CN212748963U - 一种列车速度采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种列车速度采集系统，包括速度脉冲采集单元、通信单元，以及两个信号处理单元；所述两个信号处理单元的输入端和输出端分别与所述速度脉冲采集单元、所述通信单元连接，所述两个信号处理单元之间通过双重冗余设置的FlexRay总线相连；任一信号处理单元包括速度运算子单元和比较子单元，所述速度运算子单元用于基于所述速度脉冲采集单元输出的速度脉冲信号生成速度数据，所述比较子单元用于在所述速度运算子单元生成的速度数据与接收自另一信号处理单元的速度数据一致时将所述速度数据输出至所述通信单元。本实用新型提供的系统保证了输出数据的正确性与安全性，提高了列车行驶的安全性。

Description

一种列车速度采集系统

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种列车速度采集系统。

背景技术

随着铁路机车在行驶过程中的安全问题越来越受重视，列车控制系统对速度信号采集的安全性和实时性的要求也越来越高。

现有的列车速度采集系统，通过速度传感器对列车速度信号进行采集，采集后直接送入机车控制系统，无法保证速度信号采集的正确性和安全性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种列车速度采集系统，用于解决现有的列车速度采集系统无法实现速度信号采集的正确性和安全性的问题。

本实用新型实施例提供一种列车速度采集系统，包括速度脉冲采集单元、通信单元，以及两个信号处理单元；

所述两个信号处理单元的输入端和输出端分别与所述速度脉冲采集单元、所述通信单元连接，所述两个信号处理单元之间通过双重冗余设置的FlexRay总线相连；

任一信号处理单元包括速度运算子单元和比较子单元，所述速度运算子单元用于基于所述速度脉冲采集单元输出的速度脉冲信号生成速度数据，所述比较子单元用于在所述速度运算子单元生成的速度数据与接收自另一信号处理单元的速度数据一致时将所述速度数据输出至所述通信单元。

可选地，所述比较子单元包括比较模块和输出模块；

所述比较模块用于将所述速度运算子单元生成的速度数据与另一信号处理单元的速度数据进行比较，得到比较结果；

所述输出模块用于当所述比较结果为一致时，输出所述速度运算子单元生成的速度数据至所述通信单元。

可选地，所述通信单元包括两个Ethercat通信芯片，所述两个Ethercat通信芯片分别与所述两个信号处理单元的输出端通过SPI总线相连。

可选地，所述两个信号处理单元之间采用RSSP-I协议通信。

可选地，所述速度脉冲采集单元包括若干个光电式速度传感器，任一光电式速度传感器输出3路相位差为120度的速度脉冲信号。

可选地，所述速度脉冲采集单元还包括多路相互独立的隔离脉冲采集整形电路，所述隔离脉冲采集整形电路用于对所述速度脉冲信号进行采集整形，所述隔离脉冲采集整形电路的数量大于等于所述速度脉冲信号的数量。

可选地，所述隔离脉冲采集整形电路包括串联的光电耦合器和施密特触发器。

可选地，所述速度数据包括速度值和速度方向。

本实用新型实施例提供的列车速度采集系统，包括速度脉冲采集单元、通信单元，以及两个信号处理单元，两个信号处理单元之间通过双重冗余设置的FlexRay总线相连，任一信号处理单元通过比较子单元对速度运算子单元生成的速度数据与另一信号处理单元的速度数据进行判断，当速度数据一致时将速度数据输出至通信单元，保证了输出数据的正确性与安全性，提高了列车行驶的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的列车速度采集系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的通信单元的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的隔离脉冲采集整形电路的结构示意图；

附图标记说明：

100-速度脉冲采集单元； 110-隔离脉冲采集整形电路；

111-光电耦合器； 112-施密特触发器；

210-信号处理单元； 211-速度运算子单元；

212-比较子单元； 220-信号处理单元；

221-速度运算子单元； 222-比较子单元；

300-通信单元； 310-Ethercat通信芯片；

320-Ethercat通信芯片。

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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的列车速度采集系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括速度脉冲采集单元100、通信单元300、信号处理单元210，以及信号处理单元220；两个信号处理单元的输入端和输出端分别与速度脉冲采集单元100、通信单元连接300，两个信号处理单元之间通过双重冗余设置的FlexRay总线相连；

信号处理单元210包括速度运算子单元211和比较子单元212，速度运算子单元211用于基于速度脉冲采集单元100输出的速度脉冲信号生成速度数据，比较子单元212用于在速度运算子单元211生成的速度数据与接收自另一信号处理单元220的速度数据一致时将速度数据输出至通信单元300。

需要说明的是，本实用新型实施例以信号处理单元210为例对信号处理单元的结构与工作原理进行说明，信号处理单元220的结构与工作原理与信号处理单元相同。

具体地，列车速度采集系统中的速度脉冲采集单元100对列车速度信号进行采集，并输出速度脉冲信号至信号处理单元210和220的输入端。

信号处理单元210中的速度运算子单元211对输入的速度脉冲信号进行运算处理，生成速度数据输入至比较子单元212中，同时将速度数据通过FlexRay总线发送至信号处理单元220中的比较子单元222。

