一种磁悬浮列车真空管线环网式控制监测系统的制作方法

1.本发明属于磁悬浮列车技术领域，具体涉及一种磁悬浮列车真空管线环网式控制监测系统。


背景技术：

2.磁悬浮列车是一种新兴的技术，与轨道无接触、无摩擦，具有速度高、平稳舒适、能耗低、噪声小特点，逐渐成为未来交通运输的重要发展方向。我国在磁悬浮列车技术方面有许多突破性进展，处于世界领先。不同于传统高速列车，磁悬浮列车必须运行在低真空密闭环境中。
3.磁悬浮列车真空管线为低真空磁悬浮列车提供稳定的低真空环境及优质的线形和平顺的精度轨道，以保障列车高速运行时的安全性和平稳性。磁悬浮列车真空管线的建设尺度及规模均远远超过现有真空系统，相关关键技术问题及工程技术问题均需开展验证研究。磁悬浮列车真空管线的真空密封能力、建压复压能力、真空监测、温度变形补偿能力等均需要达到平稳运行的要求。
4.为了实现低真空条件下磁悬浮列车速度达到1000km/h，需要设计磁悬浮列车真空管线，为磁悬浮列车系统优化、标准制定和商业运营线建设提供技术支撑。现有磁悬浮列车运行环境并未充分考虑真空泵、复压阀、逃生门、闸板阀、接驳廊桥等支撑设施的运作与控制，并且现有方法工程可行性差。同时，国内仍然缺乏适用于磁悬浮列车真空管线及附属设施真空泵、复压阀、逃生门、闸板阀、接驳廊桥、环境传感器的控制监测系统。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种磁悬浮列车真空管线环网式控制监测系统，能够弥补适用于磁悬浮列车真空管线及附属设施真空泵、复压阀、逃生门、闸板阀、接驳廊桥、环境传感器的控制监测系统的空白。
6.本发明是通过下述技术方案实现的：
7.一种磁悬浮列车真空管线环网式控制监测系统，控制监测系统用于采集与处理磁悬浮列车真空管线内的环境传感器的真空关键参数，包括上位机和下位机；
8.上位机用于将对环境传感器的控制信号发送给下位机；下位机用于根据该控制信号通过控制网络对环境传感器的真空关键参数进行采集，并将采集的真空关键参数反馈给上位机进行处理和显示；
9.控制网络包括：若干从交换机、若干转换器和若干中继从站，令环境传感器所在处为监控点，在每个监控点设置一个中继从站和一个转换器，位于同一监控点的转换器和中继从站电性连接；每间隔十个监控点设置一个从交换机，每相邻十个中继从站和对应的十个转换器及一个从交换机为一组，位于同一组内的十个转换器分别通过光纤与从交换机连接，每个组内的一个从交换机采用干线形式，与同一组内的十个中继从站通信，每个监控点中继从站通过转换器转换成光信号后连接到从交换机上；所述控制网络采用环网式，即所
有从交换机依次通过光纤连接，且首尾从交换机连接组成环网。
10.进一步的，所述上位机包括主控制器和上位交换机；下位机包括试验线控制器、下位交换机及总交换机及控制网络；主控制器和上位交换机电性连接；下位交换机与上位交换机通过光纤连接；总交换机分别与下位交换机及试验线控制器电性连接，其中，控制网络中距离总交换机最近的从交换机通过光纤与总交换机连接；
11.所述控制网络的工作流程为：主控制器将对环境传感器的真空关键参数采集的控制信号发送给试验线控制器；所述试验线控制器接收到环境传感器的真空关键参数采集的控制信号后，将该控制信号通过总交换机、从交换机及转换器传输给每个监控点的中继从站，每个监控点的中继从站具有执行可编程逻辑控制器数字运算功能，中继从站接收到该控制信号后，分别采集真空管线内部的真空关键参数，所述真空关键参数包括真空度、压力、温度、噪声、湿度，并将真空关键参数通过每个监控点的转换器、从交换机、总交换机、下位交换机和上位交换机传输给主控制器进行处理和显示，实现对磁悬浮列车真空管线的真空度监测、压力监测、温度监测、噪声监测和湿度监测。
