CN115158402A - 地铁列车可编程逻辑控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提出一种地铁列车可编程逻辑控制系统，解决触点式继电器控制系统存在的故障率较高，电磁环境复杂的问题。包括通过以太网或总线进行通信连接的可编程逻辑控制单元；各可编程逻辑控制单元被配置为输入电路，输出电、主控运算电路，主控运算电路被配置为对输入信号按照预设逻辑规则进行逻辑控制，还被配置为对逻辑控制过程进行数据记录；还包括内部通信电路，电源电路，输入电路、输出电路、主控运算电路、内部通信电路、电源电路构成一系逻辑控制电路；两逻辑控制电路组成双系逻辑控制电路，还设置热备切换控制电路，热备切换电路用于监控它系逻辑控制电路状态信息，根据节点状态信息决策信号通路，保一通路可实现输出电路输出驱动信号。
Description
技术领域
本发明涉及可编程逻辑控制领域，尤其涉及一种地铁列车可编程逻辑控制系统及控制方法。
背景技术
逻辑控制单元是专为轨道车辆的逻辑控制而设计的一套车载计算机系统，采用计算机及网络技术，通过光耦和场效应管等无触点电路替代列车传统的中间继电器、时间继电器、双稳态继电器等有触点控制电路，实现列车逻辑控制、故障诊断及综合保护等功能。
据不完全统计，2016–2017年期间某城市地铁列车共发生行车故障410多次，其中因继电器故障导致的列车激活失败、车门控制或状态异常、受电弓控制及检测异常、牵引&制动控制异常等故障多达250次之多，占总事故数量约60％-70％。
目前地铁TCMS(列车控制系统)中，列车控制部分多采用继电器组合形式，继电器使用数量庞大、控制触点多、回路复杂；且继电器故障率较现代电子元器件高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种地铁列车可编程逻辑控制系统，解决现有列车控制电路中，大量使用的触点式继电器控制系统存在的故障率较高，电磁环境复杂的问题。
其技术方案是，地铁列车可编程逻辑控制系统，包括通过以太网或总线进行通信连接的可编程逻辑控制单元；各所述可编程逻辑控制单元被配置为通过输入电路接收车辆硬线输入信号，通过输出电路被配置为输出驱动信号；还包括主控运算电路，所述主控运算电路被配置为对输入信号按照预设逻辑规则进行逻辑控制，还被配置为对逻辑控制过程进行数据记录；还包括内部通信电路，所述内部通信电路被配置为通过通信总线实现输入电路、输出电路、主控运算电路之间进行事件的通知、状态的传递；还包括电源电路，所述电源电路被配置为对内部通信电路、主控运算电路、输入电路、输出电路进行供电使能；所述输入电路、输出电路、主控运算电路、内部通信电路、电源电路构成一系逻辑控制电路；一系逻辑控制电路通过采集输入电路输入的电信号，依据主控运算电路预设逻辑运算规则进行逻辑运算并通过输出电路输出驱动电信号；两逻辑控制电路组成双系逻辑控制电路，各系逻辑控制电路还设置热备切换控制电路，所述热备切换电路用于监控主系或它系逻辑控制电路各节点状态信息，并根据节点状态信息决策信号通路，保证至少有一通路可实现输出电路输出驱动信号。
在上述或一些实施例中，各系逻辑控制电路的输入电路、输出电路、主控制电路、通讯电路各包括两信号通道；所述输入电路采用A、B两模输入采集通道，各输入采集通道分别设置检测电路，所述检测电路检测输入信号状态，检测得到输入信号状态由主控电路进行比对，各输入采集通道信号状态一致时记录为输入正常，两输入采集通道信号状态不一致时，由热备切换控制电路决策切换至正常输入采集通道；经输入采集通道获得输入信号由主控电路进行逻辑运算，所述主控电路包括A、B两模主控运算电路，所述输入信号分别经A、B两模主控运算电路按照预设逻辑运算规则进行逻辑运算并得出运算结果，当逻辑运算结果一致时开启输出通道；所述输出电路采用A、B两模输出通道，各输出通道分别设置输出信号。