CN108400652A - 基于无线通讯的换电站控制系统和换电站 - Google Patents

基于无线通讯的换电站控制系统和换电站 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于无线通讯的换电站控制系统和换电站，所述换电站控制系统包括:主控制单元、状态管理模块和多个子控制单元，其中，所述主控制单元采用无线通信的方式与状态管理模块进行通讯；每个所述子控制单元采用无线通信的方式分别与状态管理模块进行通讯；所述主控制单元用于根据换电需求向所述状态管理模块发送相应的控制指令；所述状态管理模块根据所述控制指令，调用相应的子控制单元，控制各个子控制单元的工作时序，每个所述子控制单元实时控制一个换电站子系统。本发明采用无线通讯的控制方式取代有线通讯以及滑动链接部件的通讯控制方式，采用分布式控制，集中管理的控制方法，提高了换电站控制的实时性和可靠性。

Description

基于无线通讯的换电站控制系统和换电站
技术领域
本发明涉及换电站控制技术领域，尤其涉及一种基于无线通讯的换电站控制系统和换电站。
背景技术
随着传统化石能源消耗带来的供应压力以及尾气的污染，节能环保的电动汽车近几年呈现了井喷式发展，电动汽车的发展目前由于受限于电池技术，电池容量有限和充电时间长是现阶段不可回避的问题，然而在诸多的加电方式中，换电方式是一种极速、方便且安全的办法。
换电站由停车平台、取换电池小车、电池仓存储充电架、电池仓升降机以及其他辅助设备等组成，换电过程需要这些部件统一协作来完成，每个部件中又分别包含有多个执行机构，通常采用伺服电机等控制这些执行机构的动作本身，所以现有的换电站控制系统具有如下特点：(1)具有多个传感器输入，以及多个输出执行部件的远程通讯从站；(2)具有RGV(导轨指引车)等移动部件。基于以上特点使现有的换电站控制系统具有通讯电缆繁多，容易损坏，故障节点多，且难以维护，移动部件滑动链接处易损，需要频繁更换的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于无线通讯的换电站控制系统和换电站，采用无线通讯的控制方式取代有线通讯以及滑动链接部件的通讯控制方式，采用分布式控制，集中管理的控制方法，提高了换电站控制的实时性和可靠性。
为了解决上述技术问题，根据本发明一方面，提供了一种基于无线通讯的换电站控制系统，包括:主控制单元、状态管理模块和多个子控制单元，
其中，所述主控制单元采用无线通信的方式与状态管理模块进行通讯；每个所述子控制单元采用无线通信的方式分别与状态管理模块进行通讯；
所述主控制单元用于根据换电需求向所述状态管理模块发送相应的控制指令；
所述状态管理模块根据所述控制指令，调用相应的子控制单元，控制各个子控制单元的工作时序；
每个所述子控制单元实时控制一个换电站子系统。
进一步的，所述子控制单元设定两个任务周期，分别为第一任务周期和第二任务周期，所述第一任务周期小于第二任务周期，在所述第一任务周期，实时向所述换电站子系统的执行机构输出动态响应指令，进行单独内部控制；
在所述第一任务周期处于空闲状况下，进入所述第二任务周期，采集所述换电站子系统的过程数据，并将所述过程数据上传给状态管理模块。
进一步的，所述子控制单元包括内核寄存器，采用多核多线程的方式，在所述第一任务周期扫描所述换电站子系统的硬件接口，若所述换电站子系统出现硬件故障，则所述子控制单元直接进行故障响应。
进一步的，所述故障响应包括故障中断和各个换电站子系统间的联动停机。
进一步的，所述过程数据包括温度和水位。
进一步的，所述状态管理模块包括缓存单元，用于实时存储所述子控制单元和主控制单元一个或多个预设周期内的数据内容，所述预设周期大于等于第二任务周期。
进一步的，所述缓存单元具有重传机制，当所述子控制单元出现通讯闪断，再次与所述缓存单元建立通讯连接后，所述缓存单元将所述子控制单元的当前一个周期或多个周期的数据内容发送给所述子控制单元。
进一步的，所述缓存单元包括缓存控制子单元，当某个子控制单元对应的换电站子系统处于空闲状态，所述缓存控制子单元回收对应的空闲内存，并控制所述空闲内存用于存储其他非空闲状态的控制子单元数据。
进一步的，所述状态管理模块还包括数据转发单元，用于接收所述过程数据，并将所述过程数据转发给所述主控制单元。