比较子单元212对来自速度运算子单元211生成的速度数据与来自信号处理单元220中的速度运算子单元221生成的速度数据进行数据比较，当速度数据一致时，将速度数据输出至通信单元300。

与此同时，信号处理单元220中的比较子单元221对来自速度运算子单元221生成的速度数据与来自信号处理单元210中的速度运算子单元211生成的速度数据进行数据比较，当速度数据一致时，将速度数据输出至通信单元300。

列车速度采集系统采用二取二技术，通过两个信号处理单元对输入的速度脉冲信号进行了同步接收、实时比较，当速度数据一致时，将速度数据通过通信单元输出至列车控制系统，保证了输出数据的正确性与安全性，提高了列车行驶的安全性。

现有技术中，两个信号处理器之间的通信总线往往选取的是CAN等低速通信总线，如要实现信号处理上的冗余特性需要编制相应的软件实现，而软件程序结构复杂，实现较为困难。

本实用新型实施例中两个信号处理单元之间通过双重冗余设置的FlexRay总线相连，构成双信道系统运行，通信速度可达10Mbps，具备了通信故障容错能力，实现了信号处理器之间的高速通信，使得列车速度采集系统的可靠性得到了极大的提升，从而保证了信号处理的实时性和安全性。

基于上述实施例，比较子单元包括比较模块和输出模块；

比较模块用于将速度运算子单元生成的速度数据与另一信号处理单元的速度数据进行比较，得到比较结果；

输出模块用于当比较结果为一致时，输出速度运算子单元生成的速度数据至通信单元。

具体地，以信号处理器210中的比较子单元212为例，比较子单元212包括比较模块和输出模块。

比较模块将速度运算子单元211生成的速度数据与信号处理单元220的速度数据进行比较，得到比较结果。此处比较结果为一致或不同。比较模块可以通过模拟电路中通用的比较器实现，具体可以将两个速度运算自子单元输出的两路速度数据分别作为比较器的两路输入信号，将比较器的输出信号作为比较结果。

经过两个独立的信号处理器进行了严格同步和实时比较后，比较结果一致时，说明该列车速度采集系统采集运算后得到的速度数据正确，具有较高的可信度。

此外，输出单元可以通过包含有可控开关器件的电路实现，其中可控开关器件可以基于比较结果的驱动实现导通和关断，从而达到在比较结果为一致时输出速度数据的效果。

基于上述任一实施例，图2为本实用新型实施例提供的通信单元的结构示意图，如图2所示，通信单元包括两个Ethercat通信芯片，两个Ethercat通信芯片分别与两个信号处理单元的输出端通过SPI总线相连。

具体地，通信单元300包括Ethercat(实时以太网)通信芯片310和320。每个Ethercat通信芯片分别与一个信号处理单元的输出端通过SPI总线连接。例如，Ethercat通信芯片310通过SPI总线连接信号处理单元210，Ethercat通信芯片320通过SPI总线连接信号处理单元220。

此外，Ethercat通信芯片310和320之间通过Ethercat总线相连，并与列车控制系统通过Ethercat总线相连。信号处理单元210和220输出的速度数据通过通信单元300的Ethercat通信芯片310和320发送至列车控制系统。

现有技术中，列车速度采集系统与列车控制系统之间的数据传输采用标准以太网，其通信延时较大，无法保证实时性。Ethercat(实时以太网)是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，能够提供纳秒级精度的同步，是当前最快的工业以太网技术。

本实用新型实施例采用基于Ethercat(实时以太网)的数据传输，传输延时小、数据更新周期短，数据同步时的通讯抖动量低，保证了速度数据传输的实时性。

此外，两个Ethercat通信芯片分别与两个信号处理单元的输出端通过SPI总线相连，进一步地，SPI总线可以采用高速SPI总线，提高了信号处理单元与通信单元的数据传输速率，提高了速度采集的实时性。

在Ethercat通信芯片与列车控制系统之间，还可以设置共模滤波器，以消除速度数据传输过程中的共模干扰。

基于上述任一实施例，两个信号处理单元之间采用RSSP-I协议通信。

具体地，RSSP-I协议为铁路信号安全通信协议，广泛应用于列车控制中心与外围系统之间的接口，要求数据包的序列号与时戳必须同步，从而提高信号传输的安全性。

信号处理器210和220之间在双重冗余的FlexRay总线上采用RSSP-I协议进行数据交互，保证了列车速度采集系统的安全性和可用性。

基于上述任一实施例，速度脉冲采集单元包括若干个光电式速度传感器，任一光电式速度传感器输出3路相位差为120度的速度脉冲信号。

具体地，速度脉冲采集单元使用的速度传感器可以采用光电式速度传感器。本实用新型对于光电式速度传感器的设置数量不作具体限定。

光电式速度传感器通过对列车内外两轨道光栅盘进行扫描，输出每转200个脉冲。1个光电式速度传感器有3个输出通道，每个输出通道输出1路速度脉冲信号，3个输出通道输出的脉冲波形具有120度相位差。

