CN109561008B - 一种轨道工程车辆网络控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道工程车辆网络控制方法，作业显示器与作业控制系统之间通过现场总线网络进行数据通信并处于同一现场总线网络，走行显示器和作业显示器均通过以太网与以太网网关通信。作业控制系统通过网关模块与走行控制系统进行数据交互，作业控制系统的内部节点采用现场总线网络通信，走行控制系统的内部节点采用MVB总线通信。前端控制网络的以太网网关通过以太网与后端控制网络的以太网网关进行作业控制数据交互。前端控制网络的走行控制系统通过MVB总线与后端控制网络的走行控制系统进行走行控制数据交互。本发明能够解决现有网络控制系统只适用于内燃供电轨道工程车辆，无法适用于双动力供电轨道工程车辆的技术问题。

Description

一种轨道工程车辆网络控制方法

技术领域

本发明涉及轨道工程车辆技术领域，尤其是涉及一种应用于双动力轨道工程车辆的网络控制方法。

背景技术

目前，国内所生产和使用的轨道工程车辆大部分都是内燃类单动力车，其存在着燃油消耗大、噪音大等缺陷，其废气的排放对环境污染极大。而随着我国科技、经济的发展，节能环保的意识已经越来越深入人心，国家也在鼓励企业大力发展节能环保类产品，变频空调、电动汽车、风力发电之类的绿色节能产品发展迅猛。在国内，轨道工程车辆作为铁路建设的主力已经已有多年的应用和发展历史，其为铁路轨道的维护和列车的安全运行做出了不可磨灭的贡献。然而，因为其采用内燃模式作为动力源，每年消耗的不可再生资源体量巨大，同时对生态环境造成了严重的污染，与国家节能环保的大政方针战略背道而驰，因此急需一种新的轨道工程车辆动力结构取而代之。

在现有技术中，与本发明申请相关的技术方案主要有：

现有技术1为太原理工大学于2017年9月15日申请，并于2017年12月19日公开，公开号为CN107489671A的中国发明专利申请《混合动力工程机械多执行器控制系统》。该发明申请公开了一种混合动力工程机械多执行器控制系统，包含有双泵双回路液压控制系统，并增设有背压调节单元、第一转换控制阀、第二转换控制阀、第三转换控制阀、第四转换控制阀、第五转换控制阀、第六转换控制阀、液控单向阀组。该发明通过增加混合动力系统，实现了动臂势能和回转制动动能的回收利用，实现了能量回收与消除载荷差异节流损耗的一体化控制，有效地消除了现有技术的不足，具有高能效低排放等多方面的优点。

现有技术2为苏州诺乐智能科技有限公司于2017年8月31日申请，并于2017年12月19日公开，公开号为CN107487319A的中国发明专利申请《一种油电混合动力控制系统》。该发明申请公开了一种油电混合动力控制系统，包括主控制模块、数据采集模块、电动动力控制模块、燃油动力控制模块、驱动模块以及辅助动力控制模块。主控制模块连接数据采集模块，数据采集模块分别连接电动动力控制模块、燃油动力控制模块，驱动模块分别与电动动力控制模块、燃油动力控制模块连接，辅助动力控制模块与主控制模块连接，辅助动力控制模块与驱动模块连接。该发明油电混合动力控制系统控制过程简单、控制传输速度快、响应速度快、灵敏度高，且有效提高油电混合动力输出的配比，因而节约汽车运行的成本且节能环保，实用性高。

然而，上述现有技术1和2均未涉及到轨道工程车辆的网络控制系统。同时，现有的轨道工程车辆网络控制方法只针对内燃供电模式的轨道车辆，目前尚无应用于其它动力形式的轨道工程车辆网络控制方法技术方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轨道工程车辆网络控制方法，以解决现有轨道工程车辆网络控制方法只能适用于内燃供电模式轨道工程车辆，而无法适用于双动力供电模式轨道工程车辆的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种轨道工程车辆网络控制方法的技术实现方案，轨道工程车辆网络控制方法，在轨道工程车辆上分别设置前端控制网络和后端控制网络，所述前端控制网络和后端控制网络均采用对称的网络结构并包括走行显示器、以太网网关、作业显示器、作业控制系统、网关模块和走行控制系统。所述方法包括执行不分先后的以下步骤：

A)在所述前端控制网络或后端控制网络中，所述作业显示器与作业控制系统之间通过现场总线网络进行数据通信并处于同一现场总线网络，所述走行显示器和作业显示器均通过以太网与所述以太网网关通信；

B)在所述前端控制网络或后端控制网络中，所述作业控制系统通过网关模块与所述走行控制系统进行数据交互，所述作业控制系统的内部节点采用现场总线网络通信，所述走行控制系统的内部节点采用MVB总线通信；

