CN109343391A - 一种铁路工程机械车辆控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路工程机械车辆控制系统，涉及铁路维护控制技术领域，包括第一人机交互单元和第二传感器单元，所述第一人机交互单元的输出端电性连接有第二人机交互单元，且第一人机交互单元的输出端电性连接有模拟量信号采集单元，所述第二人机交互单元、模拟量信号采集单元均通过工业以太网模块与第一人机交互单元之间电性连接。本发明的有益效果是：该铁路工程机械车辆控制系统，通过对主站和各从站的设置，使得主站和从站以及各从站之间采用EtherCAT和CAN总线同时相连，正常情况下采用EtherCAT总线进行网络通信，EtherCAT总线出现故障时，可通过人工或自动切换到CAN总线进行通信，实现网络通信的冗余备份。
Description
技术领域
本发明涉及铁路维护控制技术领域，具体为一种铁路工程机械车辆控制系统。
背景技术
随着科学技术的发展及社会时代的进步，铁路工程机械车辆是在铁路和城市轨道交通轨道上运行，并对其基础设施养护维修的机械，铁路工程机械具备的功能复杂，运行、作业机构、测量检测传感器数量和种类多，因此每一种铁路工程机械都需要一套功能强大、可靠性高的控制系统。
在中国发明专利申请公开说明书CN 103770795 A中公开的一种铁路轨道车双机组重联控制系统，该铁路轨道车双机组重联控制系统，虽然能够实现双机组同时工作或某一单机单独控制的功能要求，解决了大吨位牵引、高速运行的铁路轨道车安装双动力系统时的双机组重联控制问题，但是，该铁路轨道车双机组重联控制系统，具有不能采用工业以太网总线EtherCAT作为现场控制总线，及不能采用CAN总线作为备份的控制总线，难以实现一个主站和若干个从站对铁路工程机械车辆各部件进行分布式控制的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路工程机械车辆控制系统，解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铁路工程机械车辆控制系统，包括第一人机交互单元和第二传感器单元，所述第一人机交互单元的输出端电性连接有第二人机交互单元，且第一人机交互单元的输出端电性连接有模拟量信号采集单元，所述第二人机交互单元、模拟量信号采集单元均通过工业以太网模块与第一人机交互单元之间电性连接，且第二人机交互单元、模拟量信号采集单元之间通过现场控制总线模块电性连接，所述第一人机交互单元的输出端电性连接有数字量信号采集单元，且第一人机交互单元的输出端电性连接有数字量信号输出单元，所述数字量信号采集单元、数字量信号输出单元均通过工业以太网模块与第一人机交互单元之间电性连接，且数字量信号采集单元、数字量信号输出单元之间通过现场控制总线模块电性连接，所述第一人机交互单元的输出端电性连接有模拟量信号输出单元，且第一人机交互单元的输出端电性连接有第一传感器单元，所述模拟量信号输出单元、第一传感器单元均通过工业以太网模块与第一人机交互单元之间电性连接，且模拟量信号输出单元、第一传感器单元之间通过现场控制总线模块电性连接，所述第二传感器单元电性连接于第一人机交互单元的输出端，且第一人机交互单元的输出端电性连接有网关单元，所述第二传感器单元、网关单元均通过工业以太网模块与第一人机交互单元之间电性连接，且第二传感器单元、网关单元之间通过现场控制总线模块电性连接。
可选的，所述工业以太网模块为EtherCAT总线，所述第二人机交互单元、模拟量信号采集单元、数字量信号采集单元、数字量信号输出单元、模拟量信号输出单元、第一传感器单元、第二传感器单元和网关单元的输入端均电性连接有电源单元。
可选的，所述现场控制总线模块为CAN总线。
可选的，所述第一人机交互单元和第二人机交互单元之间为单向电性连接。
可选的，所述模拟量信号采集单元和数字量信号采集单元之间通过现场控制总线模块电性连接。
可选的，所述数字量信号输出单元和模拟量信号输出单元通过现场控制总线模块电性连接。
可选的，所述网关单元与第一人机交互单元之间为单向电性连接。
