一種有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，包括司機(jī)室顯示單元DDU、以太網(wǎng)交換機(jī)ESU、車輛控制單元VCU、牽引控制單元DCU、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊RIOM、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元EDCU、制動控制單元BCU；所述司機(jī)室顯示單元DDU、車輛控制單元VCU和牽引控制單元DCU之間通過以太網(wǎng)交換機(jī)ESU實(shí)現(xiàn)相互通訊，所述車輛控制單元VCU、牽引控制單元DCU、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊RIOM、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元EDCU和制動控制單元BCU之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)相互通訊。本實(shí)用新型應(yīng)用總線技術(shù)把分布于各個車輛內(nèi)部、獨(dú)立完成特定功能的控制單元互連起來形成局域網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作、分散檢測和集中操作的目的。
【專利說明】
一種有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及機(jī)車控制系統(tǒng)，尤其是一種有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市化水平的不斷提高，城市交通面臨的壓力也越來越大，同時，城市交通的需求趨于分層次、多元化的發(fā)展，現(xiàn)代有軌電車作為介于快速軌道交通與常規(guī)公交之間的公交系統(tǒng)，在我國將有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行環(huán)境靈活，可在混合路權(quán)或者獨(dú)立路權(quán)環(huán)境下運(yùn)行。當(dāng)在混合路權(quán)環(huán)境下運(yùn)行時，可將其視為基于軌道的城市公交，列車完全由司機(jī)駕駛；當(dāng)在獨(dú)立路權(quán)環(huán)境下運(yùn)行時，可以按照混合路權(quán)的公交模式運(yùn)行，也可以按照輕軌概念，實(shí)現(xiàn)自動控制。無論運(yùn)行在何種模式下，安全高效的運(yùn)營是對現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)的基本要求。但是，面對有軌電車的發(fā)展趨勢和靈活的運(yùn)營模式，無論是城市公交控制系統(tǒng)還是輕軌控制系統(tǒng)均無法全面可靠地解決有軌電車運(yùn)行與控制問題。
[0004]現(xiàn)代有軌電車具有公交系統(tǒng)的成本低廉，運(yùn)行靈活的優(yōu)點(diǎn)，又具有地鐵系統(tǒng)高效、快捷的特點(diǎn)；但其運(yùn)行環(huán)境與模式的復(fù)雜性又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地鐵系統(tǒng)，能夠保障有軌電車安全可靠運(yùn)行的控制系統(tǒng)是一個遠(yuǎn)比地鐵控制系統(tǒng)復(fù)雜的工程技術(shù);這也正是當(dāng)前限制有軌電車發(fā)展與推廣應(yīng)用的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，應(yīng)用CAN總線技術(shù)把分布于各個車輛內(nèi)部、獨(dú)立完成特定功能的控制單元互連起來形成局域網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作、分散檢測和集中操作的目的。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0007]—種有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，包括主系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)，主系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)配置相同；主系統(tǒng)包括司機(jī)室顯示單元DDU、以太網(wǎng)交換機(jī)ESU、車輛控制單元VCU、牽引控制單元D⑶、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元EDCU、制動控制單元B⑶;所述司機(jī)室顯示單元DDU、車輛控制單元V⑶和牽引控制單元D⑶之間通過以太網(wǎng)交換機(jī)ESU實(shí)現(xiàn)相互通訊，所述車輛控制單元VCU、牽引控制單元DCU、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶和制動控制單元B⑶之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)相互通訊；
[0008]主系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)ESU通過以太網(wǎng)連接，主系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)的車輛控制單元VCU、牽引控制單元D⑶、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶和制動控制單元B⑶之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)相互通訊。
[0009]作為改進(jìn)，司機(jī)室顯示單元DDU、以太網(wǎng)交換機(jī)ESU、車輛控制單元VCU、牽引控制單元DCU、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R10M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶、制動控制單元B⑶之間設(shè)有硬線連接。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來的有益效果是:
