CN112078630A - 一种列车控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种列车控制系统，包括主备模式下的两组控制单元，以及主备模式下的两组通信单元；所述两组控制单元和所述两组通信单元环路连接；所述两组控制单元分别设置在列车车头和列车车尾，所述两组通信单元分别设置在所述列车车头和所述列车车尾。本发明实施例提供的列车控制系统，实现了列车控制设备的双系双端热备冗余设置，减少了列车控制系统中的控制单元数量，提高了控制设备的利用率和可用性。

Description

一种列车控制系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种列车控制系统。

背景技术

为了满足轨道交通列车运行中对各子系统进行安全可靠地控制，列车一般采用双系冗余的控制系统架构，即每辆列车在车头和车尾各有冗余设置的两套列车控制单元，每套列车控制单元都能独立地控制各个子系统。

现有技术中，当列车运行时，只有车头中的两套列车控制单元处于主备状态控制整个列车，而车尾处的两套列车控制单元闲置不用，并且，只有所有子系统都正常运行且通信正常时，列车控制系统才能正常运行，使得列车上的设备利用率低，可用性差。

发明内容

本发明实施例提供一种列车控制系统，用以解决现有的列车控制系统设备利用率低，可用性差的问题。

本发明实施例提供一种列车控制系统包括主备模式下的两组控制单元，以及主备模式下的两组通信单元；

所述两组控制单元和所述两组通信单元环路连接；

所述两组控制单元分别设置在列车车头和列车车尾，所述两组通信单元分别设置在所述列车车头和所述列车车尾。

可选地，设置在所述列车车头的控制单元和通信单元，以及设置在所述列车车尾的控制单元和通信单元分别组成独立运行系统。

可选地，所述主备模式下的两组控制单元中，当主用控制单元出现异常时，备用控制单元接管主用控制单元执行的列车控制任务。

可选地，所述主备模式下的两组通信单元中，当主用通信单元中任一通信子系统出现故障时，备用通信单元中与所述任一通信子系统对应的通信子系统将通信数据传输至所述主备模式下的两组控制单元。

可选地，所述控制单元用于车载ATP和车载ATO中的逻辑运算。

可选地，所述通信单元包括地面设备通信子系统、人机交互通信子系统、速度采集子系统、设备状态采集子系统和控制指令输出子系统中的至少一种。

可选地，所述两组控制单元的主备状态是基于列车行车方向确定的。

可选地，所述两组控制单元和所述两组通信单元通过Ethercat通讯协议环路连接。

可选地，两组独立运行系统通过若干个中继器环路连接。

本发明实施例提供一种列车控制系统，通过将主备模式下的两组控制单元以及主备模式下的两组通信单元环路连接，在列车车头和列车车尾都设置控制单元和通信单元，实现了列车控制设备的双系双端热备冗余设置，减少了列车控制系统中的控制单元数量，提高了控制设备的利用率和可用性。

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作一简单地介绍，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为本发明实施例提供的列车控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于Ethercat通讯协议的列车控制系统的结构示意图；

附图标记说明：

110—车头控制单元； 120—车尾控制单元；

130—车头通信单元； 140—车尾通信单元；

211—车头主控子系统； 212—车尾主控子系统；

221—车头Ethercat主站； 222—车尾Ethercat主站；

231—车头地面设备通信子系统； 232—车尾地面设备通信子系统；

241—车头人机交互通信子系统； 242—车尾人机交互通信子系统；

251—车头速度采集子系统； 252—车尾速度采集子系统；

261—车头设备状态采集子系统； 262—车尾设备状态采集子系统；

271—车头控制指令输出子系统； 272—车尾控制指令输出子系统；

281—第一中继器； 282—第二中继器。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

轨道交通运营中，一辆列车的两端分别有一个车头用于牵引控制整个列车系统。为保证列车行驶的安全性和可用性，每个车头都有冗余设置的控制单元，每套控制单元都是完整的。因此，一辆列车就会有四套可以控制列车的控制单元。当列车运行时，车头中的两套控制单元处于主备状态控制整个列车系统，而车尾(习惯上按照列车行驶方向，将最后一个车头称之为车尾)处的两套控制单元闲置不用。

