专利名称：一种基于无线宽带通信的机车无线重联控制方法
技术领域：
本发明涉及机车重联控制方法，尤其是涉及一种基于无线宽带通信的机车无线重联控制方法。
背景技术：
随着铁路运输发展，国内货运铁路运输的重载要求日益提高，为了满足在有限的货运线路条件的基础上提高运输效率的要求，需要多台货运机车(交直传动电力机车，交流传动电力机车、交直传动内燃机车、交流传动内燃机车)重联运行以提高运能，其中还包括不同型号机车的混编互联同步控制。货运机车之间原来采用有线重联线或有线网络等方式，因受不同车型电气接口不一致、机车特性差异、有线重联连接器可靠性不佳、远程重联应用高要求以及各种不同有线网络连接不匹配等因素的影响，为克服这些不足，采用无线重联方式是当前及未来一种可行及有效的途径。
发明内容
本发明提供一种基于无线宽带通信的机车无线重联控制方法，能可靠实现机车之间的无线重联控制，包括不同型号机车的无线互联控制。本发明克服了现有技术所存在的问题，采取的技术方案是在机车网络控制系统或者电子控制系统上增加一套机车无线重联控制装置，来替代机车列车级有线通信网关， 所述的无线重联控制方法包括以下步骤
(1)将机车通信网络分为两级，第一级为列车级，第二级为机车车辆级；
(2)列车级采用无线宽带局域网方式，通过机车无线重联控制装置来实现，将各个机车的控制及状态数据统一为标准的无线通信协议数据，通过无线宽带建立起列车级总线；
(3)车辆级保持并适应原车现有系统总线结构，即车辆级总线。车辆总线及电气接口与机车控制及反馈信息系统相连，通过网络及电气接口获得机车车辆级控制及执行设备的数据，机车无线重联控制装置通过不同类型的硬件协议转换插件及多制式协议转换方法，将车辆级总线数据进行统一标准的协议转换及数据处理，转换成为统一标准的列车级无线重联传输协议；
(4)将上述标准的列车级无线重联传输协议内容转换成无线空中协议数据，借助机车无线重联控制装置中的无线收发模块进行数据的发送，同时将无线收发模块接收到的无线空中协议数据进行协议反向转换及数据处理，把无线数据转换成需要的原机车车辆级有线网络协议数据，再通过网络及电气接口，将有线网络协议数据向机车各控制及执行设备发送，从而实现机车间的近距离无线重联及多机之间的无线互联互通，并计算处理进行机车控制及特性的匹配，即实现机车间的无线重联控制；
由于不同机车车型采用不同的有线网关协议，目前应用范围较广的几种车辆级网络协议有MVB (多功能车辆总线)、CAN (控制器局域网络)、Ethernet (以太网)、RS485 (—种串行数据接口协议)/RS422 (—种串行数据接口协议)、同步串行总线HDLC (高级数据链路控
4制)、WorldFIP (世界工厂仪表协议)等，机车无线重联控制装置通过不同类型的硬件协议转换插件，将机车车辆级总线数据获得，同时将数据进行统一的协议编码转换，并向上一级的无线列车级总线发送。无线列车级总线数据也通过机车无线重联控制装置完成协议解码转换，并经处理器处理及计算进行机车控制及特性匹配，然后再传送到原机车车辆级网络控制系统及电气控制接口。通过该方法，可为各种车型的兼容混联互编提供基础。所述的机车无线重联控制装置系统与机车控制系统双向实时交互，所述的机车无线重联控制装置与机车电气接口分为网络接口及电气控制接口两部分；网络接口采用机车原接口标准，可根据不同类型机车采取针对性的接口选择方案。电气控制接口，主要为机车硬线I/O (信号输入/输出)控制信号，控制信号将通过系统内的I/O (信号输入/输出)卡进行采集和执行，所产生的电气信号特性也与原机车控制信号特性匹配。所述的机车无线重联控制装置包括1/0(信号输入/输出)板、网络接口模块、数据总线、无线通信处理模块、CPU (中央处理器)主处理模块和天线装置，其中所述的I/O (信号输入/输出)板、网络接口模块、无线通信模块及CPU主处理模块通过系统内的数据总线连接，所述的无线通信模块与天线装置连接。所述的机车控制系统包括机车主辅控制系统、制动系统、机车电气控制线路、机车控制网络，其中所述的机车主辅控制系统、制动系统与机车电气控制线路、机车控制网络双向连接。所述的无线宽带局域网方式是基于包含有0FDM(正交频分复用Orthogonal Frequency Division Multiplexing)禾口 ΜΙΜΟ (多输入多输出 Multiple Input Multiple Output))技术的无线宽带通信网络，并具有自组网功能及路由管理功能。在数据的实时性， 安全性及可靠性上相对于3G通信技术以及其他无线技术具有明显的优势。该技术无需增加地面网络基站转发和补强装置，易于实现应用，成本相对较低。所述的重联方式包括有线重联方式和无线重联方式。机车无线重联控制装置从机车网络获取相关的机车信息及故障信息进行计算、预警及处理，同时无线重联系统通过机车网络系统发送相关信息并进行控制。