一种大型养路机械网络控制系统及其设计方法与流程

1.本发明涉及铁路工程机械技术领域，尤其涉及一种基于三级网络的大型养路机械网络控制系统及其设计方法。


背景技术：

2.大型养路机械是实现铁路维修养护现代化、保证铁路不间断运输和行车安全的重要工具。在我国，目前比较普遍使用的捣固车、清筛车、稳定车等大型养路机械，其主要作用是建设铁路新线路，对铁路旧线进行修养或清筛，以及运营线路，对轨道进行全面仔细的拨道，起道抄平、捣碎并加固石渣等等作业。作为铁路养路工程机械的核心技术领域，铁路大型养路机械电气系统担负着全车的各种作业及辅助控制任务，是整车的大脑，直接指挥各种作业、走行及制动等动作。从电气控制而言，它涉及到模拟控制、数字控制、计算机软件、硬件，以及电气控制、激光技术等多个方面。
3.以目前我国使用广泛的大型养路机械—捣固车为例，捣固车的电气控制系统作为全车的核心担负着全车各种工作的控制任务，相当于整个捣固车的大脑。工作人员通过电气控制系统直接指挥捣固车的各种作业，同时为了有效地保证捣固车工作的精确性和稳定性，需要定期对其工作的参数进行校正。另外，捣固车的电气控制系统需要收集并分析不同的工作资料，同时定时将资料存储起来，以备使用。
4.大型养路机械的特点是数字量多，拥有很多逻辑运算，模拟量精度要求高，如：wd320动力稳定车共有80路输入开关量和72路输出开关量，12路输入模拟量和4路输出模拟量以及2路输入频率量，信号繁多，分布在车体的各个部位，布线多，其实时性和精度要求非常高(尤其对捣固车精度要求相当的高)，工况又非常差，振动大、灰尘多。为了提高系统的可靠性和作业精度，特别是为了满足现代高速铁路发展的需要，非常有必要研究一种新的铁路大型养路机械电气控制系统，该系统要求数据传输可靠，能够集中管理监视，但是各执行机构又分布在车体的各个部分。同时，考虑到系统对网络的实时性和可靠性的高要求，can网络相对比较适合大型养路机械的要求，且其抗干扰能力强，很适合这种工作环境。can纵向并发式的协议，可设置模块的优先级，这些也有利于提高系统数据传输率，所以选择can网络作为铁路大型养路机械的车载网络。
5.在现有技术中，与本发明较为相关的技术方案主要有：
6.本技术人于2016年05月23日申请，并于2016年08月17日公开，公开号为cn105871673a的中国发明申请。如附图1至附图3所示，该发明公开了一种大型养路机械网络控制系统，采用两级网络控制系统，具体包括：底层模块1到底层模块n的n个底层模块，网络设备1到网络设备t的t个网络设备，以及从显示模块1到显示模块m的m个显示模块，且各个模块之间采用can总线进行互联。底层模块包括电源模块、脉冲识别模块、网关模块和主数字量输入模块、主模拟量输入模块、主数字量输出模块等主网络控制模块与数字量输入扩展模块、模拟量输入扩展模块、数字量输出扩展模块等扩展网络控制模块；网络设备包括网络传感器和电子发动机模块等支持can总线通信的第三方设备。两级网络控制系统由主
数字量输入模块、主模拟量输入模块和主数字量输出模块等主网络控制模块与电源模块、脉冲识别模块、显示模块、网关模块等构建成通信主干网，由数字量输入扩展模块、模拟量输入扩展模块、数字量输出扩展模块、网络设备等构建成通信i/o子网。通信i/o子网由主数字量输入模块、主模拟量输入模块、主数字量输出模块等主网络控制模块或网关模块进行扩展。该发明能够解决现有系统扩展输入输出点成本较高、系统网络结构二次构建复杂和硬件性价比不高的技术问题。
7.然而，目前的大型养路机械电气系统网络控制系统还存在以下不足之处：
8.1)由于系统网络结构一经构建而成，就无法根据需要在不更改通信网络的情况下进行扩充输入输出点，而只能通过增加体积较大且成本较高的网络控制模块数量来扩展输入输出点，从而导致了产品缺乏灵活性且成本较高；
9.2)随着网络控制模块数量的增加，系统网络结构也发生了改变，使得网络控制模块底层软件需要做较多修改，系统网络结构二次构建和售后服务变得繁琐，造成研发与售后成本大幅增加；
10.3)随着大型养路机械智能化需求的提高，越来越多的传感器会加入网络，数据量会随之增大，原有的通信方式已不能满足智能化需求。


技术实现要素：

11.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大型养路机械网络控制系统及其设计方法，以解决现有基于两级网络的大型养路机械网络控制系统存在的系统扩展输入输出点成本较高、系统网络结构二次构建复杂和硬件性价比不高的技术问题。
12.为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种大型养路机械网络控制系统的技术实现方案，大型养路机械网络控制系统，包括：主控模块、集中控制模块、显示模块、以太网交换机，以及若干个i/o模块。由所述主控模块、集中控制模块、显示模块及以太网交换机组成列车级网络。由所述主控模块、集中控制模块及显示模块，或由所述主控模块、集中控制模块、显示模块及以太网交换机组成车内网络。由所述主控模块、集中控制模块及若干个i/o模块组成i/o子网络。由所述列车级网络、车内网络，以及i/o子网络组成三级控制网络，以实现对大型养路机械走行、作业功能的分散控制。所述主控模块及集中控制模块获取所述i/o模块的数据，若该数据用于本列车的作业控制、显示，则车内网络中的主控模块及集中控制模块将获取到的i/o子网络中的数据进行计算，并发送至显示模块进行显示。所述显示模块根据作业要求通过主控模块或集中控制模块发出控制数据，用于控制i/o子网络中的i/o模块。若该数据用于多列车的作业控制、显示，则由所述主控模块、集中控制模块及显示模块通过以太网交换机与其他列车的设备进行数据通信。
13.进一步的，所述主控模块用于系统中的数据计算及控制信号输出；所述集中控制模块用于承担剩余部分的数据计算，并用于多路数字量输入输出及模拟量采集。
14.进一步的，所述i/o模块包括模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块。
15.进一步的，所述系统还包括第一中继模块，所述第一中继模块连接至车内网络，用于为所述车内网络提供中继，扩充所述车内网络的通信距离。
16.进一步的，所述系统还包括第二中继模块，所述第二中继模块连接至i/o子网络，
用于为所述i/o子网络提供中继，扩充所述i/o子网络的通信距离。
17.进一步的，所述系统还包括电源模块、蓄电池及负载隔离电源，所述蓄电池分别为电源模块及负载隔离电源供电。所述电源模块为第一中继模块、显示模块，以及主控模块和/或集中控制模块供电。所述负载隔离电源为数字量采集模块、数字量输出模块及第二中继模块供电。
18.进一步的，所述显示模块采用触摸屏作为人机交互接口，并能存储数据。所述显示模块与主控模块、集中控制模块进行数据交互，并实现对所述集中控制模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的控制和诊断操作。
