CN202035141U - 机车同步操控通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种机车同步操控通信装置，该通信装置包括用于将机车接入GSM-R网络的GSM-R通信模块；用于接收所述机车的指令并将该指令传递给所述GSM-R通信模块、通过所述GSM-R通信模块完成所述机车和地面应用节点之间的无线数据通信的主控板；用于为所述GSM-R通信模块和所述主控板供电的电源模块；其中，所述主控板通过串口和所述GSM-R通信模块连接，所述电源模块分别与所述主控板、所述GSM-R通信模块连接。本实用新型提供的机车同步操控通信装置采用GSM-R通信模块和主控板将机车接入GSM-R网络，实现了基于GSM-R网络的机车与地面应用节点的通信。

Description

机车同步操控通信装置

技术领域

本实用新型涉及铁路无线通信技术，尤其涉及一种适用于重载运输列车运行控制系统的机车同步操控通信装置。

背景技术

GE公司的LOCOTROL系统是当今世界上最畅销的集成分布式动力控制系统，已在北美、澳大利亚等国家的重载列车中得到成功运用。该系统主要包括操控系统模块、MMI显示模块、CCBII机车空气制动系统、无线数据通信系统等几个主要部分组成，可以对机车动力分配和空气制动实行最佳控制，使车钩受力大大减小，列车中各机车提供的气流(空气波)大大改善制动性能。

无线数据通信系统是LOCOTROL系统的一个关键环节，LOCOTROL系统通过无线通信实现严密的控制逻辑，组合列车的主控机车广播操控命令，通过无线信道传送到各个从控机车，各个从控机车根据接收到的操控命令自动控制从控机车实现同步操作。同时从控机车也传送本地机车的状态信息到主控机车，以便主控机车随时了解系统的状态。

利用LOCOTROL系统可以开行组合列车，将单次列车的运输能力成倍提升，以此解决铁路重载运输中单次列车的运输能力提升的瓶颈问题。

原有的LOCOTROL系统普遍采用450M/800M无线电台模块作为其通信设备。这种方式在中国铁路应用存在着严重的不足：(一)模拟通信之上已有传统的列调、无线车次号传输、列尾风压等应用，已处于不堪重负的状态；(二)模拟通信的传输距离只有3-5公里，并且随着距离的增加，通信质量处于下降状态；(三)模拟通信容易受到天气、地形、电磁等干扰，信号稳定性差；(四)大秦线大多处于山区，地形复杂，隧道多，信号质量很差。因此原有的LOCOTROL系统的通信系统并不适合在大秦线应用。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种机车同步操控通信装置。

本实用新型提供的机车同步操控通信装置，包括：

用于将机车接入GSM-R网络的GSM-R通信模块；

用于接收所述机车的指令并将该指令传递给所述GSM-R通信模块、通过所述GSM-R通信模块完成所述机车和地面应用节点之间的无线数据通信的主控板；

用于为所述GSM-R通信模块和所述主控板供电的电源模块；

其中，所述主控板通过串口和所述GSM-R通信模块连接，所述电源模块分别与所述主控板、所述GSM-R通信模块连接。

如上所述的机车同步操控通信装置，其中，所述主控板包括CPU、以太网卡、串口扩展板、存储器、看门狗模块、实时时钟、复位按键，所述以太网卡、所述串口扩展板、所述存储器、所述看门狗模块、所述实时时钟、所述复位按键分别与所述CPU连接。

如上所述的机车同步操控通信装置，其中，所述电源模块包括EMI滤波器、电压变换模块，所述EMI滤波器与所述电压变换模块连接。

如上所述的机车同步操控通信装置，其中，该装置还包括采集所述机车和所述地面应用节点之间的通信数据，并将所述通信数据传输到地面上的服务器上的监测板，所述监测板和所述GSM-R通信模块连接。

