一种基于LCU的高冗余性网络控制系统的制作方法

一种基于lcu的高冗余性网络控制系统
技术领域
1.本实用新型涉及轨道交通列车逻辑控制技术领域，尤其涉及一种基于lcu的高冗余性网络控制系统。


背景技术：

2.现有的地铁车辆逻辑控制电路主要由分布在各个车厢的大量中间继电器、时间继电器、双稳态继电器及硬线等组成的有触点电路来实现，继电器在高温、潮湿、振动环境下易老化，长时间频繁切换容易出现卡滞、不吸合等现象，另一方面列车硬线逻辑电路存在功能定制性差、集成度低、故障定位难、智能化程度低、运营和维保成本较高等问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种基于lcu的高冗余性网络控制系统，以解决或部分解决上述技术问题。
4.基于上述目的，本实用新型提供了一种基于lcu的高冗余性网络控制系统，包括：
5.通信装置、通信辅助装置、列车网络控制系统、司控车网络控制子系统和多个运乘车网络控制子系统；
6.其中，所述司控车网络控制子系统包括中央控制单元、第一控制模块，所述运乘车网络控制子系统包括第三控制单元；
7.所述司控车网络控制子系统及所述运乘车网络控制子系统均与所述通信装置通信连接；
8.所述司控车网络子系统及所述运乘车网络控制子系统均与所述通信辅助装置通信连接；
9.所述列车网络控制系统分别与所述第一控制模块及所述第三控制单元通信连接。
10.进一步地，所述第一控制模块包括第一控制单元和第二控制单元。
11.进一步地，所述第一控制单元、所述第二控制单元分别与所述中央控制单元通过双路多功能车辆总线通信连接。
12.进一步地，所述第一控制单元、所述第二控制单元和所述第三控制单元之间均通过双路多功能车辆总线两两连接。
13.进一步地，所述中央控制单元包括以太网网关模块；
14.所述第一控制单元、所述第二控制单元和所述第三控制单元两两之间均通过所述以太网网关模块进行双路以太网通讯。
15.进一步地，所述第一控制单元、所述第二控制单元和所述第三控制单元内部均设置电源板、主控板、数字量输入输出板、通信板、干接点板、模拟量输入输出板和中央处理器，所述主控板、数字量输入输出板和干接点板两两之间均通过通信总线连接；
16.其中，通信总线包括背板总线；
17.所述电源板、所述主控板、所述数字量输入输出板、所述中央处理器和所述背板总
线均冗余设置。
18.进一步地，输入所述第一控制单元、所述第二控制单元和所述第三控制单元的通信信号均经由所述数字量输入输出板分成两路进行传输，并分别通过所述相应的中央处理器进行处理，将经过处理的两路所述通信信号分别发送至相应的所述主控板。
19.进一步地，所述第一控制单元、所述第二控制单元和所述第三控制单元的输出的通信信号分别由相应的所述中央处理器进行处理，所述中央处理器之间通过串行线路进行数据交互。
20.进一步地，所述第一控制单元、所述第二控制单元、所述第三控制单元分别与所述中央控制单元通信连接；
21.所述第一控制单元、所述第二控制单元和所述第三控制单元通过内部设置的所述模拟量输入输出板与所述数字量输入输出板对车载运行管控设备进行信息采集与控制；
22.所述车载运行管控设备包括司控器、传感器、车载仪表和车辆硬线电路。
23.进一步地，所述中央控制单元与列车各个车厢的控制设备通信连接；
24.所述控制设备包括牵引传动控制单元、制动控制单元、空调系统、门控系统、乘客信息系统、车载信号系统和车载显示器。
25.从上面所述可以看出，本实用新型提供的基于lcu的高冗余性网络控制系统，通过逻辑控制单元实现无触点控制，简化硬线电路，第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元分别与通信辅助装置通信连接，进行数据的交互和转发，实现各设备的数据在线监控、程序远程装载以及数据远程下载等功能，便于列车的检修和维护工作，同时各逻辑控制单元具有自诊断以及故障上报等功能，各逻辑控制单元之间、各逻辑控制单元与中央控制单元之间均采用双路总线通讯，使通信处于热备份状态，当总线主故障或受到干扰时，可以实现自动无缝切换，保障列车的安全运营。
附图说明