12.进一步的，所述控制监测系统还用于对磁悬浮列车真空管线内的复压阀进行控制；
13.所述下位机还包括复压阀控制器，复压阀控制器与试验线控制器电性连接；在距离复压阀最近的监控点的中继从站增加复压阀的开关控制及采集复压阀开启、关闭及开度状态的功能；
14.所述主控制器还用于将对复压阀的控制信号发送给下位机；所述复压阀控制器接收复压阀的控制信号后，将该控制信号顺序通过试验线控制器、总交换机、距离复压阀最近的监控点的从交换机和转换器传输给对应的中继从站，对应的中继从站接收到该控制信号后，控制复压阀的开关及采集复压阀开启、关闭及开度的状态信号，并将该状态信号通过对应监控点的从交换机、总交换机、下位交换机和上位交换机传输给主控制器进行处理和显示。
15.进一步的，所述控制监测系统还用于对磁悬浮列车真空管线的逃生门进行控制；
16.所述上位机还包括逃生门人机交互机，逃生门人机交互机与上位交换机电性连接；
17.所述下位机还包括逃生门控制器，逃生门控制器与试验线控制器电性连接；在距离逃生门最近的监控点的中继从站增加逃生门的开关控制及采集逃生门开启、关闭及开度状态的功能；
18.所述逃生门人机交互机用于将对逃生门的控制信号发送给下位机；所述逃生门控制器接收逃生门的控制信号后，将该控制信号顺序通过试验线控制器、总交换机、距离复压阀最近的监控点的从交换机和转换器传输给对应的中继从站，对应的中继从站接收到该控制信号后，控制逃生门的开关及采集逃生门开启、关闭及开度的状态信号，并将该状态信号通过对应监控点的从交换机、总交换机、下位交换机和上位交换机传输给逃生门人机交互机进行处理和显示。
19.进一步的，所述控制监测系统还用于对磁悬浮列车真空管线的闸板阀、真空泵组、接驳廊桥、图像采集装置和照明系统进行控制；
20.所述上位机还包括真空泵测控机、接驳廊桥测控机和图像监视机；
21.所述真空泵测控机、接驳廊桥测控机、图像监视机分别与上位交换机电性连接，主控制器还用于将对闸板阀的控制信号发送给下位机；真空泵测控机用于将对真空泵组的控制信号发送给下位机；接驳廊桥测控机用于将对接驳廊桥的控制信号发送给下位机；图像监视机用于将对图像采集装置和照明系统的控制信号发送给下位机；
22.所述下位机还包括真空泵控制器、接驳廊桥控制器、闸板阀控制器及图像采集控制器；
23.所述真空泵控制器、接驳廊桥控制器、闸板阀控制器及图像采集控制器分别与下位交换机电性连接；所述真空泵控制器用于通过下位交换机和上位交换机接收对真空泵组的控制信号，并根据该控制信号实现对真空泵组的开关与抽速控制，并将真空泵组的动作信号反馈给真空泵测控机进行显示；所述接驳廊桥控制器用于通过下位交换机和上位交换机接收对接驳廊桥的控制信号，并根据该控制信号实现对接驳廊桥的控制和接驳廊桥环境参数的采集，并将接驳廊桥的动作信号反馈给接驳廊桥测控机进行显示；所述闸板阀控制器用于通过下位交换机和上位交换机接收对闸板阀的控制信号，并根据该控制信号实现对闸板阀的开关控制和采集闸板阀开启、关闭、开度状态，并将闸板阀的动作信号反馈给主控制器进行显示；图像采集控制器用于通过下位交换机和上位交换机接收对图像采集装置和照明系统的控制信号，并根据该控制信号实现对图像采集装置和照明系统的控制，并将图像采集装置的采集的图像视频反馈给图像监视机进行显示。
24.有益效果：