本实用新型实施例提供的列车速度采集系统采用光电式速度传感器，具有测速范围广、准确度高、分辨力高、可靠性高和抗干扰能力强等优点。

基于上述任一实施例，速度脉冲采集单元还包括多路相互独立的隔离脉冲采集整形电路，隔离脉冲采集整形电路用于对速度脉冲信号进行采集整形，隔离脉冲采集整形电路的数量大于等于速度脉冲信号的数量。

具体地，为了提高列车速度采集系统的可用性，速度脉冲采集单元对于采集的速度脉冲信号可以采用独立的隔离脉冲采集整形电路进行信号调理，使得输入脉冲信号的电压范围符合信号处理单元的电压输入要求，对混入脉冲信号中的噪声进行滤除。

每1路隔离脉冲采集整形电路对应于1路速度脉冲信号。隔离脉冲采集整形电路的数量可以根据实际需要设置。例如，可以采用8路相互独立的隔离脉冲采集整形电路，使得整形电路的数量大于输入的脉冲信号数量，为传感器维护提供测试接口或者为之后新增速度传感器提供备用接口，提高了列车速度采集系统的适用范围。

基于上述任一实施例，图3为本实用新型实施例提供的隔离脉冲采集整形电路的结构示意图，如图3所示，隔离脉冲采集整形电路110包括串联的光电耦合器111和施密特触发器112。

具体地，本实用新型实施例以隔离脉冲采集整形电路包括1个光电耦合器和1个施密特触发器的情形进行说明，该实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型实施例对于光电耦合器和施密特触发器的数量不作具体限定。

当速度传感器输出的速度脉冲信号的电压范围高于信号处理单元的电压输入要求时，例如速度脉冲信号的电压为24V，信号处理单元的电压输入要求为3.3V时，光电耦合器111将高电平为24V的脉冲转换为低电平为3.3V的脉冲，使得速度脉冲信号能够满足信号处理单元的电压要求。

施密特触发器112用于将光电耦合器111输出的脉冲信号进行整形，消除脉冲信号中高频抖动带来的干扰，并将整形后的信号输出至信号处理单元210和220的输入端。

本实用新型实施例提供的隔离脉冲采集整形电路，通过光电耦合器进行信号隔离，施密特触发器进行信号调理，提高了速度信号采集的准确性。

基于上述任一实施例，速度数据包括速度值和速度方向。

具体地，信号处理单元210和220中的速度运算子单元同时对速度脉冲信号进行运算，根据速度脉冲信号的频率与相位，计算出速度值与速度方向，并将速度值与速度方向作为速度数据输出至比较子单元。

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。

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 (8)

1.一种列车速度采集系统，其特征在于，包括速度脉冲采集单元、通信单元，以及两个信号处理单元；

所述两个信号处理单元的输入端和输出端分别与所述速度脉冲采集单元、所述通信单元连接，所述两个信号处理单元之间通过双重冗余设置的FlexRay总线相连；

任一信号处理单元包括速度运算子单元和比较子单元，所述速度运算子单元用于基于所述速度脉冲采集单元输出的速度脉冲信号生成速度数据，所述比较子单元用于在所述速度运算子单元生成的速度数据与接收自另一信号处理单元的速度数据一致时将所述速度数据输出至所述通信单元。

2.根据权利要求1所述的列车速度采集系统，其特征在于，所述比较子单元包括比较模块和输出模块；

所述比较模块用于将所述速度运算子单元生成的速度数据与另一信号处理单元的速度数据进行比较，得到比较结果；

所述输出模块用于当所述比较结果为一致时，输出所述速度运算子单元生成的速度数据至所述通信单元。

3.根据权利要求1所述的列车速度采集系统，其特征在于，所述通信单元包括两个Ethercat通信芯片，所述两个Ethercat通信芯片分别与所述两个信号处理单元的输出端通过SPI总线相连。

4.根据权利要求1所述的列车速度采集系统，其特征在于，所述两个信号处理单元之间采用RSSP-I协议通信。

5.根据权利要求1所述的列车速度采集系统，其特征在于，所述速度脉冲采集单元包括若干个光电式速度传感器，任一光电式速度传感器输出3路相位差为120度的速度脉冲信号。

6.根据权利要求1所述的列车速度采集系统，其特征在于，所述速度脉冲采集单元还包括多路相互独立的隔离脉冲采集整形电路，所述隔离脉冲采集整形电路用于对所述速度脉冲信号进行采集整形，所述隔离脉冲采集整形电路的数量大于等于所述速度脉冲信号的数量。

7.根据权利要求6所述的列车速度采集系统，其特征在于，所述隔离脉冲采集整形电路包括串联的光电耦合器和施密特触发器。

8.根据权利要求1至7任一项所述的列车速度采集系统，其特征在于，所述速度数据包括速度值和速度方向。

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