CN110512984A - 一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统及方法，基于现有的第一车门控制单元和第二车门控制单元，还设置了冗余车门控制单元，一旦冗余车门控制单元检测出与之相连的第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现故障，则由该冗余车门控制单元自动对出现故障的第一车门控制单元和/或第二车门控制单元接管控制。本发明能够保证车门的正常开门和关门，提高列车运营可靠性和效率；另外，本发明中的冗余车门控制单元同时对安全相关的功能进行监控，对输入指令与响应结果进行比较(例如开门条件不满足，车门往开门方向运动)，阻止异常动作，防止非预期情况下的异常开门，提高安全性。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统及方法。
背景技术
城市轨道车辆门系统是一种机电技术、软硬件技术高度集成的系统，属于典型的安全相关系统，车门控制单元(Electric Door Contril Unit，EDCU)是车门系统的关键核心部件。现有城市轨道车辆上，每个车门系统仅配备一个完整功能的EDCU，每个EDCU仅控制一个车门系统的开和关，并将当前车门系统的相关信息(车门状态、故障信息等)上报给列车控制和管理系统(Train Control Management System，TCMS)。虽然部分车门也有远程隔离装置，但是只是在发生故障时，将车门关闭并隔离，无法保证车辆后续的正常运营。
针对现有的车门系统，一旦某个EDCU发生故障，对应的车门将无法开门和关门，需要司机或者乘务人员手动将车门隔离，车门退出服务，将严重影响车辆运营的可靠性和效率；有远程隔离装置的车门虽然不需要人工参与隔离，但是此车门将退出服务，因此其无法保证车辆的正常运营，当遇到紧急情况时车门无法打开，乘客无法快速有效逃生，存在较大的安全隐患。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统及方法，通过设计一个冗余车门控制单元(RDCU)，一旦冗余车门控制单元检测出与之相连的EDCU出现故障，则由该冗余车门控制单元自动对出现故障的EDCU接管控制，提高列车运营可靠性。
第一方面，本发明提供了一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统，包括若干组控制子单元，各组控制子单元结构相同，均包括第一车门控制单元和第二车门控制单元，所述第一车门控制单元和第二车门控制单元分别用于与相邻的第一车门和第二车门相连；各组控制子单元还包括冗余车门控制单元，包括：
控制单元，其与所述第一车门控制单元和第二车门控制单元之间均互联硬线心跳信号和网络心跳信号；其信号输入端还分别用于与第一车门和第二车门相连；
第一电机驱动电路和第二电机驱动电路，二者均与所述控制单元相连，二者的输出端分别用于与第一车门和第二车门中的驱动电机相连；
第一编码器信号采集电路和第二编码器信号采集电路，二者的输出端均与所述控制单元相连，二者的输入端分别与第一车门和第二车门中的驱动电机中的编码器相连；
当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门。
可选地，当冗余车门控制单元同时检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号和网络心跳信号同时出现异常时，所述冗余车门控制单元接管故障的第一车门控制单元和/或第二车门控制单元所有功能。
可选地，当第一车门控制单元和/或第二车门控制单元检测到自身的驱动电路出现故障之后，第一车门控制单元和/或第二车门控制单元停止输出硬线心跳信号；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号异常后，则切断第一车门控制单元和/或第二车门控制单元中驱动电路，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的电机控制，实现车门逻辑控制功能；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的网络心跳信号异常后，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的网络通讯功能。
可选地，当所述第一车门控制单元和第二车门控制单元均出现故障，所述冗余车门控制单元同时接管所述第一车门控制单元和第二车门控制单元的所有功能，保证车门能够继续运营。
可选地，所述第一车门控制单元、第二车门控制单元和冗余车门控制单元之间通过通讯总线相连，所述通讯总线包含CAN总线、RS485总线、MVB总线和以太网总线中的任一种。
可选地，所述冗余车门控制单元上设有输入口隔离模块，所述输入口隔离模块的一端分别通过第一门开关信号线和第二门开关信号线与第一车门和第二车门相连，另一端与所述控制单元相连。
可选地，所述冗余车门控制单元实时监测接入第一车门控制单元和第二车门控制单元的所有硬线输入信号和开关信号；当冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的允许开门条件未满足，但指示第一车和/或第二车门关闭的开关指示车门由关闭跳变成打开的状态，且检测到第一车门和/或第二车门中的驱动电机的编码器信号指示车门往开门方向运动，冗余车门控制单元切断第一车门控制单元和/或第二车门控制单元中驱动电路，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的电机控制，实现车门关门控制功能，阻止车门异常打开。
第二方面，本发明提供了一种基于冗余技术的智能车门冗余控制方法，包括：
实时监测第一车门控制单元和第二车门控制单元；
当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门。
可选地，所述当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门，具体为：
当冗余车门控制单元同时检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号和网络心跳信号同时出现异常时，所述冗余车门控制单元接管故障的第一车门控制单元和/或第二车门控制单元所有功能。
可选地，所述当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门，具体为：
