一种有轨电车网络控制系统的制作方法
【专利摘要】一种有轨电车网络控制系统，包括司机室显示单元DDU、以太网交换机ESU、车辆控制单元VCU、牵引控制单元DCU、远程输入输出模块RIOM、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元EDCU、制动控制单元BCU；所述司机室显示单元DDU、车辆控制单元VCU和牵引控制单元DCU之间通过以太网交换机ESU实现相互通讯，所述车辆控制单元VCU、牵引控制单元DCU、远程输入输出模块RIOM、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元EDCU和制动控制单元BCU之间通过CAN总线实现相互通讯。本实用新型应用总线技术把分布于各个车辆内部、独立完成特定功能的控制单元互连起来形成局域网，以实现资源共享、协同工作、分散检测和集中操作的目的。
【专利说明】
一种有轨电车网络控制系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及机车控制系统，尤其是一种有轨电车网络控制系统。
【背景技术】
[0002]随着我国城市化水平的不断提高，城市交通面临的压力也越来越大，同时，城市交通的需求趋于分层次、多元化的发展，现代有轨电车作为介于快速轨道交通与常规公交之间的公交系统，在我国将有广阔的发展前景。
[0003]现代有轨电车运行环境灵活，可在混合路权或者独立路权环境下运行。当在混合路权环境下运行时，可将其视为基于轨道的城市公交，列车完全由司机驾驶；当在独立路权环境下运行时，可以按照混合路权的公交模式运行，也可以按照轻轨概念，实现自动控制。无论运行在何种模式下，安全高效的运营是对现代有轨电车系统的基本要求。但是，面对有轨电车的发展趋势和灵活的运营模式，无论是城市公交控制系统还是轻轨控制系统均无法全面可靠地解决有轨电车运行与控制问题。
[0004]现代有轨电车具有公交系统的成本低廉，运行灵活的优点，又具有地铁系统高效、快捷的特点；但其运行环境与模式的复杂性又远远大于地铁系统，能够保障有轨电车安全可靠运行的控制系统是一个远比地铁控制系统复杂的工程技术;这也正是当前限制有轨电车发展与推广应用的技术难题。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种有轨电车网络控制系统，应用CAN总线技术把分布于各个车辆内部、独立完成特定功能的控制单元互连起来形成局域网，以实现资源共享、协同工作、分散检测和集中操作的目的。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:
[0007]—种有轨电车网络控制系统，包括主系统和冗余系统，主系统和冗余系统配置相同；主系统包括司机室显示单元DDU、以太网交换机ESU、车辆控制单元VCU、牵引控制单元D⑶、远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元EDCU、制动控制单元B⑶;所述司机室显示单元DDU、车辆控制单元V⑶和牵引控制单元D⑶之间通过以太网交换机ESU实现相互通讯，所述车辆控制单元VCU、牵引控制单元DCU、远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶和制动控制单元B⑶之间通过CAN总线实现相互通讯；
[0008]主系统和冗余系统的以太网交换机ESU通过以太网连接，主系统和冗余系统的车辆控制单元VCU、牵引控制单元D⑶、远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶和制动控制单元B⑶之间通过CAN总线实现相互通讯。
[0009]作为改进，司机室显示单元DDU、以太网交换机ESU、车辆控制单元VCU、牵引控制单元DCU、远程输入输出模块R10M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶、制动控制单元B⑶之间设有硬线连接。
[0010]本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是:
[0011 ] 70%低地板有轨电车控制系统通过网络、硬线以及逻辑控制实现对有轨电车的运行监测、状态监测、故障诊断以及乘客信息服务进行综合处理，它应用总线技术把分布于各个车辆内部、独立完成特定功能的控制单元互连起来形成局域网，以实现资源共享、协同工作、分散检测和集中操作的目的。整车网络主要通过CAN总线结合Ethernet进行搭建，CAN总线主要完成V⑶与R10M、ACC、PIS、ED⑶、B⑶、D⑶之间的通讯;V⑶与DDU之间存在大量的信息交换采用Ethernet可以减少CAN总线的负荷率。在程序调试及数据下载时可直接通过ESU上的Ethernet接口与设备进行通讯，并且可以大大的缩短数据传输时间；两个VCU互为冗余，系统软件完全一致，一个为强主，另一个为弱主，两个VCU的控制和监控程序完全一样；当强主V⑶出现故障时，弱主V⑶自动接替强主V⑶的工作，保证网络设备正常运行。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型网络拓扑图。
[0013]图2为有轨电车车门布置图。
[0014]图3为硬线信号传输接线图1。
[0015]图4为硬线信号传输接线图1I。