C)所述前端控制网络的以太网网关通过以太网与所述后端控制网络的以太网网关进行作业控制数据交互；

D)所述前端控制网络的走行控制系统通过MVB总线与所述后端控制网络的走行控制系统进行走行控制数据交互。

优选的，所述前端控制网络的走行控制系统和后端控制网络的走行控制系统还通过预留的WTB网络接口实现与其它轨道工程车辆的重联。

进一步的，所述作业控制系统采用现场总线网络通信方式，作业操作指令由所述作业显示器下发。作业参数保存至作业显示器，或通过所述作业显示器下发至所述作业控制系统内部各节点的底层模块保存。所述走行控制指令由所述走行显示器下发，所述走行显示器同时实时监测包括隔离变压器、整流器、逆变器、牵引电机、散热风机及发动机在内的走行状态。

进一步的，所述作业控制系统内部各节点的底层模块进一步包括AI模块和DI模块。所述方法还包括作业数据交互过程，该过程包括以下步骤：

通过所述AI模块采集作业系统相关的模拟量，通过所述DI模块采集作业系统相关的开关量；

所述作业系统的状态由所述AI模块、DI模块采集后通过现场总线上传至所述作业显示器。

进一步的，所述作业控制系统内部各节点的底层模块还包括DO模块和AO模块。所述作业数据交互过程还包括以下步骤：

所述作业显示器通过现场总线向所述DO模块下发作业系统的操作指令，并由所述DO模块通过输出通道驱动对应继电器或电磁阀动作；

所述作业显示器通过现场总线向所述AO模块下发作业系统的操作指令，并由所述AO模块向电流型控制对象输出电流控制信号。

进一步的，所述作业控制系统内部各节点的底层模块还包括通用输入输出模块。所述作业数据交互过程还包括以下步骤：

所述通用输入输出模块通过现场总线与所述作业显示器相连，并用于采集所述作业系统的开关量或模拟量，同时向作业系统输出开关量。

进一步的，所述走行控制系统内部各节点的底层模块进一步包括：通过MVB总线进行互连的DXMe模块、DIM模块、AXMe模块、VCMe模块、EDRM模块和DCU模块。所述方法还包括走行数据交互过程，该过程包括以下步骤：

通过所述DXMe模块实现走行系统的数字量采集和数字量输出；

通过所述DIM模块实现走行系统的开关量采集；

通过所述AXMe模块实现走行系统的模拟量采集和模拟量输出；

通过所述VCMe模块实现轨道工程车辆的车辆层逻辑算法；

通过所述EDRM模块实现走行系统的关键数据存储；

通过所述DCU模块实现走行系统的牵引电机力矩控制算法。

优选的，所述走行控制系统还包括REPs模块。所述方法包括同一轨道工程车辆上不同节车间数据交互过程，该过程包括以下步骤：

所述REPs模块通过MVB总线与所述DXMe模块、DIM模块、AXMe模块、VCMe模块、EDRM模块、DCU模块进行数据交互，所述REPs模块通过MVB总线将本节车与另一节车相连，以实现同一轨道工程车辆上不同节车之间的数据通信。

优选的，所述走行控制系统还包括GWMe模块。所述方法包括不同轨道工程车辆间的数据交互过程，该过程包括以下步骤：

所述GWMe模块通过MVB总线与所述DXMe模块、DIM模块、AXMe模块、VCMe模块、EDRM模块、DCU模块进行数据交互，所述GWMe模块通过WTB总线将本列车辆与其它车辆相连，以实现不同轨道工程车辆之间的数据重联。

进一步的，当所述轨道工程车辆的供电模式从供电网转为内燃时，先手动起动发动机，所述发动机的ECU单元作为其中一个DO模块将发动机状态通过现场总线传送至作业控制系统，再由所述作业控制系统将发动机状态转发至所述走行控制系统，发电机励磁直接由所述走行控制系统采集监测。当所述走行控制系统检测到发动机状态正常和发电机励磁稳定后，则将所述发电机发出的三相交流电通过三相整流器整流后并至直流母线上，实现供电网和内燃同时供电。再手动操作供电模式为所述发电机供电，所述走行控制系统自动切断主断路器，而只保持发电机供电。当供电模式从内燃转为供电网时，先手动升起受电弓，再手动将供电模式转为供电网模式，根据是否满足合主断路器的设定条件，将供电网的电能并入直流母线，所述走行控制系统自动切断所述发电机的供电回路，最后手动进行所述发动机的降速停机。

通过实施上述本发明提供的轨道工程车辆网络控制方法的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明轨道工程车辆网络控制方法，走行网络控制系统采用MVB总线形式，作业网络控制系统采用现场总线形式，作业和走行既相互独立实现各自功能，又能协同作业，能够很好地适用于双动力供电模式的轨道工程车辆；

(2)本发明轨道工程车辆网络控制方法，走行网络控制系统采用平台化设计，适用不同类型的轨道工程车辆，可移植性强、通用性强，系统预留WTB总线，适用于多个车辆之间的重联，为多台轨道工程车辆联合作业提供了强有力的技术支持；