当第一车门控制单元和/或第二车门控制单元检测到自身的驱动电路出现故障之后，第一车门控制单元和/或第二车门控制单元停止输出硬线心跳信号；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号异常后，则切断第一车门控制单元和/或第二车门控制单元中驱动电路，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的电机控制，实现车门逻辑控制功能；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的网络心跳信号异常后，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的网络通讯功能。
可选地，所述当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门，具体为：
当所述第一车门控制单元和第二车门控制单元均出现故障，所述冗余车门控制单元同时接管所述第一车门控制单元和第二车门控制单元的所有功能，保证车门能够继续运营。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统及方法，通过设计冗余车门控制单元(RDCU)，一旦冗余车门控制单元检测出与之相连的EDCU出现故障，则由该冗余车门控制单元自动对出现故障的EDCU接管控制，提高列车运营可靠性。
进一步地，本发明中的冗余车门控制单元同时对安全相关的功能进行监控，对指令的响应结果进行比较，排除异常动作，防止非预期情况下的异常开门，提高安全性。
附图说明
图1为本发明一种实施例的控制结构示意图；
图2为本发明一种实施例的控制方法流程示意图；
图3为本发明一种实施例的冗余车门控制单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统，包括若干组控制子单元，各组控制子单元结构相同，均包括第一车门控制单元(即图1中的EDCU1)和第二车门控制单元(即图1中的EDCU2)，所述第一车门控制单元和第二车门控制单元分别用于与相邻的第一车门(即图1中的门1)和第二车门相连(即图1中的门2)；各组控制子单元还包括冗余车门控制单元(即图1中的冗余EDCU)，所述第一车门控制单元、第二车门控制单元和冗余车门控制单元之间通过CAN总线相连；所述冗余车门控制单元包括：
控制单元(即图3中的CPU)，所述控制单元与所述第一车门控制单元和第二车门控制单元之间均互联硬线心跳信号和网络心跳信号，即每相邻两个车门之间装备一个冗余车门控制单元；所述控制单元的信号输入端还分别用于与第一车门和第二车门相连，采集第一车门和第二车门的开关信号，优选地，在发明实施例的一种具体实施方式中，所述冗余车门控制单元上设有输入口隔离模块，所述输入口隔离模块的一端分别通过第一门开关信号线(即图1中的门1开关信号线)和第二门开关信号线(即图1中的门2开关信号线)与第一车门和第二车门相连，另一端与所述控制单元相连；
第一电机驱动电路(即图3中的驱动电路1)和第二电机驱动电路(即图3中的驱动电路2)，所述第一电机驱动电路和第二电机驱动电路的控制端均与所述控制单元相连，二者的输出端分别用于与第一车门和第二车门中的驱动电机相连，用于控制对应的驱动电机执行开门和关门动作；
第一编码器信号采集电路(即图3中的编码器信号1隔离)和第二编码器信号采集电路(即图3中的编码器信号2隔离)，所述第一编码器信号采集电路和第二编码器信号采集电路的输出端均与所述控制单元相连，二者的输入端分别与第一车门和第二车门中的驱动电机中的编码器相连，用于采集第一车门和第二车门中驱动电机的编码器信号值。
综上所述：本发明实施例中的用于车门的冗余控制系统的工作原理具体为：
所述冗余车门控制单元实时监测接入第一车门控制单元和第二车门控制单元的所有硬线输入信号和开关信号；当冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的允许开门条件未满足，但指示第一车和/或第二车门关闭的开关指示车门由关闭跳变成打开的状态，且检测到第一车门和/或第二车门中的驱动电机的编码器信号指示车门往开门方向运动，冗余车门控制单元切断第一车门控制单元和/或第二车门控制单元中驱动电路，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的电机控制，实现车门关门控制功能，阻止车门异常打开；
当冗余车门控制单元同时检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号和网络心跳信号同时出现异常时，所述冗余车门控制单元接管故障的第一车门控制单元和/或第二车门控制单元所有功能，包括实现车门逻辑控制功能(开、关门功能、隔离和紧急操作功能等)、状态反馈、故障诊断和网络通讯功能；
当第一车门控制单元和/或第二车门控制单元检测到自身的驱动电路出现故障之后，第一车门控制单元和/或第二车门控制单元停止输出硬线心跳信号；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号异常后，则切断第一车门控制单元和/或第二车门控制单元中驱动电路，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的电机控制，实现车门逻辑控制功能；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的网络心跳信号异常后，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的网络通讯功能。
当所述第一车门控制单元和第二车门控制单元均出现故障，所述冗余车门控制单元同时接管所述第一车门控制单元和第二车门控制单元的所有功能，保证车门能够继续运营。
实施例2
本发明实施例提供了一种基于冗余技术的智能车门冗余控制方法，包括：
步骤(1)实时监测第一车门控制单元和第二车门控制单元；
步骤(2)当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门；
具体地，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述步骤(2)具体为：
当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门，具体为：
当冗余车门控制单元同时检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号和网络心跳信号同时出现异常时，所述冗余车门控制单元接管故障的第一车门控制单元和/或第二车门控制单元所有功能。
当第一车门控制单元和/或第二车门控制单元检测到自身的驱动电路出现故障之后，第一车门控制单元和/或第二车门控制单元停止输出硬线心跳信号；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号异常后，则切断第一车门控制单元和/或第二车门控制单元中驱动电路，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的电机控制，实现车门逻辑控制功能；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的网络心跳信号异常后，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的网络通讯功能。