19.进一步的，所述主控模块作为整个大型养路机械网络控制系统核心，实现数据的计算、控制以及通信。所述主控模块与集中控制模块、显示模块进行数据交互，从而实现对所述模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的控制。
20.进一步的，所述车内网络采用车内以太网或canfd主干网。当所述车内网络采用车内以太网时，由所述主控模块、集中控制模块、显示模块及以太网交换机组成车内以太网。当所述车内网络采用canfd主干网时，由所述主控模块、集中控制模块、显示模块及第一中继模块组成canfd主干网络，所述第一中继模块用于系统复杂时进行网络中继。所述主控模块能通过canfd或以太网通信将数据发送至显示模块进行显示，或者通过canfd或以太网通信将数据发送至集中控制模块以控制i/o子网络中的i/o模块。所述集中控制模块能通过canfd或以太网通信将i/o子网络中i/o模块反馈的数据发送至主控模块进行计算、存储，或者通过canfd或以太网通信将i/o子网络中i/o模块反馈的数据发送至显示模块进行显示。所述显示模块通过canfd或以太网通信将需要控制的数据发送至主控模块或集中控制模块，使得所述主控模块能控制通过主控模块搭建的i/o子网络中的i/o模块，或使得所述集中控制模块能够控制通过集中控制模块搭建的i/o子网络中的i/o模块。
21.进一步的，所述集中控制模块包括以太网通信接口、canfd通信接口、can通信接口，以及rs232/485可转换接口，能与所述主控模块、显示模块进行canfd通信，并能与所述以太网交换机进行以太网通信。所述集中控制模块能通过canfd1通信接口实现基于现场总线通信的canfd主干网数据交换，通过canfd2、can3、can4通信接口扩展基于现场总线通信的i/o子网络，通过rs232/485通信接口连接需要进行232/485通信的外部设备，并能向外部设备提供具有短路保护功能的可控直流现场工作电源。所述集中控制模块还包含多路数字量采集通道、数字量输出通道及模拟量采集通道。
22.进一步的，当所述车内网络采用车内以太网时，通过所述以太网交换机实现主控模块、集中控制模块及显示模块之间的数据通信，并通过增加所述以太网交换机实现模块及网络的扩展。
23.本发明还具体提供了另一种大型养路机械网络控制系统的技术实现方案，大型养路机械网络控制系统，包括：主控模块、显示模块、以太网交换机，以及若干个i/o模块。由所述主控模块、显示模块及以太网交换机组成列车级网络。由所述主控模块及显示模块，或由所述主控模块、显示模块及以太网交换机组成车内网络。由所述主控模块及若干个i/o模块组成i/o子网络。由所述列车级网络、车内网络，以及i/o子网络组成三级控制网络，以实现对大型养路机械走行、作业功能的分散控制。所述主控模块获取所述i/o模块的数据，若该数据用于本列车的作业控制、显示，则车内网络中的主控模块将获取到的i/o子网络中的数
据进行计算，并发送至显示模块进行显示。所述显示模块根据作业要求通过主控模块将控制数据发出，用于控制i/o子网络中的i/o模块。若该数据用于多列车的作业控制、显示，则由所述主控模块及显示模块通过以太网交换机与其他列车的设备进行数据通信。
24.进一步的，所述车内网络采用车内以太网或canfd主干网。当所述车内网络采用车内以太网时，由所述主控模块、显示模块及以太网交换机组成车内以太网。当所述车内网络采用canfd主干网时，由所述主控模块、显示模块及第一中继模块组成canfd主干网络，所述第一中继模块用于系统复杂时进行网络中继。所述主控模块获取i/o模块的数据，若该数据用于本列车的作业控制、显示，则车内网络中的主控模块将获取到的i/o子网络中的数据进行计算，并发送至显示模块进行显示。所述显示模块根据作业要求通过主控模块发出控制数据，用于控制i/o子网络中的i/o模块。若该数据用于多列车的作业控制、显示，则由所述主控模块及显示模块通过以太网交换机与其他列车的设备进行数据通信。
25.本发明还具体提供了第三种大型养路机械网络控制系统的技术实现方案，大型养路机械网络控制系统，包括：集中控制模块、显示模块、以太网交换机，以及若干个i/o模块。由所述集中控制模块、显示模块及以太网交换机组成列车级网络。由所述集中控制模块及显示模块，或由所述集中控制模块、显示模块及以太网交换机组成车内网络。由所述集中控制模块及若干个i/o模块组成i/o子网络。由所述列车级网络、车内网络，以及i/o子网络组成三级控制网络，以实现对大型养路机械走行、作业功能的分散控制。所述集中控制模块获取所述i/o模块的数据，若该数据用于本列车的作业控制、显示，则车内网络中的集中控制模块将获取到的i/o子网络中的数据进行计算，并发送至显示模块进行显示。所述显示模块根据作业要求通过集中控制模块将控制数据发出，用于控制i/o子网络中的i/o模块。若该数据用于多列车的作业控制、显示，则由所述集中控制模块及显示模块通过以太网交换机与其他列车的设备进行数据通信。
26.进一步的，所述车内网络采用车内以太网或canfd主干网。当所述车内网络采用车内以太网时，由所述集中控制模块、显示模块及以太网交换机组成车内以太网。当所述车内网络采用canfd主干网时，由所述集中控制模块、显示模块及第一中继模块组成canfd主干网络，所述第一中继模块用于系统复杂时进行网络中继。所述集中控制模块获取i/o模块的数据，若该数据用于本列车的作业控制、显示，则车内网络中的集中控制模块将获取到的i/o子网络中的数据进行计算，并发送至显示模块进行显示。所述显示模块根据作业要求通过集中控制模块发出控制数据，用于控制i/o子网络中的i/o模块。若该数据用于多列车的作业控制、显示，则由所述集中控制模块及显示模块通过以太网交换机与其他列车的设备进行数据通信。
27.进一步的，所述列车级网络或车内以太网采用包括ethernet、profinet irt、ethercat、powerlink在内的工业以太网协议。所述i/o子网络采用以canfd或can为通信基础的i/o子网络。
28.本发明还具体提供了如上所述第一种大型养路机械网络控制系统设计方法的技术实现方案，大型养路机械网络控制系统设计方法，包括以下步骤：
29.s101)根据所要应用的车型控制功能罗列出大型养路机械网络控制系统中包括数字量输出信号、数字量输入信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号在内的输入/输出信号种类和数量；
30.s102)根据输入/输出信号种类和数量，以及信号用途配置系统中主控模块、集中控制模块、显示模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的数量；
31.s103)根据系统中所述模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的数量配置第二中继模块的数量；若采用车内以太网作为车内网络的通信方式，则根据系统中所述主控模块、集中控制模块及显示模块的数量配置以太网交换机的数量；若采用canfd主干网作为车内设备的通信方式，则根据系统中所述主控模块、集中控制模块及显示模块的数量配置第一中继模块的数量；
