CN104176070B - 一种高速动车网络控制系统的中央控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高速动车网络控制系统的中央控制装置，包括：CNC通过以太网网络接口实现所述中央控制装置中各卡板之间网络连接，以及，中央控制装置与高速动车网络控制系统中其他设备的网络连接；与CNC连接的SPC用于处理与高速动车网络控制系统的交互数据，以及，用于处理与中央控制装置所控制的各设备的交互数据；与CNC连接的STC用于转发CNC与司控器间的交互数据；分别与SPC连接的RSC和DXC用于转发第一SPC与中央控制装置所控制的各设备间的交互数据；本申请中不但可以使各个板卡接入高速动车网络控制系统的以太网光纤环网中，还可以与多种第三方设备进行连接，所以可以很好的支持增加额外功能插件和对现有插件的功能进行扩展。

Description

一种高速动车网络控制系统的中央控制装置

技术领域

本发明涉及列车控制领域，特别是涉及一种高速动车网络控制系统的中央控制装置。

背景技术

网络控制系统作为整个列车控制的神经中枢和大脑，在高速动车上起到至关重要的作用。

现有技术中，主要包括基于TCN网络构架的网络控制系统，和基于ARCNET网络构架的网络控制系统，其中，TCN网络构架主要基于WTB+MVB的两层通信架构方式，列车总线采用WTB，WTB传输速度为1.0Mbit/s，车辆总线采用MVB传输速度为1.5Mbit/s；ARCNET网络构架基于ANSI878.1，传输速度为2.5Mbit/s，采用令牌环访问控制方式。

发明人经过研究发现，随着高速铁路在中国的快速发展，对于系统的传输性能、系统可用性和系统可维护性也提出了较高的要求，而现有技术中的网络控制系统中的网络构架所支持的传输速率较低，所以增加额外功能插件和对现有插件的功能进行扩展都很困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提一种高速动车网络控制系统的中央控制装置，以解决现有技术中增加额外功能插件和对现有插件的功能进行扩展困难的技术问题。