本发明提供了一种铁路工程机械车辆控制系统，具备以下有益效果：
1、该铁路工程机械车辆控制系统，通过对主站和各从站的设置，使得主站和从站以及各从站之间采用EtherCAT和CAN总线同时相连，正常情况下采用EtherCAT总线进行网络通信，EtherCAT总线出现故障时，可通过人工或自动切换到CAN总线进行通信，实现网络通信的冗余备份。
2、该铁路工程机械车辆控制系统，通过对控制系统内侧的各单元的设置，使得各单元的总数最多可达65536个，同时，控制系统中的网络输出传输速率最高可达100Mb/s。
3、该铁路工程机械车辆控制系统，通过对第一人机交互单元和第二人机交互单元的设置，使得第一人机交互单元和第二人机交互单元通过其触摸屏和键盘、鼠标等输入设备获得的操作命令由EtherCAT接口进入EtherCAT总线，或由CAN接口进入CAN总线，从EtherCAT总线或CAN总线获得的车辆各种状态信息显示在其液晶屏上。
4、该铁路工程机械车辆控制系统，通过对模拟量信号采集单元和数字量信号采集单元的设置，使得模拟量信号采集单元和数字量信号采集单元采用的传感器、各种操作开关、按钮等的模拟信号和数字信号通过各自的EtherCAT接口进入EtherCAT总线，或由CAN接口进入CAN总线。
5、该铁路工程机械车辆控制系统，通过对数字量信号输出单元和模拟量信号输出单元的设置，使得数字量信号输出单元和模拟量信号输出单元从EtherCAT和CAN总线上获取第一人机交互单元和第二人机交互单元通过其触摸屏和键盘、鼠标等输入设备获得的操作命令，以及模拟量信号采集单元和数字量信号采集单元采用的传感器、各种操作开关、按钮等的模拟信号和数字信号，这些信息在数字量信号输出单元和模拟量信号输出单元中进行逻辑运算和闭环控制算法运算，运算的结果通过各自的输出口控制相应的执行部件，并且采用其它通信接口和通信协议的设备信息，可以通过网关单元进行转换后进入控制系统。
附图说明
图1为本发明一种铁路工程机械车辆控制系统的结构示意图；
图2为本发明一种铁路工程机械车辆控制系统的各单元之间电性连接流程结构示意图。
图中：1、第一人机交互单元；2、第二人机交互单元；3、模拟量信号采集单元；4、数字量信号采集单元；5、数字量信号输出单元；6、模拟量信号输出单元；7、第一传感器单元；8、第二传感器单元；9、网关单元；10、工业以太网模块；11、现场控制总线模块；12、电源单元。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种铁路工程机械车辆控制系统，包括第一人机交互单元1、第二人机交互单元2、模拟量信号采集单元3、数字量信号采集单元4、数字量信号输出单元5、模拟量信号输出单元6、第一传感器单元7、第二传感器单元8、网关单元9、工业以太网模块10、现场控制总线模块11和电源单元12，第一人机交互单元1的输出端电性连接有第二人机交互单元2，且第一人机交互单元1的输出端电性连接有模拟量信号采集单元3，第一人机交互单元1和第二人机交互单元2之间为单向电性连接，使得第一人机交互单元1和第二人机交互单元2通过其触摸屏和键盘、鼠标等输入设备获得的操作命令由EtherCAT接口进入EtherCAT总线，或由CAN接口进入CAN总线，从EtherCAT总线或CAN总线获得的车辆各种状态信息显示在其液晶屏上；
模拟量信号采集单元3和数字量信号采集单元4之间通过现场控制总线模块11电性连接，使得模拟量信号采集单元3和数字量信号采集单元4采用的传感器、各种操作开关、按钮等的模拟信号和数字信号通过各自的EtherCAT接口进入EtherCAT总线，或由CAN接口进入CAN总线，第二人机交互单元2、模拟量信号采集单元3、数字量信号采集单元4、数字量信号输出单元5、模拟量信号输出单元6、第一传感器单元7、第二传感器单元8和网关单元9的输入端均电性连接有电源单元12，第二人机交互单元2、模拟量信号采集单元3均通过工业以太网模块10与第一人机交互单元1之间电性连接，且第二人机交互单元2、模拟量信号采集单元3之间通过现场控制总线模块11电性连接，工业以太网模块10为EtherCAT总线，使得控制系统中的网络输出传输速率最高可达100Mb/s，现场控制总线模块11为CAN总线，当EtherCAT总线出现故障时，可通过人工或自动切换到CAN总线进行通信，实现网络通信的冗余备份；
