一种磁浮交通地面分区集成控制方法、装置及其应用系统与流程

本发明涉及磁浮交通领域，特别涉及一种磁浮交通地面分区集成控制方法、装置及其应用系统。

背景技术：

磁浮运行控制系统与磁浮交通系统中的列车、牵引、线路及道岔等设备或系统相连，完成对列车运行的控制、安全防护、自动运行及管理调度等任务。磁浮运控系统由中央运控系统、分区运控系统、车载运控系统和通信子系统组成。运行控制系统中安全相关的功能主要以通过分区运控系统和车载运控系统来实现。分区运控系统作为保证列车安全的核心子系统，通过与中央控制系统、车载运控系统、相邻分区运控系统及牵引供电系统相连，完成驾驶顺序控制、进路防护、道岔防护、牵引系统切断、列车防护等功能。

如图5所示，现有的磁浮列车运行控制系统中，对于相同长度的由五个牵引分区组成的磁浮线路，需要划分运控分区，相应的有五个分区运控系统进行运行指挥和安全防护；每个分区分别对应各自的分区运控系统和牵引系统，分区的划分要与牵引系统的分区划分一一对应，即，一个分区运控系统对应一个牵引分区。对于复线每个线路区段上下行划分为不同的牵引分区，相应地设置两个分区运控系统。在每个牵引区段或分区控制区段内，每一时刻只允许一列磁浮列车处于运行状态。当列车运行至分区边界是需要完成分区切换过程，该过程包括所涉及安全计算机的数据交换、无线电切换、管理权交接等步骤，分区切换失败时运控系统将实施牵引切断和紧急制动以保证磁浮列车能停在最近的停车点。

现有磁浮分区运控系统存在如下问题：

(1)每个牵引分区需设置一个分区运控系统，在复杂的线路区域，比如车站区域，为提高列车运行效率，需设置多个牵引分区，相应的需要设置多个分区运控系统，导致运行控制系统设备量大增、系统结构复杂、系统造价、建设施工、后期维护成本高。

(2)需要频繁的进行分区切换，其切换过程涉及多个步骤，分区切换失败后列车需实施牵引切断及紧急制动，影响线路准点率，列车运行效率和乘客舒适度。

根据上述介绍，运控系统有中央运控系统，若干分区运控系统以及车载运控系统，其中中央运控系统和分区运控系统都在地面，与地面牵引控制系统紧密相连；牵引控制系统实际上都是分区牵引控制系统，受分区运控系统管理和控制。因此，与传统的车载牵引控制系统相比，磁浮交通地面牵引控制系统在传统车载变流器单元的控制与保护基础上，增加了一个顶层的分区牵引控制装置，以接收分区运控的指令、进行处理并输出变流器单元控制所需的输入指令。

高速磁浮系统的运行在很大程度上由运控系统自动控制和防护。用于列车追踪、自动进路设置、列车位置显示、操作诊断、调度运行的自动和人工控制等，均在中央运控系统的计算机系统中实施。

分区运控装置接受中央运控系统的指令，实现驾驶顺序控制、进路防护、道岔防护、牵引切断、列车防护、安全定位、速度曲线监控的功能，并以此对(分区)牵引控制装置进行管理与控制。

分区牵引控制装置从分区运控装置接收各种报文与数据，然后进行处理，一方面输出变流器单元的设定值，包括电压、电流、频率。另一方面输出线路沿线的轨旁定子开关站控制指令。

目前已有的分区控制系统组网如图1所示。

其中图1是地面运控系统与牵引控制系统的示意图。

图中可以了解到，运控和牵引都是分区进行，在一个分区单元内面牵引分区和运控分区的分区一一对应，分区边界一致。

中央运控系统管理并控制线路上各分区运控装置/系统(运控分区控制计算机dcc、运控分区安全计算机dsc、安全切断计算机dps等)，各分区运控装置对应管理并控制各分区牵引控制装置(电机控制单元mcu、变流器控制单元ccu等)。当前已有的基于长定子制式的高速磁浮运控分区控制系统和牵引分区控制系统联系非常紧密，接口数据量大，传输指令丰富，但分别属于运控系统和牵引系统。