本发明实施例提供了一种高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，包括主控部，所述主控部包括：

第一以太网交换板CNC、第一系统处理板SPC、第一远程串行通信控制板RSC、第一安全通信发送板STC、数字量输入输出单板DXC和第一电源板；

所述第一CNC通过以太网网络接口实现所述中央控制装置中各卡板之间网络连接，以及，所述中央控制装置与所述高速动车网络控制系统中其他设备的网络连接；

与所述第一CNC连接的所述第一SPC，用于处理与所述高速动车网络控制系统的交互数据，以及，用于处理与所述中央控制装置所控制的各设备的交互数据；

与所述第一CNC连接的所述第一STC，用于转发所述第一CNC与司控器间的交互数据；

分别与所述第一SPC连接的所述第一RSC和所述DXC，用于转发所述第一SPC与所述中央控制装置所控制的各设备间的交互数据；

所述第一电源板用于为与其电路连接的卡板提供电源。

优选的，在本发明实施例中，还包括用于当所述主控部故障时代替所述主控部的冗余部：

所述冗余部包括：第二CNC、第二SPC、第二RSC、第二STC和第二电源板；

所述第二CNC与所述第一CNC串联以构成所述高速动车网络控制系统的以太网环网拓扑结构；

所述第二CNC与所述第二SPC连接，所述第二CNC与所述第二STC连接，所述第二SPC分别与所述第二RSC和所述DXC连接；

所述第二SPC、所述第二RSC、所述第二STC和所述第二电源板分别与对应的所述第一SPC、所述第一RSC、所述第一STC和所述第一电源板作用相同；

所述第二电源板用于为与其电路连接的卡板提供电源。

优选的，在本发明实施例中，所述第一SPC与所述第一CNC通过以太网和/或背板总线连接。

优选的，在本发明实施例中，所述第一SPC与所述第一RSC通过背板总线连接，所述第一RSC用于转发所述第一SPC与列车运行控制记录装置LKJ的交互数据。

优选的，在本发明实施例中，所述第一SPC与所述DXC通过背板总线连接，所述DXC用于转发所述第一SPC与所述高速动车的电气设备的交互数据。

优选的，在本发明实施例中，所述交互数据包括：

控制数据，状态数据和监视数据中的一种或任意种组合。

优选的，在本发明实施例中，还包括数字量输入单板DIC；

用于转发所述高速动车的电气设备向所述第一SPC反馈的数据的所述DIC与所述第一SPC连接。

优选的，在本发明实施例中，所述DIC与所述第一SPC通过背板总线连接。

优选的，在本发明实施例中，所述第一CNC还与第一RSC连接；

所述第一RSC用于转发所述中央控制装置所控制的设备与所述第一CNC间的交互数据。

优选的，在本发明实施例中，所述第一CNC与所述第一RSC通过以太网连接。

优选的，在本发明实施例中，所述第一RSC还包括，用于通过电流环与第三方设备连接的扩展接口。

从上述的技术方案可以看出，本申请中，基于以太网的高速动车网络控制系统包括中央控制装置与终端控制装置，在中央控制装置中，设有第一CNC、第一SPC、第一RSC、第一STC、DXC和第一电源板，其中第一CNC用于连接中央控制装置中各具有以太网接口的卡板，第一SPC作为主控处理部件，用于获取各设备和各个终端控制装置的监视数据、并与终端控制装置交互状态数据、处理高速动车网络控制系统中的其他设备发送的控制数据，以及，生成用于控制各设备和各个终端控制装置的控制指令等，第一SPC通过与第一RSC和DXC的连接，可以将控制指令通过第一RSC和DXC的转接将控制指令转换为与目标设备适配进而实现第一SPC对于各设备的控制。由于本申请中的中央控制装置基于以太网的网络构架与高速动车网络控制系统连接，所以传输速率与现有技术相比得到了很大的提高；此外，本申请中RSC不但可以使中央控制装置内的各个板卡通过第一CNC接入高速动车网络控制系统的以太网光纤环网中，还可以通过电流环与多种第三方设备进行连接，使第三方设备也可以通过CNC接入高速动车网络控制系统的以太网光纤环网中，所以可以很好的支持增加额外功能插件和对现有插件的功能进行扩展。

此外，由于本申请中的网络构架为以太网，所以可以采用DHCP(DynamicHostConfigurationProtocol，动态主机配置协议)的方式来分配IP地址的方式以避免各终端控制装置中各板卡间的地址冲突。

此外，由于本申请中，通过第一CNC可以实现高速动车网络控制系统内的以太网网络连接，所以在为板卡件配置有各自的地址后，就可以通过网络链路实现各个板卡中程序的单点更新，从而简化了中央控制装置的维护难度，提高了维护效率。

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为本申请中所述中央控制装置的结构示意图；

图2为本申请中所述中央控制装置的又一结构示意图；

图3为本申请中所述中央控制装置的又一结构示意图；

图4为本申请中所述中央控制装置的又一结构示意图；

图5为本申请中所述中央控制装置的又一结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为了能够解决现有技术中增加额外功能插件和对现有插件的功能进行扩展困难的技术问题，本发明实施例提供了一种高速动车网络控制系统的中央控制装置。

发明人经过研究发现，现有技术中，TCN网络构架和ARCNET网络构架不但传输速率较低，而且上述构架中的网络控制系统，绝大多数的卡板都不具备通信用的总线接口，所以不但无法实现需要高速数据传输应用，而且不具备好的可扩展性，特别是针对需要更多的IO接口通道时很难满足应用要求。

鉴于以上现有技术缺陷的生成原因，在本申请中采用了接入方便且传输速度更高的以太网构架并重新构建了高速动车网络控制系统，高速动车网络控制系统包括中央控制装置和终端控制装置；其中，中央控制装置包括：CNC(ConsistNetworkCard，以太网交换板)、SPC(SystemProcessCard，系统处理板)、RSCRemoteSerial-communicationCard，远程串行通信控制板)、STC(Safety-communicationTransmitCard，安全通信发送板)、数字量输入输出单板DXC和电源板。

由于在本申请中，优选方式中还可以包括有冗余部，来实现当中央控制装置中的部分卡板故障时的容错，所以，在本申请中，将在设备正常运行状态下的各个工作卡板所构建的工作部称为主控部，将主控部故障时用于代替主控部工作的工作部称为冗余部；冗余部所包括的卡板与主控部对应的卡板，两者的卡板功能相同，卡板与本工作部其他卡板间的连接方式也类似。

为了区分各卡板的所属工作部，在本申请中，将主控部中的各个卡板编号为第一某某卡板，如第一CNC、第一SPC、第一RSC、第一STC、第一电源板等；将冗余部中的各个卡板编号为第二某某卡板，如第二CNC、第二SPC、第二RSC、第二STC和第二电源板等。