同时输出通道配置有检测模块，将检测输出电路的状态信息输出至驱动电路处信息，并将信息传递至主控运算电路，由热备切换控制电路决策本系输出是否正常，从而决策是否切换系别，如切换系别正常，则采用切换后的系别输出通道，故障系别处于安全侧；所述通信信电路共包含8路CAN通信通道，其中四路分配给I系，另外四路分配为II系。每一系中两路CAN通信通路被配置为实现该系A模逻辑控制电路中输入电路、输出电路、主控运算电路通信，另两路CAN通信通路实现另一模逻辑控制电路中输入电路、输出电路、主控运算电路通信，同理，另外一还包括内部总线通路，各主控电路分别通过内部总线通路实现与多功能车辆总线网络、以太网网络、全网通无线通信网络、存储设备的通信连接；所述电源电路包括两系供电通路，一路供电通路被配置为实现一系逻辑控制电路中输入电路、输出电路、主控制电路供电，另一路供电通路实现另一系逻辑控制电路中输入电路、输出电路、主控制电路供电。
在上述或一些实施例中，各系逻辑控制电路中输入电路的A、B两模输入采集通道分别包括依次电连接的接口防护电路、整形滤波电路、光耦隔离电路、信号采集电路；所述检测电路经过光耦隔离电路之后对经过整形滤波后的输入信号进行检测；A、B两模输出通道分别包括依次电连接的光耦隔离电路、MOS驱动电路、接口防护电路；所述输出信号采集模块经过光耦隔离电路后对MOS驱动电路信号进行采集并反馈至主控电路；所述输出信号采集模块采集MOS驱动电路处收到的脉冲频率，当脉冲频率低于要求频率时，热备切换控制电路决策MOS驱动电路封锁，封锁输出通道。
在上述或一些实施例中，所述A、B两模输出通道还包括回检电路、自检电路，所述回检电路对输出信号进行回检，所述自检电路用于对MOS驱动电路中MOS管关断状态进行检测，所述回检电路、自检电路检测结果用于主控电路关断MOS管。
在上述或一些实施例中，各供电通路依次包括EMC滤波电路，经ENC滤波电路的电流分为三路输出至三路DC/D转换电路，各通过DC/D转换电路的电流再经过整形滤波电路形成24V直流电流，一电流供电至A模输入采集通道、A模输出通道、A模主控电路，另一电流供电至B模输入采集通道、B模输出通道、B模主控电路，又一电流供电所述通讯电路。
在上述或一些实施例中，还包括显示电路，所述显示电路通过图像和或文字形式显示提醒输入电路、输出电路、主控制电路、通讯电路信号所处系别、状态信息、通断信息。
本发明的目的在于提出一种地铁列车可编程逻辑控制系统的控制方法，解决。
一种地铁列车可编程逻辑控制系统的控制方法，所述地铁列车可编程逻辑控制系统采用权利要求1-6任一所述的地铁列车可编程逻辑控制系统，双系逻辑控制电路工作模式有自动模式、I系工作模式、II系工作模式，并设置一个三位手动转换开关对应自动、I系、II系实现工作模式的切换；所述自动模式时，由热备切换控制电路根据检测各输入采集通道、主控电路、输出通道状态信息，按照预设规则决策切换工作系别，当前工作系发生异常，自动切换备系为主系；所述I系工作模式或II系工作模式，各输入采集通道、主控电路、输出通道强制使用同一系逻辑控制电路。
本发明可替换目前绝大多数继电器机械触点、中间继电器、时间继电器，通过软件化控制系统逻辑，实现列车控制。本方案使用现代化的电子元件替代传统继电器，系统集成度高，使用寿命长，故障率低；模块化设计及软件化的控制逻辑，灵活可扩展，通用性强，适合各种电力机车；且无触点设计，改善电磁环境，且本身抗干扰能力强，系统可靠性高；采用计算机控制技术，便于故障在线诊断，可维护性强；设备检修间隔长(一般15年)，检修耗时短(约1小时)，维护成本低，长期经济效益远优于传统继电器控制方式。