如上所述的机车同步操控通信装置，其中，所述主控板、所述GSM-R通信模块、所述电源模块、所述监测板均为两个；

其中，两个所述主控板之间通过以太网口连接。

本实用新型提供的机车同步操控通信装置采用GSM-R通信模块和主控板将机车接入GSM-R网络，实现了基于GSM-R网络的机车与地面应用节点的通信。

附图说明

图1为本实用新型机车同步操控通信装置的结构示意图；

图2为本实用新型主控板2的结构示意图；

图3为本实用新型电源模块1的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型机车同步操控通信装置的结构示意图，如图1所示，该通信装置包括用于将机车接入GSM-R网络的GSM-R通信模块3；用于接收机车的指令并将该指令传递给GSM-R通信模块3、通过GSM-R通信模块3完成机车和地面应用节点之间的无线数据通信的主控板2；用于为GSM-R通信模块和主控板2供电的电源模块1；其中，主控板2通过串口和GSM-R通信模块3连接，电源模块1分别与主控板2、GSM-R通信模块3连接。工作原理具体如下：

打开电源，电源模块1为主控板2和GSM-R通信模块3供电，GSM-R通信模块3对GSM-R网络附着，并对GSM-R通信模块3上存储的机车用户进行身份认证，这种状态下机车同步操控通信装置等待机车的命令；

机车同步操控通信装置等待机车命令的状态下，可以进行机车注册；

在机车注册成功的状态下，可以在机车和地面应用节点之间进行数据传输，具体包括将机车的数据传输到地面应用节点和将地面应用节点传来的机车数据传输到机车两个方面；

完成机车和地面应用节点之间数据传输的状态下，可以进行机车注销。机车注销成功的状态下，可以关闭电源，完成关闭机车同步操控通信装置。

具体地，机车注册的过程如下：机车通过机车上安装的LOCOTROL系统中的CIOM向主控板2发送注册命令，主控板2将注册命令传递给GSM-R通信模块3，GSM-R通信模块3向地面应用节点发起电路连接，完成拨号连接，电路连接好的状态下，GSM-R通信模块3向地面应用节点发送安全认证数据帧，地面应用节点返回认证成功数据给GSM-R通信模块3，完成同步操控安全认证，完成同步操控安全认证的状态下，GSM-R通信模块3发送注册数据帧给地面应用节点，地面应用节点返回注册成功数据帧给GSM-R通信模块3，通过GSM-R通信模块3注册成功数据传递给主控板2，通过主控板2注册成功数据传递给机车，机车得知注册成功，完成同步操控用户注册。

具体地，机车注销的过程如下：机车通过机车上安装的LOCOTROL系统中的CIOM向主控板2发送注销命令，主控板2把注销命令传递给GSM-R通信模块3，通过GSM-R通信模块3向地面应用节点发送注销数据帧，地面应用节点将该机车删除，地面应用节点向GSM-R通信模块3返回注销成功数据帧，GSM-R通信模块3将注销成功数据帧传递给主控板2，主控板2将注销成功数据帧传递给机车，机车同步操控通信装置与地面应用节点之间的电路连接断开，完成注销。

由上述的技术方案可知，本实用新型提供的机车同步操控通信装置采用GSM-R通信模块和主控板将机车接入GSM-R网络，实现了基于GSM-R网络的机车与地面应用节点的通信，可以解决LOCOTROL系统在大秦线开行组合列车的系统通信问题。

具体地，图2为本实用新型主控板2的结构示意图，如图2所示，主控板2包括CPU模块21、以太网卡27、串口扩展板26、存储器24、看门狗模块22、实时时钟25、复位按键23，以太网卡27、串口扩展板26、存储器24、看门狗模块22、实时时钟25、复位按键23分别与CPU模块21连接。

具体地，图3为本实用新型电源模块1的结构示意图，如图3所示，电源模块1包括EMI滤波器31、电压变换模块32，EMI滤波器31与电压变换模块32连接。

主控板2单板可提供64MB/128MB/256MB内存，提供8MB/16MB/32MB程序数据FLASH以及512KB BOOT ROM，该单板还提供一条CPCI总线用于热插IO板的扩展，对外提供10个异步串行口(其中：一个串行口作为调试用串行口)，两个10M/100M兼容的以太网口，8个可编程的I/O接口脚，两个指示灯；CPU模块21采用的是工业机的控制芯片，具体型号为MOTOROLA的PowerPC 8245，该控制芯片具备CPCI总线的仲裁控制、时钟分配等功能；以太网卡27采用的是82559；串口扩展板26采用的是2050。