26.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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
27.图1为本实用新型一个实施例的基于lcu的高冗余性网络控制系统的网络结构示意图；
28.图2为本实用新型一个实施例的逻辑控制单元内部电路架构的示意图；
29.图3为本实用新型一个实施例的逻辑控制单元与中央控制单元的结构示意图。
30.附图说明：
31.1、通信装置；
32.2、通信辅助装置；
33.3、列车网络控制系统；
34.4、司控车网络控制子系统；4-1、中央控制单元；4-1-1、以太网网关模块；4-2、第一控制模块；4-2-1、第一控制单元；4-2-2、第二控制单元；
35.5、运乘车网络控制子系统；5-1、第三控制单元；
36.6、电源板；6-1、第一电源板；6-2、第二电源板；
37.7、主控板；7-1、第一主控板；7-2、第二主控板；
38.8、数字量输入输出板；
39.9、通信板；
40.10、干接点板；
41.11、通信总线；11-1、背板总线；
42.12、车载运行管控设备；12-1、司控器；12-2、传感器12-2；12-3、车载仪表；12-4、车辆硬线电路。
43.13、控制设备；13-1、牵引传动控制单元；13-2、制动控制单元；13-3、空调系统；13-4、门控系统；13-5、乘客信息系统；13-6、车载信号系统；13-7、车载显示器；
44.14、车载蓄电池。
具体实施方式
45.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
46.需要说明的是，除非另外定义，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
47.如图1所示，本实施例提出的基于lcu的高冗余性网络控制系统，包括：
48.通信装置1、通信辅助装置2、列车网络控制系统3、司控车网络控制子系统4和多个运乘车网络控制子系统5；
49.其中，所述司控车网络控制子系统4包括中央控制单元4-1、第一控制模块4-2，所述运乘车网络控制子系统5包括第三控制单元5-1；
50.所述司控车网络控制子系统4及所述运乘车网络控制子系统5均与所述通信装置1通信连接；
51.所述司控车网络子系统4及所述运乘车网络控制子系统5均与所述通信辅助装置2通信连接；
52.所述列车网络控制系统5分别与所述第一控制模块4-2及所述第三控制单元5-1通信连接。
53.在上述方案中，第三控制单元5-1为lcu(local control unit)，第一控制模块4-2和第三控制单元5-1实现无触点控制，简化硬线电路，降低系统复杂度，提升系统可靠性，同时第一控制模块4-2和第三逻辑控制模块5-1与通信辅助装置2通信连接，进行数据的交互和转发，实行各设备的数据在线监控、程序远程装载以及数据远程下载等功能，便于列车的检修和维护工作，提升故障智能化诊断能力，进行自感知、自诊断，实现对故障的实时保护
和精准定位，通过使用双路数据总线通讯，其中一个作为总线主，另一个作为备用主，使其处于热备份状态，当总线主故障或受到干扰时，总线主可以实现自动无缝切换，保障列车的安全运营。
54.在具体实施例中，所述第一控制模块4-2包括第一控制单元4-2-1和第二控制单元4-2-2。
55.在上述方案中，第一控制单元4-2-1和第二控制单元4-2-2为lcu(local control unit)，对司控车车厢内部庞大的电路进逻辑控制处理，进一步保障逻辑控制的正常运作。
56.在具体实施例中，所述第一控制单元4-2-1、所述第二控制单元4-2-2分别与所述中央控制单元4-1通过双路多功能车辆总线通信连接。
57.在上述方案中，双路多功能车辆总线连接，当其中总线主出现故障，进行自动无缝切换到备用主，实现中央控制单元4-1与第二控制单元4-2-2之间的通讯热备冗余，进一步保障列车的安全运营。
58.在具体实施例中，所述第一控制单元4-2-1、所述第二控制单元4-2-2和所述第三控制单元5-1之间均通过双路多功能车辆总线两两连接。
59.在上述方案中，在所有列车的逻辑控制单元之间均通过多功能车辆总线两两连接，达到了逻辑控制单元之间的通讯冗余，保障逻辑控制的正常运作，从而进一步保障列车运营。
