CN112241138A - 逻辑控制装置以及列车控制系统 - Google Patents

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蒋国涛
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唐鹏辉
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Abstract

本发明公开了一种逻辑控制装置以及列车控制系统，该逻辑控制装置包括：数字量以及模拟量输出单元通过第二CAN FD总线与主控器的输出端连接，MVB网关单元通过第二CAN FD总线与主控器的输出端连接，数字量输入单元，具有通道自检功能；数字量输出单元，具有输出反馈功能及过流保护/检测功能；模拟量输入单元，具有通道自检功能；模拟量输出单元，具有输出反馈功能；主控器，用于根据数字量输入信号与数字量输入单元的自检结果，和/或，根据模拟量输入信号与模拟量输入单元的自检结果，确定用于运算的输入信号，并根据用于运算的输入信号通过预先编程的运算逻辑，得到模拟量或/和数字量输出信号。本发明能简化布线复杂度、提升产品通用性和扩展性。

Description

逻辑控制装置以及列车控制系统
技术领域
本发明属于电子输出以及输出器件领域，具体涉及一种用于逻辑控制装置以及列车控制系统。
背景技术
列车控制应用到各种各样的传感器和执行器件，包括但不限于车门控制、司控器、温度检测。列车控制中的控制信号采集到执行器输出操作需要的是实时控制，传统方法采用继电器设计的复合电气柜实现。传统的列车控制输入输出器件通常采用继电器设计组成的复合电气柜，往往布线复杂、成本高昂、通用性和扩展性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中采用继电器设计组成的复合电气柜，布线复杂、通用性和扩展性差。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种逻辑控制装置，包括：数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、主控器、MVB(由IEC61375-1定义的一种多功能总线协议)网关单元、以及电源单元；
所述数字量输入单元以及所述模拟量输入单元通过第一CAN FD(CAN总线协议的最新标准)总线与所述主控器的输入端连接；所述数字量输出单元以及所述模拟量输出单元通过第二CAN FD总线与所述主控器的输出端连接，所述MVB网关单元通过第二CAN FD总线与所述主控器的输出端连接，所述MVB网关单元还与所述MVB总线连接；所述主控器还与以太网连接；所述电源单元分别与数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、主控器以及MVB网关单元连接；
所述数字量输入单元，用于采集数字量输入信号，并具有通道自检功能以实时的检测采集功能是否正常；
所述数字量输出单元，用于输出完成数字量输出信号，并具有输出反馈功能以及过流保护/检测功能；
所述模拟量输入单元，用于采集模拟量输入信号，并具有通道自检功能以实时的检测采集功能是否正常；
所述模拟量输出单元，用于输出模拟量输出信号，并具有输出反馈功能；
所述主控器，用于根据所述数字量输入信号与所述数字量输入单元的自检结果，和/或，根据所述模拟量输入信号与所述模拟量输入单元的自检结果，确定用于运算的输入信号，并根据所述用于运算的输入信号通过预先编程的运算逻辑，得到模拟量输出信号或/和数字量输出信号。
优选地，所述逻辑控制装置通过TSN网络协议传输数据。
优选地，所述数字量输入单元与所述数字量输出单元集成设置在一个单板上。
优选地，所述主控器的数量为两个，两个所述控制器之间通过诊断电路以及硬线连接，两个所述控制器根据诊断电路的诊断结果，在同一时间两个所述控制器中的一个控制器工作在全工作模式，两个所述控制器中的另一个控制器工作在亚工作模式；其中，在全工作模式下，主控器能采集数字量输入信号和/或模拟量输入信号，也能传输数字量输出信号和/或模拟量输出信号；在亚工作模式下，主控器只能采集数字量输入信号和/或模拟量输入信号，不能传输数字量输出信号和/或模拟量输出信号。具体地：诊断电路可以由2个CPLD组件，2个CPLD通过背板连接器连接，主控器按照一定周期给CPLD写变化的生命信号来喂狗，当CPLD发现主控器生命信号停止则判定主控器工作异常，进行主控器的切换。
优选地，两个所述控制器按照预定周期交互数据以保证数据一致性。
优选地，所述数字量输入单元包含两个相同的第一信号采集单元，两个相同的第一信号采集单元以相同的采样间隔进行数据采集，并各通过一个所述第一CAN FD总线与所述主控器连接。