此外，除了控制系统外，列车上的设备还包括众多的子系统，只有在所有子系统都正常运行且通信正常时，列车控制系统才能正常运行。若存在子系统故障或子系统间的通信故障，则整套列车控制系统整体状态需要切换为故障状态并停止执行控制任务，这也导致没有出现故障的子系统停止输出。列车上配备的设备数量庞大，但设备利用率和可用性低。

针对现有技术的不足，图1为本发明实施例提供的列车控制系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括主备模式下的车头控制单元110和车尾控制单元120，以及主备模式下的车头通信单元130和车尾通信单元140；车头控制单元110，车尾控制单元120，车头通信单元130，以及车尾通信单元140环路连接。

具体地，一辆列车包括两套冗余设置的车头控制单元110和车尾控制单元120，用于接收通信单元发送的列车行驶数据，对列车行驶数据进行运算并输出至各列车控制设备，从而实现列车安全地运行。车头控制单元110和车尾控制单元120均为完整的控制系统，列车运行时，两套控制单元以主备模式(Active-Standby)运行，即一套控制单元处于主用状态(Active)，负责数据的运算和输出，另一套控制单元处于备用状态(Standby)，负责数据同步，但不输出任何数据。

该列车还包括两套冗余设置的车头通信单元130和车尾通信单元140，用于搜集各个通信子系统的通信数据，并将通信数据传输至车头控制单元110和车尾控制单元120。通信子系统为列车上执行具体功能的控制系统或设备，例如空调通信子系统。通信数据为通信子系统在运行中实时产生的状态数据，例如各个车厢内的温度等。车头通信单元130和车尾通信单元140均为完整的通信系统，能够搜集并传输整个列车运行中实时产生的状态数据。两套通信单元以主备模式(Active-Standby)运行，即一套通信单元处于主用状态(Active)，负责通信数据的传输，另一套控制单元处于备用状态(Standby)，负责数据同步。

车头控制单元110，车尾控制单元120，车头通信单元130，以及车尾通信单元140环路连接。若任一通信单元包含多个通信子系统，则可以采用将该通信单元中的多个通信子系统依次串接后接入环路。

当环路某一处出现故障时，通信单元可以将通信数据可以通过环路的另一端传输至控制单元。例如，若车头通信单元130与车头控制单元110之间的通信链路发生故障，车头通信单元130可以通过通信链路“车尾通信单元140-车尾控制单元120-车头控制单元110”将通信数据发送至车头控制单元110，从而增加了列车控制系统的可用性。又例如，车头控制单元110发生故障，车头通信单元130可以通过通信链路“车尾通信单元140-车尾控制单元120”将通信数据发送至车尾控制单元120。

相比于现有技术需要四套控制单元，本发明实施例提供的列车控制系统仅需要两套控制单元，通过将主备模式下的两组控制单元以及主备模式下的两组通信单元环路连接，在列车车头和列车车尾都设置控制单元和通信单元，实现了列车控制设备的双系双端热备冗余设置，减少了列车控制系统中的控制单元数量，提高了控制设备的利用率和可用性。此外，还减小了列车控制系统的成本和设备占用空间。

基于上述实施例，设置在列车车头的控制单元和通信单元，以及设置在列车车尾的控制单元和通信单元分别组成独立运行系统。

具体地，车头控制单元110和车头通信单元130组成独立运行系统，车尾控制单元120和车尾通信单元140组成独立运行系统。两套独立运行系统均能独立执行列车控制任务。

本发明实施例提供的列车控制系统，将列车车头的控制单元和通信单元，以及列车车尾的控制单元和通信单元分别组成独立运行系统，使得能够在同一个车头实现列车控制和设备维护检修，提高了设备的利用率。

基于上述任一实施例，主备模式下的两组控制单元中，当主用控制单元出现异常时，备用控制单元接管主用控制单元执行的列车控制任务。

具体地，列车运行时，车头控制单元110和车尾控制单元120同时运行，工作在主备模式下。以车头控制单元110工作在主用状态，车尾控制单元120工作在备用状态为例，车头通信单元130将各个通信子系统的通信数据通过环路传输至车头控制单元110和车尾控制单元120，车头控制单元110负责通信数据的运算和输出，车尾控制单元120用于实现数据的同步，但不输出任何数据。当车头控制单元110出现系统状态异常时，不能继续负责执行列车的控制任务，车头控制单元110退出主用状态，车尾控制单元120由备用状态转为主用状态，与车头通信单元130组成控制列车的独立运行系统，执行列车控制任务。