60.在具体实施例中，所述中央控制单元4-1包括以太网网关模块4-1-1；
61.所述第一控制单元4-2-1、所述第二控制单元4-2-2和所述第三控制单元5-1两两之间均通过所述以太网网关模块4-1-1进行双路以太网通讯。
62.在上述方案中，通过以太网网关模块4-1-1实现在所有逻辑控制单元之间的双路以太网通讯，当某个逻辑控制单元多功能车辆总线通讯异常时，仍然可以通过以太网进行通讯，不会影响车辆逻辑控制的执行。
63.在具体实施例中，如图2所示，所述第一控制单元4-2-1、所述第二控制单元4-2-2和所述第三控制单元5-1内部设置电源板6、主控板7、数字量输入输出板8、通信板9、干接点板10、模拟量输入输出板和中央处理器，所述主控板7、数字量输入输出板8和干接点板10通过通信总线11连接；
64.其中，通信总线包括背板总线11-1；
65.所述电源板6、所述主控板7、所述数字量输入输出板8、所述中央处理器和所述背板总线11-1均冗余设置。
66.在上述方案中，在每个逻辑控制单元内部设置冗余的软硬件，实现热备份工作模式，单点故障不会对系统运行造成影响，硬件板卡冗余数量可灵活配置从而实现更改软件逻辑功能，减少了车辆的变更、升级费用，降低维护成本。
67.在具体实施例中，输入所述第一控制单元4-2-1、所述第二控制单元4-2-2和所述第三控制单元5-1的通信信号均经由所述数字量输入输出板8分成两路进行传输，并分别通过所述相应的中央处理器进行处理，将经过处理的两路所述通信信号分别发送至相应的所述主控板7。
68.在上述方案中，接收到通信连接设备的输入数据，经过数字量输入输出板8后分开成两路线路进行传输，分别由两个中央处理器进行处理，发送至冗余设置的主控板7，当内
部某个线路输入数据传输出现故障时，另一个线路依然能保正正常进行输入数据的传输过程，从而保障了逻辑控制单元内部的正常运作。
69.在具体实施例中，所述第一控制单元4-2-1、所述第二控制单元4-2-2和所述第三控制单元5-1的输出的通信信号分别由相应的所述中央处理器进行处理，所述中央处理器之间通过串行线路进行数据交互。
70.在上述方案中，所有逻辑控制单元的数据输出通过两个独立串行交互的中央处理其进行处理，数据输出线路并联输出，当其中一个线路数据输出出现故障，不会对另一个数据输出线路造成影响，从而保障逻辑控制单元依然能够正常进行数据输出。
71.在具体实施例中，如图3所示，所述第一控制单元4-2-1、所述第二控制单元4-2-2、所述第三控制单元5-1分别与所述中央控制单元4-1通信连接；
72.所述第一控制单元4-2-1、所述第二控制单元4-2-2和所述第三控制单元5-1通过内部设置的所述模拟量输入输出板与所述数字量输入输出板8对车载运行管控设备12进行信息采集与控制；
73.所述车载运行管控设备包括司控器12-1、传感器12-2、车载仪表12-3和车辆硬线电路12-4。
74.在上述方案中，所有逻辑控制单元分别与中央控制单元4-1进行数据通信，实现逻辑控制单元与中央控制单元4-1对自身通信连接的设备进行数据采集与运行控制。
75.在具体实施例中，所述中央控制单元4-1与列车各个车厢的控制设备13通信连接；
76.所述控制设备13包括牵引传动控制单元13-1、制动控制单元13-2、空调系统13-3、门控系统13-4、乘客信息系统13-5、车载信号系统13-6和车载显示器13-7。
77.在上述方案中，中央控制单元4-1与列车各个车厢的控制设备13之间通过双路多功能车辆总线和双路以太网通讯，保障各控制设备的正常运行，进一步保障列车的正常运作。
78.在其他实施例中，lcu(local control unit)可以用其他智能可编程序控制器或带通信功能的智能继电器代替。
79.在其他实施例中，中央控制单元4-1与lcu(local control unit)可融合为同一设备。
80.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
81.本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。