且本专利方案通过通讯电路接收来自列车控制系统的控制信令(如：TCMS通信控制信息、IO信令)；通过本地输入采集通道采集列车的工况信息(如：方向手柄、动力手柄、启停按键等)；输出通道可实现除受电弓外的其它控制操作，如主断路器分合、制动风路控制，车门开合控制、空调及通风系统控制、照明系统控制等。可以通过车载HMI显示当前控制系统的实时状态，并提供异常报警功能；可以通过本地的通信接口实现控制系统的在线诊断；通过无线网络将控制系统状态及故障数据落地，打通智能运维的信息通道，为后续数据联动分析、在线诊断、风险预警提供数据支撑。
附图说明
图1是本发明中地铁列车可编程逻辑控制系统关系图。
图2是本发明中双系逻辑控制电路原理图。
图3是本发明中两模输入采集通道原理图。。
图4为本发明中两模输出通道原理图。
图5为本发明中内部通信电路原理图。
图6为图5内部通信电路的功能框图。
图7为发明中电源电路的架构图。
图8为7中电源电路原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本方案中地铁列车可编程逻辑控制系统包括多个可编程逻辑控制单元，可编程逻辑控制单元可采用分布式的布置方式，分别布置于各列车厢电气柜中，各可编程逻辑控制单元通过CAN总线接口进行通信，并向司机台上的显示器实时上传代表工作状态信息、故障诊断信息、通断信息的图像或文字。
各可编程逻辑控制单元包括输入电路、输出电路、主控运算电路、内部通信电路、电源电路构成的逻辑控制电路；本方案中采用双逻辑控制电路，也即的双系逻辑控制电路，各系逻辑控制电路包括输入电路、输出电路、主控运算电路、内部通信电路、电源电路；在上述或一些实施例中，各系逻辑控制电路的输入电路、输出电路、主控运算电路、内部通信电路各包括两模信号通道，两模信号通道可以成为A模信号通道或A模逻辑控制电路，B模通道或B模逻辑控制电路，一路逻辑控制电路或一模通道，二模逻辑控制电路或二模通道。两模通道包括输入电路的A、B两模输入采集通道，输出电路采用A、B两模输出通道，A、B两模主控运算电路，内部通信电路的A、B两路CAN通信通道，电源电路的两系供电通路。
一系或双系逻辑控制电路通过采集输入电路输入的电信号，并对输入信号进行判断，得出输入信号是否正常状态信息，正常输入的输入信号依据主控运算电路预设逻辑运算规则分别经A、B两模主控运算电路进行逻辑运算得出结果，当逻辑运算结果一致时开启驱动信号输出通道，逻辑运算结果不一致时关闭驱动信号输出通道。
各系逻辑控制电路还设置热备切换控制电路，热备切换电路用于监控工作系或它系逻辑控制电路，各热备切换电路之间还通过内部通信电路进行通信，监控信息包括各节点状态信息，并根据节点状态信息决策信号通路，保证至少有一通路可实现输出电路输出驱动信号。
输出电路，两逻辑控制电路组成双系逻辑控制电路，各系逻辑控制电路还设置热备切换控制电路，热备切换电路用于监控它系逻辑控制电路各节点状态信息，并根据节点状态信息决策信号通路，保证至少有一通路可实现输出电路输出驱动信号。
各可编程逻辑控制单元被配置为通过输入电路接收车辆硬线输入信号，输入信号包括列车开关、按钮、继电器辅助触点等控制信号。在上述或一些实施例中，各输入电路包括A、B两模输入采集通道，且各输入采集通道分别设置检测电路，检测电路检测输入信号状态，检测得到输入信号状态由主控运算电路进行比对，各输入采集通道信号状态一致时记录为输入正常，两输入采集通道信号状态不一致时，由热备切换控制电路决策切换至正常输入采集通道；输入采集通道分别包括依次电连接的接口防护电路、整形滤波电路、光耦隔离电路、信号采集电路；检测电路经过光耦隔离电路之后对经过整形滤波后的输入信号进行检测；检测电路检测整形滤波后的波形信号，以波形信号判断输入信号的状态。