(3)本发明轨道工程车辆网络控制方法，作业网络控制系统采用成熟的现场总线技术，实时性强、抗干扰能力强，能够满足不同作业工况的轨道工程车辆需求，通用性和可移植性强。

附图说明

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

现场总线：一种工业数据总线，主要用于解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题；

CAN：ControllerArea Network，控制器局域网络的简称；

MVB：Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线的简称；

WTB：Wire Train Bus，绞线式列车总线的简称；

AI：Analog Input，模拟输入的简称；

AO：Analog Output，模拟输出的简称；

DI：Digital Input，数字输入的简称；

DO：Digital Output，数字输出的简称；

DXMe模块：数字量采集和数字量输出模块的简称；

DIM模块：开关量采集模块的简称；

AXMe模块：模拟量采集和模拟量输出模块的简称；

VCMe模块：逻辑运算与处理模块的简称；

EDRM模块：走行数据存储模块的简称；

DCU：Drive Control Unit，牵引控制单元的简称；

REPs模块：车辆内部总线网关的简称；

GWMe模块：车辆之间总线网关的简称；

ECU：Engine Control Unit，发动机控制单元，也即发动机的电子控制单元；

IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管的简称。

为了更清楚地说明本发明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的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的实施例。

图1是本发明轨道工程车辆网络控制方法所应用的双动力轨道工程车辆的单路供电系统结构框图；

图2是本发明轨道工程车辆网络控制方法所应用的双动力轨道工程车辆的双路供电系统结构框图；

图3是本发明方法所基于轨道工程车辆网络控制系统的一种具体实施例的系统结构框图；

图4是本发明方法所基于轨道工程车辆网络控制系统的一种具体实施例中作业控制系统的网络结构框图；

图5是本发明方法所基于轨道工程车辆网络控制系统的一种具体实施例中走行控制系统的网络结构框图(走行显示器与网关模块之间省略了以太网网关、作业显示器和作业控制系统)；

图6是本发明方法所基于的轨道工程车辆网络控制系统一种具体实施例的网络连接结构示意图；

图7是本发明轨道工程车辆网络控制方法所应用的双动力轨道工程车辆的供电系统电气连接结构示意图；

图中：1-前端控制系统，2-后端控制系统，3-走行显示器，4-以太网网关，5-作业显示器，6-作业控制系统，7-网关模块，8-走行控制系统，61-AI模块，62-DI模块，63-DO模块，64-AO模块，65-通用输入输出模块，81-DXMe模块，82-DIM模块，83-AXMe模块，84-VCMe模块，85-EDRM模块，86-DCU模块，87-REPs模块，88-GWMe模块，101-隔离变压器，102-单相整流器，103-发动机，104-发电机，105-三相整流器，106-第一逆变器，107-作业系统，108-第二逆变器，109-辅助系统，110-第三逆变器，111-走行系统，112-供电网，113-受电弓，114-主断路器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图7所示，给出了本发明轨道工程车辆网络控制方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

采用双动力结构的轨道工程车辆前、后两端各包括一套动力系统，网络控制系统也为前、后两端各一套(前端控制网络1和后端控制网络2)，每套网络控制系统均包括走行显示器3、以太网网关4、作业显示器5、作业控制系统6、网关模块7和走行控制系统8。走行控制系统8独立于作业控制系统6，走行控制系统8通过MVB网络连接，前、后端的走行控制系统8则是通过MVB网络进行数据交换，同时预留WTB网络接口以备双动力轨道工程车辆的车辆级重联。

如附图3所示，一种基于本发明方法的轨道工程车辆网络控制系统的实施例，具体包括：前端控制网络1和后端控制网络2，前端控制网络1和后端控制网络2均采用对称的网络结构并包括走行显示器3、以太网网关4、作业显示器5、作业控制系统6、网关模块7和走行控制系统8。在前端控制网络1或后端控制网络2中，作业显示器5与作业控制系统6之间通过现场总线进行数据通信并处于同一现场总线网络，走行显示器3和作业显示器5均连接至以太网网关4。在前端控制网络1或后端控制网络2中，作业控制系统6与走行控制系统8通过网关模块7进行数据交互，作业控制系统6的内部节点采用现场总线通信，走行控制系统8的内部节点采用MVB总线通信。前端控制网络1的以太网网关4与后端控制网络2的以太网网关4相连，前端控制网络1与后端控制网络2通过以太网进行作业控制数据交互。前端控制网络1的走行控制系统8通过MVB总线与后端控制网络2的走行控制系统8相连，以实现走行控制数据交互。前端控制网络1的走行控制系统8和后端控制网络2的走行控制系统8均预留WTB网络接口以实现与其它轨道工程车辆的重联(即轨道工程车辆的车辆级重联)。作业控制系统6对作业系统107进行控制，走行控制系统8对走行系统111进行控制。作为一种典型的实施例，现场总线可以具体采用CAN总线，网关模块7可以相应地具体采用CAN/MVB网关。