进一步的，所述主控制单元还用于对所述过程数据进行分析处理，并发送相应的反馈指令。
进一步的，所述主控制单元将所述过程数据与预设的过程数据范围进行对比，所述过程数据不在所述预设过程数据范围内，则控制发出报警信号。
进一步的，所述主控制单元还用于控制各个子控制单元在初始化期间进行时钟对时同步。
进一步的，所述主控制单元还用于中断处于通讯阻塞或异常状态的换电站子系统工作。
进一步的，所述换电站按照就地原则分为多个换电站子系统，每个所述换电站子系统包括多个传感器和执行机构，每个换电站子系统的多个传感器和执行机构之间采用通讯线缆或无线通讯的方式进行通讯；所述多个换电子系统之间通过无线通信方式进行通讯。
进一步的，所述换电站子系统包括RGV子系统、换电平台子系统和电池仓升降机子系统。
根据本发明另一方面，提供一种换电站，包括上述换电站控制系统和换电站子系统。
进一步的，所述换电站子系统包括RGV子系统、换电平台子系统和电池仓升降机子系统。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种基于无线通讯的换电站控制系统和换电站可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
(1)本发明采用无线通讯的控制方式取代有线通讯以及滑动链接部件的通讯控制方式，减少通讯电缆的使用，方便维护，组网灵活，提高了换电站实时控制的效率。
(2)相比较传统的无线控制，由于电机等位置环，速度环的控制需要实时性控制要求很高，子控制单元对于对应的换电站子系统自身进行实时控制，开辟等时快速中断用来响应联动停止和传递本身故障，直接绕过逻辑层和系统接口对硬件层快速执行，并且开辟多线程操作，专门用来响应故障中断和联动停止；
主控制单元处理和存储各个子控制单元的状态和过程数据。各个换电站子系统对应的子控制单元与主控制单元状态时序交互，形成分布式控制，集中管理，提高了换电站控制的实时性和可靠性。
(3)主控制单元和子控制单元之间增加状态管理模块，可以动态地合理利用各个子控制单元的调度，根据主控制单元传递已知的时序，提前告知子控制单元对于内存回收，也形成了当某些子控制单元异常情况并且不影响整体的情况下进行快速切除。
(4)本发明在满足运动控制需求的状态下，提高了无线的稳定通讯速率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例提供基于无线通讯的换电站控制系统示意图；
图2为本发明一实施例提供的换电站示意图。
主要附图标记说明：
1-主控制单元 2-状态管理模块 3-子控制单元
4-RGV子系统 5-换电平台子系统 6-电池仓升降机子系统
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于无线通讯的换电站控制系统和换电站的具体实施方式及其功效，详细说明如后。
如附图1所示，一种基于无线通讯的换电站控制系统，包括:主控制单元1、状态管理模块2和多个子控制单元3，其中，主控制单元1采用无线通信的方式与状态管理模块2进行通讯；每个子控制单元3采用无线通信的方式分别与状态管理模块2进行通讯。本发明采用无线通讯的方式取代目前换电站控制系统采用硬线连接的通讯方式，省线缆，易维护且组网灵活。主控制单元1用于根据换电需求向状态管理模块2发送相应的控制指令；状态管理模块2根据所述控制指令，调用相应的子控制单元3，控制各个子控制单元3的工作时序，每个所述子控制单元3实时控制一个换电站子系统。
在图2所示示例中，换电站按照就地原则分为多个换电站子系统，每个所述换电站子系统包括多个传感器和执行机构，每个换电站子系统的多个传感器和执行机构之间采用通讯线缆或无线通讯的方式进行通讯；所述多个换电子系统之间通过无线通信方式进行通讯。图2中，所述换电站子系统包括RGV子系统4、换电平台子系统5和电池仓升降机子系统6。但可以理解的是，换电站划分子系统的方式并不限于此，可根据具体的控制需求等因素进行更细致的划分，或者其他形式的划分，例如将换电站划分为换电平台子系统、电池包存储子系统、电池包交换子系统和RGV子系统等。其中，传感器包括距离传感器、位移传感器、温度传感器、液压传感器等。执行机构包括升降机构、螺栓拧紧机构、伺服电机等。