当所述第一车门控制单元和第二车门控制单元均出现故障，所述冗余车门控制单元同时接管所述第一车门控制单元和第二车门控制单元的所有功能，保证车门能够继续运营。
本发明实施例中的控制方法可以基于实施例1中的控制系统来实现。
综上所述：
本发明提出一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统及方法，通过设计冗余车门控制单元(RDCU)，一旦冗余车门控制单元检测出与之相连的EDCU出现故障，则由该冗余车门控制单元自动对出现故障的EDCU接管控制，提高列车运营可靠性。
进一步地，本发明中的冗余车门控制单元同时对安全相关的功能进行监控，对输入指令与响应结果进行比较，排除异常动作，防止非预期情况下的异常开门，提高安全性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统，包括若干组控制子单元，各组控制子单元结构相同，均包括第一车门控制单元和第二车门控制单元，所述第一车门控制单元和第二车门控制单元分别用于与相邻的第一车门和第二车门相连；其特征在于，各组控制子单元还包括冗余车门控制单元，包括：
控制单元，其与所述第一车门控制单元和第二车门控制单元之间均互联硬线心跳信号和网络心跳信号；其信号输入端还分别用于与第一车门和第二车门相连；
第一电机驱动电路和第二电机驱动电路，二者均与所述控制单元相连，二者的输出端分别用于与第一车门和第二车门中的驱动电机相连；
第一编码器信号采集电路和第二编码器信号采集电路，二者的输出端均与所述控制单元相连，二者的输入端分别与第一车门和第二车门中的驱动电机中的编码器相连；
当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门。
2.根据权利要求1所述的一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统，其特征在于：当冗余车门控制单元同时检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号和网络心跳信号同时出现异常时，所述冗余车门控制单元接管故障的第一车门控制单元和/或第二车门控制单元所有功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统，其特征在于：当第一车门控制单元和/或第二车门控制单元检测到自身的驱动电路出现故障之后，第一车门控制单元和/或第二车门控制单元停止输出硬线心跳信号；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号异常后，则切断第一车门控制单元和/或第二车门控制单元中驱动电路，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的电机控制，实现车门逻辑控制功能。
4.根据权利要求1所述的一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统，其特征在于：当所述第一车门控制单元和第二车门控制单元均出现故障，所述冗余车门控制单元同时接管所述第一车门控制单元和第二车门控制单元的所有功能，保证车门能够继续运营。
5.根据权利要求1所述的一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统，其特征在于：所述第一车门控制单元、第二车门控制单元和冗余车门控制单元之间通过通讯总线相连，所述通讯总线包含CAN总线、RS485总线、MVB总线和以太网总线中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于冗余技术的智能车门冗余控制系统，其特征在于：所述冗余车门控制单元实时监测接入第一车门控制单元和第二车门控制单元的所有硬线输入信号和开关信号；当冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的允许开门条件未满足，但指示第一车和/或第二车门关闭的开关指示车门由关闭跳变成打开的状态，且检测到第一车门和/或第二车门中的驱动电机的编码器信号指示车门往开门方向运动，冗余车门控制单元切断第一车门控制单元和/或第二车门控制单元中驱动电路，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的电机控制，实现车门关门控制功能，阻止车门异常打开。
7.一种基于冗余技术的智能车门冗余控制方法，其特征在于，包括：
实时监测第一车门控制单元和第二车门控制单元；
当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门。
8.根据权利要求7所述的基于冗余技术的智能车门冗余控制方法，其特征在于：所述当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门，具体为：
当冗余车门控制单元同时检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号和网络心跳信号同时出现异常时，所述冗余车门控制单元接管故障的第一车门控制单元和/或第二车门控制单元所有功能。
9.根据权利要求7所述的基于冗余技术的智能车门冗余控制方法，其特征在于：所述当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门，具体为：
当第一车门控制单元和/或第二车门控制单元检测到自身的驱动电路出现故障之后，第一车门控制单元和/或第二车门控制单元停止输出硬线心跳信号；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的硬线心跳信号异常后，则切断第一车门控制单元和/或第二车门控制单元中驱动电路，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的电机控制，实现车门逻辑控制功能；所述冗余车门控制单元检测到第一车门控制单元和/或第二车门控制单元的网络心跳信号异常后，由所述冗余车门控制单元接管第一车门和/或第二车门中的网络通讯功能。
10.根据权利要求7所述的基于冗余技术的智能车门冗余控制方法，其特征在于：所述当所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元出现异常时，所述冗余车门控制单元代替所述第一车门控制单元和/或第二车门控制单元控制所述第一车门和第二车门，具体为：
当所述第一车门控制单元和第二车门控制单元均出现故障，所述冗余车门控制单元同时接管所述第一车门控制单元和第二车门控制单元的所有功能，保证车门能够继续运营。
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