作业控制系统6采用现场总线通信方式，作业操作指令由作业显示器5下发。作业参数保存至作业显示器5，或通过作业显示器5下发至作业控制系统6内部各节点的底层模块保存。由走行显示器3下发走行控制指令，走行显示器3同时实时监测包括隔离变压器101、整流器(包括单相整流器102和三相整流器105)、逆变器(包括第一逆变器106、第二逆变器108和第三逆变器110)、牵引电机、散热风机及发动机103在内的走行状态。

本实施例描述的轨道工程车辆网络控制系统应用于为双动力轨道车辆，双动力轨道车辆的动力方式具体采用内燃+电力，轨道工程车辆网络控制方法采用特殊结构的走行控制网络+作业控制网络，网络之间既相互独立又可协同工作，颠覆了传统的内燃轨道工程车辆网络控制方式。本实施例给出了一种双动力轨道工程车辆的网络控制系统技术方案，在有供电网112的情况下轨道工程车辆可通过接触网取电来为整车提供动力源，在无供电网112的情况下，可采用内燃模式继续行车作业，轨道工程车辆网络控制系统作为整车的核心控制系统，能够确保走行和作业的有序进行，从网络控制方面解决双动力轨道工程车辆的内燃和电力两种动力源共存及无缝切换，以及实现双动力各自方式的走行和作业控制，实现作业系统107与走行系统111既相互独立又能够协同运作并形成一个通用系统以应用到各种不同的轨道工程车辆上。

如附图4所示，作业控制系统6内部各节点的底层模块进一步包括AI模块61和DI模块62。作业系统107的状态由AI模块61、DI模块62采集后通过现场总线上传至作业显示器5。AI模块61用于采集作业系统107相关的模拟量(温度、电流、电压、深度等)，当模拟量较多时可能需要多个AI模块61采集。DI模块62用于采集作业系统107相关的开关量，如按键输入，断路器闭合辅助触点等，当开关量较多时可能需要多个DI模块62采集。作业控制系统6内部各节点的底层模块还包括DO模块63、AO模块64和通用输入输出模块65。作业显示器5通过现场总线向DO模块63下发作业系统107的操作指令，并由DO模块63通过输出通道驱动对应的继电器或电磁阀动作。作业显示器5通过现场总线向AO模块64下发作业系统107的操作指令，并由AO模块64向电流型控制对象输出电流控制信号。通用输入输出模块65通过现场总线与作业显示器5相连，并用于采集作业系统107的开关量或模拟量，同时向作业系统107输出开关量。DO模块63负责执行作业系统107功能相关的逻辑算法，通过输出通道驱动对应的继电器或电磁阀动作，当控制对象较多时可能需要多个DO模块63。AO模块64负责执行作业系统107功能相关的逻辑算法，其输出为电流信号，针对电流型控制对象，如电磁比例阀等，当电流型控制对象较多时可能需要多个AO模块64。通用输入输出模块65既可以采集开关量也可以采集模拟量，同时进行简单的开关量输出，当多个模拟量和开关量存在时可能需要多个通用输入输出模块65。

如附图5所示，走行控制系统8内部各节点的底层模块进一步包括：通过MVB总线进行互连的DXMe模块81、DIM模块82、AXMe模块83、VCMe模块84、EDRM模块85和DCU模块86。

DXMe模块81，用于实现走行系统111的数字量采集和数字量输出；

DIM模块82，用于实现走行系统111的开关量(如开关输入、继电器状态等)采集；

AXMe模块83，用于实现走行系统111的模拟量采集和模拟量输出；

VCMe模块84，用于实现轨道工程车辆的车辆层逻辑算法；车辆层逻辑算法主要包括：采集牵引手柄代表的目标力矩并将该目标力矩信号输出至DCU模块86，再通过DCU模块86对逆变器的IGBT器件进行控制以实现对应牵引电机的力矩控制，以及对受电弓113的升降，主断路器114的分合控制等逻辑算法；

EDRM模块85，用于实现走行系统111的关键数据存储；

DCU模块86，用于实现走行系统111的牵引电机力矩控制算法。

走行控制系统8还包括REPs模块87，REPs模块87通过MVB总线与DXMe模块81、DIM模块82、AXMe模块83、VCMe模块84、EDRM模块85、DCU模块86互连。REPs模块87用于将本节车的MVB总线与另一节车的MVB总线相连，实现同一轨道工程车辆上不同节车之间的数据通信，如附图5和附图6所示。

走行控制系统8还包括GWMe模块88，GWMe模块88通过MVB总线与DXMe模块81、DIM模块82、AXMe模块83、VCMe模块84、EDRM模块85、DCU模块86互连。GWMe模块88用于将本列车辆与其它车辆通过WTB总线相连，实现不同轨道工程车辆之间的数据重联，如附图5和附图6所示。

