CN112305905A - 列车网络控制与监控系统、列车控制方法和列车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TCMS、列车控制方法和列车，包括：IO接口模块；逻辑控制单元LCU，通过所述IO接口模块与列车IO设备相连，用于与所述列车IO设备进行数据交互；中央控制单元CCU，与所述LCU集成设置，形成所述列车网络控制与监控系统TCMS的控制模块；通讯模块，与所述CCU相连，用于实现CCU与列车车载设备的数据交互。这样，通过将LCU和CCU集成设置，省去了LCU和CCU之间复杂的物理连接，同一板卡上的LCU和CCU之间能够通过板卡传输数据，降低了通信延迟，提高了系统可靠性。同时将两个设备集成为一个设备，节省了设备占用的空间，且LCU和CCU共用IO接口模块，提高了接口的资源利用率。

Description

列车网络控制与监控系统、列车控制方法和列车

技术领域

本发明属于轨道车辆控制技术领域，具体涉及一种列车网络控制与监控系统(Train Control and Management System，TCMS)、列车控制方法和列车。

背景技术

目前，电气控制系统的列车管理功能主要通过TCMS实现，列车控制功能主要通过硬线电路实现。其中，硬线电路实现如激活、升降弓、牵引、制动、车门、空调、照明和安全环路等列车关键控制指令的逻辑执行及指令传递功能。使用逻辑控制单元(Local ControlUnit，LCU)替代硬线电路实现列车逻辑控制功能，可简化控制电路、提升系统智能化水平。目前越来越多的项目采用LCU控制技术取代部分硬线电路实现列车逻辑控制功能，该技术日趋成熟和稳定。

但目前情况下，LCU设置在一个主机中，TCMS设置在一个主机中，两者在信息交互时，需通过网关设备和以太网总线完成传输数据，容易受外界通信质量影响干扰，也可能会受总线中其他设备影响，降低了TCMS可靠性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种TCMS、列车控制方法和列车，以解决现有技术中TCMS可靠性较低的问题。

针对上述问题，本发明提供了一种TCMS，包括：

IO接口模块；

逻辑控制单元LCU，通过所述IO接口模块与列车IO设备相连，用于与所述列车IO设备进行数据交互；

中央控制单元CCU，与所述LCU集成设置，形成所述TCMSTCMS的控制模块；

通讯模块，与所述CCU相连，用于实现CCU与列车车载设备的数据交互。

进一步地，上述所述的TCMS中，所述CCU与所述LCU通过电路板线路连接。

进一步地，上述所述的TCMS中，所述CCU与所述LCU通过背板信号线连接。

进一步地，上述所述的TCMS中，所述CCU和所述LCU分别设置在同一板卡的两个插槽中。

进一步地，上述所述的TCMS中，所述控制模块至少采用双机热备冗余架构。

进一步地，上述所述的TCMS中，所述IO接口模块包括至少2路冗余设计的电路。

进一步地，上述所述的TCMS中，所述通讯模块包括至少2路冗余设计的电路。

进一步地，上述所述的TCMS，还包括：

电源单元，通过DC/DC变换将母线电源电压转换为输入电源电压，为所述IO接口模块、所述控制模块以及所述通讯模块供电。

本发明还提供一种基于上述任一项所述的TCMS对列车进行控制方法，包括：

采集母线电源电压信息，并在信息采集过程中进行自诊断；

根据自诊断信息对采集的母线电源电压信息进行比较判断并计算生成负载驱动控制信号；

根据负载驱动控制信号控制开关闭合状态以及检测输出电流，判断输出电流是否超过预设的阈值电流；

若输出电流超过预设的阈值电流，主动断开开关，反馈检测的过流信号，并进行输出自诊断。

本发明还提供一种列车，设置有如上任一项所述的TCMS。

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：

本发明的TCMS、列车控制方法和列车，通过将LCU和CCU集成设置，省去了LCU和CCU之间复杂的物理连接，同一板卡上的LCU和CCU之间能够通过板卡传输数据，降低了通信延迟，提高了系统可靠性。同时将两个设备集成为一个设备，节省了设备占用的空间，且LCU和CCU共用IO接口模块，提高了接口的资源利用率。

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为本发明的TCMS实施例的结构示意图；

图2为本发明的TCMS对列车进行控制方法实施例的流程图；

图3为本发明列车网络系统拓扑图。

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一种TCMS。

图1为本发明的TCMS实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例的TCMS可以包括IO接口模块10、逻辑控制单元(Local Control Unit，LCU)11、中央控制单元(CentralControl Unit，CCU)12和通讯模块13。

在一个具体实现过程中，由于LCU11设置在一个主机中，TCMS设置在一个主机中，导致列车上各系统间的连接通过大量的物理接口和软件中的逻辑关系实现，占用空间较大、资源未得到合理利用、复杂的连接关系也降低了系统性能的问题，因此，本实施例中，可以将CCU12与LCU11集成设置，形成TCMS的控制模块，这样，CCU12和LCU11设置在同一板卡上，则不再需要设备之间的连线实现数据传输，能够降低传输延迟，提高数据传输质量。其中，由于在原有板卡上增加新的元器件(即LCU11)，故需要对板卡上的走线、结构等进行重新布置，进而满足新增的元器件的线路需求。