各个换电站子系统内根据就地原则可继续采用有线通讯的方式连接，各个换电站子系统对应子控制单元3与主控制单元1和状态管理模块2之间采用无线通讯的方式连接，采用分布式控制，集中管理的控制方式，提高了实时控制的效率。其中，分布式控制，集中管理为主从问答模式，以子控制单元作为换电站子系统的局部控制单元，保证实施响应，并且根据主控制单元的同步调用，以保证整体控制时序满足换电需求。
以下对换电站控制系统的组成部分分别进行说明：
(一)子控制单元
每个子控制单元3进行单独式实时管理，控制对应的换电站子系统。子控制单元3设定两个任务周期，分别为第一任务周期和第二任务周期，所述第一任务周期小于第二任务周期，其中，第一任务周期为快速任务周期，且第一任务周期的优先级高于第二任务周期。子控制单元3包括内核寄存器，采用多核多线程的操作方式，在第一任务周期等时恒定地扫描换电站子系统的硬件接口，若换电站子系统出现硬件故障，则子控制单元3不需要通过系统接口与主控制单元通信，而直接通过硬件接口，IO物理扫描区域快速通讯，进行故障响应。故障响应包括故障中断和各个换电站子系统间的联动停机，提高了换电站控制的实时性和效率。
在第一任务周期，子控制单元3接收状态管理模块2传递的执行开始信息，对于换电站子系统的伺服电机等实时性要求很高的执行机构，子控制单元3实时向其输出动态响应指令，进行单独内部控制。对于温度、水位等过程数据，开辟慢速任务周期，即第二任务周期，在第一任务周期处于空闲状况下，进入所述第二任务周期，采集所述换电站子系统的过程数据，并将过程数据上传给状态管理模块2。
由于电机等位置环，速度环的控制需要实时性控制要求很高，所以采用了分布管理，集中控制的策略，子控制单元3对于换电站子系统进行实时控制，开辟多线程，用来响应等时快速中断用来响应联动停止和传递本身故障，直接绕过逻辑层和系统接口对硬件层快速执行，提高了控制的实时性和响应效率。
(二)状态管理模块
状态管理模块2包括缓存单元，用于实时存储所述子控制单元3和主控制单元1一个或多个预设周期内的数据内容，所述预设周期大于等于第二任务周期，可根据具体的控制需求进行设定，例如可以设定为实时存储前10个周期的数据内容。缓存单元可实时或设定预设的时间段定时获取主控制单元1和每个子控制单元3的数据，并对所获取而定数据进行分类存储。
缓存单元还具有重传机制，当子控制单元3出现通讯闪断，再次与缓存进行握手沟通，建立通讯连接后，缓存单元将对应子控制单元3的当前一个周期或多个周期的数据内容重新发送给对应子控制单元3，使对应的换电子系统能后快速继续运行。
状态管理模块2实时根据状态时序进行子控制单元3的接口调用，传递实时就地任务需求。缓存单元包括缓存控制子单元，还具备节点跟踪资源的能力，当某个子控制单元3对应的换电站子系统处于空闲状态，所述缓存控制子单元可及时回收对应的空闲内存，并控制所述空闲内存用于存储其他非空闲状态的控制子单元数据，从而提高控制的实时性。
状态管理模块2还包括数据转发单元，用于接收子控制单元3的过程数据，将所述过程数据进行收集，并转发给所述主控制单元1进行批量处理及存储。
状态管理模块2可以动态地合理调度各个子控制单元3，根据主控制单元1传递已知的时序，提前告知子控制单元3对于虚拟内存回收，也形成了当某些子控制单元3出现异常情况时，在不影响整体控制系统的情况下，进行快速切除。能够实现子控制单元3的断电重传和异常子控制单元3切除再组网的功能。
(三)主控制单元
主控制单元1主要是对于子系统进行状态机动作步骤的分配，并且处理和存储各个换电站子系统的过程数据。
主控制单元1还用于对所述过程数据进行分析处理，并发送相应的反馈指令。主控制单元1可以对过程数据形式的大数据进行定性分析，形成预先诊断。例如，主控制单元1将所述过程数据与预设的过程数据范围进行对比，所述过程数据不在所述预设过程数据范围内，则控制发出报警信号，提高了控制的可靠性。
主控制单元1还用于控制各个子控制单元3在初始化期间进行时钟对时同步，控制各个子控制单元3与主控制单元1的时钟处于同步状态，保正系统实时响应的精度，也保证了各个子控制单元3响应中断的精度。