32.s104)根据系统中所述主控模块、集中控制模块、显示模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块、数字量输出模块、第一中继模块及第二中继模块的数量配置电源模块及负载隔离电源的数量；
33.s105)将系统中的数字量输入信号分配至所述集中控制模块或数字量采集模块中，将系统中的数字量输出信号分配至所述集中控制模块或数字量输出模块中，将系统中的模拟量输入信号分配至所述集中控制模块或模拟量采集模块中，将系统中的模拟量输出信号分配至所述模拟量输出模块中；
34.s106)将系统中的仪表显示信号、报警显示信号分配至所述显示模块中；
35.s107)编写所述集中控制模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的应用程序，实现各种输入/输出的逻辑关系；
36.s108)编写所述主控模块的应用程序，实现与集中控制模块及显示模块的数据交互，以及数据保存、记录功能；
37.s109)编写所述显示模块的顶层应用程序，实现仪表信号及报警信号的显示；
38.s110)编写所述显示模块的底层应用程序，实现与所述主控模块及集中控制模块的数据交互，以及对所述集中控制模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的控制和诊断操作。
39.进一步的，在所述步骤s110)之后还包括以下步骤：
40.s111)若单辆车内采用车内以太网，则系统中的所述主控模块、集中控制模块及显示模块之间通过所述以太网交换机进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过所述以太网交换机实现列车级工业以太网通信。
41.s112)若单辆车内采用canfd主干网，则系统中的所述主控模块、集中控制模块及显示模块之间通过canfd通信进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过所述主控模块、集中控制模块及显示模块中任意单个或若干个组合的方式与所述以太网交换机连接实现列车级工业以太网通信。
42.本发明还具体提供了如上所述第二种大型养路机械网络控制系统设计方法的技术实现方案，大型养路机械网络控制系统设计方法，包括以下步骤：
43.s101)根据所要应用的车型控制功能罗列出大型养路机械网络控制系统中包括数字量输出信号、数字量输入信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号在内的输入/输出信号种类和数量。
44.s102)根据输入/输出信号种类和数量，以及信号用途配置系统中主控模块、显示模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的数量。
45.s103)根据系统中所述模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的数量配置第二中继模块的数量。若采用车内以太网作为车内网络的通信方式，则根据系统中所述主控模块及显示模块的数量配置以太网交换机的数量。若采用canfd主干网作为车内设备的通信方式，则根据系统中所述主控模块及显示模块的数量配置第一中继模块的数量。
46.s104)根据系统中所述主控模块、显示模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块、数字量输出模块、第一中继模块及第二中继模块的数量配置电源模块及负载隔离电源的数量。
47.s105)将系统中的数字量输入信号分配至所述数字量采集模块中，将系统中的数字量输出信号分配至所述数字量输出模块中，将系统中的模拟量输入信号分配至所述模拟量采集模块中，将系统中的所述模拟量输出信号分配至模拟量输出模块中。
48.s106)将系统中的仪表显示信号、报警显示信号分配至所述显示模块中。
49.s107)编写所述模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的应用程序，实现各种输入/输出的逻辑关系。
50.s108)编写所述主控模块的应用程序，实现与显示模块的数据交互，以及数据保存、记录功能。
51.s109)编写所述显示模块的顶层应用程序，实现仪表信号及报警信号的显示。
52.s110)编写所述显示模块的底层应用程序，实现与所述主控模块之间的数据交互，以及对所述模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的控制和诊断操作。
53.s111)若单辆车内采用车内以太网，则系统中的所述主控模块及显示模块之间通过以太网交换机进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过所述以太网交换机实现列车级工业以太网通信。
54.s112)若单辆车内采用canfd主干网，则系统中的所述主控模块及显示模块之间通过canfd通信进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过所述主控模块及显示模块中任意单个或两个组合的方式与以太网交换机连接实现列车级工业以太网通信。
55.本发明还具体提供了如上所述第三种大型养路机械网络控制系统设计方法的技术实现方案，大型养路机械网络控制系统设计方法，包括以下步骤：
56.s101)根据所要应用的车型控制功能罗列出大型养路机械网络控制系统中包括数字量输出信号、数字量输入信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号在内的输入/输出信号种类和数量。
57.s102)根据输入/输出信号种类和数量，以及信号用途配置系统中集中控制模块、显示模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的数量。
58.s103)根据系统中所述模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的数量配置第二中继模块的数量。若采用车内以太网作为车内网络的通信方式，则根据系统中所述集中控制模块及显示模块的数量配置以太网交换机的数量。若采用canfd主干网作为车内设备的通信方式，则根据系统中所述集中控制模块及显示模块的数量配置第一中继模块的数量。
59.s104)根据系统中所述集中控制模块、显示模块、模拟量采集模块、模拟量输出模
块、数字量采集模块、数字量输出模块、第一中继模块及第二中继模块的数量配置电源模块及负载隔离电源的数量。
60.s105)将系统中的数字量输入信号分配至所述集中控制模块或数字量采集模块中，将系统中的数字量输出信号分配至所述集中控制模块或数字量输出模块中，将系统中的模拟量输入信号分配至所述集中控制模块或模拟量采集模块中，将系统中的模拟量输出信号分配至所述模拟量输出模块中。
61.s106)将系统中的仪表显示信号、报警显示信号分配至所述显示模块中。
