CN108156244A - 中低速磁浮列车多总线混合网络列车控制和管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中低速磁浮列车多总线混合网络列车控制和管理系统，包括两级网络和三个子系统，其中，所述的两级网络中的一级网络由多功能车辆总线MVB和ECN双总线组成冗余主干网，主要用于车辆级监视、控制和整个车辆控制网络的管理，优先采用ECU通信，多功能车辆总线MVB作为冗余备份；另一级网络由RS‑485和CANopen总线构成设备级网络，用于设备级数据通信，所述的三个子系统包括倒车影像子系统、无线上传子系统和多功能监控平台，与现有技术相比本发明取消了7个MVB网关、一个电源板卡和一个RIOM机箱。节约成本约14.6万/列；由于减少了部分设备，降低了车重，实现了节能。
Description
技术领域
本发明涉及中低速磁浮列车技术领域，具体涉及一种中低速磁浮列车多总线混合网络列车控制和管理系统。
背景技术
目前国内新一代中低速磁浮列车正处于发展阶段，其最重要的列车控制和监视系统TCMS(Train Control and Management System)主要采用轻轨、地铁等车辆现有技术，大多采用MVB、CANopen等总线。由于新一代中低速磁浮列车尚未制订相应的通信标准，其悬浮、牵引、制动、车门和测速定位等子系统采用的通信技术存在不兼容的问题。
如图1所示，其中车辆控制单元VCU表示车辆控制单元，HMI表示人机接口，RIOM表示远程输入输出模块，GW表示MVB网关。现有列车控制和监视系统TCMS一般采用多功能车辆总线MVB(Multifunction Vehicle Bus)，而目前国内的大部分磁浮列车子系统采用通信技术并不是MVB，需要通过MVB网关将子系统发出的报文转换成MVB数据帧。
现有列车控制和监视系统TCMS技术，为实现列车设备的互操作性需要增加网关设备进行数据报文的转换，增加了信号传输的时延，降低了列车网络系统的安全性、可操作性和可维护性等，增加了列车重量、成本和生产制造过程中通信线缆布线的复杂性。
发明内容
本发明提供一种,本发明解决了现有技术存在的信号传输时延大，安全性、可操作性和可维护性低等问题，减轻了列车重量。另外，本发明拓展了列车控制和监视系统TCMS功能，集成了列车倒车影像系统、实时监视系统和无线上传系统，实现了远程实时监控、倒车成像和无线上传等功能。
本发明所采用的技术方案是中低速磁浮列车多总线混合网络列车控制和管理系统，包括两级网络和三个子系统，其中，所述的两级网络中的一级网络由多功能车辆总线MVB和ECN双总线组成冗余主干网，主要用于车辆级监视、控制和整个车辆控制网络的管理，优先采用ECU通信，多功能车辆总线MVB作为冗余备份；另一级网络由RS-485和CANopen总线构成设备级网络，用于设备级数据通信，所述的三个子系统包括倒车影像子系统、无线上传子系统和多功能监控平台，所述的倒车影像子系统包括位于列车后部的IP摄像头、交换机、人机接口HMI和，人机接口HMI用于接收IP摄像头通过以太网交换机传输的视频流并在显示页面上显示；所述的多功能监控平台MCC包括由服务器和监控软件、数据库软件、调试软件、仿真软件和专家诊断软件，用于对运行中的列车的状态进行实时监视，并可通过以太网TRDP协议对列车进行控制，实现自动化调试，所述的无线上传系统包括多功能监控平台MCC、无线接入点AP和以太网二层管理型交换机CS，用于收集列车数据，通过无线方式发送到地面数据集中服务器，并提供本地数据下载，为列车运行提供远程专家技术支持和远程诊断。
本发明的有益效果是：与现有技术相比本发明取消了7个MVB网关、一个电源板卡和一个RIOM机箱。节约成本约14.6万/列；由于减少了部分设备，降低了车重，实现了节能；本发明相关软件都为自主开发，实现了100％国产化。
附图说明
图1为现有技术TCMS网络拓扑图。
图2为本发明多总线混合网络拓扑图。
图3为CANopen协议转换原理图。
图4为MVB协议转换原理图。
图5为RS-485协议转换原理图。
图6为以太网TRDP协议转换原理图。
图7为无线上传系统结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对发明做进一步的说明，如图2所示，本发明多总线混合网络拓扑图，其中：AP-无线接入点，APS-辅助电源，BCG-电池充电机，BMS-电池管理系统，EBCU-制动控制单元，EDCU-车门控制单元，HMI-人机接口，HVAC-空调系统，MSCU-磁浮控制单元，MVB-多功能车辆总线，DIO-数字输入输出板卡，SDPS-测速定位系统，CS-以太网二层管理型交换机，TCU-牵引控制单元，VCU-车辆控制单元，CVB-CAN板卡，Camera IP摄像头。
列车控制和管理系统TCMS由两级网络构成。MVB和ECN双总线组成冗余主干网，MVB符合IEC 61375-3-1标准，ECN符合IEC 61375-2-3和IEC 61375-3-4标准，主要用于车辆级监视、控制和整个车辆控制网络的管理，优先采用ECU通信，MVB作为冗余备份。