【具体实施方式】
[0016]下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。
[0017]如图1所示，一种有轨电车网络控制系统，包括司机室显示单元DDU、以太网交换机ESU、车辆控制单元V⑶、牵引控制单元D⑶、远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶、制动控制单元B⑶;所述司机室显示单元DDU、车辆控制单元V⑶和牵引控制单元D⑶之间通过以太网交换机ESU实现相互通讯，所述车辆控制单元V⑶、牵引控制单元DCU、远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶和制动控制单元BCU之间通过CAN总线实现相互通讯。司机室显示单元DDU、以太网交换机ESU、车辆控制单元VCU、牵引控制单元DCU、远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元EDCU、制动控制单元BCU之间设有硬线连接；当网络故障时，通过硬线实现列车的故障牵引；当网络节点CAN接收器故障时，通过硬线实现节点功能。
[0018]设有与有轨电车网络控制系统完全一样的冗余系统，两套有轨电车网络控制系统的以太网交换机ESU通过以太网连接，两套有轨电车网络控制系统的车辆控制单元VCU、牵引控制单元DCU、远程输入输出模块R10M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶和制动控制单元B⑶之间通过CAN总线实现相互通讯。整车网络主要通过CAN总线结合Ethernet进行搭建，CAN总线主要完成车辆控制单元VCU与远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶、制动控制单元BCU、牵引控制单元DCU之间的通讯。车辆控制单元VCU与司机室显示单元DDU之间存在大量的信息交换采用Ethernet可以减少CAN总线的负荷率。在程序调试及数据下载时可直接通过以太网交换机ESU上的Ethernet接口与设备进行通讯，并且可以大大的缩短数据传输时间。两个车辆控制单元VCU互为冗余，一个为强主，另一个为弱主。当强主车辆控制单元VCU出现故障时，弱主车辆控制单元VCU自动接替强主车辆控制单元VCU的工作，保证网络设备正常运行。
[0019]CAN网络硬件，节点单元说明:
[0020]车辆控制单元V⑶包括电源模块和控制器模块，安装于司机室操纵台控制柜内。电源模块是将DC24V转为DC12V给控制器模块供电，具有延时断电功能，为避免设备意外断电时打开的故障记录数据文件不能被正确的关闭而导致数据文件被破坏。控制器模块为CAN网络主控制器，用于CAN网络的控制、管理，存储故障/事件信息等。
[0021]远程输入输出模块R1M模块为数据采集和控制设备，它采集数字及模拟输入输出信号，从而实现非微机控制单元与人机接口 TCMS通讯。本项目中R1M模块包括:R1M微机处理模块，数字输入扩展模块，模拟输入模块和数字输出扩展模块。
[0022]以太网交换机用于扩展以太网口，安装于驾驶室操纵台控制柜内。
[0023]人机接口 TCMS通过司机室显示单元DDU触控屏实现，司机室显示单元DDU安装于驾驶室操纵台正前方。每个司机室设一个司机显示单元DDU，与车辆控制单元VCU通过以太网相连。车辆控制单元VCU将有轨电车的运行状态以及故障信息实时发送到司机显示单元DDU显示，帮助司机掌握列车当前的状态及进行部分故障排除操作，另外供维护人员对列车进行故障分析和车辆维护。
[0024]CAN车辆总线终端需要接120 Ω终端电阻。整车CAN总线设置两个终端电阻，分别对接在两端动车车辆控制单元VCU上。
[0025]牵引控制单元DCU作为电传动系统的核心，通过控制IGBT的导通和关断实现对牵引电机的控制。整车共设置两台牵引变流器，分别安装于动车车顶，一台牵引变流器控制一节Mc车转向架上两台电机。每个牵引控制单元DCU带一对CAN接口，内部短接，通过CAN总线与车辆控制单元VCU及车辆上其它系统进行通信。
[0026]每节车设置一个液压制动控制系统，分别安装于每节车车顶，三个液压制动控制系统相互独立，每个液压制动控制系统带一对CAN接口，内部短接，通过CAN总线实现与VCU之间的通信，重要数据信息如常用制动信号、紧急制动信号、安全制动信号、停车制动信号等设置硬线冗余。
[0027]有轨电车设置两台空调，分别安装于两节动车车顶，两台空调相互独立，每台空调带一对CAN接口，内部短接，挂接在整车CAN网络中，实现与TCMS的通讯。空调机组具有自动冷、自动暖、通风、全冷、全暖和减载模式。
[0028]如图2所示，每个车门设置一个控制单元，安装于车门处。以I端司机室为基准，面向轨道，左侧为1、3、5、7号门，右端为2、4、6、8号门。车辆控制单元VCU通过远程输入输出模块R1M输出控制信号给电子车门控制单元EDCU，电子车门控制单元EDCU驱动门电机运行，并控制其他外围设备，如内侧车门指示灯、车门切除指示灯和蜂鸣器等工作。电子车门控制单元EDCU还对车门可能出现的各种情况做出响应，每个电子车门控制单元EDCU带一对CAN接口，内部短接，挂接在CAN网络中，实现与车辆控制单元V⑶及其他子系统的通讯。