主控制单元1还可以根据实际操作情况，主动中断处于通讯阻塞或异常状态的换电站子系统工作，具体地，换电站子系统处于通讯阻塞或异常状态，主控制单元1向状态管理模块2发送中断控制指令，所述终端控制指令中包含处于通信阻塞或异常状态下的换电站子系统所对应的子控制单元3的地址信息，状态管理模块2将中断控制指令转发给对应的子控制单元3，子控制单元3根据中断控制指令中断对应的换电站子系统的工作，整个过程中，不影响其他子控制单元3的正常工作。
本发明实施例提供一种基于无线通讯的换电站控制系统，采用无线通讯的控制方式取代有线通讯以及滑动链接部件的通讯控制方式，减少通讯电缆的使用，方便维护，组网灵活，提高了换电站实时控制的效率。此外，相比较传统的无线控制，由于电机等位置环，速度环的控制需要实时性控制要求很高，子控制单元对于对应的换电站子系统自身进行实时控制，开辟等时快速中断用来响应联动停止和传递本身故障，直接绕过逻辑层和系统接口对硬件层快速执行，并且开辟多线程操作，专门用来响应故障中断和联动停止；主控制单元处理和存储各个子控制单元的状态和过程数据。各个换电站子系统对应的子控制单元与主控制单元状态时序交互，形成分布式控制，集中管理，提高了换电站控制的实时性和可靠性。再者，主控制单元和子控制单元之间增加状态管理模块，可以动态地合理利用各个子控制单元的调度，根据主控制单元传递已知的时序，提前告知子控制单元对于内存回收，也形成了当某些子控制单元异常情况并且不影响整体的情况下进行快速切除。本发明在满足运动控制需求的状态下，提高了无线的稳定通讯速率。
本发明实施例还提供一种换电站，如图2所示，包括上述示例中的任意一种换电站控制系统，还包括多个换电站子系统。换电站控制系统包括主控制单元1、状态管理模块2、多个子控制单元3，主控制单元1根据换电需求向状态管理模块2发送相应的控制指令；状态管理模块2根据所述控制指令，调用相应的子控制单元3，控制各个子控制单元3的工作时序，每个所述子控制单元3实时控制一个换电站子系统。
如图2所示示例，换电站按照就地原则分为多个换电站子系统，每个所述换电站子系统包括多个传感器和执行机构，每个换电站子系统的多个传感器和执行机构之间采用通讯线缆或无线通讯的方式进行通讯；所述多个换电子系统之间通过无线通信方式进行通讯。所述换电站子系统包括RGV子系统4、换电平台子系统5和电池仓升降机子系统6。但可以理解的是，换电站划分子系统的方式并不限于此，可根据具体的控制需求等因素进行更细致的划分，或者其他形式的划分，例如将换电站划分为换电平台子系统、电池包存储子系统、电池包交换子系统和RGV子系统等。其中，传感器包括距离传感器、位移传感器、温度传感器、液压传感器等。执行机构包括升降机构、螺栓拧紧机构、伺服电机等。
各个换电站子系统内根据就地原则可继续采用有线通讯的方式连接，各个换电站子系统对应子控制单元3与主控制单元1和状态管理模块2之间采用无线通讯的方式连接，采用分布式控制，集中管理的控制方式，提高了实时控制的效率。其中，分布式控制，集中管理为主从问答模式，以子控制单元作为换电站子系统的局部控制单元，保证实施响应，并且根据主控制单元的同步调用，以保证整体控制时序满足换电需求。
所述换电站的各个换电站子系统之间采用无线通讯的控制方式取代有线通讯以及滑动链接部件的通讯控制方式，减少通讯电缆的使用，方便维护，组网灵活；控制系统采用分布式控制，集中管理的方式对换电站各组成部分进行协调控制，提高了换电站实时控制的效率，从而提高了换电效率，提升了用户体验。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (17)

1.一种基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，包括:主控制单元、状态管理模块和多个子控制单元，
其中，所述主控制单元采用无线通信的方式与状态管理模块进行通讯；每个所述子控制单元采用无线通信的方式分别与状态管理模块进行通讯；
所述主控制单元用于根据换电需求向所述状态管理模块发送相应的控制指令；
所述状态管理模块根据所述控制指令，调用相应的子控制单元，控制各个子控制单元的工作时序；
每个所述子控制单元实时控制一个换电站子系统。
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述子控制单元设定两个任务周期，分别为第一任务周期和第二任务周期，所述第一任务周期小于第二任务周期，在所述第一任务周期，实时向所述换电站子系统的执行机构输出动态响应指令，进行单独内部控制；