第一人机交互单元1的输出端电性连接有数字量信号采集单元4，且第一人机交互单元1的输出端电性连接有数字量信号输出单元5，数字量信号输出单元5和模拟量信号输出单元6通过现场控制总线模块11电性连接，使得数字量信号输出单元5和模拟量信号输出单元6从EtherCAT和CAN总线上获取第一人机交互单元1和第二人机交互单元2通过其触摸屏和键盘、鼠标等输入设备获得的操作命令，以及模拟量信号采集单元3和数字量信号采集单元4采用的传感器、各种操作开关、按钮等的模拟信号和数字信号，这些信息在数字量信号输出单元5和模拟量信号输出单元6中进行逻辑运算和闭环控制算法运算，运算的结果通过各自的输出口控制相应的执行部件，数字量信号采集单元4、数字量信号输出单元5均通过工业以太网模块10与第一人机交互单元1之间电性连接，且数字量信号采集单元4、数字量信号输出单元5之间通过现场控制总线模块11电性连接；
第一人机交互单元1的输出端电性连接有模拟量信号输出单元6，且第一人机交互单元1的输出端电性连接有第一传感器单元7，模拟量信号输出单元6、第一传感器单元7均通过工业以太网模块10与第一人机交互单元1之间电性连接，且模拟量信号输出单元6、第一传感器单元7之间通过现场控制总线模块11电性连接，第二传感器单元8电性连接于第一人机交互单元1的输出端，且第一人机交互单元1的输出端电性连接有网关单元9，网关单元9与第一人机交互单元1之间为单向电性连接，采用其它通信接口和通信协议的设备信息，且可以通过网关单元9进行转换后进入控制系统，第二传感器单元8、网关单元9均通过工业以太网模块10与第一人机交互单元1之间电性连接，且第二传感器单元8、网关单元9之间通过现场控制总线模块11电性连接。
综上所述，该铁路工程机械车辆控制系统，使用时，首先通过控制系统中组成主站和从站的第一人机交互单元1、第二人机交互单元2由核心处理器板、液晶屏、触摸屏、键盘、USB口、RS232口、CAN总线口、EtherCat总线口等组成，并通过主站内侧的第一人机交互单元1承担整个控制系统网络管理、主站通信控制、操作命令输入、车辆状态信息显示、控制系统诊断命令输入、诊断信息显示、系统参数设置等来对铁路工程机械车辆进行系统控制工作，同时，第二人机交互单元2承担操作命令输入、车辆状态信息显示，并且通过模拟量信号采集单元3负责将车辆上给定电位器、传感器等产生的一10V～+10V的模拟量信号采集转化为数字量信号通过其EtherCAT接口进入EtherCat总线，或CAN接口进入CAN总线来完成，且数字量信号输出单元5从EtherCat总线或CAN总线上获取第一人机交互单元1、第二人机交互单元2、模拟量信号采集单元3、数字量信号输入单元发送的车辆状态信息和操作命令，进行给定的控制算法逻辑运算，同时，在PWM输出通道上产生占空比0～100％可调的PWM波信号来控制车辆上的数字信号输入的执行部件，如数字比例阀、数字伺服阀、开关阀、继电器、接触器等，使得数字信号输入的执行部件正常工作，并且模拟量信号输出单元6从EtherCat总线或CAN总线上获取第一人机交互单元1、第二人机交互单元2、模拟量信号采集单元3、数字量信号输入单元发送的车辆状态信息和操作命令，进行给定的控制算法逻辑运算，通过在电流信号输出通道上产生0～3A可调的电流，控制车辆上电流信号输入的执行部件，如比例阀、伺服阀等，使得电流信号输入的执行部件正常工作，并且网关单元9具有RS232口、RS485口或以太网口，但其不具有EtherCat口或CAN总线口的设备产生的信息进行通信协议转换，使得系统需要通过其EtherCat接口进入EtherCat总线，或CAN接口进入CAN总线来完成信息进行通信协议转换工作，确保铁路工程机械车辆控制工作能够顺利进行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