62.s107)编写所述集中控制模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的应用程序，实现各种输入/输出的逻辑关系。
63.s108)编写所述集中控制模块的应用程序，实现数据通信及数据保存、记录功能。
64.s109)编写所述显示模块的顶层应用程序，实现仪表信号及报警信号的显示。
65.s110)编写所述显示模块的底层应用程序，实现与所述集中控制模块的数据交互，以及对所述集中控制模块、模拟量采集模块、模拟量输出模块、数字量采集模块及数字量输出模块的控制和诊断操作。
66.s111)若单辆车内采用车内以太网，则系统中的所述集中控制模块及显示模块之间通过以太网交换机进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过所述以太网交换机实现列车级工业以太网通信。
67.s112)若单辆车内采用canfd主干网，则系统中的所述集中控制模块及显示模块之间通过canfd通信进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过所述集中控制模块及显示模块中任意单个或两个组合的方式与所述以太网交换机连接实现列车级工业以太网通信。
68.通过实施上述本发明提供的大型养路机械网络控制系统及其设计方法的技术方案，具有如下有益效果：
69.(1)本发明大型养路机械网络控制系统及其设计方法，基于列车级工业以太网、车辆级工业以太网/车辆级canfd主干网络和i/o子网络，解决了系统扩展输入输出点成本较高、系统网络结构二次构建复杂和硬件性价比不高等问题，使得大型养路机械在满足作业、走行功能分散控制的基础上具有通信速率快、可扩展能力强、抗干扰能力强、响应速度快、成本较低、硬件利用率高、系统配置灵活且通用性高等优点；
70.(2)本发明大型养路机械网络控制系统及其设计方法，由于采用了工业以太网通信技术，使得整个系统通信速率更快，提升了车辆重联通信可靠性，并降低了车辆重联通信延时，可满足智能化需求下的网络设备数量要求，便于后续智能化升级；同时采用canfd通信技术，网络速率较之can通信有大幅提升，提升了车辆级网络通信速率，整个网络通信延时更短，解决了由于智能化需求增加设备导致的通信速率瓶颈以及通信延时问题；
71.(3)本发明大型养路机械网络控制系统及其设计方法，采用主控模块使得整个网络系统的计算和控制更加集中，便于网络系统拓扑扩展；由于既有尺寸较大、配置较强的主控模块和/或集中控制模块，又有尺寸小、配置经济适用的i/o模块，可大大减少整个网络系统中需要使用的模块数量，提升了i/o子网通信速率，对于整个i/o子网络而言，可以增加更多的i/o模块，使得canfd主干网和io子网可以根据大型养路机械功能需要进行主控模块和/或集中控制模块，以及i/o模块的合理优化搭配，满足需求的同时降低产品使用的一次
投入成本；
72.(4)本发明大型养路机械网络控制系统及其设计方法，网络控制算法集中在配置强大的主控模块和/或集中控制模块内，集成度更高，可解决由于网络模块数量增加导致通讯网络结构发生改变而造成的网络控制模块底层软件需要做较多修改，系统网络结构二次构建和售后服务繁琐等技术问题。
附图说明
73.为了更清楚地说明本发明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简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的实施例。
74.图1是现有技术1基于两级网络的大型养路机械网络控制系统的系统结构框图；
75.图2是现有技术1基于两级网络的大型养路机械网络控制系统的系统结构组成示意图；
76.图3是现有技术1基于两级网络的大型养路机械网络控制系统的简单网络控制系统结构示意图；
77.图4是本发明基于三级网络的大型养路机械网络控制系统一种具体实施例的系统结构框图；
78.图5是本发明基于三级网络的大型养路机械网络控制系统另一种具体实施例的系统结构框图；
79.图6是本发明基于三级网络的大型养路机械网络控制系统第三种具体实施例的系统结构框图；
80.图7是本发明基于三级网络的大型养路机械网络控制系统一种具体实施例进行车内以太网扩展的系统结构框图；
81.图8是本发明基于三级网络的大型养路机械网络控制系统一种具体实施例进行canfd主干网扩展的系统结构框图；
82.图9是本发明基于三级网络的大型养路机械网络控制系统第四种具体实施例的系统结构框图；
83.图中：1
‑
主控模块，2
‑
集中控制模块，3
‑
显示模块，4
‑
以太网交换机，5
‑
电源模块，6
‑
第一中继模块，7
‑
蓄电池，8
‑
模拟量采集模块，9
‑
模拟量输出模块，10
‑
数字量采集模块，11
‑
数字量输出模块，12
‑
第二中继模块，13
‑
负载隔离电源。
具体实施方式
84.为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
85.aim：模拟量输入模块(analog input module)的简称，是i/o子网的一种通用模块；
86.aom：模拟量输出模块(analog output module)的简称，是i/o子网的一种通用模块；
87.dim：数字量输入模块(digital input module)的简称，是i/o子网的一种通用模
块；
88.dom：数字量输出模块(digital output module)的简称，是i/o子网的一种通用模块；
89.icm：集中控制模块(integrated control module)的简称，是canfd主干网络通信的一种通用模块，集多种i/o功能和通信功能为一体的控制模块，功能接口包括ai、di、do、canfd、以太网、串口等；
90.mcm：主数字量输入模块(master control module)的简称，运行所有逻辑控制算法，具备总线数据记录功能，具备rs232、can、以太网、usb等多种外设通信接口；
91.dm：显示模块(display module)的简称，是一种基于嵌入式操作系统编程的人机交互模块；
92.rm：中继模块(relay module)的简称，是一种用于扩充网络的通信距离或扩充子网的通用模块；
93.canfd：可变速率的控制局域网(can with flexible data
‑
rate)的简称，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络；
94.rs232/485：美国电子工业协会制定的串行物理接口标准；
95.网络电源：供网络系统中各网络节点(显示模块、网络控制模块、网关模块)自身正常运行的电源，一般由网络接口输入；
96.iec 61375：一种列车通信网络标准；
97.现场总线：一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。
98.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