在所述的无线重联编组的状态下进行机车的牵引控制和制动控制，通过机车网络系统对机车的牵引和制动控制命令进行同步传递。在所述的无线重联编组的状态下建立一套重联机车的故障预警及安全导向策略。所述的数据处理采用两级处理方式，第一级为无线通信，即列车级采用无线宽带局域网通信，负责多台机车之间的无线通信及组网；第二级为重联控制系统，负责机车的控制信息与反馈信息的综合处理、计算、多机故障预警及安全导向，以及负责与机车车辆级的网络通信。通过两级处理方法，可将机车车辆级的机车状态数据，机车控制数据以及机车故障预警数据统一为标准的列车级无线数据。还包括对原有机车的重联方式进行选择，即通过软件、硬件切换装置实现对机车有线重联方式和无线重联方式的切换。由于本方法考虑的是尽量保持原有系统的独立性及相应的功能，在不使用无线重联系统时，整个系统与原来的机车系统一致，使用无线重联系统时在原来的基础上增加该相应无线重联功能。若机车启动之后默认为选择有线重联方式，此时机车原有线网关正常工作，无线重联设备不启用，该状态可保持机车原有的网络结构不发生变化，不影响本车的控制及操纵；若机车选择无线重联模式时，将无线重联控制装置置于启动状态，此时机车无线重联控制装置启动，原有机车有线网关关闭，机车无线重联控制装置替代有线网关接入机车网络，机车进入无线重联编组状态。本发明通过在原有机车网络上增加一套机车无线重联控制装置，从而实现机车近距离无线重联编组，并控制多台机车无线重联运行，而且能快速有效稳定地建立机车之间的互联，实现不同车型机车间的互联及重联控制。
图1列车级数据流程图2适应原机车车辆级数据流程图； 图3机车使用机车无线重联控制装置的工作流程图； 图4无线重联功能选择逻辑图； 图5机车数据处理方式流程图； 图6机车无线重联控制装置的结构示意图。图中标识为1-列车级无线数据模块；2-机车无线重联控制装置；3-天线装置；4-无线收发模块；5-CPU主处理模块；6-数据总线；7-1/0板；8-网络接口模块；9-机车控制系统；10-机车电气控制线路； 11-机车控制网络；12-机车主辅控系统、制动系统。
具体实施例方式实施例1
如图1所示，列车级采用无线宽带局域网方式，同时不需要地面通信补强设备，通过机车无线重联控制装置2来实现，将各个机车的控制及状态数据统一为标准的无线协议数据，通过无线宽带建立起列车级总线。实施例2
如图2所示，第二级机车车辆级总线，基本保持并适应原车现有系统总线结构，通过多制式协议转换将传输到机车原有有线网关的协议成为标准的机车无线重联传输协议。由于不同机车车型采用不同的有线网关协议，目前应用范围较广的几种车辆级网络协议有MVB、 CAN、Ethernet、RS485/RS422、同步串行总线HDLC、WorldFIP等，机车无线重联控制装置2通过不同类型的硬件协议转换插件，将机车车辆级总线数据获得，同时将数据进行统一的协议编码转换，并向上一级的无线列车级总线发送。无线列车级数据也通过机车无线重联控制装置2完成协议解码转换，并进行机车控制及特性匹配，然后再传送到原机车车辆级网络控制系统及电气控制接口。通过该方法，可为各种车型的兼容混联互编提供基础。实施例3
如图3所示，车辆级保持并使用原车现有系统总线结构，即车辆级总线，车辆级总线及电气接口与机车控制及反馈信息系统相连，通过网络及电气接口获得车辆级总线数据，再通过机车无线重联控制装置2的不同类型的硬件协议转换插件及多制式协议转换方法，将车辆级总线数据进行统一标准的协议转换及处理，转换成为统一标准的列车级无线重联传输协议数据；
将上述标准的列车级无线重联传输协议内容转换成无线空中协议数据，借助机车无线重联控制装置中的无线收发模块进行数据的发送，同时将无线收发模块3接收到的无线空中协议数据进行协议反向转换及数据处理，把无线数据转换成需要的原机车车辆级有线网络协议数据，再通过网络及电气接口，将有线网络协议数据向机车各控制及执行设备发送， 从而实现机车间的近距离无线重联及多机之间的无线互联互通，并计算处理进行机车控制及特性的匹配，即实现机车间的无线重联控制； 实施例4
如图4所示，若机车启动之后默认为选择有线重联方式，此时机车原有线网关正常工作，无线重联设备不启用，该状态可保持机车原有的网络结构不发生变化，不影响本车的控制及操纵；若机车选择无线重联模式时，将无线重联切换装置置启动位，此时机车无线重联控制装置2启动，原有机车有线网关关闭，机车无线重联控制装置2替代有线网关接入机车网络，机车进入无线重联编组状态。实施例5
如图5所示，本方法采取的重联机车数据处理方式为两级处理方式，第一级机车之间 (列车级)采用无线宽带局域网通信，负责多机之间的无线通信及组网。第二级为无线重联单元负责本机车的控制信息与反馈信息的综合处理、计算以及与机车车辆级的网络通信。 通过两级处理方法，可将机车车辆级的机车状态数据，机车控制数据以及机车故障预警数据统一为标准的列车级无线数据。实施例6