种铁路工程机械车辆控制系统，包括第一人机交互单元(1)和第二传感器单元(8)，其特征在于：所述第一人机交互单元(1)的输出端电性连接有第二人机交互单元(2)，且第一人机交互单元(1)的输出端电性连接有模拟量信号采集单元(3)，所述第二人机交互单元(2)、模拟量信号采集单元(3)均通过工业以太网模块(10)与第一人机交互单元(1)之间电性连接，且第二人机交互单元(2)、模拟量信号采集单元(3)之间通过现场控制总线模块(11)电性连接，所述第一人机交互单元(1)的输出端电性连接有数字量信号采集单元(4)，且第一人机交互单元(1)的输出端电性连接有数字量信号输出单元(5)，所述数字量信号采集单元(4)、数字量信号输出单元(5)均通过工业以太网模块(10)与第一人机交互单元(1)之间电性连接，且数字量信号采集单元(4)、数字量信号输出单元(5)之间通过现场控制总线模块(11)电性连接，所述第一人机交互单元(1)的输出端电性连接有模拟量信号输出单元(6)，且第一人机交互单元(1)的输出端电性连接有第一传感器单元(7)，所述模拟量信号输出单元(6)、第一传感器单元(7)均通过工业以太网模块(10)与第一人机交互单元(1)之间电性连接，且模拟量信号输出单元(6)、第一传感器单元(7)之间通过现场控制总线模块(11)电性连接，所述第二传感器单元(8)电性连接于第一人机交互单元(1)的输出端，且第一人机交互单元(1)的输出端电性连接有网关单元(9)，所述第二传感器单元(8)、网关单元(9)均通过工业以太网模块(10)与第一人机交互单元(1)之间电性连接，且第二传感器单元(8)、网关单元(9)之间通过现场控制总线模块(11)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种铁路工程机械车辆控制系统，其特征在于：所述工业以太网模块(10)为EtherCAT总线，所述第二人机交互单元(2)、模拟量信号采集单元(3)、数字量信号采集单元(4)、数字量信号输出单元(5)、模拟量信号输出单元(6)、第一传感器单元(7)、第二传感器单元(8)和网关单元(9)的输入端均电性连接有电源单元(12)。
3.根据权利要求1所述的一种铁路工程机械车辆控制系统，其特征在于：所述现场控制总线模块(11)为CAN总线。
4.根据权利要求1所述的一种铁路工程机械车辆控制系统，其特征在于：所述第一人机交互单元(1)和第二人机交互单元(2)之间为单向电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种铁路工程机械车辆控制系统，其特征在于：所述模拟量信号采集单元(3)和数字量信号采集单元(4)之间通过现场控制总线模块(11)电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种铁路工程机械车辆控制系统，其特征在于：所述数字量信号输出单元(5)和模拟量信号输出单元(6)通过现场控制总线模块(11)电性连接。
7.根据权利要求1所述的一种铁路工程机械车辆控制系统，其特征在于：所述网关单元(9)与第一人机交互单元(1)之间为单向电性连接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110453548A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-15 | 长沙瀚鹏电子技术有限公司 | 一种铁路道岔捣固车自动作业控制系统 |
| CN111404799A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-10 | 青岛杰瑞工控技术有限公司 | 一种基于can通信、lan通信切断的列车故障定位系统和方法 |
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2018
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