25.(1)本发明的环网式控制监测系统通过控制网络实现对磁悬浮列车真空管线内的环境传感器的真空关键参数的采集，所述控制网络包括若干从交换机、若干转换器和若干中继从站，在每个监控点设置一个中继从站和一个转换器；每间隔十个监控点设置一个从交换机，每相邻十个中继从站和对应的十个转换器及一个从交换机为一组，位于同一组内的十个转换器分别通过光纤与从交换机连接，每个组内的一个从交换机采用干线形式，与同一组内的十个中继从站通信；所述控制网络采用环网式，即所有从交换机依次通过光纤连接，且首尾从交换机连接组成环网；结构简单，安全可靠，控制方法科学，保障了核心链路的可靠性，任一控制节点出错，不会影响其他节点通信，并能够支撑真空度监测、检漏及自动控制系统测试需求。
26.(2)本发明的环网式控制监测系统的控制网络增加磁悬浮列车真空管线内的复压阀和逃生门的控制，在距离复压阀最近的监控点的中继从站增加复压阀的开关控制及采集复压阀开启、关闭及开度状态的功能；在距离逃生门最近的监控点的中继从站增加逃生门的开关控制及采集逃生门开启、关闭及开度状态的功能；结构简单、布线方便、成本低、安全可靠、控制方法科学，并能够支撑复压阀、逃生门等附属真空设备性能测试需求。
27.(3)本发明的环网式控制监测系统还能够实现对磁悬浮列车真空管线的闸板阀、真空泵组、接驳廊桥、图像采集装置和照明系统的控制；为磁悬浮列车系统优化、标准制定和商业运营线建设提供技术支撑，能够解决磁悬浮列车真空管线及附属设施缺乏协同控制监测的问题，能够支撑大型管道密封结构设计技术验证及密封性能测试需求，支撑真空建立与真空泵组性能测试需求，支撑接驳廊桥等附属真空设备性能测试需求，为磁悬浮列车提供高速、舒适、能耗低、噪声小的运行环境。
附图说明
28.图1为磁悬浮列车真空管线示意图；
29.图2为本发明系统组成示意图；
30.其中，1-真空管线，2-真空泵组，3-复压阀，4-逃生门，5-闸板阀，6-接驳廊桥，7-环境传感器。
具体实施方式
31.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
32.本实施例提供了一种磁悬浮列车真空管线环网式控制监测系统，所述磁悬浮列车真空管线用于为磁悬浮列车提供低真空环境以降低列车所受空气阻力和噪音，为磁悬浮列车提供优质的线形和平顺的精度从而保障列车高速运行时的安全性和平稳性，并给乘客提供安全的上下车和逃生环境，参见附图1，所述磁悬浮列车真空管线系统包括：真空管线1、真空泵组2、复压阀3、逃生门4、闸板阀5、接驳廊桥6、环境传感器7、图像采集装置、照明系统、真空电极及本实施例的环网式控制监测系统；
33.所述真空管线1为封闭的管状通道，两组以上真空泵组2、两个以上复压阀3、两个以上逃生门4、两个以上环境传感器7、一个以上所述接驳廊桥6及两个以上闸板阀5均沿真空管线1的长度方向间隔设定长度配置；在本实施例中，在真空管线1的每间隔200米处设置环境传感器7，每间隔1000米设置复压阀3，每间隔2000米设置逃生门4；
34.所述真空管线1内部封闭并长时间保持真空环境，用于磁悬浮列车运行；
35.所述真空泵组2用于产生、改善和维持真空管线1内部的真空状态，使被抽真空的真空管线1获得所需的工作真空度和极限真空度；
36.所述复压阀3用于在真空管线1需要恢复常压时打开，外部空气稳步进入真空管线1，减少对真空管线1的冲击，使真空管线1由真空状态恢复到大气压常态；
37.所述逃生门4用于发生紧急情况时，磁悬浮列车沿线停车，磁悬浮列车内的乘客经过逃生门4从真空管线1内逃生至地面环境，从而脱离生命危险，且方便维护人员经由逃生门4进入真空管线1内部，进行必要的检查维修工作；