[0011 ] 70%低地板有軌電車控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)、硬線以及邏輯控制實(shí)現(xiàn)對有軌電車的運(yùn)行監(jiān)測、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷以及乘客信息服務(wù)進(jìn)行綜合處理，它應(yīng)用總線技術(shù)把分布于各個車輛內(nèi)部、獨(dú)立完成特定功能的控制單元互連起來形成局域網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作、分散檢測和集中操作的目的。整車網(wǎng)絡(luò)主要通過CAN總線結(jié)合Ethernet進(jìn)行搭建，CAN總線主要完成V⑶與R10M、ACC、PIS、ED⑶、B⑶、D⑶之間的通訊;V⑶與DDU之間存在大量的信息交換采用Ethernet可以減少CAN總線的負(fù)荷率。在程序調(diào)試及數(shù)據(jù)下載時可直接通過ESU上的Ethernet接口與設(shè)備進(jìn)行通訊，并且可以大大的縮短數(shù)據(jù)傳輸時間；兩個VCU互為冗余，系統(tǒng)軟件完全一致，一個為強(qiáng)主，另一個為弱主，兩個VCU的控制和監(jiān)控程序完全一樣；當(dāng)強(qiáng)主V⑶出現(xiàn)故障時，弱主V⑶自動接替強(qiáng)主V⑶的工作，保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常運(yùn)行。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
[0013]圖2為有軌電車車門布置圖。
[0014]圖3為硬線信號傳輸接線圖1。
[0015]圖4為硬線信號傳輸接線圖1I。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0017]如圖1所示，一種有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，包括司機(jī)室顯示單元DDU、以太網(wǎng)交換機(jī)ESU、車輛控制單元V⑶、牽引控制單元D⑶、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶、制動控制單元B⑶;所述司機(jī)室顯示單元DDU、車輛控制單元V⑶和牽引控制單元D⑶之間通過以太網(wǎng)交換機(jī)ESU實(shí)現(xiàn)相互通訊，所述車輛控制單元V⑶、牽引控制單元DCU、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶和制動控制單元BCU之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)相互通訊。司機(jī)室顯示單元DDU、以太網(wǎng)交換機(jī)ESU、車輛控制單元VCU、牽引控制單元DCU、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元EDCU、制動控制單元BCU之間設(shè)有硬線連接；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障時，通過硬線實(shí)現(xiàn)列車的故障牽引；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)CAN接收器故障時，通過硬線實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)功能。
[0018]設(shè)有與有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)完全一樣的冗余系統(tǒng)，兩套有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)ESU通過以太網(wǎng)連接，兩套有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的車輛控制單元VCU、牽引控制單元DCU、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R10M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶和制動控制單元B⑶之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)相互通訊。整車網(wǎng)絡(luò)主要通過CAN總線結(jié)合Ethernet進(jìn)行搭建，CAN總線主要完成車輛控制單元VCU與遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶、制動控制單元BCU、牽引控制單元DCU之間的通訊。車輛控制單元VCU與司機(jī)室顯示單元DDU之間存在大量的信息交換采用Ethernet可以減少CAN總線的負(fù)荷率。在程序調(diào)試及數(shù)據(jù)下載時可直接通過以太網(wǎng)交換機(jī)ESU上的Ethernet接口與設(shè)備進(jìn)行通訊，并且可以大大的縮短數(shù)據(jù)傳輸時間。兩個車輛控制單元VCU互為冗余，一個為強(qiáng)主，另一個為弱主。當(dāng)強(qiáng)主車輛控制單元VCU出現(xiàn)故障時，弱主車輛控制單元VCU自動接替強(qiáng)主車輛控制單元VCU的工作，保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常運(yùn)行。
[0019]CAN網(wǎng)絡(luò)硬件，節(jié)點(diǎn)單元說明:
[0020]車輛控制單元V⑶包括電源模塊和控制器模塊，安裝于司機(jī)室操縱臺控制柜內(nèi)。電源模塊是將DC24V轉(zhuǎn)為DC12V給控制器模塊供電，具有延時斷電功能，為避免設(shè)備意外斷電時打開的故障記錄數(shù)據(jù)文件不能被正確的關(guān)閉而導(dǎo)致數(shù)據(jù)文件被破壞?？刂破髂K為CAN網(wǎng)絡(luò)主控制器，用于CAN網(wǎng)絡(luò)的控制、管理，存儲故障/事件信息等。