上述结构的现有磁浮交通地面分区控制系统的缺点如下：

第一，分区运控装置和分区牵引控制装置均要求热备冗余，从配置上来说设备数量多，成本较高；

第二，运控分区和牵引分区的边界一致，但两个子系统的分区控制装置各自实现对应的功能，要完成分区切换等功能，涉及设备/节点多，步骤较多。

技术实现要素：

应当理解，本公开以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本公开提供进一步的解释。

针对上述分区运控装置和分区牵引控制装置分属不同子系统，配置设备数量多，控制步骤尤其是分区切换步骤复杂等缺点，发明了磁浮交通地面分区集成控制系统。

本发明的主要目的是，采用集成化、模块化设计的控制装置，集成实现联系紧密的分区运控装置和分区牵引控制装置的功能，实现优化设计并解决设备配置多、接口多、控制步骤多的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种磁浮交通地面分区集成控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一，接受中央运控的指令，登录列车，并选择运行模式；

步骤二，根据进路安排，读取线路数据，并计算所述登录列车的防护曲线和运行曲线；

步骤三，判断所述登录列车是否处于悬浮状态？

步骤四，如果未处于悬浮状态，则指令所述登录列车处于悬浮状态；

步骤五，起程运行，所述登录列车按照所述运行曲线进入行驶状态；

步骤六，采集所述登录列车行驶状态下的行驶参数，并与所述运行曲线进行比较；

步骤七，判断所述登录列车是否接近所述运行曲线的停车状态，如果不是，转入步骤六，如果是，发出制动控制指令；

步骤八，判断是否有新的进路安排，如果有，转入步骤二，如果没有，制动停止。

比较好的是，本发明进一步提供了一种磁浮交通地面分区集成控制方法，其特征在于，所述步骤二中进一步包括：

所述进路安排包括若干安全参数，所述安全参数包括与所述登录列车自身安全和线路安全相关的参数。

比较好的是，本发明进一步提供了一种磁浮交通地面分区集成控制方法，其特征在于，所述步骤二中进一步包括：

根据线路数据计算所述防护曲线，所述线路数据包括线路的坡道、弯道、线路限速和列车的能力。

比较好的是，本发明进一步提供了一种磁浮交通地面分区集成控制方法，其特征在于，所述步骤五进一步包括：

在所述行驶状态中，根据所述防护曲线和所述登录列车行驶状态下的行驶参数进行安全防护。

比较好的是，本发明进一步提供了一种磁浮交通地面分区集成控制方法，其特征在于，

所述步骤二中，所述防护曲线包括所述登录列车运行允许的最大速度曲线和最小速度曲线。

比较好的是，本发明进一步提供了一种磁浮交通地面分区集成控制方法，其特征在于，

所述运行曲线为包括速度和里程的关系曲线。

本发明还提供了一种磁浮交通地面分区集成控制装置，其特征在于，该装置包括：

用于接受中央运控的指令，登录列车和运行模式选择的输入装置；

包括处理器和存储器的控制装置，其中所述控制装置响应所述输入装置进入所选运行模式的操作：

根据进路安排，读取线路数据，并计算所述登录列车的防护曲线和运行曲线；

控制所述登录列车悬浮/降落；

起程运行，所述登录列车按照所述运行曲线进入行驶状态；

采集所述登录列车行驶状态下的行驶参数，并与所述运行曲线进行比较；

当所述登录列车接近所述运行曲线的停车状态，则发出制动控制停车指令。

比较好的是，本发明还进一步提供了一种磁浮交通地面分区集成控制装置，其特征在于，

所述进路安排包括若干安全参数，所述安全参数包括与所述登录列车自身安全和线路安全相关的参数。

比较好的是，本发明还进一步提供了一种磁浮交通地面分区集成控制装置，其特征在于，

根据线路数据计算所述防护曲线，所述线路数据包括线路的坡道、弯道、线路限速和列车的能力。

比较好的是，本发明还进一步提供了一种磁浮交通地面分区集成控制装置，其特征在于，

在所述行驶状态中，根据所述防护曲线和所述登录列车行驶状态下的行驶参数进行安全防护。

本发明还提供了一种磁浮交通地面分区集成控制系统，应用上述任一项磁浮交通地面分区集成控制装置，其特征在于，所述系统包括：