38.所述接驳廊桥6是一种便利的、可靠性高的接驳方式，用于实现乘客在磁悬浮列车上的上下车，利用接驳廊桥6内的泄压与复压实现乘客的换乘；
39.两个所述闸板阀5为一组，每个接驳廊桥6所在处均设有一组闸板阀5，一组闸板阀5用于在站台让磁悬浮列车进、出和紧急情况下切断或接通真空管线1，以保证磁悬浮列车进出站和突发意外情况时能够在真空管线1的接驳廊桥6所在处形成一定长度封闭常压段；
40.所述环境传感器7包括真空规、压力传感器、温度传感器、噪声计、湿度传感器，分别用于监测真空管线1内的真空度、压力、温度、噪声、湿度，并将上述参数发送给环网式控制监测系统；
41.所述图像采集装置和照明系统均位于真空管线1内；所述图像采集装置用于采集真空管线1内的视频图像，并将视频图像发送给环网式控制监测系统；所述照明系统用于对真空管线1内进行照明；
42.所述真空电极用于实现真空管线1内的真空环境和外界常压环境的输电与通讯(即真空泵组2、复压阀3、闸板阀5、环境传感器7、图像采集装置和照明系统均通过真空电极
与环网式控制监测系统电连接)，并能够保证真空管线1在真空电极处不泄压；
43.所述环网式控制监测系统用于磁悬浮列车真空管线设备的电气控制，主要包括真空泵组2的开关控制、复压阀3的控制、逃生门4的控制、闸板阀5的控制、接驳廊桥6的控制、真空管线1内的照明控制、视频图像的采集、环境传感器7的真空关键参数采集、处理与显示，保证磁悬浮列车的自动安全运行，且环网式控制监测系统有参数存储、状态报警等功能，所述真空关键参数包括真空度、压力、温度、噪声、湿度。
44.参见附图2，所述环网式控制监测系统包括上位机和下位机；所述上位机与下位机通过交换机和光纤通信；
45.所述上位机位于主控室内，包括主控制器、真空泵测控机、接驳廊桥测控机、图像监视机、逃生门人机交互机及上位交换机；
46.所述主控制器、真空泵测控机、接驳廊桥测控机、图像监视机、逃生门人机交互机分别通过电缆与上位交换机连接，主控制器用于复压阀3的控制、闸板阀5的控制及环境传感器7的真空关键参数采集，并通过上位交换机将对复压阀3、闸板阀5及环境传感器7的控制信号发送给下位机；真空泵测控机用于真空泵组2的开关控制，并通过上位交换机将对真空泵组2的控制信号发送给下位机；接驳廊桥测控机用于接驳廊桥6的控制，并通过上位交换机将对接驳廊桥6的控制信号发送给下位机；图像监视机用于真空管线1内的照明控制和视频图像的采集，并通过上位交换机将对图像采集装置和照明系统的控制信号发送给下位机；逃生门人机交互机用于逃生门4的控制，并通过上位交换机将对逃生门4的控制信号发送给下位机；
47.所述下位机位于真空管线1外部，下位机包括：真空泵控制器、接驳廊桥控制器、闸板阀控制器、图像采集控制器、试验线控制器、复压阀控制器、逃生门控制器、下位交换机、总交换机及控制网络；真空泵控制器、接驳廊桥控制器、闸板阀控制器、图像采集控制器、试验线控制器、复压阀控制器、逃生门控制器、下位交换机及总交换机均位于主控室附近；
48.所述下位交换机通过光纤与上位交换机连接，所述真空泵控制器、接驳廊桥控制器、闸板阀控制器及图像采集控制器分别通过电缆与下位交换机连接；所述真空泵控制器用于通过下位交换机和上位交换机接收对真空泵组2的控制信号，并根据该控制信号实现对真空泵组2的开关与抽速控制，并将真空泵组2的动作信号反馈给真空泵测控机进行显示；所述接驳廊桥控制器用于通过下位交换机和上位交换机接收对接驳廊桥6的控制信号，并根据该控制信号实现对接驳廊桥6的控制和接驳廊桥6环境参数的采集，并将接驳廊桥6的动作信号反馈给接驳廊桥测控机进行显示；所述闸板阀控制器用于通过下位交换机和上位交换机接收对闸板阀5的控制信号，并根据该控制信号实现对闸板阀5的开关控制和采集闸板阀5开启、关闭、开度状态，并将闸板阀5的动作信号(即闸板阀5开启、关闭、开度状态)反馈给主控制器进行显示；图像采集控制器用于通过下位交换机和上位交换机接收对图像采集装置和照明系统的控制信号，并根据该控制信号实现对图像采集装置和照明系统的控制，并将图像采集装置的采集的图像视频反馈给图像监视机进行显示；