99.如附图4至附图9所示，给出了本发明大型养路机械网络控制系统及其设计方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
100.实施例1
101.如附图4所示，一种本发明大型养路机械网络控制系统的实施例，具体包括：主控模块1、集中控制模块2、显示模块3、以太网交换机4，以及若干个i/o模块。由主控模块1、集中控制模块2、显示模块3及以太网交换机4组成列车级网络。由主控模块1、集中控制模块2及显示模块3，或由主控模块1、集中控制模块2、显示模块3及以太网交换机4组成车内网络。由主控模块1、集中控制模块2及若干个i/o模块(可以具体包括aim、aom、dim、dom等模块)组成i/o子网络。由列车级网络、车内网络，以及i/o子网络组成三级控制网络，以实现对大型养路机械走行、作业功能的分散控制。实施例1描述的大型养路机械网络控制系统，增加了列车级(工业以太)网络，可实现多列车之间的通信互联。主控模块1增加了工业以太网通信，通信速率更高，有利于智能化升级，同时支持可视化编程，并可扩展基于canfd总线通信的i/o子网络，具有功能扩展性高、系统配置灵活、通用性高等优点，适用于大型养路机械的所有车型。
102.主控模块1及集中控制模块2获取i/o模块的数据，若该数据用于本列车的作业控
制、显示，则车内网络中的主控模块1及集中控制模块2将获取到的i/o子网络中的数据进行计算，并发送至显示模块3进行显示。显示模块3根据作业要求通过主控模块1或集中控制模块2将控制数据发出，用于控制i/o子网络中的i/o模块。若该数据用于多列车的作业控制、显示，则由主控模块1、集中控制模块2及显示模块3通过以太网交换机4与其他列车的设备进行数据通信。主控模块1用于系统中的数据计算及控制信号输出。集中控制模块2用于承担剩余部分的数据计算，并用于多路数字量输入输出及模拟量采集。
103.车内网络进一步采用canfd主干网(如附图4所示)或车内以太网(如附图9所示)。i/o子网络进一步采用以canfd或can为通信基础的i/o子网络。列车级网络或车内以太网进一步采用包括ethernet、profinet irt、ethercat、powerlink在内的工业以太网协议。在本实施例中，列车级工业以太网在硬件方面由主控模块1、集中控制模块2及显示模块3组成。该三种模块均可包括以太网通信接口，并通过以太网交换机4将数据传输至列车级网络控制系统中，用于多列车之间的数据通信。
104.实施例1描述的大型养路机械网络控制系统，由列车级工业以太网、canfd主干网(或车内以太网)和i/o子网络组成三级网络架构，实现了对大型养路机械走行、作业功能的分散控制，如图4所示。其中，列车级工业以太网由主控模块1、集中控制模块2、显示模块3及以太网交换机4组成。canfd主干网(或车内以太网)由主控模块1、集中控制模块2及显示模块3组成。i/o子网络由i/o模块(可以具体包括aim、aom、dim、dom等模块)组成。
105.i/o模块进一步包括模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11。大型养路机械网络控制系统还包括第一中继模块6，第一中继模块6连接至车内网络，用于为车内网络提供中继，扩充车内网络的通信距离。大型养路机械网络控制系统还包括第二中继模块12，第二中继模块12连接至i/o子网络，用于为i/o子网络提供中继，扩充i/o子网络的通信距离。大型养路机械网络控制系统还包括电源模块5、蓄电池7及负载隔离电源13，蓄电池7分别为电源模块5及负载隔离电源13供电。电源模块5为第一中继模块6、显示模块3，以及主控模块1和集中控制模块2供电。负载隔离电源13为数字量采集模块10、数字量输出模块11及第二中继模块12供电。
106.电源模块5及负载隔离电源13均采用隔离电源，为总线网络上的模块提供直流电源，电源模块5及负载隔离电源13均具有过流、短路保护功能等。
107.模拟量采集模块8进一步包括多路(如8路)模拟量采集通道，通过can通信接口实现基于现场总线通信的can子网络数据交换，并能向外部设备提供具有过流保护功能的可控直流现场工作电源。
108.模拟量输出模块9进一步包括多路(如8路)模拟量输出通道，通过can通信接口实现基于现场总线通信的can子网络数据交换，并能向外部设备提供具有过流保护功能的可控直流现场工作电源。
109.数字量采集模块10进一步包括多路(如16路)数字量采集通道，通过can通信接口实现基于现场总线通信的can子网络数据交换，并能向外部设备提供具有过流保护功能的可控直流现场工作电源。
110.数字量输出模块11进一步包括多路(如8路)数字量输出信号接口，能输出具有实时电流监测和过流保护功能的高电平信号或pwm脉冲信号，通过can通信接口实现基于现场总线通信的can子网络数据交换，并能向外部设备提供具有过流保护功能的可控直流现场
工作电源。
111.显示模块3采用触摸屏作为人机交互接口，并能存储数据。显示模块3与主控模块1、集中控制模块2进行数据交互，并实现对集中控制模块2、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的控制和诊断操作。主控模块1作为整个大型养路机械网络控制系统核心，实现数据的计算、控制以及通信。主控模块1与集中控制模块2、显示模块3进行数据交互，从而实现对模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的控制。
112.集中控制模块2包括以太网通信接口、canfd通信接口、can通信接口，以及rs232/485可转换接口，能与主控模块1、显示模块进行canfd通信，并能与以太网交换机4进行以太网通信。集中控制模块2能通过canfd1通信接口实现基于现场总线通信的canfd主干网数据交换，通过canfd2、can3、can4通信接口扩展基于现场总线通信的i/o子网络，通过rs232/485通信接口连接需要进行232/485通信的外部设备，并能向外部设备提供具有短路保护功能的可控直流现场工作电源。集中控制模块2还包含多路(如48路)数字量采集通道、(32路)数字量输出通道及(16路)模拟量采集通道。
113.车内网络采用车内以太网或canfd主干网。当车内网络采用车内以太网时，由主控模块1、集中控制模块2、显示模块3及以太网交换机4组成车内以太网。当车内网络采用canfd主干网时，由主控模块1、集中控制模块2、显示模块3及第一中继模块6组成canfd主干网络，第一中继模块6用于系统复杂时进行网络中继。主控模块1能通过canfd或以太网通信将数据发送至显示模块3进行显示，或者通过canfd或以太网通信将数据发送至集中控制模块2以控制i/o子网络中的i/o模块。集中控制模块2能通过canfd或以太网通信将i/o子网络中i/o模块反馈的数据发送至主控模块1进行计算、存储，或者通过canfd或以太网通信将i/o子网络中i/o模块反馈的数据发送至显示模块3进行显示。显示模块3通过canfd或以太网通信将需要控制的数据发送至主控模块1或集中控制模块2，使得主控模块1能控制通过主控模块1搭建的i/o子网络中的i/o模块，或使得集中控制模块2能够控制通过集中控制模块2搭建的i/o子网络中的i/o模块。i/o子网络是三级网络架构中的最底层网络架构，通过主控模块1、集中控制模块2直接与i/o模块通信进行数据采集或输出控制信号。i/o子网络中的模拟量采集模块8及数字量采集模块10采集作业机构或传感器等设备的数据，通过i/o子网络的canfd通信将数据发送至主控模块1及集中控制模块2，由主控模块1及集中控制模块2对数据进行计算、存储。