还包括主控运算电路，主控运算电路被配置为对输入信号按照预设逻辑规则进行逻辑控制，还被配置为对逻辑控制过程进行数据记录；经输入采集通道获得输入信号由主控运算电路进行逻辑运算，主控运算电路包括A、B两模主控运算电路，输入信号分别经A、B两模主控运算电路按照预设逻辑运算规则进行逻辑运算并得出运算结果，当逻辑运算结果一致时开启输出通道；
输出电路被配置为输出驱动信号，输出电路采用A、B两模输出通道，各输出通道分别设置动态输出驱动模块，输出信号驱动模块控制输出电路的开通和关断。同时输出通道配置有检测模块，将检测输出电路的状态信息，并将信息传递至主控运算电路，由热备切换控制电路决策本系输出是否正常，从而决策是否切换系别，如切换系别正常，则采用切换后的系别输出通道，故障系别处于安全侧主控运算电路；A、B两模输出通道分别包括依次电连接的脉冲隔离电路、MOS驱动电路、接口防护电路，输出通道自检光耦隔离回采电路；输出信号采集模块经过光耦隔离电路后对MOS驱动电路信号进行采集并反馈至主控运算电路；输出信号采集模块采集MOS驱动电路处收到的脉冲频率，当脉冲频率低于要求频率时，热备切换控制电路决策MOS驱动电路封锁，封锁输出通道。在上述或一些实施例中，A、B两模输出通道还包括回检电路、自检电路，回检电路对输出信号进行回检，自检电路用于对MOS驱动电路中MOS管关断状态进行检测，回检电路、自检电路检测结果用于主控运算电路关断MOS管。
内部通信电路，内部通信电路被配置为通过通信总线实现输入电路、输出电路、主控运算电路之间进行事件的通知、状态的传递；内部通信电路共包含8路CAN通信通道，其中四路分配给I系，另外四路分配为II系。每一系中两路CAN通信通路被配置为实现该系A模逻辑控制电路中输入电路、输出电路、主控运算电路通信，另两路CAN通信通路实现另一模逻辑控制电路中输入电路、输出电路、主控运算电路通信，同理，另外一系采用同样的分配方式。还包括专用内部通信电路专用内部通信电路，和主控运算电路通过内部总线通信，各主控运算电路通过专用内部通信电路可以内部通信电路主控运算电路主控运算电路主控运算电路与多功能车辆总线网络、以太网网络、全网通无线通信网络、存储设备的通信连接；
电源电路，电源电路被配置为对内部通信电路、主控运算电路、输入电路、输出电路进行供电使能；输入电路、输出电路、主控运算电路、内部通信电路、电源电路构成一系逻辑控制电路；在上述或一些实施例中，各供电通路依次包括EMC滤波电路，经ENC滤波电路的电流分为三路输出至三路DC/D转换电路，各通过DC/D转换电路的电流再经过整形滤波电路形成24V直流电流，一电流供电至A模输入采集通道、A模输出通道、A模主控运算电路，另一电流供电至B模输入采集通道、B模输出通道、B模主控运算电路，又一电流供电内部通信电路。
本专利方案在使用时，双系逻辑控制电路工作模式有自动模式、I系工作模式、II系工作模式，并设置一个三位手动转换开关对应自动、I系、II系实现工作模式的切换；自动模式时，由热备切换控制电路根据检测各输入采集通道、主控运算电路、输出通道状态信息，按照预设规则决策切换工作系别，当前工作系发生异常，自动切换备系为主系；I系工作模式或II系工作模式，各输入采集通道、主控运算电路、输出通道强制只使用同一系逻辑控制电路。
