本发明涉及地面装备车辆。更具体地，涉及一种地面装备车辆的车载综合控制系统。
背景技术：
车载综合控制系统安装于地面装备车辆上，用于地面装备车辆各车载分系统的控制及状态监测功能。
目前地面装备车辆的车载设备被划分成多个子系统，每个系统都有一台计算机，完成子系统的控制计算、采集监测以及通信功能，各个子系统协同完成车辆任务控制过程，且大多采用单余度系统。在该体系架构下，整个车辆的控制功能分散、设备资源重复、信息交互过程繁琐，同时各个子系统自成体系，导致信息分散无法共享，一旦某个计算机出现故障，则整个任务过程将被中断，如果采用冷备份的方式提高可靠性，会导致整个系统的备份设备过多，提高系统成本，同时冷备份方案需要人为干预才能完成系统恢复同样会中断任务过程，这样会大幅度降低系统的任务反应速度，如果采用热备份的方式，针对每台计算机进行热备份会提高整个系统复杂度，反而会降低整体可靠性，无法实现未来地面装备车辆低成本、高可靠、信息化的发展需求。
车载综合控制系统作为地面装备车辆的地面核心系统，其性能直接影响装备性能，其可靠性和自动化程度直接决定和影响装备的生存能力和快速反应能力。因此，需要提供一种一体化、集成化、信息化的高可靠性的地面装备车辆的车载综合控制系统。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种地面装备车辆的车载综合控制系统，解决以往地面装备车辆电气系统复杂度高、可靠性低、故障修复时间长、通用性扩展性差的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种地面装备车辆的车载综合控制系统，包括作为地面装备车辆的集中控制计算处理中心的一台综合控制计算机、作为数据交换中心的两个级联以太网交换机和作为底层控制节点的多个基于plc的通用车载控制器；所述综合控制计算机的电源模块和cpu模块均采用双冗余热备份方式；所述综合控制计算机监测记录通用车载控制器上传的数据；所述以太网交换机采用全双工交换式以太网实现所述综合控制计算机和所述通用车载控制器之间的数据通信；所述通用车载控制器分散的布置在底层执行机构附近，采集监测底层执行机构的传感器的数据并接收综合控制计算机下发的控制命令完成对底层执行机构的控制信号输出。
优选地，所述综合控制计算机包括仲裁模块、主cpu模块、备cpu模块和两个电源模块；
主cpu模块和备cpu模块通过点对点的以太网通信进行数据同步；
主cpu模块和备cpu模块同时接收输入设备的输入信号并同步进行任务处理，主cpu模块还进行任务处理结果输出；
主cpu模块和备cpu模块均间隔固定时间向仲裁模块发送心跳数据及自身运行状态信息；
仲裁模块对主cpu模块和备cpu模块进行故障分析判定和主备切换，当仲裁模块判定主cpu模块出现故障后，当仲裁模块在一定时间内未收到某个cpu模块的心跳信号或者对自身运行状态信息进行故障分析判断某个cpu模块出现故障时，自动进行主备切换使得另一个cpu模块进行任务处理及任务处理结果输出，同时将出现故障的cpu模块进行断电处理。
优选地，所述固定时间为10ms。
优选地，所述两个级联以太网交换机的两个以太网接口对外均采用虚拟mac地址方式，实现两个以太网接口对外的ip地址相同。
优选地，所述底层执行机构包括车辆底盘、供配电设备、调温设备和调平起竖机构。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案改变了传统的电气系统架构，降低了系统复杂度、设计成本，实现了地面装备车辆的信息共享，提高了系统可靠性、扩展性，同时因为减少了系统内计算机数量以及设备间的电缆，节约了安装空间减少了车载设备重量，提高了地面装备车辆的整体性能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出地面装备车辆的车载综合控制系统的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明公开的地面装备车辆的车载综合控制系统将原有地面装备车辆上各子系统进行集成化、通用化、信息化设计，采用新的电气体系架构，取消各子系统的计算机，采用一台高性能高可靠性的综合控制计算机作为地面装备车辆的集中控制计算处理中心，完成对全车功能的综合控制以及对装备测试与控制功能。本发明公开的地面装备车辆的车载综合控制系统采用全双工交换式以太网作为系统的数据传输通道，将综合控制计算机作为系统内的信息中心，监测记录以太网网络上的全部通信数据信息及通用车载控制器上传的数据，上传的数据包括所有车载设备的运行状态信息，完成装备及车辆的数据信息的集中存储、处理功能，实现车辆所有信息的共享，降低系统复杂度，易于故障定位和过程回演，为将来实现地面装备车辆的在线故障诊断与健康管理功能提供大数据支持服务，综合控制计算机还根据输入设备的输入信号进行任务处理并向通用车载控制器下发控制命令。本发明公开的地面装备车辆的车载综合控制系统采用基于plc的通用车载控制器作为底层控制节点，分散的布置在底层执行机构附近，采集监测底层执行机构的传感器的数据并接收综合控制计算机下发的控制命令完成对底层执行机构的控制信号输出，同时针对不同需求灵活配置通用车载控制器的数量和功能，提高了系统的通用性、扩展性。