REPs模块87和GWMe模块88分别指车辆内部的MVB总线网关和车辆之间的WTB总线网关。GWMe模块88则是代表不同车辆间的连接网关，主要是指WTB总线的网关。REPs模块87负责将本节车MVB网络与另外一节车的MVB网络相连接，实现不同节车的数据通信。GWMe模块88将本车与其它车通过WTB网络相连，用以实现多车重联。走行关键指令可通过走行显示器3下发，同时走行所有状态，包括变压器、整流逆变器、牵引电机、散热风机、发动机状态都可在走行显示器3实时监测。走行控制系统8既可实现每节车的MVB数据通信，由可通过WTB与其它车进行重联，无论是拆解单独作业还是联合作业都非常方便。同时，作业控制系统6与走行控制系统8相互独立，彼此网络互不干涉，通过网关模块7即可进行彼此所需的数据交换。

一种本发明轨道工程车辆网络控制方法的实施例，在轨道工程车辆上分别设置前端控制网络1和后端控制网络2，前端控制网络1和后端控制网络2均采用对称的网络结构并包括走行显示器3、以太网网关4、作业显示器5、作业控制系统6、网关模块7和走行控制系统8。轨道工程车辆网络控制方法具体包括执行不分先后的以下步骤：

A)在前端控制网络1或后端控制网络2中，作业显示器5与作业控制系统6之间通过现场总线网络进行数据通信并处于同一现场总线网络，走行显示器3和作业显示器5均通过以太网与以太网网关4通信；

B)在前端控制网络1或后端控制网络2中，作业控制系统6通过网关模块7与走行控制系统8进行数据交互，作业控制系统6的内部节点采用现场总线网络通信，走行控制系统8的内部节点采用MVB总线通信；

C)前端控制网络1的以太网网关4通过以太网与后端控制网络2的以太网网关4进行作业控制数据交互；

D)前端控制网络1的走行控制系统8通过MVB总线与后端控制网络2的走行控制系统8进行走行控制数据交互。

前端控制网络1的走行控制系统8和后端控制网络2的走行控制系统8还通过预留的WTB网络接口实现与其它轨道工程车辆的重联。

作业控制系统6采用现场总线网络通信方式，作业操作指令由作业显示器5下发。作业参数保存至作业显示器5，或通过作业显示器5下发至作业控制系统6内部各节点的底层模块保存。走行控制指令由走行显示器3下发，走行显示器3同时实时监测包括隔离变压器、整流器、逆变器、牵引电机、散热风机及发动机在内的走行状态。

作业控制系统6内部各节点的底层模块进一步包括AI模块61和DI模块62。轨道工程车辆网络控制方法还包括作业数据交互过程，该过程包括以下步骤：

通过AI模块61采集作业系统107相关的模拟量，通过DI模块62采集作业系统107相关的开关量；

作业系统107的状态由AI模块61、DI模块62采集后通过现场总线上传至作业显示器5。

作业控制系统6内部各节点的底层模块还包括DO模块63和AO模块64。作业数据交互过程还包括以下步骤：

作业显示器5通过现场总线向DO模块63下发作业系统107的操作指令，并由DO模块63通过输出通道驱动对应继电器或电磁阀动作；

作业显示器5通过现场总线向AO模块64下发作业系统107的操作指令，并由AO模块64向电流型控制对象输出电流控制信号。

作业控制系统6内部各节点的底层模块还包括通用输入输出模块65。作业数据交互过程还包括以下步骤：

通用输入输出模块65通过现场总线与作业显示器5相连，并用于采集作业系统107的开关量或模拟量，同时向作业系统107输出开关量。

走行控制系统8内部各节点的底层模块进一步包括：通过MVB总线进行互连的DXMe模块81、DIM模块82、AXMe模块83、VCMe模块84、EDRM模块85和DCU模块86。轨道工程车辆网络控制方法还包括走行数据交互过程，该过程包括以下步骤：

通过DXMe模块81实现走行系统111的数字量采集和数字量输出；

通过DIM模块82实现走行系统111的开关量采集；

通过AXMe模块83实现走行系统111的模拟量采集和模拟量输出；

通过VCMe模块84实现轨道工程车辆的车辆层逻辑算法；

通过EDRM模块85实现走行系统111的关键数据存储；

通过DCU模块86实现走行系统111的牵引电机力矩控制算法。

走行控制系统8还包括REPs模块87。轨道工程车辆网络控制方法包括同一轨道工程车辆上不同节车间数据交互过程，该过程包括以下步骤：

REPs模块87通过MVB总线与DXMe模块81、DIM模块82、AXMe模块83、VCMe模块84、EDRM模块85、DCU模块86进行数据交互，REPs模块87通过MVB总线将本节车与另一节车相连，以实现同一轨道工程车辆上不同节车之间的数据通信。