本发明可替换目前绝大多数继电器机械触点、中间继电器、时间继电器，通过软件化控制系统逻辑，实现列车控制。本方案使用现代化的电子元件替代传统继电器，系统集成度高，使用寿命长，故障率低；模块化设计及软件化的控制逻辑，灵活可扩展，通用性强，适合各种电力机车；且无触点设计，改善电磁环境，且本身抗干扰能力强，系统可靠性高；采用计算机控制技术，便于故障在线诊断，可维护性强；设备检修间隔长(一般15年)，检修耗时短(约1小时)，维护成本低，长期经济效益远优于传统继电器控制方式。且本专利方案通过内部通信电路接收来自列车控制系统的控制信令(如：TCMS通信控制信息、IO信令)；通过本地输入采集通道采集列车的工况信息(如：方向手柄、动力手柄、启停按键等)；输出通道可实现除受电弓外的其它控制操作，如主断路器分合、制动风路控制，车门开合控制、空调及通风系统控制、照明系统控制等。可以通过车载HMI显示当前控制系统的实时状态，并提供异常报警功能；可以通过本地的通信接口实现控制系统的在线诊断；通过无线网络将控制系统状态及故障数据落地，打通智能运维的信息通道，为后续数据联动分析、在线诊断、风险预警提供数据支撑。
Claims (7)
1.地铁列车可编程逻辑控制系统，包括通过以太网或总线进行通信连接的可编程逻辑控制单元；
各所述可编程逻辑控制单元被配置为通过输入电路接收车辆硬线输入信号，通过输出电路被配置为输出驱动信号；
还包括主控运算电路，所述主控运算电路被配置为对输入信号按照预设逻辑规则进行逻辑控制，还被配置为对逻辑控制过程进行数据记录；
还包括内部通信电路，所述内部通信电路被配置为通过通信总线实现输入电路、输出电路、主控运算电路之间进行事件的通知、状态的传递；
还包括电源电路，所述电源电路被配置为对内部通信电路、主控运算电路、输入电路、输出电路进行供电使能；
其特征在于：
所述输入电路、输出电路、主控运算电路、内部通信电路、电源电路构成一系逻辑控制电路；一系逻辑控制电路通过采集输入电路输入的电信号，依据主控运算电路预设逻辑运算规则进行逻辑运算并通过输出电路输出驱动电信号；
两逻辑控制电路组成双系逻辑控制电路，各系逻辑控制电路还设置热备切换控制电路，所述热备切换电路用于监控主系或它系逻辑控制电路各节点状态信息，并根据节点状态信息决策信号通路，保证至少有一通路可实现输出电路输出驱动信号。
2.根据权利要求1所述的地铁列车可编程逻辑控制系统，其特征在于，各系逻辑控制电路的输入电路、输出电路、主控运算电路、内部通信电路各包括两模信号通道；
所述输入电路采用A、B两模输入采集通道，各输入采集通道分别设置检测电路，所述检测电路检测输入信号状态，检测得到输入信号状态由主控运算电路进行比对，各输入采集通道信号状态一致时判断为输入正常，两输入采集通道信号状态不一致时，由热备切换控制电路决策是否切换至另一系逻辑控制电路，如另一系正常，则为主系，从而该系的输入作为正常输入采集通道；
经输入采集通道获得输入信号由主控运算电路进行逻辑运算，所述主控运算电路包括A、B两模主控运算电路，所述输入信号分别经A、B两模主控运算电路按照预设逻辑运算规则进行逻辑运算并得出运算结果，当逻辑运算结果一致时开启输出通道；所述输出电路采用A、B两模输出通道，各输出通道分别设置输出驱动模块，输出驱动模块控制输出电路打开或关断；
所述内部通信电路包括4路CAN通信通路，其中两路CAN通信通路被配置为实现一模逻辑控制电路中输入电路、输出电路、主控运算电路通信，另两路CAN通信通路实现二模逻辑控制电路中输入电路、输出电路、主控运算电路通信，还包括专用通信电路，所述专用通信电路和主控运算电路通过内部总线通信，各主控运算电路通过专用通信电路与多功能车辆总线网络、以太网网络、全网通无线通信网络、存储设备的通信连接；
所述电源电路设置独立三路隔离电压，三路供电通路被配置为实现两模及非安部分的逻辑控制电路中的输入电路、输出电路、主控运算电路供电。
3.根据权利要求2所述的地铁列车可编程逻辑控制系统，其特征在于，各系逻辑控制电路中输入电路的A、B两模输入采集通道分别包括依次电连接的接口防护电路、整形滤波电路、光耦隔离电路、信号采集电路；所述检测电路经过光耦隔离电路之后对经过整形滤波后的输入信号进行检测；