针对系统内的关键设备综合控制计算机采用双冗余热备份方式提高可靠性，通过对计算机的历史故障点进行分析，发现电源模块和cpu模块的故障概率较高，因此对综合控制计算机内的电源模块和cpu模块进行冗余热备份设计，即综合控制计算机内包括两个电源模块、2个cpu模块以及一个仲裁模块，其中仲裁模块用于对两个cpu模块进行故障分析判定和主备切换，两个cpu模块的硬件设计完全相同，其中一个模块作为主cpu模块，另一个模块作为备cpu模块，仲裁模块通过rs422串口与主cpu模块和备cpu模块连接，两个cpu模块均间隔固定时间向仲裁模块发送心跳数据及自身运行状态信息，该固定时间可设置为10ms。仲裁模块实时监测两个cpu模块的心跳数据并分析其运行状态信息，当仲裁模块在一定时间内未收到某一个cpu模块的心跳信号或者对自身运行状态信息进行故障分析判断某个cpu模块出现故障时，自动进行主备切换使得另一个cpu模块进行任务处理及任务处理结果输出(工作即承担发射控制任务)，从而在不需要人为干预的情况下，自动保证地面装备车辆任务的继续。综合控制计算机上电后，两个互为备份的cpu模块同时加电工作，主cpu模块和备cpu模块同时接收输入设备的输入信号，同步进行任务处理，但只有主cpu模块对外进行任务处理结果输出，备cpu模块不对外进行任务处理结果输出，当仲裁模块监测到主cpu模块出现故障后，切换到备cpu模块进行任务处理及任务处理结果输出，同时仲裁模块将主cpu模块进行断电处理，待系统任务完成后进行排故维修工作。主cpu模块和备cpu模块通过点对点的以太网通信进行数据同步，保证彼此运行状态的一致性。
通用车载控制器，采用基于plc架构的标准模块化产品，具有12路继电器隔离io输出，12路光耦隔离io输入，12路模拟量输入，12路模拟量输出，同时具有高等级的防雨、抗震动、抗恶劣环境特性。通用车载控制器主要实现io输入监测、io输出控制、模拟量采集功能以及驱动控制输出，完成对底层执行机构的控制输出及状态监测，包括对车辆底盘、供配电设备、调温设备、调平起竖机构的控制及监测。由于plc具有良好的扩展性、可靠性及环境适应性，适合车载环境，同采用梯形图语言进行编程，简化了软件代码的编写、调试复杂度。地面装备车辆采用通用车载控制器取代各子系统的集中控制设备，基于全车底层执行机构的功能进行统筹合理配置，并根据位置实现就近安装，减少系统内线缆、降低复杂度，提高系统扩展性可靠性，同时减少了车载备件数量。
本发明公开的地面装备车辆的车载综合控制系统采用双冗余以太网作为系统内各设备进行信息交互的通信链路，同时采用两个以太网交换机级联的方式作为数据交换中心。综合控制计算机的主cpu模块和备cpu模块、通用车载控制器都具有两个互为热备份的双冗余以太网卡，通过两个以太网接口分别连接每个以太网交换机，同时两个级联以太网交换机的两个以太网接口对外采用虚拟mac地址方式，实现两个以太网接口对外的ip地址相同，同一时刻只有一个以太网交换机工作，另一个以太网交换机处于冗余热备份状态，当正在工作的以太网交换机的网卡或以太网物理链路出现故障时，冗余热备份的以太网交换机的网卡可以实时的、自动的切换到工作状态，不间断的继续接收和发送数据，同时对于用户编写顶层应用程序时，无需考虑底层网卡切换过程。采用两个级联的以太网交换机和双冗余热备份以太网交换机的网卡使得车载综合控制系统内以太网通信实现了双冗余通信链路，减少了单点故障，提高了数据传输的可靠性。
目前的地面装备车辆电气系统采用单余度体系架构，同时系统内计算机种类繁多、功能重复、单点故障多，导致系统整体复杂度高、可靠性低、维修性差，不满足地面装备车辆高可靠、低成本、信息化发展趋势，而本发明改变了传统的电气系统架构，降低了系统复杂度、设计成本，实现了地面装备车辆的信息共享，提高了系统可靠性、扩展性，同时因为减少了系统内计算机数量以及设备间的电缆，节约了安装空间减少了车载设备重量，提高了地面装备车辆的整体性能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。