走行控制系统8还包括GWMe模块88。轨道工程车辆网络控制方法包括不同轨道工程车辆间的数据交互过程，该过程包括以下步骤：

GWMe模块88通过MVB总线与DXMe模块81、DIM模块82、AXMe模块83、VCMe模块84、EDRM模块85、DCU模块86进行数据交互，GWMe模块88通过WTB总线将本列车辆与其它车辆相连，以实现不同轨道工程车辆之间的数据重联。

当轨道工程车辆的供电模式从供电网转为内燃时，先手动起动发动机103，发动机103的ECU单元作为其中一个DO模块63将发动机状态通过现场总线传送至作业控制系统6，再由作业控制系统6将发动机状态转发至走行控制系统8，发电机励磁直接由走行控制系统8采集监测。当走行控制系统8检测到发动机状态正常和发电机励磁稳定后，则将发电机103发出的三相交流电通过三相整流器105整流后并至直流母线上，实现供电网和内燃同时供电。再手动操作供电模式为发电机103供电，走行控制系统8自动切断主断路器114，而只保持发电机103供电。当供电模式从内燃转为供电网时，先手动升起受电弓113，再手动将供电模式转为供电网模式，根据是否满足合主断路器114的设定条件，将供电网112的电能并入直流母线，走行控制系统8自动切断发电机103的供电回路，最后手动进行发动机103的降速停机。

一种上述轨道工程车辆网络控制方法在双动力轨道工程车辆中应用的具体实施例。如附图1和附图2所示，为双动力轨道工程车辆的动力系统结构组成示意图。轨道工程车辆的动力系统有两路来源，一路来自供电网112(自供电网112依次经受电弓113、隔离变压器101、单相整流器102)，一路来自发动机103(具体采用内燃发动机，依次经发电机104、三相整流器105)，两路动力源最终需要变换为直流电汇入直流母线。直流电通过第一逆变器106(即逆变器1)、第二逆变器108(即逆变器2)及第三逆变器110(即逆变器3)分别逆变出作业系统107、辅助系统109及走行系统111各自需要的电能。作业系统107指轨道工程车辆的特种作业机构，如钢轨打磨车的打磨系统，捣固车的捣固系统，稳定车的稳定系统，除雪车的除雪系统等。辅助系统109主要包括照明、雨刮、取暖器等辅助设备。走行系统111主要包括走行牵引电机、散热风机等设备。轨道工程车辆一般配有两台发动机103，因此轨道工程车辆的前、后端各配置有一套结构如附图1所示的电源变换系统，其中的受电弓和隔离变压器101为两套电源变换系统共用，如附图2所示。

轨道工程车辆采用内燃和供电网双动力方式，在有供电网112的情况下通过供电网112取电为轨道工程车辆提供动力源，在无供电网112的情况下，通过发动机103继续行车作业。两路动力源变换为直流电后并入直流母线，直流电分别通过第一逆变器106、第二逆变器108和第三逆变器110分别逆变出供作业系统107、辅助系统109和走行系统111需要的电能。轨道工程车辆的前端和后端各设置有一套内燃动力系统，分别对应于两套内燃动力系统的轨道工程车辆网络控制方法包括前端控制网络1和后端控制系统2。前端控制网络1对轨道工程车辆前端的作业系统107和走行系统111进行控制，后端控制系统2对轨道工程车辆后端的作业系统107和走行系统111进行控制。

如附图7所示，轨道工程车辆通过受电弓113从供电网112获取电能，受电弓113通过主断路器114连接至隔离变压器101。当轨道工程车辆的供电模式从供电网转为内燃时，先手动起动发动机103，发动机103的ECU单元作为其中一个DO模块63将发动机状态通过现场总线传送至作业控制系统6，再由作业控制系统6将发动机状态转发至走行控制系统8，发电机励磁直接由走行控制系统8采集监测。当走行控制系统8检测到发动机状态正常和发电机励磁稳定后，则将发电机103发出的三相交流电通过三相整流器105整流后并至直流母线上，实现供电网和内燃同时供电。再手动操作供电模式为发电机103供电，走行控制系统8自动切断主断路器114，而只保持发电机103供电。当供电模式从内燃转为供电网时，先手动升起受电弓113，再手动将供电模式转为供电网模式，网络会根据是否满足合主断路器114(系统会自动检测逻辑条件并给出故障提示)的设定条件，将供电网112的电能并入直流母线，，随后走行控制系统8自动切断发电机103的供电回路，最后手动进行发动机103的降速停机。无论是动力切换时还是双动力共存时网络控制系统都必须保证为作业系统107的作业机构(如打磨电机)和走行系统111的牵引电机供电的电压频率稳定，功率足够。