如图6所示，无线重联控制装置系统2包括安装有天线装置3的无线收发模块4、CPU 主处理模块5、I/O板7、网络接口模块8、高速数据总线6，前述无线收发模块4、CPU主处理模块5、I/O板7、网络接口模块8分别与数据总线6相联，前述的I/O板4、网络接口模块8 分别与机车控制系统9的机车电气控制线路10、机车控制网络11相联，列车级无线数据模块1通过天线装置3与无线收发模块4双向连接。
权利要求
1.一种基于无线宽带通信的机车无线重联控制方法，其特征在于在机车网络控制系统或者电子控制系统上增加一套机车无线重联控制装置，来替代机车列车级有线通信网关，所述的无线重联控制方法包括以下步骤(1)将机车通信网络分为两级，第一级为列车级，第二级为机车车辆级；(2)列车级采用无线宽带局域网方式，通过机车无线重联控制装置来实现，将各个机车的控制及状态数据统一为标准的无线通信协议数据，通过无线宽带建立起列车级总线；(3)车辆级保持并适应原车现有系统总线结构，即车辆级总线，车辆总线及电气接口与机车控制及反馈信息系统相连，通过网络及电气接口获得机车车辆级控制及执行设备的数据，机车无线重联控制装置通过不同类型的硬件协议转换插件及多制式协议转换方法，将车辆级总线数据进行统一标准的协议转换及数据处理，转换成为统一标准的列车级机车无线重联传输协议；(4)将上述统一标准的列车级机车无线重联传输协议内容转换成无线空中协议数据， 借助机车无线重联控制装置中的无线收发模块进行数据的发送，同时将无线收发模块接收到的无线空中协议数据进行协议反向转换及数据处理，把无线数据转换成需要的原机车车辆级有线网络协议数据，再通过网络及电气接口，将有线网络协议数据向机车各控制及执行设备发送，从而实现机车间的近距离无线重联及多机之间的无线互联互通，并计算处理进行机车控制及特性的匹配，即实现机车间的无线重联控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的机车无线重联控制装置与机车控制系统双向实时交互，所述的机车无线重联控制装置与机车信息接口分为网络接口及电气控制接口两部分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的机车无线重联控制装置包括 I/O板、网络接口模块、数据总线、无线通信处理模块、CPU主处理模块和天线装置，其中所述的I/O板、网络接口模块、无线通信模块及CPU主处理模块通过系统内的数据总线连接， 所述的无线通信模块与天线装置连接。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的机车控制系统包括机车主辅控制系统、制动系统、机车电气控制线路、机车控制网络，其中所述的机车主辅控制系统、制动系统与机车电气控制线路、机车控制网络双向连接。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的无线宽带局域网方式是基于包含有OFDM和MIMO技术的无线宽带通信网络，并具有自组网功能及路由管理功能。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的重联方式包括有线重联方式和无线重联方式。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的无线重联编组的状态下进行机车的牵引控制和制动控制，通过机车网络系统对机车的牵引和制动控制命令进行同步传递。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的无线重联编组的状态下建立一套重联机车故障预警及安全导向策略。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的数据处理采用两级处理方式，即列车级采用无线宽带局域网通信，负责多机之间的无线通信及组网；第二级为重联控制系统， 负责机车的控制信息与反馈信息的综合处理、计算、多机故障预警及安全导向，以及负责与机车车辆级的网络通信。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括对原有机车的重联方式进行选择，即通过软件、硬件切换装置实现对机车有线重联方式和无线重联方式的切换。
全文摘要
本发明提供一种基于无线宽带通信的机车无线重联控制方法，在原有机车网络控制系统上增加一套无线重联控制装置系统，来替代原有机车列车级有线网关，从而实现机车近距离无线重联编组，并控制多台机车无线重联运行，而且能快速有效稳定地建立机车之间的互联，实现不同车型机车间的互联及重联控制。
文档编号B61L27/00GK102267480SQ20111012824
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者陈国忠 申请人:长沙南睿轨道交通电气设备有限公司