具体地，CCU12和LCU11的电器元件均可以直接在板卡上设置，这样CCU12和LCU11之间可以通过电路板线路连接。为了方便CCU12和LCU11的维护，尽可能的少改动原有结构，可以在同一板卡分别设置CCU12和LCU11，例如，可以将CCU12和LCU11分别设置在同一板卡的两个插槽中，并通过背板信号线连接。经过上述集成设置，使得CCU12和LCU11可以部分或者全部融合，二者再进行数据交互时，无需外部通信线缆和通信接口，这样，不容易受外界通信质量影响干扰，也不易受总线中其他设备影响，提高了系统可靠性，且占用空间较小。

本实施例中，LCU11通过所述IO接口模块10与列车IO设备(如继电器、电磁阀、io接口的设备、司控器、仪表等)相连，以实现LCU11与列车IO设备进行数据交互。将通讯模块13与CCU12相连，以实现CCU12与列车车载设备的数据交互，同时CCU12。

在实际应用中，LCU11与CCU12集成设置后，二者还可以进行数据交互，这样无需额外设置IO接口模块10，从而减少了物理接口的数量，使资源复用。实际上，在一些线路中，LCU11与TCMS的IO可大部分复用，且复用率可达92％。这种现象的主要原因是因为这两个系统的IO接口大部分都是和车辆的各个车厢的RIOM系统进行信号的收发，在对列车的通信控制上，数据流的流向大体相同，因此有着较为相似的IO接口，为TCMS、信号主机集成提供了接口集成上的便利。

本实施例的TCMS，通过将LCU11和CCU12集成设置，省去了LCU11和CCU12之间复杂的物理连接，同一板卡上的LCU11和CCU12之间能够通过板卡传输数据，降低了通信延迟，提高了系统可靠性。同时将两个设备集成为一个设备，节省了设备占用的空间，且LCU11和CCU12共用IO接口模块10，提高了接口的资源利用率。

进一步地，如图1所示，上述实施例中的TCMS还可以电源单元14，该电源单元14通过DC/DC变换将母线电源电压转换为输入电源电压，为所述IO接口模块10、所述控制模块以及所述通讯模块13供电。

进一步地，上述实施例中，TCMS优选为至少采用双机热备冗余架构实现。

具体地，LCU11和CCU12集成的控制模块至少采用双机热备冗余架构，IO接口模块10包括至少2路冗余设计的电路(图1中只示出了1路，每个电路包括输入接口101和输出接口102)，通讯模块13包括至少2路冗余设计的电路(图1中只示出了1路)，其中，该电源单元14可以包括至少两个电源模块141和一个电源隔离模块142。这样，TCMS至少包括两组功能完全相同且可互换的架构，从而可实现输入采集冗余、输出驱动冗余、逻辑控制冗余、电源冗余、通信冗余等功能。

在实际应用中，LCU11通过系统自带的自诊断功能，可实现各冗余电路的故障诊断和冗余切换，提高产品的可靠性；同时可根据不同需求灵活配置输入和输出电路的数量，无需修改系统结构，满足设备适用于不同项目时的通用性。

具体地，LCU11可以采集母线电源电压信息，并在信息采集过程中进行自诊断；根据自诊断信息对采集的母线电源电压信息进行比较判断并计算生成负载驱动控制信号；根据负载驱动控制信号控制开关闭合状态以及检测输出电流，判断输出电流是否超过预设的阈值电流；若输出电流超过预设的阈值电流，主动断开开关，反馈检测的过流信号，并进行输出自诊断。CCU12能够通过通讯模块13实时上传工作状态信息、故障诊断信息和其他必要的数据交互。其中，通讯模块13可以选用多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，MVB)、以太网(EtherNet，ETH)等对通信接口。

本实施例的TCMS具有以下优点：

1、符合IEC 61508标准的安全认证要求，保障数据处理及控制的安全性、可靠性。例如，可以采用1oo2D(双系冗余热备+诊断)安全计算机架构，也可以采用二乘二取二安全计算机架构动态冗余技术。