下面以中央控制装置只包括有主控部为例，描述本申请中中央控制装置的连接方式与工作原理，如图1至图5所示，中央控制装置中：

第一CNC11通过以太网网络接口实现中央控制装置中各卡板之间网络连接，以及，中央控制装置与高速动车网络控制系统中其他设备的网络连接；

与第一CNC11连接的第一SPC12，用于处理与高速动车网络控制系统的交互数据，以及，用于处理与中央控制装置所控制的各设备的交互数据；

与第一CNC11连接的第一STC13，用于转发第一CNC11与司控器间的交互数据；

分别与第一SPC12连接的第一RSC14和DXC15，用于转发第一SPC12与中央控制装置所控制的各设备间的交互数据；

第一电源板16用于为与其电路连接的卡板提供电源。

在本申请中，中央控制装置中的各个部件分别是以卡板的形式互相连接的，参考图1，主控部主要部件包括第一SPC12、第一CNC11、第一RSC14、第一STC13和DXC15；其中，第一CNC11作为网络交换设备，可以实现与之连接的各卡板间的数据交互，还可以实现中央控制装置与高速动车网络控制系统中其他设备和各个终端控制装置间的数据交互。

接着，第一SPC12作为主控处理部件，其功能包括，接收各个终端控制装置或高速动车网络控制系统中其他设备向中央控制装置反馈的状态数据或监视数据，并根据状态数据或监视数据生成相应的控制指令来实现对各个设备和相应的控制，或是向各个终端控制装置发送控制指令，以使相应的终端控制装置对其设备进行控制。

在实际应用中，中央控制装置的工作部的第一SPC12与各板卡之间的连接结构如图2所示，第一SPC12作为主控处理部件，通过相应的转接模块实现与各个被控设备间的数据交互；转接模块具体可以包括第一RSC14、DXC15，以及DIC等。此外，第一SPC12还与第一CNC11连接，通过第一CNC这一网络交换设备，可以使第一SPC12以及中央控制装置中其他具有网络接入模块的卡板接入高速动车网络控制系统的以太网光纤环网中。

此外，如图3和图4所示，本申请中的第一CNC11还与安全通信发送板第一STC连接，这样，中央终端控制装置的控制指令，可以在传输至第一CNC11后，再经过第一STC13的转发到达司控器；此外，司控器的反馈数据还可以经第一STC13的转发后，再通过第一CN11反馈至中央控制装置，从而达到高速动车网络控制系统对于司控器远程控制和远程监控的目的。在实际应用中，第一CNC11还可以连接有HMI(HumanMachineInterface，人机交互界面)18，HMI18具体可以是车载显示器；此外，第一CNC11还可以通过与交换机设备EACN19连接以接入以太网。

在中央控制装置的内部连接方式上，包括以太网连接、背板总线连接、电流环连接和硬线连接这几种方式，具体的：

第一CNC11与第一SPC12连接可以通过背板总线和/或以太网；第一SPC12分别与第一RSC14、DIC17和DXC15可以通过背板总线连接。

第一CNC11与第一STC13可以通过以太网或/和电流环连接；此外，第一CNC11还可以通过以太网与第一RSC14连接。

关于各个转接模块的具体作用如下：

第一RSC14用于转发第一SPC12与LKJ，即列车运行控制记录装置的交互数据。

DXC15用于转发第一SPC12与高速动车的电气设备的交互数据，DIC17用于转发高速动车的电气设备向第一SPC12反馈的数据。

进一步的，在本申请中，第一CNC11还与第一RSC14连接；第一RSC14的作用为转发中央控制装置所控制的设备与第一CNC11间的交互数据，即，经过第一RSC14的数据转发，中央控制装置内的设备可以通过第一CNC11接入高速动车网络控制系统的以太网光纤环网中，进而实现中央控制装置对这些接入设备的远程控制、远程监控等自动化控制。

优选的，如图5所示，在本申请中，第一RSC14还可以包括扩展接口，这样，通过电流环连接方式，第一RSC14就可以与第三方设备连接，由此，也就实现了中央控制装置对这些第三方设备的远程控制、远程监控等自动化控制，进而极大地提高了中央控制装置的可扩展性。

本申请中的中央控制装置及各个卡板在整个高速动车网络控制系统中的工作方式具体可以包括：

中央控制装置主要实现基于100Mbit/s的实时以太网光纤传输的中央控制装置，该中央控制装置基于实时以太网传输，是整个高速动车网络控制系统中的控制中心，负责高速动车网络控制系统中控制指令的生成，并向各个设备或是终端控制装置发出控制指令。