本发明实施例提供的列车控制系统，通过分别设置在列车车头和列车车尾的两组控制单元以主备模式运行，实现了双系双端热备冗余功能，减少了列车上控制系统的设备数量，提高了设备的利用率和可用性。

基于上述任一实施例，主备模式下的两组通信单元中，当主用通信单元中任一通信子系统出现故障时，备用通信单元中与任一通信子系统对应的通信子系统将通信数据传输至主备模式下的两组控制单元。

具体地，列车运行时，车头通信单元130和车尾通信单元140同时运行，工作在主备模式下。每一通信单元具体包括了多个通信子系统。以空调通信子系统为例，在车头通信单元130和车尾通信单元140中都有冗余设备。当前车头通信单元130工作于主用状态，车尾通信单元140工作于备用状态。当车头通信单元130中的空调通信子系统出现故障时，在车尾通信单元140中具有相同功能的空调通信子系统能够提供该子系统的通信数据，并通过环路将通信数据发送至车头控制单元110和车尾控制单元120。车头通信单元130中的其他通信子系统不受影响，继续运行。

本发明实施例提供的列车控制系统，通过分别设置在列车车头和列车车尾的两组通信单元以主备模式运行，实现了列车上各通信子系统的通信数据能够有效地传输至控制单元，任一通信子系统发生故障时，不影响其他通信子系统的正常运行，提高了设备的利用率和可用性。

基于上述任一实施例，控制单元用于车载ATP和车载ATO中的逻辑运算。

具体地，车头控制单元110和车尾控制单元120构成了车载主控系统，用于车载ATP和车载ATO中的逻辑运算。

其中，车载ATP(Automatic Train Protection，列车自动保护装置)，用于防止列车相撞。车载ATO(Automatic Train Operation，列车自动运行系统)，用于保证列车正常的运行和行车调整的优化。

基于上述任一实施例，通信单元包括地面设备通信子系统、人机交互通信子系统、速度采集子系统、设备状态采集子系统和控制指令输出子系统中的至少一种。

具体地，列车运行的多个通信子系统，在车头通信单元130和车尾通信140中冗余设置。任一通信单元中的通信子系统包括地面设备通信子系统、人机交互通信子系统、速度采集子系统、设备状态采集子系统和控制指令输出子系统等。

基于上述任一实施例，两组控制单元的主备状态是基于列车行车方向确定的。

具体地，两组控制单元的主备状态可以根据列车的行车方向进行设置。例如，按照列车行车方向，将车头控制单元110设置为主用状态，车尾控制单元120设置为备用状态。

基于上述任一实施例，两组控制单元和两组通信单元通过Ethercat通讯协议环路连接。

具体地，Ethercat(实时以太网)是一种基于以太网开发构架的实时工业现场总线通讯协议，具有高性能、拓扑结构灵活、应用容易、成本低、设备同步精度高、可选线缆冗余和功能性安全、支持热插拔等特点。Ethercat通讯协议为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。

车头控制单元110、车尾控制单元120、车头通信单元130，以及车尾通信单元140通过Ethercat通讯协议环路连接，实现通信链路的冗余功能。

所有通信子系统在同一个Ethercat环路中，实现了所有通信子系统之间的冗余。

本发明实施例提供的列车控制系统，通过Ethercat通讯协议环路连接，传输延时小、数据更新周期短，数据同步时的通讯抖动量低，保证了通信数据传输的实时性。

基于上述任一实施例，两组独立运行系统通过若干个中继器环路连接。

具体地，当列车长度较长时，分别布置在车头和车尾的两组独立运行系统构成的环路长度的增加使得通信数据产生信号衰减，通过增加中继器，实现对通信数据的重新发送或者转发，扩大环路网络传输的距离，提高通信数据的传输质量。中继器的数量可以根据实际需要设置，本发明实施例对于中继器的数量设置不作具体限定。