作为本实施例的一种典型应用案例，下面以钢轨打磨车为例对本发明轨道工程车辆网络控制方法的工作原理进行介绍。以一列包括三节车的钢轨打磨车为例，一号车和三号车作为作业车均设置有作业系统107，两套作业系统107分别由两套作业控制系统6控制，每套作业控制系统6控制24个打磨电机。二号车为动力车，动力车上设置有两套走行系统111，分别由两套走行控制系统8控制。四台牵引电机，四个轴，每套走行控制系统8控制两个牵引电机，每台牵引电机对应一根轴。设置两套走行系统111的目的在于能够确保在其中一套系统发生故障的情况下另外一套系统还能够保证车辆能够自行行驶至起始点，因此发动机103和发电机104也是各有两套。其中，所有的走行和作业(状态)数据(走行和作业状态数据包括在走行和作业控制数据中)均能实现共享，即通过一号车的走行显示器3和作业显示器5可以监测三号车的走行和作业(状态)数据。三号车的走行显示器3和作业显示器5也可以监测一号车的走行和作业(状态)数据，作业控制数据通过以太网传输，走行控制数据通过MVB网络传输。作业控制系统6和走行控制系统8的控制权在一端，被称为主控端，位于作业方向的一端为主控端，另一端为从端，从端无控制权，从端实现数据监测功能，但其下的设备受主控端控制。当轨道工程车辆从有电区驶入无电区(过分相)时，动力方式由电力模式切换到内燃模式。一号车和三号车均设置有司机室，前、后司机室为司机瞭望和控制车辆所在的位置，前、后司机室各设置有一套走行显示器3和作业显示器5用于人机交互和控制。当需要启动两个发动机103时，在两个司机室同时启动发动机103，并在主控端启动打磨电机。每套动力系统各自对应一套作业系统107、辅助系统109和走行系统111。当钢轨打磨车进行大坡道打磨时，两套作业控制系统6和走行控制系统8在48个打磨电机都投入打磨作业时同时使用，此时必须确保走行动力足够而同时启动两个发动机103。在这种情况下，前端控制系统1和后端控制系统2之间交互的相关数据主要包括：走行控制系统8会将走行速度、方向传输至作业控制系统6，而作业控制系统6会将当前负载情况(如打磨电机的状态)传输至走行控制系统8(因为逆变器控制由走行控制系统8完成)。

通过实施本发明具体实施例描述的轨道工程车辆网络控制方法的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的轨道工程车辆网络控制方法，走行网络控制系统采用MVB总线形式，作业网络控制系统采用现场总线形式，作业和走行既相互独立实现各自功能，又能协同作业，能够很好地适用于双动力供电模式的轨道工程车辆；

(2)本发明具体实施例描述的轨道工程车辆网络控制方法，走行网络控制系统采用平台化设计，适用不同类型的轨道工程车辆，可移植性强、通用性强，系统预留WTB总线，适用于多个车辆之间的重联，为多台轨道工程车辆联合作业提供了强有力的技术支持；

(3)本发明具体实施例描述的轨道工程车辆网络控制方法，作业网络控制系统采用成熟的现场总线技术，实时性强、抗干扰能力强，能够满足不同作业工况的轨道工程车辆需求，通用性和可移植性强。

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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，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做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于，在轨道工程车辆上分别设置前端控制网络(1)和后端控制网络(2)，所述前端控制网络(1)和后端控制网络(2)均采用对称的网络结构并包括走行显示器(3)、以太网网关(4)、作业显示器(5)、作业控制系统(6)、网关模块(7)和走行控制系统(8)；所述方法包括执行不分先后的以下步骤：

A)在所述前端控制网络(1)或后端控制网络(2)中，所述作业显示器(5)与作业控制系统(6)之间通过现场总线网络进行数据通信并处于同一现场总线网络，所述走行显示器(3)和作业显示器(5)均通过以太网与所述以太网网关(4)通信；

B)在所述前端控制网络(1)或后端控制网络(2)中，所述作业控制系统(6)通过网关模块(7)与所述走行控制系统(8)进行数据交互，所述作业控制系统(6)的内部节点采用现场总线网络通信，所述走行控制系统(8)的内部节点采用MVB总线通信；

C)所述前端控制网络(1)的以太网网关(4)通过以太网与所述后端控制网络(2)的以太网网关(4)进行作业控制数据交互；

D)所述前端控制网络(1)的走行控制系统(8)通过MVB总线与所述后端控制网络(2)的走行控制系统(8)进行走行控制数据交互。

2.根据权利要求1所述的轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于：所述前端控制网络(1)的走行控制系统(8)和后端控制网络(2)的走行控制系统(8)还通过预留的WTB网络接口实现与其它轨道工程车辆的重联。

3.根据权利要求2所述的轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于：所述作业控制系统(6)采用现场总线网络通信方式，作业操作指令由所述作业显示器(5)下发；作业参数保存至作业显示器(5)，或通过所述作业显示器(5)下发至所述作业控制系统(6)内部各节点的底层模块保存；所述走行控制指令由所述走行显示器(3)下发，所述走行显示器(3)同时实时监测包括隔离变压器、整流器、逆变器、牵引电机、散热风机及发动机在内的走行状态。