2、具备自保护、自动旁路功能，故障自动导向安全，可有效提升列车电气控制系统的安全性。

3、模块化、标准化设计，可灵活扩展车辆控制功能；控制逻辑软件化，调整软件实现逻辑功能升级或变更。

4、LCU11具备完善的自诊断和远程诊断功能，可自动执行故障降级策略；实时记录运行及故障数据，还原车辆运行情况；

5、无缝对接列车TCMS/PHM，基于大数据技术，提供专家诊断功能；PTU管理工具，实现数据解析、参数设定、程序更新及系统测试等功能。

实施例二

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一种TCMS对列车进行控制方法。

图2为本发明的TCMS对列车进行控制方法实施例的流程图，如图2所示，本实施例的TCMS对列车进行控制方法具体可以包括如下步骤：

200、采集母线电源电压信息，并在信息采集过程中进行自诊断；

201、根据自诊断信息对采集的母线电源电压信息进行比较判断并计算生成负载驱动控制信号；

202、根据负载驱动控制信号控制开关闭合状态以及检测输出电流，判断输出电流是否超过预设的阈值电流；

203、若输出电流超过预设的阈值电流，主动断开开关，反馈检测的过流信号，并进行输出自诊断。

实施例三

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一种存储介质。

本实施例的存储介质，上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述实施例的。

实施例四

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一种列车。该列车设置有上述实施例的TCMS。

具体地，图3为本发明的列车网络系统拓扑图，如图3所示，本实施例的列车可以包括车载电源30、牵引系统的驱动控制单元(Drive Control Unit，DCU)31、制动控制单元(Brake Control Unit，BCU)32、空调系统33、乘客信息系统(Passenger InformationSystem，PIS)34、车载信号系统35、车载显示器36、司控器37、传感器38、仪表39、车辆硬线电路40、门控41、维护终端42和上述实施例的TCMS1。

车载电源30：为TCMS1提供供电，作为电源输入。

DCU31:为列车提供牵引动力和电制动，与TCMS1通过列车总线(MVB、以太网)通信，传递控制命令和诊断数据。

BCU32:为列车提供常规制动和紧急制动，与TCMS1通过列车总线(MVB、以太网)通信，传递控制命令和诊断数据。

空调系统33：根据气候条件为车厢提供制冷或制热功能，与TCMS1通过列车总线(MVB、以太网)或第三方串行接口通信，传递控制命令和诊断数据。

PIS34：提供车厢广播、到站显示等功能，与TCMS1通过列车总线(MVB、以太网)或第三方串行接口通信，传递控制命令和诊断数据。

车载信号系统35：实现行车调度、安全监控、提供线路信息、车辆限速等，与TCMS1通过列车总线(MVB、以太网)或第三方串行接口通信，传递控制命令和诊断数据。

车载显示器36，为司乘人员提供网络控制系统的人机接口(Human MachineInterface，HMI)，显示车辆状态、诊断信息等，与TCMS1通过列车总线(MVB、以太网)通信，传递控制命令和诊断数据。

司控器37、传感器38、仪表39：通过模拟量输入输出接口与TCMS关联，采集司机指令，电压、电流、速度等信息。

车辆硬线电路40(指示灯、继电器、电磁阀)：通过数字量输入\输出板与本系统关联，实现车载对象的状态采集与控制。

门控41：通过模拟量输入输出接口与TCMS关联，进行门控。

维护终端42：与TCMS1通过列车总线(MVB、以太网)通信，对列车进行实时监控和维护。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块32中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (10)

1.一种列车网络控制与监控系统，其特征在于，包括：

IO接口模块；

逻辑控制单元LCU，通过所述IO接口模块与列车IO设备相连，用于与所述列车IO设备进行数据交互；

中央控制单元CCU，与所述LCU集成设置，形成所述列车网络控制与监控系统TCMS的控制模块；

通讯模块，与所述CCU相连，用于实现CCU与列车车载设备的数据交互。

2.根据权利要求1所述的列车网络控制与监控系统，其特征在于，所述CCU与所述LCU通过电路板线路连接。

3.根据权利要求1所述的列车网络控制与监控系统，其特征在于，所述CCU与所述LCU通过背板信号线连接。

4.根据权利要求3所述的列车网络控制与监控系统，其特征在于，所述CCU和所述LCU分别设置在同一板卡的两个插槽中。

5.根据权利要求1所述的列车网络控制与监控系统，其特征在于，所述控制模块至少采用双机热备冗余架构。

6.根据权利要求1所述的列车网络控制与监控系统，其特征在于，所述IO接口模块包括至少2路冗余设计的电路。

7.根据权利要求1所述的列车网络控制与监控系统，其特征在于，所述通讯模块包括至少2路冗余设计的电路。

8.根据权利要求1所述的列车网络控制与监控系统，其特征在于，还包括：

电源单元，通过DC/DC变换将母线电源电压转换为输入电源电压，为所述IO接口模块、所述控制模块以及所述通讯模块供电。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的列车网络控制与监控系统对列车进行控制方法，其特征在于，包括：

采集母线电源电压信息，并在信息采集过程中进行自诊断；

根据自诊断信息对采集的母线电源电压信息进行比较判断并计算生成负载驱动控制信号；

根据负载驱动控制信号控制开关闭合状态以及检测输出电流，判断输出电流是否超过预设的阈值电流；

若输出电流超过预设的阈值电流，主动断开开关，反馈检测的过流信号，并进行输出自诊断。

10.一种列车，其特征在于，设置有如权利要求1-8任一项所述的列车网络控制与监控系统。

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