[0021]遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M模塊為數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備，它采集數(shù)字及模擬輸入輸出信號，從而實(shí)現(xiàn)非微機(jī)控制單元與人機(jī)接口 TCMS通訊。本項(xiàng)目中R1M模塊包括:R1M微機(jī)處理模塊，數(shù)字輸入擴(kuò)展模塊，模擬輸入模塊和數(shù)字輸出擴(kuò)展模塊。
[0022]以太網(wǎng)交換機(jī)用于擴(kuò)展以太網(wǎng)口，安裝于駕駛室操縱臺控制柜內(nèi)。
[0023]人機(jī)接口 TCMS通過司機(jī)室顯示單元DDU觸控屏實(shí)現(xiàn)，司機(jī)室顯示單元DDU安裝于駕駛室操縱臺正前方。每個司機(jī)室設(shè)一個司機(jī)顯示單元DDU，與車輛控制單元VCU通過以太網(wǎng)相連。車輛控制單元VCU將有軌電車的運(yùn)行狀態(tài)以及故障信息實(shí)時發(fā)送到司機(jī)顯示單元DDU顯示，幫助司機(jī)掌握列車當(dāng)前的狀態(tài)及進(jìn)行部分故障排除操作，另外供維護(hù)人員對列車進(jìn)行故障分析和車輛維護(hù)。
[0024]CAN車輛總線終端需要接120 Ω終端電阻。整車CAN總線設(shè)置兩個終端電阻，分別對接在兩端動車車輛控制單元VCU上。
[0025]牽引控制單元DCU作為電傳動系統(tǒng)的核心，通過控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)對牽引電機(jī)的控制。整車共設(shè)置兩臺牽引變流器，分別安裝于動車車頂，一臺牽引變流器控制一節(jié)Mc車轉(zhuǎn)向架上兩臺電機(jī)。每個牽引控制單元DCU帶一對CAN接口，內(nèi)部短接，通過CAN總線與車輛控制單元VCU及車輛上其它系統(tǒng)進(jìn)行通信。
[0026]每節(jié)車設(shè)置一個液壓制動控制系統(tǒng)，分別安裝于每節(jié)車車頂，三個液壓制動控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，每個液壓制動控制系統(tǒng)帶一對CAN接口，內(nèi)部短接，通過CAN總線實(shí)現(xiàn)與VCU之間的通信，重要數(shù)據(jù)信息如常用制動信號、緊急制動信號、安全制動信號、停車制動信號等設(shè)置硬線冗余。
[0027]有軌電車設(shè)置兩臺空調(diào)，分別安裝于兩節(jié)動車車頂，兩臺空調(diào)相互獨(dú)立，每臺空調(diào)帶一對CAN接口，內(nèi)部短接，掛接在整車CAN網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)與TCMS的通訊?？照{(diào)機(jī)組具有自動冷、自動暖、通風(fēng)、全冷、全暖和減載模式。
[0028]如圖2所示，每個車門設(shè)置一個控制單元，安裝于車門處。以I端司機(jī)室為基準(zhǔn)，面向軌道，左側(cè)為1、3、5、7號門，右端為2、4、6、8號門。車輛控制單元VCU通過遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M輸出控制信號給電子車門控制單元EDCU，電子車門控制單元EDCU驅(qū)動門電機(jī)運(yùn)行，并控制其他外圍設(shè)備，如內(nèi)側(cè)車門指示燈、車門切除指示燈和蜂鳴器等工作。電子車門控制單元EDCU還對車門可能出現(xiàn)的各種情況做出響應(yīng)，每個電子車門控制單元EDCU帶一對CAN接口，內(nèi)部短接，掛接在CAN網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)與車輛控制單元V⑶及其他子系統(tǒng)的通訊。
[0029]乘客通信信息系統(tǒng)PIS是一個集成了列車公共廣播、對講、通訊、信息顯示及視頻監(jiān)視等功能為一體的乘客信息服務(wù)平臺。乘客通信信息系統(tǒng)PIS設(shè)置兩臺廣播主機(jī)，分別位于列車兩端的Mc車司機(jī)室。兩臺廣播主機(jī)互為冗余，當(dāng)系統(tǒng)檢測到工作中的廣播主機(jī)故障時，另一端廣播主機(jī)馬上接替工作，列車運(yùn)營不受影響。每臺主機(jī)帶一對CAN接口，內(nèi)部短接，掛接在CAN網(wǎng)絡(luò)中，通過CAN總線與V⑶進(jìn)行信息交換。
[0030]CAN是一種總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，主要有多主通訊方式、逐位仲裁的非破壞性仲裁技術(shù)、點(diǎn)對點(diǎn)或一點(diǎn)對多點(diǎn)的信息發(fā)送、高達(dá)IMbps的速率、鏈路層具有完善的錯誤處理機(jī)制、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。CAN協(xié)議包括CAN2.0A和CAN2.0B兩部分，在整車CAN網(wǎng)絡(luò)中使用CAN2.0A。
[0031]CAN總線定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN總線需要一個標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用層協(xié)議來定義CAN報文的標(biāo)識符、8字節(jié)數(shù)據(jù)的使用。CANopen是一種廣泛使用的CAN總線應(yīng)用層協(xié)議。在CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中選擇CANopen作為CAN總線應(yīng)用層協(xié)議。
[0032]車輛控制單元VCU、牽引控制單元DCU及司機(jī)顯示單元DDU是掛接在以太網(wǎng)絡(luò)上的，車輛控制單元VCU與司機(jī)顯示單元DDU之間的信息交換，以及掛接在以太網(wǎng)上的設(shè)備的所有記錄數(shù)據(jù)的下載都可以通過以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。
[0033]I)車輛控制單元VCU將各種關(guān)鍵信號通過以太網(wǎng)傳送到觸控屏上顯示，如受電弓狀態(tài)、牽引狀態(tài)、制動狀態(tài)等，通過參數(shù)顯示和狀態(tài)提示以及報警來實(shí)現(xiàn)車輛管理的功能。