在上述实施例的基础上，进一步地，机车同步操控通信装置还可以包括采集机车和地面应用节点之间的通信数据，并将通信数据传输到地面上的服务器上的监测板，监测板和GSM-R通信模块3连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，主控板2、GSM-R通信模块3、电源模块1、监测板均为两个；其中，两个主控板之间通过以太网口连接；以实现热备份，即其中的一个主控板或GSM-R通信模块或电源模块或监测板有故障时，都可以自动切换到没有故障的相应模块。

在实际工程应用中，主控板2单板采用CPCI结构，支持HA功能；主控板2中的CPU模块21上安装QNX嵌入式实时操作系统，该操作系统和CPU模块21的控制芯片结合实现主控板2的控制功能，解决了移动信道的管理问题，包括链路建立、链路拆除、链路维护、链路切换等；其中的电源模块1支持热插拔，具体接线时为了接线方便可以将电源模块1连接到电源背板上，经过电源背板后通过14PIN线缆端子将输出引出。

在实际工程应用中，机车同步操控通信装置放置在机箱中，主控板2位于机箱的中间，旁边放置GSM-R通信模块3，每个GSM-R通信模块3占据三个CPCI槽位，各个板之间的连线通过系统背板实现，CPCI总线内部总线带宽为2Gbps；机箱中还设置有防尘网，机箱采用的是带孔外壳以便散热，这样使得机车同步操控通信装置可以处于高温、粉尘等恶劣自然环境下工作，同时解决了GSM-R通信模块3长时间处于不间断发射状态下应用场景下设备稳定性和可靠性问题。

其中电源模块1的指标如下：

输入电压类型：110VDC(66-160VDC)。

冗余设计：电源系统为1+1备份设计，输出功率150W，输出电压3.3/5A；

5V/10A；12/5A，实际可用功率为140W。

效率：＞80％；

工作温度/湿度：湿度RH5-90％。

可维护性：支持热插拔，前面板维护。

防护性能：因直流外配防护装置选型困难，电源模块1设计中会考虑3KA的防护和增加开关设计

安规认证：具有CE或UL、TUV安规等多国承认安规认证。

限制结构尺寸：高3U(108mm)，系统宽度84.67mm，深度172mm，系统采用4U高的机框。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种机车同步操控通信装置，其特征在于，包括：

用于将机车接入GSM-R网络的GSM-R通信模块；

用于接收所述机车的指令并将该指令传递给所述GSM-R通信模块、通过所述GSM-R通信模块完成所述机车和地面应用节点之间的无线数据通信的主控板；

用于为所述GSM-R通信模块和所述主控板供电的电源模块；

其中，所述主控板通过串口和所述GSM-R通信模块连接，所述电源模块分别与所述主控板、所述GSM-R通信模块连接。

2.根据权利要求1所述的机车同步操控通信装置，其特征在于，

所述主控板包括CPU、以太网卡、串口扩展板、存储器、看门狗模块、实时时钟、复位按键，所述以太网卡、所述串口扩展板、所述存储器、所述看门狗模块、所述实时时钟、所述复位按键分别与所述CPU连接。

3.根据权利要求1所述的机车同步操控通信装置，其特征在于，

所述电源模块包括EMI滤波器、电压变换模块，所述EMI滤波器与所述电压变换模块连接。

4.根据权利要求1所述的机车同步操控通信装置，其特征在于，还包括：

采集所述机车和所述地面应用节点之间的通信数据，并将所述通信数据传输到地面上的服务器上的监测板，所述监测板和所述GSM-R通信模块连接。

5.根据权利要求4所述的机车同步操控通信装置，其特征在于，

所述主控板、所述GSM-R通信模块、所述电源模块、所述监测板均为两个；

其中，两个所述主控板之间通过以太网口连接。

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