在所述第一任务周期处于空闲状况下，进入所述第二任务周期，采集所述换电站子系统的过程数据，并将所述过程数据上传给状态管理模块。
3.根据权利要求2所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述子控制单元包括内核寄存器，采用多核多线程的方式，在所述第一任务周期扫描所述换电站子系统的硬件接口，若所述换电站子系统出现硬件故障，则所述子控制单元直接进行故障响应。
4.根据权利要求3所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述故障响应包括故障中断和各个换电站子系统间的联动停机。
5.根据权利要求2所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述过程数据包括温度和水位。
6.根据权利要求2所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述状态管理模块包括缓存单元，用于实时存储所述子控制单元和主控制单元一个或多个预设周期内的数据内容，所述预设周期大于等于第二任务周期。
7.根据权利要求6所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述缓存单元具有重传机制，当所述子控制单元出现通讯闪断，再次与所述缓存单元建立通讯连接后，所述缓存单元将所述子控制单元的当前一个周期或多个周期的数据内容发送给所述子控制单元。
8.根据权利要求6所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述缓存单元包括缓存控制子单元，当某个子控制单元对应的换电站子系统处于空闲状态，所述缓存控制子单元回收对应的空闲内存，并控制所述空闲内存用于存储其他非空闲状态的控制子单元数据。
9.根据权利要求2所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述状态管理模块还包括数据转发单元，用于接收所述过程数据，并将所述过程数据转发给所述主控制单元。
10.根据权利要求2所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述主控制单元还用于对所述过程数据进行分析处理，并发送相应的反馈指令。
11.根据权利要求10所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述主控制单元将所述过程数据与预设的过程数据范围进行对比，所述过程数据不在所述预设过程数据范围内，则控制发出报警信号。
12.根据权利要求1所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述主控制单元还用于控制各个子控制单元在初始化期间进行时钟对时同步。
13.根据权利要求1所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述主控制单元还用于中断处于通讯阻塞或异常状态的换电站子系统工作。
14.根据权利要求1-13中任意一项所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述换电站按照就地原则分为多个换电站子系统，每个所述换电站子系统包括多个传感器和执行机构，每个换电站子系统的多个传感器和执行机构之间采用通讯线缆或无线通讯的方式进行通讯；所述多个换电子系统之间通过无线通信方式进行通讯。
15.根据权利要求14所述的基于无线通讯的换电站控制系统，其特征在于，
所述换电站子系统包括RGV子系统、换电平台子系统和电池仓升降机子系统。
16.一种换电站，包括权利要求1-15中任意一项换电站控制系统，还包括多个换电站子系统。
17.根据权利要求16所述的换电站，其特征在于：
所述换电站子系统包括RGV子系统、换电平台子系统和电池仓升降机子系统。
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