中央控制装置作为车辆的控制中心，其控制功能主要由第一SPC12实现，第一SPC12能够通过实时以太网与第一CNC11进行通信，且支持传送控制数据，状态数据，监视数据以及文件等多种数据类型。第一SPC12通过背板总线可以访问第一CNC11、DXC15、DIC17和第一RSC14板等。

实时以太网光纤环网的通信功能主要由第一CNC11实现，第一CNC11具备重联功能，能够交换本车与他车的控制数据和状态数据；同时，第一CNC11通过背板总线与第一SPC12单板进行数据交互，这样，就可以通过电流环访问第一STC13单板进行司控指令的传输。

本申请中的中央控制装置具有很好的扩展功能，通过以太网可以支持远程扩展功能，这样，就可以实现更多的IO信号的输入输出或者带有总线接口功能的其他设备以满足高速动车快速发展的需要。实现扩展功能的方式可以是通过实时以太网、RS485等总线接口接入到系统中。在实际应用中，以太网接入可以通过CNC交换板的以太网口或者与CNC板以太网口相连的其他交换设备，RS485总线接入可以通过RSC/SPC单板的RS485等通信口接入网络。

此外，本申请中的中央控制装置还支持与第三方设备通过电流环通信的功能，该功能主要通过第一RSC14实现，第一SPC12可以通过背板总线与第一RSC14通信，从而实现第一SPC12与第三方设备交互数据的功能。

本申请中的中央控制装置的列车司控指令安全处理输出功能主要有其第一STC13实现，第一STC13能够实现16路DC110V数字量输入通道，32路DC110V数字量输出通道，对关键的输入输出信号进行安全计算处理。

此外，通过第一CNC11的以太网口进行单点更新或者通过与第一CNC11板以太网口其他交换设备进行单点更新，使本申请中的中央控制装置还可以实现单点程序更新，比如，通过中央控制装置，可以远程的更新各个终端控制装置中的各个卡板上的软件程序。

此外，由于本申请中的中央控制装置是基于以太网的，所以各个具有以太网接口的单板，可以通过DHCP的方式为其自动分配IP地址，具体的可以是通过SPC主控板按照地址进行一定规则的自动分配IP地址，从而可以避免高速动车网络控制系统中中央控制装置，或是，终端控制装置中各板卡间的地址冲突。

进一步的，在本申请中，还可以设有冗余部，冗余部包括第二CNC21、第二SPC22、第二RSC24、第二STC23和第二电源板26；

第二CNC21与第一CNC11串联以构成高速动车网络控制系统的以太网环网拓扑结构；第二CNC21与第二SPC22连接，第二CNC21与第二STC23连接；第二SPC22分别与第二RSC24和DXC15连接；第二SPC22、第二RSC24、第二STC23和第二电源板26分别与对应的第一SPC12、第一RSC14、第一STC13和第一电源板16作用相同；第二电源板26用于为与其电路连接的卡板提供电源。

本申请中的冗余部，作为工作部的备份部件，其作用为在工作部发生故障时可以起到代替的作用，冗余部具体的工作方式可以是，当冗余部工作时，与第二CNC21连接的第二SPC22，用于处理与高速动车网络控制系统的交互数据，以及，用于处理与中央控制装置所控制的各设备的交互数据；与第二CNC21连接的第二STC23，用于转发第二CNC21与司控器间的交互数据；分别与第二SPC22连接的第二RSC24和DXC15，用于转发第二SPC22与中央控制装置所控制的各设备间的交互数据；各卡板间的连接方式可以是，第二CNC21与第二SPC22连接可以通过背板总线和/或以太网；第二SPC22分别与第二RSC24、DIC17和DXC15可以通过背板总线连接。第二CNC21与第二STC23可以通过以太网或/和电流环连接；此外，第二CNC21还可以通过以太网与第二RSC24连接。

需要说明的是，在本申请中，第一CNC11与第二CNC21可以是串行连接，从而构建以太网环网拓扑结构，这样，通过环网的拓扑结构，通过环网的正向链路和反向链路均可以连通中央控制装置，从而可以在以太网网络链路单点故障时还能保证中央控制装置的通信正常，从而提高中央控制装置的可靠性。