优选地，所述模拟量输入单元包含两个相同的第二信号采集单元，两个相同的第二信号采集单元以相同的采样间隔进行数据采集，并各通过一个所述第一CAN FD总线与所述主控器连接。
优选地，所述模拟量输出单元通过两个所述第二CAN FD总线与所述主控器连接，并根据两个所述第二CAN FD总线的模拟量输出数据进行比对和判断得到可信模拟量输出数据再输出。
优选地，所述数字量输出单元包含两个相同的信号输出单元，两个相同的信号输出单元以相同的时间间隔同时输出数字量输出信号；
所述数字量输出单元，用于根据两个相同的信号输出单元的数字量输出信号进行与运算或者或运算以得到最终的数字量输出信号。
优选地，所述的装置还包括背板，用于提供两个所述第一CAN FD总线以及两个所述第二CAN FD总线物理连接，并将所述电源单元的供电线路引入到所述数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、主控器、以及MVB网关单元。
本发明还提供一种列车控制系统设置有上述的逻辑控制装置。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
应用本发明实施例提供的逻辑控制装置及列车控制系统，通过基于CAN FD总线，实现了输入、输出、运算的分离和灵活配置，使得装置的输入到输出反应敏捷，完成数字量/模拟量的可靠控制及传输，简化列车控制的线缆布置、减少输入/输出设备体积；同时采用最新的CAN FD总线技术，降低数据传输时延、提升信号量容量，同时复用性和可扩展性得到大大提升。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了本发明实施例一逻辑控制装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例一
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了逻辑控制装置。
图1示出了本发明实施例一逻辑控制装置的结构示意图。
参照图1，本发明提供了一种逻辑控制装置，包括：数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、主控器、MVB网关单元、以及电源单元；
所述数字量输入单元以及所述模拟量输入单元通过第一CAN FD总线与所述主控器的输入端连接；所述数字量输出单元以及所述模拟量输出单元通过第二CAN FD总线与所述主控器的输出端连接，所述MVB网关单元通过第二CAN FD总线与所述主控器的输出端连接，所述MVB网关单元还与所述MVB总线连接；所述主控器还与以太网连接；所述电源单元分别与数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、主控器以及MVB网关单元连接；
所述数字量输入单元，用于采集数字量输入信号，并具有通道自检功能以实时的检测采集功能是否正常；其中，通道自检功能具体是指：数字量输入单元通过三极管和光耦隔离器件组成了采集通路，在每个采集周期内，可通过采集通路采集到外部信号、1信号和0信号，分别用作外部数据采集、1自检和0自检；
所述数字量输出单元，用于输出完成数字量输出信号，并具有输出反馈功能以及过流保护/检测功能；具体地：CPU通过回采输出信号来实现输出反馈，数量输出单元包含霍尔电流传感器，通过该传感器实现对输出信号的过流保护和检测，当电流大于设定的门槛值则反馈报警信号给CPU，CPU再断开对应输出的MOS管；
所述模拟量输入单元，用于采集模拟量输入信号，并具有通道自检功能以实时的检测采集功能是否正常；
所述模拟量输出单元，用于输出模拟量输出信号，并具有输出反馈功能；
所述主控器，用于根据所述数字量输入信号与所述数字量输入单元的自检结果，和/或，根据所述模拟量输入信号与所述模拟量输入单元的自检结果，确定用于运算的输入信号，并根据所述用于运算的输入信号通过预先编程的运算逻辑，得到模拟量输出信号或/和数字量输出信号。
优选地，所述逻辑控制装置通过TSN网络协议传输数据。
优选地，所述数字量输入单元与所述数字量输出单元集成设置在一个单板上。
优选地，所述主控器的数量为两个，两个所述控制器之间通过诊断电路以及硬线连接，两个所述控制器根据诊断电路的诊断结果，在同一时间两个所述控制器中的一个控制器工作在全工作模式，两个所述控制器中的另一个控制器工作在亚工作模式；其中，在全工作模式下，主控器能采集数字量输入信号和/或模拟量输入信号，也能传输数字量输出信号和/或模拟量输出信号；在亚工作模式下，主控器只能采集数字量输入信号和/或模拟量输入信号，不能传输数字量输出信号和/或模拟量输出信号。
优选地，两个所述控制器按照预定周期交互数据以保证数据一致性。