中央运控装置，耦接与所述分区集成控制装置，用以向所述分区集成控制装置发送指令；

车载装置，耦接所述分区集成控制装置，用以实现所述登录列车的控制功能；

牵引装置，耦接所述分区集成控制装置，根据所述分区集成控制装置的指令牵引所述登录列车的运行状态。

比较好的是，本发明进一步提供了一种磁浮交通地面分区集成控制系统，其特征在于，

所述牵引装置进一步包括：

变流器控制单元，耦接所述分区集成控制装置，根据所述分区集成控制装置的指令，通过实时模拟信号和速度信号进行采集计算，对变流器进行闭环控制；

定子开关站控制单元，控制轨道沿线定子开关站按照所述登录列车运行所需进行开关动作控制所述登录列车按照所述运行曲线进行运行。

本发明将分区牵引控制与分区运控集成在一起，整体达到安全控制平台/运行控制平台的性能，提高了牵引系统分区牵引控制装置的可靠性。

附图说明

现在将详细参考附图描述本公开的实施例。现在将详细参考本公开的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开。

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1所示为原地面运控系统与牵引控制系统概览的示意图；

图2给出了本发明的磁浮交通地面分区集成控制装置的关联示意图；

图3示意了本发明的控制系统框图；

图4示意了本发明的控制流程图；

图5所示为现有磁浮列车运行控制系统中牵引分区组成的磁浮线路示意图。

附图标记

50――分区集成控制装置

51――中央运控装置

52――车载装置

53――牵引装置

531――变流器控制单元

532――定子开关站控制单元

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

基于长定子制式的地面牵引分区和运控分区的控制特性，针对磁浮交通地面牵引控制系统在传统车载变流器单元的控制与保护基础上增加的一个顶层的分区牵引控制装置(接收分区运控装置的指令、进行处理并输出变流器单元控制所需的输入指令)，本发明采用集成化、模块化设计的地面分区集成控制装置，实现磁浮交通地面分区控制的新方法。

请参见图4，所示为磁浮交通地面分区集成控制方法的流程图；

图3所示为应用上述流程图的控制模块示意图，即本发明的分区集成控制装置50在整个系统中的控制示意图。

该系统还包括中央运控装置51，该装置是向分区集成控制装置50发送指令，车载装置52包括实现列车的各种控制功能，牵引装置51是接受分区集成控制装置50的指令，交给变流器控制单元531和定子开关站控制单元532控制列车按照运行曲线进入行驶状态。

下面结合该两个示意图，详细描述本发明的集成控制方法的实现过程。

步骤411，分区集成控制装置50接受中央运控装置51的指令，登录当前列车；

步骤412，选择并设置运行模式为“列车运行状态”模式，即表明将当前列车设置为运行状态；

步骤413，接收中央运控装置51的进路安排，该进路安排包括目的地和时间等安排，并从分区集成控制装置50中读取线路数据；

步骤414，根据所读取的线路数据和中央运控装置51的进路安排，计算防护曲线，该防护曲线涉及列车运行允许的最大速度曲线和最小速度曲线，要求列车的实际速度不能超过该最大速度曲线，也不能低于该最小速度曲线；

步骤415，计算当前登录列车的运行曲线，即包括速度和里程的关系曲线；

步骤416，判断当前登录的列车是否处于悬浮状态？该悬浮状态是必备的发车条件中运行预备状态；

步骤417，如果尚未处于悬浮状态，则发出控制指令给车载装置52使列车处于悬浮状态；

步骤418，起程运行，控制列车按照运行曲线行驶，牵引装置53中的变流器控制单元531和定子开关站控制单元532接受控制指令，列车按照步骤415的曲线进入行驶状态；

步骤419，行驶过程中实时获取列车行驶参数，包括速度和距离，并与步骤415中的运行曲线中的速度和里程进行比较；

步骤420，判断列车的行驶参数是否接近曲线中接近的到站停车状态，如果不是，转入步骤419；

步骤421，如果接近到站停车参数，控制列车制动停车，向牵引装置53发出制动指令，列车在牵引装置53的控制下实现停车制动，向车载装置52发出停止悬浮指令，列车停止悬浮实现落车；