4.根据权利要求1、2或3任一项所述的轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于，所述作业控制系统(6)内部各节点的底层模块进一步包括AI模块(61)和DI模块(62)；所述方法还包括作业数据交互过程，该过程包括以下步骤：

通过所述AI模块(61)采集作业系统(107)相关的模拟量，通过所述DI模块(62)采集作业系统(107)相关的开关量；

所述作业系统(107)的状态由所述AI模块(61)、DI模块(62)采集后通过现场总线上传至所述作业显示器(5)。

5.根据权利要求4所述的轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于，所述作业控制系统(6)内部各节点的底层模块还包括DO模块(63)和AO模块(64)；所述作业数据交互过程还包括以下步骤：

所述作业显示器(5)通过现场总线向所述DO模块(63)下发作业系统(107)的操作指令，并由所述DO模块(63)通过输出通道驱动对应继电器或电磁阀动作；

所述作业显示器(5)通过现场总线向所述AO模块(64)下发作业系统(107)的操作指令，并由所述AO模块(64)向电流型控制对象输出电流控制信号。

6.根据权利要求5所述的轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于，所述作业控制系统(6)内部各节点的底层模块还包括通用输入输出模块(65)；所述作业数据交互过程还包括以下步骤：

所述通用输入输出模块(65)通过现场总线与所述作业显示器(5)相连，并用于采集所述作业系统(107)的开关量或模拟量，同时向作业系统(107)输出开关量。

7.根据权利要求1、2、3、5或6任一项所述的轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于，所述走行控制系统(8)内部各节点的底层模块进一步包括：通过MVB总线进行互连的DXMe模块(81)、DIM模块(82)、AXMe模块(83)、VCMe模块(84)、EDRM模块(85)和DCU模块(86)；所述方法还包括走行数据交互过程，该过程包括以下步骤：

通过所述DXMe模块(81)实现走行系统(111)的数字量采集和数字量输出；

通过所述DIM模块(82)实现走行系统(111)的开关量采集；

通过所述AXMe模块(83)实现走行系统(111)的模拟量采集和模拟量输出；

通过所述VCMe模块(84)实现轨道工程车辆的车辆层逻辑算法；

通过所述EDRM模块(85)实现走行系统(111)的关键数据存储；

通过所述DCU模块(86)实现走行系统(111)的牵引电机力矩控制算法。

8.根据权利要求7所述的轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于，所述走行控制系统(8)还包括REPs模块(87)；所述方法包括同一轨道工程车辆上不同节车间数据交互过程，该过程包括以下步骤：

所述REPs模块(87)通过MVB总线与所述DXMe模块(81)、DIM模块(82)、AXMe模块(83)、VCMe模块(84)、EDRM模块(85)、DCU模块(86)进行数据交互，所述REPs模块(87)通过MVB总线将本节车与另一节车相连，以实现同一轨道工程车辆上不同节车之间的数据通信。

9.根据权利要求8所述的轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于，所述走行控制系统(8)还包括GWMe模块(88)；所述方法包括不同轨道工程车辆间的数据交互过程，该过程包括以下步骤：

所述GWMe模块(88)通过MVB总线与所述DXMe模块(81)、DIM模块(82)、AXMe模块(83)、VCMe模块(84)、EDRM模块(85)、DCU模块(86)进行数据交互，所述GWMe模块(88)通过WTB总线将本列车辆与其它车辆相连，以实现不同轨道工程车辆之间的数据重联。

10.根据权利要求1、2、3、5、6、8或9任一项所述的轨道工程车辆网络控制方法，其特征在于：当所述轨道工程车辆的供电模式从供电网转为内燃时，先手动起动发动机(103)，所述发动机(103)的ECU单元作为其中一个DO模块(63)将发动机状态通过现场总线传送至作业控制系统(6)，再由所述作业控制系统(6)将发动机状态转发至所述走行控制系统(8)，发电机励磁直接由所述走行控制系统(8)采集监测；当所述走行控制系统(8)检测到发动机状态正常和发电机励磁稳定后，则将所述发电机(103)发出的三相交流电通过三相整流器(105)整流后并至直流母线上，实现供电网和内燃同时供电；再手动操作供电模式为所述发电机(103)供电，所述走行控制系统(8)自动切断主断路器(114)，而只保持发电机(103)供电；当供电模式从内燃转为供电网时，先手动升起受电弓(113)，再手动将供电模式转为供电网模式，根据是否满足合主断路器(114)的设定条件，将供电网(112)的电能并入直流母线，所述走行控制系统(8)自动切断所述发电机(103)的供电回路，最后手动进行所述发动机(103)的降速停机。

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