综上所述，本申请中，基于以太网的高速动车网络控制系统包括中央控制装置与终端控制装置，在中央控制装置中，设有第一CNC、第一SPC、第一RSC、第一STC、DXC和第一电源板，其中第一CNC用于连接中央控制装置中各具有以太网接口的卡板，第一SPC作为主控处理部件，用于获取各设备和各个终端控制装置的监视数据、并与终端控制装置交互状态数据、处理高速动车网络控制系统中的其他设备发送的控制数据，以及，生成用于控制各设备和各个终端控制装置的控制指令等，第一SPC通过与第一RSC和DXC的连接，可以将控制指令通过第一RSC和DXC的转接将控制指令转换为与目标设备适配进而实现第一SPC对于各设备的控制。由于本申请中的中央控制装置基于以太网的网络构架与高速动车网络控制系统连接，所以传输速率与现有技术相比得到了很大的提高；此外，本申请中RSC不但可以使中央控制装置内的各个板卡通过第一CNC接入高速动车网络控制系统的以太网光纤环网中，还可以通过电流环与多种第三方设备进行连接，使第三方设备也可以通过CNC接入高速动车网络控制系统的以太网光纤环网中，所以可以很好的支持增加额外功能插件和对现有插件的功能进行扩展。

此外，由于本申请中的网络构架为以太网，所以可以采用DHCP(DynamicHostConfigurationProtocol，动态主机配置协议)的方式来分配IP地址的方式以避免各终端控制装置中各板卡间的地址冲突。

此外，由于本申请中，通过第一CNC可以实现高速动车网络控制系统内的以太网网络连接，所以在为板卡件配置有各自的地址后，就可以通过网络链路实现各个板卡中程序的单点更新，从而简化了中央控制装置的维护难度，提高了维护效率。

此外，在本申请中，还通过设有冗余部，从而使得中央控制装置的卡板在故障时也可以切换至备用部件，从而提高了高速动车网络控制系统的安全可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，包括主控部，所述主控部包括：

第一以太网交换板CNC、第一系统处理板SPC、第一远程串行通信控制板RSC、第一安全通信发送板STC、数字量输入输出单板DXC和第一电源板；

所述第一CNC通过以太网网络接口实现所述中央控制装置中各卡板之间网络连接，以及，所述中央控制装置与所述高速动车网络控制系统中其他设备的网络连接；

与所述第一CNC连接的所述第一SPC，用于处理与所述高速动车网络控制系统的交互数据，以及，用于处理与所述中央控制装置所控制的各设备的交互数据；

与所述第一CNC连接的所述第一STC，用于转发所述第一CNC与司控器间的交互数据；

分别与所述第一SPC连接的所述第一RSC和所述DXC，用于转发所述第一SPC与所述中央控制装置所控制的各设备间的交互数据；

所述第一电源板用于为与其电路连接的卡板提供电源。

2.根据权利要求1所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，还包括用于当所述主控部故障时代替所述主控部的冗余部：

所述冗余部包括：第二CNC、第二SPC、第二RSC、第二STC和第二电源板；

所述第二CNC与所述第一CNC串联以构成所述高速动车网络控制系统的以太网环网拓扑结构；

所述第二CNC与所述第二SPC连接，所述第二CNC与所述第二STC连接，所述第二SPC分别与所述第二RSC和所述DXC连接；

所述第二SPC、所述第二RSC、所述第二STC和所述第二电源板分别与对应的所述第一SPC、所述第一RSC、所述第一STC和所述第一电源板作用相同；

所述第二电源板用于为与其电路连接的卡板提供电源。

3.根据权利要求2所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，

所述第一SPC与所述第一CNC通过以太网和/或背板总线连接。

4.根据权利要求3所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，

所述第一SPC与所述第一RSC通过背板总线连接，所述第一RSC用于转发所述第一SPC与列车运行控制记录装置LKJ的交互数据。

5.根据权利要求4所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，

所述第一SPC与所述DXC通过背板总线连接，所述DXC用于转发所述第一SPC与所述高速动车的电气设备的交互数据。

6.根据权利要求5所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，所述交互数据包括：

控制数据，状态数据和监视数据中的一种或任意种组合。

7.根据权利要求6所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，还包括数字量输入单板DIC；

用于转发所述高速动车的电气设备向所述第一SPC反馈的数据的所述DIC与所述第一SPC连接。

8.根据权利要求7所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，

所述DIC与所述第一SPC通过背板总线连接。

9.根据权利要求8所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，所述第一CNC还与第一RSC连接；

所述第一RSC用于转发所述中央控制装置所控制的设备与所述第一CNC间的交互数据。

10.根据权利要求9所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，

所述第一CNC与所述第一RSC通过以太网连接。

11.根据权利要求10所述高速动车网络控制系统的中央控制装置，其特征在于，

所述第一RSC还包括，用于通过电流环与第三方设备连接的扩展接口。