[0034]2)車輛控制單元VCU、牽引控制單元DCU及司機(jī)顯示單元DDU所有的記錄都可以通過以太網(wǎng)進(jìn)行讀取，并使用專用軟件進(jìn)行分析。
[0035]整車設(shè)計網(wǎng)絡(luò)與硬線的冗余，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障時，可通過硬線實(shí)現(xiàn)列車的故障牽引；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)CAN接收器故障時，可通過硬線實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)功能。
[0036]安全制動按鈕信號，輔助緩解旋鈕信號、司控器方向信號和控制手柄信號、故障牽弓I旋鈕信號通過硬線直接送入VCU、BCU和DCU，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障時，實(shí)現(xiàn)故障牽引時的牽引、制動和緩解功能。
[0037]如圖3所示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正常情況下，由VCU向B⑶發(fā)送制動緩解指令，當(dāng)V⑶或者網(wǎng)絡(luò)故障情況下，由D⑶通過硬線向B⑶發(fā)送制動緩解指令。
[0038]如圖4所示，當(dāng)EDCU、DCU、BCU和ACC出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)CAN接收器故障時，可通過R1M與ED⑶、D⑶、B⑶和ACC之間的硬連線實(shí)現(xiàn)車門、變流器、液壓系統(tǒng)及空調(diào)減載的功能。
[0039]列車邏輯控制概述
[0040]列車邏輯控制是通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，將硬件配置、全部變量、數(shù)組等所有輸入型的變量輸入到各子系統(tǒng)中，然后掃描主程序，和各子系統(tǒng)程序，如牽引控制系統(tǒng)程序、液壓制動系統(tǒng)程序、空調(diào)系統(tǒng)程序、乘客信息系統(tǒng)程序、門控系統(tǒng)程序，最后，通過這些主程序、子程序的邏輯判斷后，將所有的輸出型變量輸出。
[0041]I)主程序
[0042]主程序包括司機(jī)室激活端判斷、司控器角度計算、方向判斷、速度判斷、列車運(yùn)行狀態(tài)判斷等重要邏輯。
[0043]2)牽引控制邏輯
[0044]包括車輛運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行模式的判別和控制；牽引力、制動力的計算和控制；故障評估、儲存、處理功能檢測到的異常情況(故障)按嚴(yán)重程度分為多個等級，將故障信息儲存在無源存儲單元內(nèi)，同時采取相應(yīng)的保護(hù)措施;防滑功能;變流器冗余功能；變流器防逆流功能。
[0045]3)制動控制邏輯
[0046]制動控制邏輯包括常用制動、緊急制動、安全制動、停車制動、磁軌制動、保持制動緩解、輔助緩解、撒砂等功能。
[0047]4)空調(diào)控制邏輯
[0048]包括空調(diào)控制工作模式設(shè)置(自動冷、自動暖、通風(fēng)、停止以及測試模式)和手動溫度設(shè)置。
[0049]5)電子車門控制邏輯
[0050]包括開門操作、關(guān)門操作、鑰匙開關(guān)互鎖功能以及門隔離功能。
[0051 ] 6)乘客通信信息系統(tǒng)控制邏輯。
[0052]包括自動/手動廣播、緊急廣播和越站功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其特征在于:包括主系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)，主系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)配置相同；主系統(tǒng)包括司機(jī)室顯示單元DDU、以太網(wǎng)交換機(jī)ESU、車輛控制單元VCU、牽引控制單元D⑶、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元EDCU、制動控制單元BCU;所述司機(jī)室顯示單元DDU、車輛控制單元VCU和牽引控制單元DCU之間通過以太網(wǎng)交換機(jī)ESU實(shí)現(xiàn)相互通訊，所述車輛控制單元V⑶、牽引控制單元DCU、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶和制動控制單元BCU之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)相互通訊； 主系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)ESU通過以太網(wǎng)連接，主系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)的車輛控制單元V⑶、牽引控制單元DCU、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R1M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶和制動控制單元B⑶之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)相互通訊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有軌電車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其特征在于:司機(jī)室顯示單元DDU、以太網(wǎng)交換機(jī)ESU、車輛控制單元V⑶、牽引控制單元D⑶、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊R10M、空調(diào)控制單元ACC、乘客通信信息系統(tǒng)PIS、電子車門控制單元ED⑶、制動控制單元BCU之間設(shè)有硬線連接。
【文檔編號】B61L23/00GK205632524SQ201620093230
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】胡娜, 黃津, 林水強(qiáng)
【申請人】廣州電力機(jī)車有限公司