[0029]乘客通信信息系统PIS是一个集成了列车公共广播、对讲、通讯、信息显示及视频监视等功能为一体的乘客信息服务平台。乘客通信信息系统PIS设置两台广播主机，分别位于列车两端的Mc车司机室。两台广播主机互为冗余，当系统检测到工作中的广播主机故障时，另一端广播主机马上接替工作，列车运营不受影响。每台主机带一对CAN接口，内部短接，挂接在CAN网络中，通过CAN总线与V⑶进行信息交换。
[0030]CAN是一种总线式串行通信网络，主要有多主通讯方式、逐位仲裁的非破坏性仲裁技术、点对点或一点对多点的信息发送、高达IMbps的速率、链路层具有完善的错误处理机制、抗干扰性强等特点。CAN协议包括CAN2.0A和CAN2.0B两部分，在整车CAN网络中使用CAN2.0A。
[0031]CAN总线定义了物理层和数据链路层。CAN总线需要一个标准化的应用层协议来定义CAN报文的标识符、8字节数据的使用。CANopen是一种广泛使用的CAN总线应用层协议。在CAN网络设计中选择CANopen作为CAN总线应用层协议。
[0032]车辆控制单元VCU、牵引控制单元DCU及司机显示单元DDU是挂接在以太网络上的，车辆控制单元VCU与司机显示单元DDU之间的信息交换，以及挂接在以太网上的设备的所有记录数据的下载都可以通过以太网来实现。
[0033]I)车辆控制单元VCU将各种关键信号通过以太网传送到触控屏上显示，如受电弓状态、牵引状态、制动状态等，通过参数显示和状态提示以及报警来实现车辆管理的功能。
[0034]2)车辆控制单元VCU、牵引控制单元DCU及司机显示单元DDU所有的记录都可以通过以太网进行读取，并使用专用软件进行分析。
[0035]整车设计网络与硬线的冗余，当网络故障时，可通过硬线实现列车的故障牵引；当网络节点CAN接收器故障时，可通过硬线实现节点功能。
[0036]安全制动按钮信号，辅助缓解旋钮信号、司控器方向信号和控制手柄信号、故障牵弓I旋钮信号通过硬线直接送入VCU、BCU和DCU，当网络故障时，实现故障牵引时的牵引、制动和缓解功能。
[0037]如图3所示，当网络正常情况下，由VCU向B⑶发送制动缓解指令，当V⑶或者网络故障情况下，由D⑶通过硬线向B⑶发送制动缓解指令。
[0038]如图4所示，当EDCU、DCU、BCU和ACC出现节点CAN接收器故障时，可通过R1M与ED⑶、D⑶、B⑶和ACC之间的硬连线实现车门、变流器、液压系统及空调减载的功能。
[0039]列车逻辑控制概述
[0040]列车逻辑控制是通过软件编程实现，将硬件配置、全部变量、数组等所有输入型的变量输入到各子系统中，然后扫描主程序，和各子系统程序，如牵引控制系统程序、液压制动系统程序、空调系统程序、乘客信息系统程序、门控系统程序，最后，通过这些主程序、子程序的逻辑判断后，将所有的输出型变量输出。
[0041]I)主程序
[0042]主程序包括司机室激活端判断、司控器角度计算、方向判断、速度判断、列车运行状态判断等重要逻辑。
[0043]2)牵引控制逻辑
[0044]包括车辆运行状态、运行模式的判别和控制；牵引力、制动力的计算和控制；故障评估、储存、处理功能检测到的异常情况(故障)按严重程度分为多个等级，将故障信息储存在无源存储单元内，同时采取相应的保护措施;防滑功能;变流器冗余功能；变流器防逆流功能。
[0045]3)制动控制逻辑
[0046]制动控制逻辑包括常用制动、紧急制动、安全制动、停车制动、磁轨制动、保持制动缓解、辅助缓解、撒砂等功能。
[0047]4)空调控制逻辑
[0048]包括空调控制工作模式设置(自动冷、自动暖、通风、停止以及测试模式)和手动温度设置。
[0049]5)电子车门控制逻辑
[0050]包括开门操作、关门操作、钥匙开关互锁功能以及门隔离功能。
[0051 ] 6)乘客通信信息系统控制逻辑。
[0052]包括自动/手动广播、紧急广播和越站功能。
【主权项】
1.一种有轨电车网络控制系统，其特征在于:包括主系统和冗余系统，主系统和冗余系统配置相同；主系统包括司机室显示单元DDU、以太网交换机ESU、车辆控制单元VCU、牵引控制单元D⑶、远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元EDCU、制动控制单元BCU;所述司机室显示单元DDU、车辆控制单元VCU和牵引控制单元DCU之间通过以太网交换机ESU实现相互通讯，所述车辆控制单元V⑶、牵引控制单元DCU、远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶和制动控制单元BCU之间通过CAN总线实现相互通讯； 主系统和冗余系统的以太网交换机ESU通过以太网连接，主系统和冗余系统的车辆控制单元V⑶、牵引控制单元DCU、远程输入输出模块R1M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶和制动控制单元B⑶之间通过CAN总线实现相互通讯。2.根据权利要求1所述的一种有轨电车网络控制系统，其特征在于:司机室显示单元DDU、以太网交换机ESU、车辆控制单元V⑶、牵引控制单元D⑶、远程输入输出模块R10M、空调控制单元ACC、乘客通信信息系统PIS、电子车门控制单元ED⑶、制动控制单元BCU之间设有硬线连接。
【文档编号】B61L23/00GK205632524SQ201620093230
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】胡娜, 黄津, 林水强
【申请人】广州电力机车有限公司