步骤422，判断是否有新的进路，如果没有，停止运行；

步骤423，如有有新的进路转入步骤413，继续循环流程，等待中央运控装置51的下一进路安排。

图2示意了磁浮交通地面分区集成控制装置的关联示意图。

与体现现有技术中的图1相比对，集成后的运控系统和牵引控制系统概览的示意图如图4所示。图中可以了解到，基于运控和牵引都是分区进行且分区边界一致，分区集成控制装置替代了原分区运控装置和原分区牵引控制装置，一方面其功能上融合了原来两类分区装置的功能，另一方面进行了资源整合，优化功能配置。

地面分区牵引控制装置(电机控制单元)在硬件配置上与地面分区运控装置有直接对应关系，从软件控制上看，分区牵引控制装置输入所需的列车信息、线路数据、最大速度曲线数据、停车点步进信息全部来自于分区运控装置，二者之间有频繁的发送报文、应答报文，而分区牵引控制装置与分区牵引设备控制单元之间传输的则是相对简单的单元/设备的控制指令与状态反馈信息。因此顶层管理、曲线计算、顶层闭环控制等功能都可以集成在地面分区集成控制装置实现。

采用地面分区集成控制装置，针对磁浮交通地面牵引分区设备的控制，省略了准备停车点运行和起程等阶段所要求的dcc和mcu之间发送和应答的繁杂过程，控制流程可实现优化，包括列车分区内运行控制流程、分区切换控制流程等均可实现设备简化，控制流程优化。

分区集成控制装置50，基于飞速发展的控制平台/计算机技术,可实现分区运控装置(分区控制计算机)和分区牵引控制装置(电机控制单元)的功能。分区集成控制装置50接收中央运控装置51的指令，根据牵引模型、控制架构等进行处理，集成磁浮交通地面分区控制的“大脑”功能，除安全防护功能外，高效率的实现的分区牵引和分区运控的工作，输出指令报文给牵引装置53、车载装置52，“大脑”集中发指令后由“躯干”执行。

实施例1

在图4所示的流程图基础上，本发明的分区集成控制装置50还融合传统分区安全计算机单元的功能，具体涉及：在步骤413，接收中央运控装置的进路安排，同时还集成了传统分区安全计算机单元的安全防护功能，即考虑前面位置是否有车，有停车位，列车本身的安全和线路安全，

此外，在步骤414中，传统做法的是从分区安全计算机单元获取防护曲线，在集成后，由集成控制装置50根据包括坡道，弯道，线路限速，列车的能力，前方是否有车等等参数计算防护曲线；

此外，在步骤418～421，传统由dsc进行安全防护，此处根据防护曲线判断。

本发明由于融合了传统dsc单元功能，实现运行防护相关功能，采用安全控制平台，可靠性高。分区集成控制装置整体采用安全控制平台，装置可靠性提高，并再度简化原分区安全计算机和分区控制计算机之间的流程，功能上综合实现安全防护功能。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明的分区集成控制装置50还融合分区控制诊断单元(dsp)的功能，具体体现在步骤418及之后，在控制列车按照运行曲线行驶的过程中，如果系统发生故障需要进行安全防护，则由分区集成控制装置向牵引装置发送安全切断指令，控制牵引装置退出运行，并由分区集成控制装置向车载装置发送指令控制列车制动停在安全的停车区域。

较传统技术方案而言，本发明的创新点及有益效果包括如下几方面：

第一，分区牵引控制装置(如电机控制单元)与分区运控装置功能联系非常紧密，将分区牵引控制装置与分区运控装置集成在一起，整体达到安全控制平台/运行控制平台的性能，提高了牵引系统分区牵引控制装置的可靠性。

第二，充分利用磁浮交通地面控制系统特性，集成功能联系紧密的分区运控和分区牵引控制装置，打破现有的“老技术”，构建磁浮交通地面控制系统新拓扑；

第三，分区装置集成化、模块化，便于在磁浮交通长大干线应用、拓展；

第四，集成化分区控制装置，更利于迭代利用新发展的控制平台/计算机技术；

第五，集成化分区控制装置更易于重新规划功能、优化控制；

第六，设备数量减少，成本较低，每个分区仍有冗余；

第七，接口数量减小，接口环节减小，失效率降低。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理器件(dapd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘cd、数字多功能盘dvd……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。

计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。