优选地，所述数字量输入单元包含两个相同的第一信号采集单元，两个相同的第一信号采集单元以相同的采样间隔进行数据采集，并各通过一个所述第一CAN FD总线与所述主控器连接。
优选地，所述模拟量输入单元包含两个相同的第二信号采集单元，两个相同的第二信号采集单元以相同的采样间隔进行数据采集，并各通过一个所述第一CAN FD总线与所述主控器连接。
优选地，所述模拟量输出单元通过两个所述第二CAN FD总线与所述主控器连接，并根据两个所述第二CAN FD总线的模拟量输出数据进行比对和判断得到可信模拟量输出数据再输出。
优选地，所述数字量输出单元包含两个相同的信号输出单元，两个相同的信号输出单元以相同的时间间隔同时输出数字量输出信号；
所述数字量输出单元，用于根据两个相同的信号输出单元的数字量输出信号进行与运算或者或运算以得到最终的数字量输出信号。
具体操作时，上述各单元可以为电路板结构，即：数字量输入单元可以为数字量输入板，数字量输出单元可以为数字量输出板，模拟量输入单元以及模拟量输出单元可以为模拟量输入输出板，主控器可以为主控板，MVB网关单元可以为MVB网关板，以及电源单元可以为电源板。MVB网关板提供MVB数据与CAN FD数据的转发。电源板(即电源单元)提供其他单板所需的电源信号。主控板完成数字量和模拟量的收集、运算和分发。数字量输入板完成数字量的采集功能，同时包括通道自检功能可以实时的检测采集功能是否正常。数字量输出板完成数字量的输出功能，同时具备输出反馈、过流保护/检测等功能。模拟量输入输出板完成模拟量的采集功能和输出功能，同时包括自检和反馈功能。
优选地，所述的装置还包括背板(图中未示出)，用于提供两个所述第一CAN FD总线以及两个所述第二CAN FD总线物理连接，并将所述电源单元的供电线路引入到所述数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、主控器、以及MVB网关单元。背板提供4路CAN FD总线物理连接，并将电源板的供电线路引入到其他的所有单板。提供插槽和线路连接，可支持单板的灵活配置。
上述逻辑控制装置的工作原理简述如下：利用数字量输入板和模拟量输入板进行信号采集，为高可靠的采集数据。每个输入板都包含两系独立且完全相同的信号采集单元，并以相同的节奏去采集信号。每次信号采集，都由两套采集单元完成数据转化并且通过两路独立的CAN FD总线CAN1和CAN2分别发送给主控板。主控板利用输入板上传的信号数据结合诊断信息，通过比对和判决得到可信的信号数据。通过预先编程的运算逻辑，得到输出数据。数字量输出板和模拟量输出板进行信号输出，通过CAN 3 CAN4将输出数据传输到数字量输出板和模拟量输出板。对于模拟量输出板在收到两路相同的数据后会进行比对和判断得到可信输出数据再输出。对于数字量输出板，单一数字输出板包含两系独立且完全相同的信号输出单元，并按照相同节奏去输出信号。每次信号输出，都会由两个输出单元同时输出。根据具体的项目需求，两个输出单元同时输出的信号可以做与运算或者或运算。具体还可利用TSN协议，将采集数据在多个系统内进行传输，既适用于TRDP(由IEC61375-3定义的一种列车以太网通信协议)网络也可用与MVB网络。为了进一步提高可靠性和安全性，优选可以用两个主控板互为冗余。主控板通过诊断电路和硬线连接来保证同一时间有1个主控板为全工作模式和亚工作模式。在全工作模式下，主控板能采集输入信号也能传输输出信号；但在亚工作模式下，主控板只能采集输入信号不能输出。并且两个主控板还会周期性的交互数据，保证主控板的数据一致性。
本实施例的逻辑控制装置具体可以应用于列车控制中的数字量/模拟量输入输出器件，可以作为一种机箱设备。本实施例逻辑控制装置利用CAN FD总线实现了输入、输出、运算的分离和灵活配置，使得装置的输入到输出反应敏捷，完成数字量/模拟量的可靠控制及传输，同时复用性和可扩展性得到大大提升。本实施例逻辑控制装置相比传统继电器设计布线简单，只需要一根通信线缆，替代原本贯穿整车的多组硬线，由于嵌入式设备的可编程性，列车控制的灵活性和诊断大大提升。优选地，本实施例逻辑控制装置输入、输出、控制器都利用了双重冗余和2取1复合架构保证了不低于复合电气柜的可靠性和安全性，装置整体可靠性超过1oo2D架构。进一步优选地，通过TSN网络传输采集数据和输出数据，相比传统的客车电气柜，大大减小体积和降低布线难度，同时成本也相应降低。
本发明还提供一种列车控制系统设置有上述的逻辑控制装置。其具有上述逻辑控制装置相应的技术效果，简述如下：采用了目前最新的CAN FD总线技术相比CAN总线速度更快，采用双重冗余+诊断架构可靠性大大提升；优选地，利用TSN网络传输代替原先的硬线电路，减小体积和布线，成本也相应降低。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种逻辑控制装置，其特征为，包括：数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、主控器、MVB网关单元、以及电源单元；