114.如附图7所示，当车内网络采用车内以太网时，通过以太网交换机4实现主控模块1、集中控制模块2及显示模块3之间的数据通信，并通过增加以太网交换机4实现模块及网络的扩展。当车内网络采用canfd主干网时，采用如附图8所示的结构实现模块及网络的扩展。
115.在实施例1描述的整个大型养路机械网络控制系统中，由一个或多个主控模块1，以及一个或多个集中控制模块2作为整个i/o子网络的核心，并配备一定数量的模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11。另外，根据系统的复杂程度来决定是否需要配置第一中继模块6及第二中继模块12。其中，主控模块1主要负责系统中的计算和控制输出，集中控制模块2也可承担部分计算工作，而更多的是作为集中了多路数字量输入输出以及模拟量采集功能的模块来使用。
116.实施例1描述的大型养路机械网络控制系统，采用工业以太网通信，使得整个系统的通信速率更快，以便于后续智能化升级，采用主控模块1使得整个网络系统的计算和控制更加集中，便于网络系统拓扑扩展。由于系统既采用了尺寸较大、配置较强的主控模块1及集中控制模块2，又采用了尺寸小、配置经济适用的扩展网络控制模块(即i/o模块)，因此提升了i/o子网通信速率，可大大减少整个网络系统中需要使用的模块数量，对于整个i/o子网络而言，可以增加更多的i/o模块，使得canfd主干网和io子网络可以根据大型养路机械功能需要进行主控模块1、集中控制模块2，以及i/o模块的合理优化搭配，满足需求的同时降低了产品使用的一次投入成本。实施例1描述的大型养路机械网络控制系统，基于列车级工业以太网、车辆级工业以太网/车辆级canfd主干网络，以及i/o子网络，解决了系统扩展输入输出点成本较高、系统网络结构二次构建复杂和硬件性价比不高等问题，使得大型养路机械在满足作业、走行功能分散控制的基础上具有通信速率快、可扩展能力强、抗干扰能力强、响应速度快、成本较低、硬件利用率高、系统配置灵活且通用性高等优点。由于系统采用了工业以太网通信技术，使得整个系统通信速率更快，提升了车辆重联通信可靠性，并降低了车辆重联通信延时，可满足智能化需求下的网络设备数量要求，便于后续智能化升级。同时，采用canfd通信技术，网络速率较之can通信有大幅提升，提升了车辆级网络通信速率，整个网络通信延时更短，解决了由于智能化需求增加设备导致的通信速率瓶颈以及通信延时问题。实施例1描述的大型养路机械网络控制系统，网络控制算法集中在配置强大的主控模块1集中控制模块2内，集成度更高，可解决由于网络模块数量增加导致通讯网络结构发生改变而造成的网络控制模块底层软件需要做较多修改，系统网络结构二次构建和售后服务繁琐等技术问题。
117.实施例2
118.如附图5所示，另一种本发明大型养路机械网络控制系统的实施例，具体包括：主控模块1、显示模块3、以太网交换机4，以及若干个i/o模块。由主控模块1、显示模块3及以太网交换机4组成列车级网络。由主控模块1及显示模块3，或由主控模块1、显示模块3及以太网交换机4组成车内网络。由主控模块1及若干个i/o模块组成i/o子网络。由列车级网络、车内网络，以及i/o子网络组成三级控制网络，以实现对大型养路机械走行、作业功能的分散控制。
119.主控模块1作为整个大型养路机械网络控制系统核心，实现数据的计算、控制以及通信。主控模块1获取i/o模块的数据，主控模块1与显示模块3进行数据交互，从而实现对模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的控制。
120.车内网络采用车内以太网或canfd主干网。当车内网络采用车内以太网时，由主控模块1、显示模块3及以太网交换机4组成车内以太网。当车内网络采用canfd主干网时，由主控模块1、显示模块3及第一中继模块6组成canfd主干网络，第一中继模块6用于系统复杂时进行网络中继。主控模块1获取i/o模块的数据，若该数据用于本列车的作业控制、显示，则车内网络中的主控模块1将获取到的i/o子网络中的数据进行计算，并发送至显示模块3进行显示。显示模块3根据作业要求通过主控模块1发出控制数据，用于控制i/o子网络中的i/o模块。若该数据用于多列车的作业控制、显示，则由主控模块1及显示模块3通过以太网交换机4与其他列车的设备进行数据通信。
121.在本实施例中，单独由一个或多个主控模块1作为整个i/o子网络的核心计算和控
制模块，并配备一定数量的模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块1，另外根据系统的复杂程度来决定是否需要扩展第一中继模块6及第二中继模块12。由于主控模块1具有较强的计算能力和较大的存储能力，所以在i/o子网络中如果存在较多计算内容或需存储较长时间的数据，则可采用以主控模块1为核心搭建i/o子网络的技术方案。
122.其余部分更加详细的技术方案可以参考实施例1的相关描述，在此不再赘述。
123.实施例3
124.如附图6所示，第三种本发明大型养路机械网络控制系统的实施例，具体包括：集中控制模块2、显示模块3、以太网交换机4，以及若干个i/o模块。由集中控制模块2、显示模块3及以太网交换机4组成列车级网络。由集中控制模块2及显示模块3，或由集中控制模块2、显示模块3及以太网交换机4组成车内网络。由集中控制模块2及若干个i/o模块组成i/o子网络。由列车级网络、车内网络，以及i/o子网络组成三级控制网络，以实现对大型养路机械走行、作业功能的分散控制。
125.集中控制模块2作为整个大型养路机械网络控制系统核心，实现数据的计算、控制以及通信。集中控制模块2获取i/o模块的数据，集中控制模块2与显示模块3进行数据交互，从而实现对模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的控制。
126.车内网络采用车内以太网或canfd主干网。当车内网络采用车内以太网时，由集中控制模块2、显示模块3及以太网交换机4组成车内以太网。当车内网络采用canfd主干网时，由集中控制模块2、显示模块3及第一中继模块6组成canfd主干网络，第一中继模块6用于系统复杂时进行网络中继。集中控制模块2获取i/o模块的数据，若该数据用于本列车的作业控制、显示，则车内网络中的集中控制模块2将获取到的i/o子网络中的数据进行计算，并发送至显示模块3进行显示。显示模块3根据作业要求通过集中控制模块2发出控制数据，用于控制i/o子网络中的i/o模块。若该数据用于多列车的作业控制、显示，则由集中控制模块2及显示模块3通过以太网交换机4与其他列车的设备进行数据通信。