RS-485和CANopen总线构成设备级网络，用于设备级数据通信，CANopen符合文件IEC61375-3-3、ISO 11898和CiA DS 301标准。
中低速磁浮列车多总线混合网络列车控制和管理系统该系统包括了倒车影像子系统、无线上传子系统和多功能监控平台。倒车影像子系统由位于列车后部的IP摄像头、交换机、人机接口HMI和运行于人机接口HMI之上的视频显示软件组成。人机接口HMI接收IP摄像头通过以太网交换机传输的视频流并在显示页面上显示。
MCC为由服务器和相应的监控软件、数据库软件、调试软件、仿真软件和专家诊断软件组成的多功能监控平台。该系统通过图表、曲线等方式对运行中的列车的状态进行实时监视，并可通过以太网TRDP协议对列车进行控制，实现自动化调试，或通过仿真软件实现TCMS的半实物仿真。
MCC、AP和CS组成了无线上传系统，无线上传系统主要功能是收集列车数据，通过无线方式发送到地面数据集中服务器，并提供本地数据下载，从而为列车运行提供远程专家技术支持和远程诊断。
车辆控制单元VCU由以下部分组成：
●1xCPS2258-处理器板卡；
●1xMVB1820A_EMD MVB板卡；
●2xCVB1621A-CAN板卡；
●2xDIO2378A板卡；
●1x PSV1018A供电模块；
●1x PIU2219A电源输入模块；
●1xRack44TE_3U机箱。
车辆控制单元VCU通过带有RS-485和以太网接口的CPS及集成的MVB和CAN板卡实现了多总线混合网络的集成，其中MVB和CVB板卡通过VME背板总线实现了与CPS的快速数据交换，从而实现了以太网、MVB、CAN和RS-485多总线的无缝集成。
车辆控制单元VCU通过VME总线和DIO板卡实现了对RIOM的集成，节省了RIOM的MVB网关板卡、电源板卡和机箱等设备，通过选用大容量4G NAND存储器对事件记录仪进行了集成。
车辆控制单元VCU通过机箱上的CAN板卡、MVB板卡、RS-485板卡和以太网网卡分别实现的CANopen、MVB、RS-485和TRDP以太网通信，其中CAN板卡集成了CANopen协议栈，以太网网卡集成了TRDP协议栈。CANopen、MVB、RS-485和TRDP协议转换原理分别如图3、4、5和6所示。
如图3所示，CVB板卡CPU通过CAN控制器和介质访问单元收发CANopen数据帧，并通过DPRAM共享存储器存取数据，车辆控制单元VCU的CPU板卡通过VME背板总线和DPRAM共享存储器收发CANopen信号。
如图4所示，MVB板卡CPU通过MVBC02MVB控制器和介质访问单元收发MVB数据帧，并通过DPRAM共享存储器存取数据，车辆控制单元VCU的CPU板卡通过VME背板总线和DPRAM共享存储器收发MVB信号。
如图5所示，车辆控制单元VCU的主CPU通过串行接口Serial I/F收发RS-485数据帧，并由HDLC/UART协议栈进行解码/编码。
如图6所示，车辆控制单元VCU的CPU板卡通过TRDP协议栈对UDP/TCP报文进行打包/解包从而实现基于TRDP协议的以太网通信。
如图7所示，无线上传系统与地面接收站通信的示意图，其中列车实时故障及状态通过3G/4G无线网络发送到地面服务器，列车非实时故障及运行状态信息可通过WLAN或3G/4G传输到地面服务器。地面服务器解析后进行列车状态及故障的实时显示，并提供非实时数据的下载功能。通过位于列车后部的IP摄像头、交换机和人机接口HMI可实现倒车影像功能。
Claims (1)
1.中低速磁浮列车多总线混合网络列车控制和管理系统，其特征在于：包括两级网络和三个子系统，其中，所述的两级网络中的一级网络由多功能车辆总线MVB和ECN双总线组成冗余主干网，主要用于车辆级监视、控制和整个车辆控制网络的管理，优先采用ECU通信，多功能车辆总线MVB作为冗余备份；另一级网络由RS-485和CANopen总线构成设备级网络，用于设备级数据通信，所述的三个子系统包括倒车影像子系统、无线上传子系统和多功能监控平台，所述的倒车影像子系统包括位于列车后部的IP摄像头、交换机、人机接口HMI和，人机接口HMI用于接收IP摄像头通过以太网交换机传输的视频流并在显示页面上显示；所述的多功能监控平台MCC包括由服务器和监控软件、数据库软件、调试软件、仿真软件和专家诊断软件，用于对运行中的列车的状态进行实时监视，并可通过以太网TRDP协议对列车进行控制，实现自动化调试，所述的无线上传系统包括多功能监控平台MCC、无线接入点AP和以太网二层管理型交换机CS，用于收集列车数据，通过无线方式发送到地面数据集中服务器，并提供本地数据下载，为列车运行提供远程专家技术支持和远程诊断。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180612 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |