CN110958167A - 一种高速智能网络控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高速智能网络控制系统，包括：列车骨干环网以及连接在列车骨干环网上的列车控制子网、视频传输子网、列车维护子网、子设备互传子网及车地无线传输子网；本发明主要利用以太网网络实现整车以太网控车功能，实现整车控制网络与列车控制子网、视频传输子网、列车维护子网、子设备互传子网以及车地无线传输子网的统一，大大提高整车网络传输速度，降低整车布线种类及长度。利用车地无线传输子网实现了地面远程设备维护、诊断、监视功能，实现了地面服务器大数据分析、故障预警等功能，大大提高车辆维护的便利性及智能性。

Description

一种高速智能网络控制系统
技术领域
本发明涉及地铁、轻轨等轨道交通车辆的网络控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种高速智能网络控制系统。
背景技术
以太网具有设备成本低廉、开放性高、高通信带宽、技术成熟等优点。2011年，国际电工委员会制定了IEC61375-2-5标准，该标准描述了基于IEEE802.3标准的以太网和TCP/IP协议构建的列车级网络-以太网骨干网(ETB，Ethernet Train Backbone)
现有技术公开的技术方案包括：TCMS系统总线由列车总线和车辆总线组成。列车总线和车辆总线均采用MVB总线。每节车辆的车辆总线采用一条具有物理冗余的MVB总线连接车辆内的各个设备，物理介质为EMD。中央控制单元CCU位于Tc车，两个CCU都是MVB总线的主设备，运行中互为热备。每节车辆配备远程输入/输出设备RIOM，RIOM机箱通过MVB接口和车辆总线连接，实现对110VDC控制电路的主要控制信号采集及控制。
数据记录仪实现对列车主要设备的运行状态和故障进行自动信息采集、记录，并可通过便携式测试单元PTU将数据读出和打印。位于Tc车的两个显示屏分别通过MVB接口接入列车网络，同时显示屏的以太网口通过一根延长线引到车辆的维护面板上，用于显示屏软件的更新。其它子系统通过MVB总线或输入/输出设备RIOM连接到TCMS，没有MVB总线接口的设备可以通过协议转换模块与MVB总线相连。对于和行车安全有关的输入输出信号，建议采用网络加硬线的冗余设计，优先采用网络信号，当网络故障时，采用硬线信号。
其缺点为：目前比较通用的列车通信网络如：TCN，LonWorks，WorldFIP，ARCNET，CAN等，其网络拓扑单一、信息传播速度低、组网灵活性差、吞吐能力有限，随着计算机技术和列车控制网络应用的不断发展，已经越来越不能满足未来列车网络控制系统的需求。
另外，现有技术公开的技术方案还包括了车地无线传输系统车载部分，由数据采集传输设备及天线组成。其中车载数据采集传输设备实时采集车辆数据，经编解码压缩处理后，存储并通过天线将车载数据实时传输到地面服务器,利用地面服务器软件进行解析。
其缺点为：现有车地无线传输系统只是把车辆运行数据通过WiFi或者4G传输到地面并存储在地面服务器中，并利用地面解析软件进行解析，没有形成地面大数据及智能预警等功能。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种高速智能网络控制系统。本发明主要利用以太网网络实现整车以太网控车功能，实现整车控制网络与列车控制子网、视频传输子网、列车维护子网、子设备互传子网以及车地无线传输子网的统一，大大提高整车网络传输速度，降低整车布线种类及长度。利用车地无线传输子网实现了地面远程设备维护、诊断、监视功能，实现了地面服务器大数据分析、故障预警等功能，大大提高车辆维护的便利性及智能性。
本发明采用的技术手段如下：
一种高速智能网络控制系统，包括：列车骨干环网以及连接在所述列车骨干环网上的列车控制子网、视频传输子网、列车维护子网、子设备互传子网及车地无线传输子网；
所述列车骨干环网主要由各节车的千兆以太网交换机组成，用于控制各子网设备实现跨车节数据传输；
所述列车控制子网包括主控单元、显示单元、IO采集单元、数据记录单元及各子设备控制单元，用于实现整车的过程数据传输及整车控制功能、监视功能、车辆状态数据及故障数据记录功能；
所述视频传输子网包括各节车的视频采集控制单元、多媒体控制单元及视频显示单元，用于实现整车的监视视频显示、多媒体信息显示以及播放功能；
所述列车维护子网包括列车需要维护的设备、维护交换机及车地无线传输单元，用于实现通过本地或远程对车辆设备进行维护；
所述子设备互传子网主要由不同车节相同设备控制单元之间需要互相传输数据的单元组成，用于实现相同设备之间的数据通信；
所述车地无线传输子网包括车载无线传输设备、地面无线传输设备及地面服务器，用于实现车辆状态数据向地面服务器的实时传输、解析及子设备的远程维护、诊断及监视功能。
进一步地，该系统采用两级总线式拓扑结构，列车总线和车辆级总线，列车总线和车辆级总线采用ECN车辆网络，具有以太网接口的系统设备直接与ECN车辆网络连接。
进一步地，该系统中，整车的设备采用以太网络连接，所述列车骨干环网采用千兆以太网。
进一步地，所述的显示单元能够同时显示列车控制子网的车辆状态及故障数据和视频传输子网的整车摄像头监控视频数据。
进一步地，所述的地面服务器具有基于大数据运用的全生命周期的状态检测与故障预警功能。
进一步地，所述列车骨干环网的冗余，单点故障不影响整车通信。
进一步地，整车主控单元的冗余，单个所述主控单元故障不影响整车控制。
进一步地，所述车载无线传输设备的冗余，单个车载无线传输设备故障不影响整车车地无线数据传输。
进一步地，所述车地无线传输子网的冗余，可以根据信号实际状态在4G和WiFi之间进行选择将车辆运行数据传输到地面服务器。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的高速智能网络控制系统，其简化了整车的网络布线，使整车不同类型网络、设备之间的网络统一到一种类型的网络上；整车显示统一在一个显示屏上，减少了显示设备数量；整车设备维护、诊断实现了远程化、智能化，提高了车辆维护效率，减低人工成本。
基于上述理由本发明可在地铁、轻轨等轨道交通车辆的网络控制等领域广泛推广。
附图说明
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统结构图。
图2为本发明实施例提供的车载网络拓扑图。
图3为本发明车地无线传输子网拓扑图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明提供了一种高速智能网络控制系统，其为车辆指挥中枢，实现各子系统信息传输共享，协调中央控制系统与各子系统的控制、监视与诊断任务，汇总各子系统工作状态和故障诊断信息，提供信息显示和人机交互接口，完成整车级的控制、故障诊断、状态监视等工作。
具体实施时，该系统采用采用两级总线式拓扑结构，列车总线和车辆级总线，列车总线和车辆级总线采用ECN车辆网络，具有以太网接口的系统设备直接与ECN车辆网络连接。每节车之间交换机互联形成环形冗余列车级以太网，列车级以太网采用千兆以太网，保证整车数据的有效传输。
进一步的，作为本发明优选的实施方式，两个动车的司机室内分别设置有中央控制单元CCU，运行中热备冗余，一个中央控制单元CCU激活，另一个中央控制单元CCU备用，激活的中央控制单元CCU发生故障时，备用的自动激活继续执行中央控制单元CCU的工作。
进一步的，作为本发明优选的实施方式，两个动车的司机室内分别设置有数据记录单元ERM，实现对列车主要设备的运行状态和故障进行自动信息采集、循环记录，并可通过便携式测试单元PTU将数据读出、分析和打印；还可通过车地无线传输子网把车辆运行数据通过WiFi/4G传输到地面服务器。
进一步的，作为本发明优选的实施方式，每节车辆均设置有一个RIOM机箱，RIOM机箱通过以太网接口和车辆ECN总线连接，实现对控制电路的主要控制信号的采集及控制。
具体实施时：
整车的设备采用以太网络连接，如图1所示，该系统包括：列车骨干环网以及连接在列车骨干环网上的列车控制子网、视频传输子网、列车维护子网、子设备互传子网及车地无线传输子网；
列车骨干环网主要由各节车的千兆以太网交换机组成，千兆以太网交换机具有网络管理功能，统一管理连接到交换机上的设备，用于控制各子网设备实现跨车节数据传输；