A、B两模输出通道分别包括依次电连接的光耦隔离电路、MOS驱动电路、接口防护电路；所述输出信号采集模块经过光耦隔离电路后对MOS驱动电路信号进行采集并反馈至主控运算电路；所述输出信号采集模块采集MOS驱动电路处收到的脉冲频率，当脉冲频率低于要求频率时，热备切换控制电路决策MOS驱动电路封锁，封锁输出通道。
4.根据权利要求3所述的地铁列车可编程逻辑控制系统，其特征在于，所述A、B两模输出通道还包括回检电路、自检电路，所述回检电路对输出信号进行回检，所述自检电路用于对MOS驱动电路中MOS管关断状态进行检测，将输出电路状态信息传递至主控运算电路，热备切换控制电路根据输出电路状态信息决策该系是工作还是停止。
5.根据权利要求3所述的地铁列车可编程逻辑控制系统，其特征在于，各供电通路依次包括EMC滤波电路，经ENC滤波电路的电流分为三路输出至三路DC/D转换电路，各通过DC/D转换电路的电流再经过整形滤波电路形成24V直流电流，一电流供电至A模输入采集通道、A模输出通道、A模主控运算电路，另一电流供电至B模输入采集通道、B模输出通道、B模主控运算电路，又一电流供电所述内部通信电路。
6.根据权利要求3所述的地铁列车可编程逻辑控制系统，其特征在于，还包括显示电路，所述显示电路通过图像和或文字形式显示提醒输入电路、输出电路、主控运算电路、内部通信电路信号所处系别、状态信息、通断信息。
7.一种地铁列车可编程逻辑控制系统的控制方法，所述地铁列车可编程逻辑控制系统采用权利要求1-6任一所述的地铁列车可编程逻辑控制系统，双系逻辑控制电路工作模式有自动模式、I系工作模式、II系工作模式，并设置一个三位手动转换开关对应自动、I系、II系实现工作模式的切换；所述自动模式时，由热备切换控制电路根据检测各输入采集通道、主控运算电路、输出通道状态信息，按照预设规则决策切换工作系别，当前工作系发生异常，自动切换备系为主系；所述I系工作模式或II系工作模式，各输入采集通道、主控运算电路、输出通道强制使用同一系逻辑控制电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Dongbo Inventor after: Wen Weiming Inventor after: Tian Guangping Inventor after: Liu Binglin Inventor after: Xu Jingsheng Inventor after: Yang Lijun Inventor after: Cui Wenchao Inventor after: Zheng Zhihua Inventor after: Han Weikun Inventor after: Zhang Qirui Inventor after: Miao Yanbo Inventor before: Wang Dongbo Inventor before: Tian Guangping Inventor before: Xu Jingsheng Inventor before: Yang Lijun Inventor before: Cui Wenchao Inventor before: Zheng Zhihua Inventor before: Han Weikun Inventor before: Zhang Qirui Inventor before: Miao Yanbo Inventor before: Wen Weiming |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |