控制指令发送到各个悬浮控制节点，从而实现对单个悬浮控制节点、单个悬浮架、单节车或者整列车的起浮、降落等控制；另一方面可将悬浮控制节点网络中的各个悬浮控制节点的信息上报给TMCS系统，从而使TMCS系统能够及时掌握各个悬浮控制节点的状态，包括悬浮间隔信息、悬浮电流大小信息、悬浮控制节点故障与否等，如果是故障信息，还可以根据故障的情况及时采取排除措施。在非正常运行情况下，网关控制器能够及时捕捉到悬浮控制节点的紧急情况，然后由网关控制器直接发出安全保护联锁信号，触发对车辆进行紧急制动等操作，从而实现联锁保护，避免危险扩散造成巨大损失。此外，通过本申请的网关控制器还能进行悬浮控制节点信息的历史查询、分析等功能。基于本申请的网关控制器的上述能力，可以称该网关控制器为智能网关控制器。

为了更清楚地说明本申请提供的悬浮控制节点网络的网关控制器，下面结合对网关控制器的具体设计进行说明。参见图2，该图示出了网关控制器的一种具体设计方案。在该涉及中可以采用ARM920T作为微控制器，该微控制器连接连接两个CAN通讯部分，负责与悬浮控制节点网络进行通讯，CAN通讯部分采用MCP2510控制器、光耦隔离、总线驱动芯片组成；MVB通讯部分采用MVB协议控制器MVBCO1和总线接口芯片组成；存储部分主要采用大容量的磁盘阵列组成，数字量IO部分可全采用光耦隔离。此外，还可以包括以太网口，通过该以太网口可以使用FTP协议将有关信息输出到电脑终端上，利用其上位软件分析列车运行时各个悬浮控制节点信息。

本申请除提供了上述的网关控制器的实施例外，还提供了一种悬浮控制节点网络的控制系统的实施例。参见图3所示，该系统包括：悬浮控制节点网络31、网关控制器32和列车管理控制系统TMCS33，网关控制器31通过CAN总线连接悬浮控制节点网络，通过MVB总线连接列车管理系统TMCS，网关控制器31可以为上述叙述的网关控制器，即可以包括接收通道、输出通道、格式转换模块、微控制器等部件。

在上述系统中，悬浮控制节点网络可以是任何形状的网络结构，但在实际过程中，通常采用图4所述的网络结构，即多个悬浮控制节点通过CAN总线串连在一起形成环网，每个悬浮控制节点包括悬浮控制器、电磁铁、加速度传感器和间隙传感器形成的闭环控制回路（在图中用LCU来表示），各自独立地控制对应的起降装置。在图4中示出了20个悬浮控制节点，这些悬浮控制节点分两大部分，一部分连接在一个CAN节点（第一CAN节点）上，剩下的部分连接在第二CAN节点上，这两部分的CAN总线连接形成环网状。在该网络中的两个CAN节点可以发挥同等的作用，即没有主次之别，也可发挥不同的作用，即存在主备之分，这种情况下，可以将一个CAN节点用于实现主控制，另一个CAN节点用于监视该网络，如果出现网络中的某个悬浮控制节点断开，则两个CAN节点可以分别汇总各个支路的悬浮控制节点的信息。当然，在一般情况下，本申请可以仅采用一个CAN节点，但是，如上所述，当采用两个CAN节点时，可以增强系统的冗灾能力：由于总线故障可以及时通过正常总线通知进行维护，网状冗余在发现总线故障及时性方面比全系统冗余后备方式好，其兼顾了部分冗余和全系统冗余的优点，大大提高了系统的可靠性。

在上述系统中，列车管理控制系统TMCS可以包括中央控制单元VCU，列车管理控制系统TMCS对悬浮控制节点的控制功能主要是由中央控制单元VCU来完成。

为了描述的方便，描述以上网关控制器、控制系统时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。

本说明书中的实施例以及实施例的各种变形方式采用递进的方式描述，各个实施例和其变形方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例或变形方式的技术方案重点说明的都是与其他实的不同之处。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本申请可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、多处理器系统、基于微控制器的系统、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种悬浮控制节点网络的网关控制器，其特征在于，所述网关控制器通过CAN总线连接悬浮控制节点网络，通过MVB总线连接列车管理控制系统TMCS，包括：

用于接收来自悬浮控制节点网络的信息和/或列车管理控制系统TMCS的信息的接收通道，以及向悬浮控制节点网络和/或列车管理控制系统TMCS发送信息的输出通道；

转换模块，用于将采用CAN协议的信息和采用MVB协议的信息进行相互转换，所述采用CAN协议的信息为悬浮控制节点网络与网关控制器之间交互的信息，所述采用MVB协议的信息为列车管理控制系统TMCS与网关控制器之间交互的信息；

微控制器，用于将经过转换模块处理后的来自列车管理控制系统TMCS的信息通过输出通道发送给悬浮控制节点网络，以控制悬浮控制节点网络中的悬浮控制节点动作，并用于将经过转换模块处理后的来自悬浮控制节点网络的信息通过所述输出通道发送给列车管理控制系统TMCS。

2.根据权利要求1所述的网关控制器，其特征在于，所述网关控制器还包括存储器，用于存储来自悬浮控制节点网络中的悬浮控制节点的信息。

3.根据权利要求1所述的网关控制器，其特征在于，所述悬浮控制节点网络内悬浮控制节点划分为若干个组，每组为一个悬浮架，所述微控制器用于以悬浮架为单位，根据列车管理控制系统TMCS发送的指令分时顺序控制悬浮控制节点动作。

4.根据权利要求1所述的网关控制器，其特征在于，所述悬浮控制节点网络内的悬浮控制节点串联连接，所述网关控制器包括检测模块，用于检测是否有来自悬浮控制节点网络的表征发生故障的预设电平信号，所述故障由至少一个悬浮控制节点中断引起，所述网关控制器在接收到预设电平信号后发出保护联锁信号。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的网关控制器，其特征在于，所述网关控制器还包括发光二极管，用于指示悬浮控制节点的状态。

6.一种悬浮控制节点网络的控制系统，其特征在于，该控制系统包括：悬浮控制节点网络、网关控制器和列车管理控制系统TMCS，所述网关控制器通过CAN总线连接悬浮控制节点网络，通过MVB总线连接列车管理控制系统TMCS，所述网关控制器为权利要求1至5中任何一项所述的网关控制器。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述悬浮控制节点网络中的悬浮控制节点通过CAN总线连接，每个悬浮控制节点包括悬浮控制器、电磁铁、加速度传感器和间隙传感器形成的闭环控制回路。

8.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述悬浮控制节点网络包括第一CAN节点和第二CAN节点，一部分悬浮控制节点通过CAN总线与第一CAN节点连接，剩余的悬浮控制节点通过CAN总线与第二CAN节点连接，两部分的CAN总线连接形成环网。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述第一CAN节点为主控制CAN节点，所述第二CAN节点为备份CAN节点。

10.根据权利要求6至9中任何一项所述的控制系统，其特征在于，所述列车管理控制系统TMCS包括中央控制单元VCU，用于向网关控制器发送控制指令。