列车控制子网包括主控单元、显示单元、IO采集单元、数据记录单元及各子设备控制单元，用于实现整车的过程数据传输及整车控制功能、监视功能、车辆状态数据及故障数据记录功能；进一步的，作为本发明优选的实施方式，显示单元能够同时显示列车控制子网的车辆状态及故障数据和视频传输子网的整车摄像头监控视频数据。
视频传输子网包括各节车的视频采集控制单元、多媒体控制单元及视频显示单元，用于实现整车的监视视频显示、多媒体信息显示以及播放功能；
列车维护子网包括列车需要维护的设备、维护交换机及车地无线传输单元，列车维护子网能够在特定的网络接口上实现对整车所有接入网络设备的维护，包括对设备的应用、配置程序更新，故障诊断数据的下载等，用于实现通过本地或远程对车辆设备进行维护；
子设备互传子网主要由不同车节相同设备控制单元之间需要互相传输数据的单元组成，用于实现相同设备之间的数据通信；子设备互传子网实现在特定的设备之间进行数据交互，把子设备之间连接的内部网络转换为整车网络来传输，从而有效的降低整车的网络布线。
车地无线传输子网包括车载无线传输设备、地面无线传输设备及地面服务器，用于实现车辆状态数据向地面服务器的实时传输、解析及子设备的远程维护、诊断及监视功能。进一步的，作为本发明优选的实施方式，地面服务器具有基于大数据运用的全生命周期的状态检测与故障预警功能。
进一步的，由以上的技术方案可知，列车骨干环网的冗余，单点故障不影响整车通信。整车主控单元的冗余，单个所述主控单元故障不影响整车控制。车载无线传输设备的冗余，单个车载无线传输设备故障不影响整车车地无线数据传输。车地无线传输子网的冗余，可以根据信号实际状态在4G和WiFi之间进行选择将车辆运行数据传输到地面服务器。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种高速智能网络控制系统，其特征在于，包括：列车骨干环网以及连接在所述列车骨干环网上的列车控制子网、视频传输子网、列车维护子网、子设备互传子网及车地无线传输子网；
所述列车骨干环网主要由各节车的千兆以太网交换机组成，用于控制各子网设备实现跨车节数据传输；
所述列车控制子网包括主控单元、显示单元、IO采集单元、数据记录单元及各子设备控制单元，用于实现整车的过程数据传输及整车控制功能、监视功能、车辆状态数据及故障数据记录功能；
所述视频传输子网包括各节车的视频采集控制单元、多媒体控制单元及视频显示单元，用于实现整车的监视视频显示、多媒体信息显示以及播放功能；
所述列车维护子网包括列车需要维护的设备、维护交换机及车地无线传输单元，用于实现通过本地或远程对车辆设备进行维护；
所述子设备互传子网主要由不同车节相同设备控制单元之间需要互相传输数据的单元组成，用于实现相同设备之间的数据通信；
所述车地无线传输子网包括车载无线传输设备、地面无线传输设备及地面服务器，用于实现车辆状态数据向地面服务器的实时传输、解析及子设备的远程维护、诊断及监视功能。
2.根据权利要求1所述的高速智能网络控制系统，其特征在于，该系统采用两级总线式拓扑结构，列车总线和车辆级总线，列车总线和车辆级总线采用ECN车辆网络，具有以太网接口的系统设备直接与ECN车辆网络连接。
3.根据权利要求1所述的高速智能网络控制系统，其特征在于，该系统中，整车的设备采用以太网络连接，所述列车骨干环网采用千兆以太网。
4.根据权利要求1所述的高速智能网络控制系统，其特征在于，所述的显示单元能够同时显示列车控制子网的车辆状态及故障数据和视频传输子网的整车摄像头监控视频数据。
5.根据权利要求1所述的高速智能网络控制系统，其特征在于，所述的地面服务器具有基于大数据运用的全生命周期的状态检测与故障预警功能。
6.根据权利要求1所述的高速智能网络控制系统，其特征在于，所述列车骨干环网的冗余，单点故障不影响整车通信。
7.根据权利要求1所述的高速智能网络控制系统，其特征在于，整车主控单元的冗余，单个所述主控单元故障不影响整车控制。
8.根据权利要求1所述的高速智能网络控制系统，其特征在于，所述车载无线传输设备的冗余，单个车载无线传输设备故障不影响整车车地无线数据传输。
9.根据权利要求1所述的高速智能网络控制系统，其特征在于，所述车地无线传输子网的冗余，可以根据信号实际状态在4G和WiFi之间进行选择将车辆运行数据传输到地面服务器。
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