所述数字量输入单元以及所述模拟量输入单元通过第一CAN FD总线与所述主控器的输入端连接；所述数字量输出单元以及所述模拟量输出单元通过第二CAN FD总线与所述主控器的输出端连接，所述MVB网关单元通过第二CAN FD总线与所述主控器的输出端连接，所述MVB网关单元还与所述MVB总线连接；所述主控器还与以太网连接；所述电源单元分别与数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、主控器以及MVB网关单元连接；
所述数字量输入单元，用于采集数字量输入信号，并具有通道自检功能以实时的检测采集功能是否正常；
所述数字量输出单元，用于输出完成数字量输出信号，并具有输出反馈功能以及过流保护/检测功能；
所述模拟量输入单元，用于采集模拟量输入信号，并具有通道自检功能以实时的检测采集功能是否正常；
所述模拟量输出单元，用于输出模拟量输出信号，并具有输出反馈功能；
所述主控器，用于根据所述数字量输入信号与所述数字量输入单元的自检结果，和/或，根据所述模拟量输入信号与所述模拟量输入单元的自检结果，确定用于运算的输入信号，并根据所述用于运算的输入信号通过预先编程的运算逻辑，得到模拟量输出信号或/和数字量输出信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征为，所述逻辑控制装置通过TSN网络协议传输数据。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征为，所述数字量输入单元与所述数字量输出单元集成设置在一个单板上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征为，所述主控器的数量为两个，两个所述控制器之间通过诊断电路以及硬线连接，两个所述控制器根据诊断电路的诊断结果，在同一时间两个所述控制器中的一个控制器工作在全工作模式，两个所述控制器中的另一个控制器工作在亚工作模式；其中，在全工作模式下，主控器能采集数字量输入信号和/或模拟量输入信号，也能传输数字量输出信号和/或模拟量输出信号；在亚工作模式下，主控器只能采集数字量输入信号和/或模拟量输入信号，不能传输数字量输出信号和/或模拟量输出信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征为，两个所述控制器按照预定周期交互数据以保证数据一致性。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征为，所述数字量输入单元包含两个相同的第一信号采集单元，两个相同的第一信号采集单元以相同的采样间隔进行数据采集，并各通过一个所述第一CAN FD总线与所述主控器连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征为，所述模拟量输入单元包含两个相同的第二信号采集单元，两个相同的第二信号采集单元以相同的采样间隔进行数据采集，并各通过一个所述第一CAN FD总线与所述主控器连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征为，所述模拟量输出单元通过两个所述第二CANFD总线与所述主控器连接，并根据两个所述第二CAN FD总线的模拟量输出数据进行一致性对比，相同则可得到可信模拟量输出数据再输出，不同则丢弃。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征为，所述数字量输出单元包含两个相同的信号输出单元，两个相同的信号输出单元以相同的时间间隔同时输出数字量输出信号；
所述数字量输出单元，用于根据两个相同的信号输出单元的数字量输出信号进行与运算或者或运算以得到最终的数字量输出信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征为，还包括背板，用于提供两个所述第一CAN FD总线以及两个所述第二CAN FD总线物理连接，并将所述电源单元的供电线路引入到所述数字量输入单元、数字量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元、主控器、以及MVB网关单元。
11.一种列车控制系统，其特征为，设置有如权利要求1-10中任一项所述的逻辑控制装置。
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