127.在本实施例中，单独由一个或多个集中控制模块2作为整个i/o子网络的核心计算和控制模块，并配备一定数量的模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11，另外根据系统的复杂程度来决定是否需要扩展第一中继模块6及第二中继模块12。由于集中控制模块2具有较多的数字量输入输出通道及模拟量采集通道，所以在i/o子网络中如需较多的数字量输入输出通道或需进行多路模拟量采集，则可采用以集中控制模块2为核心搭建i/o子网络。
128.其余部分更加详细的技术方案可以参考实施例1的相关描述，在此不再赘述。
129.上述实施例1
‑
3描述的大型养路机械网络控制系统包括：主控模块1和/或集中控制模块2、显示模块3、以太网交换机4，以及若干个i/o模块。由主控模块1和/或集中控制模块2、显示模块3及以太网交换机4组成三级网络架构中第一级的列车级网络。三级网络架构中的第二级网络(即车内网络)可由车内以太网或canfd主干网组成。车内以太网由主控模块1和/或集中控制模块2、显示模块3及以太网交换机4组成。canfd主干网络由主控模块1和/或集中控制模块2、显示模块3及第一中继模块6组成。三级网络架构中第三级的i/o子网络可由三种形式组成。第一种：主控模块1加上若干个i/o模块及第二中继模块12组成的i/o
子网络。第二种：集中控制模块2加上若干个i/o模块及第二中继模块12组成的i/o子网络。第三种：主控模块1和集中控制模块2再加上若干个i/o模块组成的i/o子网络。由列车级网络、车内以太网/canfd主干网，以及i/o子网络组成三级控制网络，以实现对大型养路机械走行、作业功能的分散控制。实施例1
‑
3描述的大型养路机械网络控制系统，能够解决现有基于两级网络的大型养路机械网络控制系统存在的系统扩展输入输出点成本较高、系统网络结构二次构建复杂和硬件性价比不高的技术问题。同时，实施例1
‑
3由于采用了工业以太网通信和canfd通信，提升了网络通信速率，能够满足智能化需求下的网络设备数量要求。
130.实施例4
131.一种如实施例1所述本发明大型养路机械网络控制系统设计方法的实施例，具体包括以下步骤：
132.s101)根据所要应用的车型控制功能罗列出大型养路机械网络控制系统中包括数字量输出信号、数字量输入信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号在内的输入/输出信号种类和数量。
133.s102)根据输入/输出信号种类和数量，以及信号用途配置系统中主控模块1、集中控制模块2、显示模块3、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的数量。
134.s103)根据系统中模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的数量配置第二中继模块12的数量。若采用车内以太网作为车内网络的通信方式，则根据系统中主控模块1、集中控制模块2及显示模块3的数量配置以太网交换机4的数量。若采用canfd主干网作为车内设备的通信方式，则根据系统中主控模块1、集中控制模块2及显示模块3的数量配置第一中继模块6的数量。
135.s104)根据系统中主控模块1、集中控制模块2、显示模块3、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10、数字量输出模块11、第一中继模块6及第二中继模块12的数量配置电源模块5及负载隔离电源13的数量。
136.s105)将系统中的数字量输入信号分配至集中控制模块2或数字量采集模块10中，将系统中的数字量输出信号分配至集中控制模块2或数字量输出模块11中，将系统中的模拟量输入信号分配至集中控制模块2或模拟量采集模块8中，将系统中的模拟量输出信号分配至模拟量输出模块9中。
137.s106)将系统中的仪表显示信号、报警显示信号分配至显示模块3中。
138.s107)编写集中控制模块2、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的应用程序，实现各种输入/输出的逻辑关系。
139.s108)编写主控模块1的应用程序，实现与集中控制模块2及显示模块3的数据交互，以及数据保存、记录功能。
140.s109)编写显示模块3的顶层应用程序，实现仪表信号及报警信号的显示。
141.s110)编写显示模块3的底层应用程序，实现与主控模块1及集中控制模块2的数据交互，以及对集中控制模块2、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的控制和诊断操作。
142.s111)若单辆车内采用车内以太网，则系统中的主控模块1、集中控制模块2及显示模块3之间通过以太网交换机4进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过以太
网交换机4实现列车级工业以太网通信。
143.s112)若单辆车内采用canfd主干网，则系统中的主控模块1、集中控制模块2及显示模块3之间通过canfd通信进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过主控模块1、集中控制模块2及显示模块3中任意单个或若干个组合的方式与以太网交换机4连接实现列车级工业以太网通信。
144.实施例5
145.一种如实施例2所述本发明大型养路机械网络控制系统设计方法的实施例，具体包括以下步骤：
146.s101)根据所要应用的车型控制功能罗列出大型养路机械网络控制系统中包括数字量输出信号、数字量输入信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号在内的输入/输出信号种类和数量。
147.s102)根据输入/输出信号种类和数量，以及信号用途配置系统中主控模块1、显示模块3、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的数量。
148.s103)根据系统中模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的数量配置第二中继模块12的数量。若采用车内以太网作为车内网络的通信方式，则根据系统中主控模块1及显示模块3的数量配置第一太网交换机4的数量。若采用canfd主干网作为车内设备的通信方式，则根据系统中主控模块1及显示模块3的数量配置第一中继模块6的数量。
149.s104)根据系统中主控模块1、显示模块3、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10、数字量输出模块11、第一中继模块6及第二中继模块12的数量配置电源模块5及负载隔离电源13的数量。