基于上述任一实施例，图2为本发明实施例提供的一种基于Ethercat通讯协议的列车控制系统的结构示意图，如图2所示，该控制系统包括：布置在列车车头的车头主控子系统211、车头Ethercat主站221、车头地面设备通信子系统231、车头人机交互通信子系统241、车头速度采集子系统251、车头设备状态采集子系统261和车头控制指令输出子系统271；布置在列车车尾的车尾主控子系统212、车尾Ethercat主站222、车尾地面设备通信子系统232、车尾人机交互通信子系统242、车尾速度采集子系统252、车尾设备状态采集子系统262和车尾控制指令输出子系统272。第一中继器281和第二中继器282根据需要布置在列车中间的车厢处。

车头主控子系统211即车头控制单元，车尾主控子系统212和即车尾控制单元；车头地面设备通信子系统231、车头人机交互通信子系统241、车头速度采集子系统251、车头设备状态采集子系统261和车头控制指令输出子系统271构成车头通信单元，车尾地面设备通信子系统232、车尾人机交互通信子系统242、车尾速度采集子系统252、车尾设备状态采集子系统262和车尾控制指令输出子系统272构成车尾通信单元。其中，车头控制单元和车头通信单元之间通过车头Ethercat主站221连接，车尾控制单元和车尾通信单元之间通过车尾Ethercat主站222连接，车头控制单元和车尾控制单元之间通过两个Ethercat主站221和222，以及连接在两者之间的第一中继器281连接，车头通信单元和车尾通信单元之间通过第二中继器282连接。

两组控制单元和两组通信单元通过Ethercat通讯协议环路连接。列车行驶时，两组控制单元采用主备模式运行，两组通信单元也采用主备模式运行。车头控制单元和车头通信单元构成独立运行系统，车尾控制单元和车尾通信单元构成独立运行系统，任一独立运行系统均能实现整个列车的安全运行。

车头控制单元中，车头主控子系统211负责车载ATP和车载ATO中的逻辑运算，车头Ethercat主站221负责将车头主控子系统211连接至环路实现通信数据的传输。车尾控制单元的工作原理与此相同。

两组控制单元中，当车头控制单元中车头主控子系统211出现异常时，车尾控制单元中车尾主控子系统212接管车头主控子系统211执行的列车控制任务。

两组通信单元中，当车头通信单元中任一通信子系统出现故障时，例如车头地面设备通信子系统231发生设备故障，车尾通信单元中车尾地面设备通信子系统232将通信数据传输至车头控制单元和车尾控制单元。

当环路某一处出现故障时，通信子系统可以将通信数据可以通过环路的另一端传输至控制单元。例如车头地面设备通信子系统231与车头人机交互通信子系统241之间发生通信故障，车头地面设备通信子系统231可以将通信数据可以通过环路的另一端传输至车头主控子系统211。

本发明实施例提供的列车控制系统通过主备模式下的主控子系统和各个通信子系统环路连接，实现了列车控制设备的双系双端热备冗余设置，减少了列车控制系统中的控制单元数量，提高了控制设备的利用率和可用性。此外，还减小了列车控制系统的成本和设备占用空间。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干命令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种列车控制系统，其特征在于，包括主备模式下的两组控制单元，以及主备模式下的两组通信单元；

所述两组控制单元和所述两组通信单元环路连接；

所述两组控制单元分别设置在列车车头和列车车尾，所述两组通信单元分别设置在所述列车车头和所述列车车尾。

2.根据权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于，设置在所述列车车头的控制单元和通信单元，以及设置在所述列车车尾的控制单元和通信单元分别组成独立运行系统。

3.根据权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于，所述主备模式下的两组控制单元中，当主用控制单元出现异常时，备用控制单元接管主用控制单元执行的列车控制任务。

4.根据权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于，所述主备模式下的两组通信单元中，当主用通信单元中任一通信子系统出现故障时，备用通信单元中与所述任一通信子系统对应的通信子系统将通信数据传输至所述主备模式下的两组控制单元。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的列车控制系统，其特征在于，所述控制单元用于车载ATP和车载ATO中的逻辑运算。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的列车控制系统，其特征在于，所述通信单元包括地面设备通信子系统、人机交互通信子系统、速度采集子系统、设备状态采集子系统和控制指令输出子系统中的至少一种。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的列车控制系统，其特征在于，所述两组控制单元的主备状态是基于列车行车方向确定的。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的列车控制系统，其特征在于，所述两组控制单元和所述两组通信单元通过Ethercat通讯协议环路连接。

9.根据权利要求2所述的列车控制系统，其特征在于，两组独立运行系统通过若干个中继器环路连接。

Images