150.s105)将系统中的数字量输入信号分配至数字量采集模块10中，将系统中的数字量输出信号分配至数字量输出模块11中，将系统中的模拟量输入信号分配至模拟量采集模块8中，将系统中的模拟量输出信号分配至模拟量输出模块9中。
151.s106)将系统中的仪表显示信号、报警显示信号分配至显示模块3中。
152.s107)编写模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的应用程序，实现各种输入/输出的逻辑关系。
153.s108)编写主控模块1的应用程序，实现与显示模块3的数据交互，以及数据保存、记录功能。
154.s109)编写显示模块3的顶层应用程序，实现仪表信号及报警信号的显示。
155.s110)编写显示模块3的底层应用程序，实现与主控模块1之间的数据交互，以及对模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的控制和诊断操作。
156.s111)若单辆车内采用车内以太网，则系统中的主控模块1及显示模块3之间通过以太网交换机4进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过以太网交换机4实现列车级工业以太网通信。
157.s112)若单辆车内采用canfd主干网，则系统中的主控模块1及显示模块3之间通过canfd通信进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过主控模块1及显示模块3中
任意单个或两个组合的方式与以太网交换机4连接实现列车级工业以太网通信。
158.实施例6
159.一种如实施例3所述本发明大型养路机械网络控制系统设计方法的实施例，具体包括以下步骤：
160.s101)根据所要应用的车型控制功能罗列出大型养路机械网络控制系统中包括数字量输出信号、数字量输入信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号在内的输入/输出信号种类和数量。
161.s102)根据输入/输出信号种类和数量，以及信号用途配置系统中集中控制模块2、显示模块3、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的数量。
162.s103)根据系统中模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的数量配置第二中继模块12的数量。若采用车内以太网作为车内网络的通信方式，则根据系统中集中控制模块2及显示模块3的数量配置以太网交换机4的数量。若采用canfd主干网作为车内设备的通信方式，则根据系统中集中控制模块2及显示模块3的数量配置第一中继模块6的数量。
163.s104)根据系统中集中控制模块2、显示模块3、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10、数字量输出模块11、第一中继模块6及第二中继模块12的数量配置电源模块5及负载隔离电源13的数量。
164.s105)将系统中的数字量输入信号分配至集中控制模块2或数字量采集模块10中，将系统中的数字量输出信号分配至集中控制模块2或数字量输出模块11中，将系统中的模拟量输入信号分配至集中控制模块2或模拟量采集模块8中，将系统中的模拟量输出信号分配至模拟量输出模块9中。
165.s106)将系统中的仪表显示信号、报警显示信号分配至显示模块3中。
166.s107)编写集中控制模块2、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的应用程序，实现各种输入/输出的逻辑关系。
167.s108)编写集中控制模块2的应用程序，实现数据通信及数据保存、记录功能。
168.s109)编写显示模块3的顶层应用程序，实现仪表信号及报警信号的显示。
169.s110)编写显示模块3的底层应用程序，实现与集中控制模块2的数据交互，以及对集中控制模块2、模拟量采集模块8、模拟量输出模块9、数字量采集模块10及数字量输出模块11的控制和诊断操作。
170.s111)若单辆车内采用车内以太网，则系统中的集中控制模块2及显示模块3之间通过以太网交换机4进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过以太网交换机4实现列车级工业以太网通信。
171.s112)若单辆车内采用canfd主干网，则系统中的集中控制模块2及显示模块3之间通过canfd通信进行数据交互。若要实现列车之间的数据交互，则通过集中控制模块2及显示模块3中任意单个或两个组合的方式与以太网交换机4连接实现列车级工业以太网通信。
172.通过实施本发明具体实施例描述的大型养路机械网络控制系统及其设计方法的技术方案，能够产生如下技术效果：
173.(1)本发明具体实施例描述的大型养路机械网络控制系统及其设计方法，基于列
车级工业以太网、车辆级工业以太网/车辆级canfd主干网络和i/o子网络，解决了系统扩展输入输出点成本较高、系统网络结构二次构建复杂和硬件性价比不高等问题，使得大型养路机械在满足作业、走行功能分散控制的基础上具有通信速率快、可扩展能力强、抗干扰能力强、响应速度快、成本较低、硬件利用率高、系统配置灵活且通用性高等优点；
174.(2)本发明具体实施例描述的大型养路机械网络控制系统及其设计方法，由于采用了工业以太网通信技术，使得整个系统通信速率更快，提升了车辆重联通信可靠性，并降低了车辆重联通信延时，可满足智能化需求下的网络设备数量要求，便于后续智能化升级；同时采用canfd通信技术，网络速率较之can通信有大幅提升，提升了车辆级网络通信速率，整个网络通信延时更短，解决了由于智能化需求增加设备导致的通信速率瓶颈以及通信延时问题；
175.(3)本发明具体实施例描述的大型养路机械网络控制系统及其设计方法，采用主控模块使得整个网络系统的计算和控制更加集中，便于网络系统拓扑扩展；由于既有尺寸较大、配置较强的主控模块和/或集中控制模块，又有尺寸小、配置经济适用的i/o模块，可大大减少整个网络系统中需要使用的模块数量，提升了i/o子网通信速率，对于整个i/o子网络而言，可以增加更多的i/o模块，使得canfd主干网和io子网可以根据大型养路机械功能需要进行主控模块和/或集中控制模块，以及i/o模块的合理优化搭配，满足需求的同时降低产品使用的一次投入成本；
176.(4)本发明具体实施例描述的大型养路机械网络控制系统及其设计方法，网络控制算法集中在配置强大的主控模块和/或集中控制模块内，集成度更高，可解决由于网络模块数量增加导致通讯网络结构发生改变而造成的网络控制模块底层软件需要做较多修改，系统网络结构二次构建和售后服务繁琐等技术问题。
177.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
178.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。