49.所述总交换机通过电缆与下位交换机连接，所述试验线控制器通过电缆与总交换机连接，所述复压阀控制器和逃生门控制器通过电缆与试验线控制器连接；所述复压阀控制器用于顺序通过上位交换机、下位交换机、总交换机和试验线控制器接收对复压阀3的控制信号，并根据该控制信号通过试验线控制器实现对复压阀3的开关控制和采集复压阀3开
启、关闭及开度状态，并将复压阀3的动作信号(即复压阀3开启、关闭及开度状态)反馈给主控制器进行显示；所述逃生门控制器用于顺序通过上位交换机、下位交换机、总交换机和试验线控制器接收对逃生门4的控制信号，并根据该控制信号通过试验线控制器实现对逃生门4的控制和采集逃生门4开启、关闭及开度状态，并将逃生门4的动作信号(即逃生门4开启、关闭及开度状态)反馈给逃生门人机交互机进行显示；所述试验线控制器用于顺序通过上位交换机、下位交换机、总交换机接收对环境传感器7的真空关键参数采集的控制信号，并根据该控制信号实现对环境传感器7的真空关键参数采集，并将采集到的真空关键参数反馈给主控制器进行处理和显示，实现对磁悬浮列车真空管线的真空度监测、压力监测、温度监测、噪声监测和湿度监测；
50.所述控制网络包括：若干从交换机、若干转换器和若干中继从站；由于在本实施例中，在真空管线1的每间隔200米处设置环境传感器7；因此，令环境传感器7所在处为监控点，即真空管线1的每间隔200米为一个监控点，在每个监控点设置一个中继从站和一个转换器，位于同一监控点的转换器和中继从站通过电缆连接；每间隔十个监控点(即2000米)设置一个从交换机，每相邻十个中继从站和对应的十个转换器及一个从交换机为一组(由于同一组内的大部分交换机与中继从站距离均较远，电缆无法传输，只能用光纤，所以必须通过转换器进行光电转换，若是中继从站与从交换机距离较近，可不设转换器，本实施例的转换器和中继从站一一对应)，位于同一组内的十个转换器分别通过光纤与从交换机连接，每个组内的一个从交换机采用干线形式，与同一组内的10个中继从站通信，每个监控点中继从站通过转换器转换成光信号后连接到从交换机上；所述控制网络采用环网式，即所有从交换机依次通过光纤连接，且首尾从交换机连接组成环网，即距离总交换机最远的从交换机通过光纤与距离总交换机最近的从交换机连接；其中，距离总交换机最近的从交换机通过光纤与总交换机连接；
51.所述控制网络的工作流程为：所述试验线控制器接收到环境传感器7的真空关键参数采集的控制信号后，将该控制信号通过总交换机、从交换机及转换器传输给每个监控点的中继从站，每个监控点的中继从站具有执行可编程逻辑控制器数字运算功能，中继从站接收到该控制信号后，分别采集真空管线内部的真空度、压力、温度、噪声、湿度，并将上述真空关键参数通过每个监控点的转换器、从交换机、总交换机、下位交换机和上位交换机传输给主控制器进行处理和显示，实现对磁悬浮列车真空管线的真空度监测、压力监测、温度监测、噪声监测和湿度监测；
52.由于在本实施例中，在真空管线1的每间隔1000米设置复压阀3，每间隔2000米设置逃生门4，因此，在每间隔1000米处的监控点的中继从站增加复压阀3的开关控制及采集复压阀3开启、关闭及开度状态的功能，在每间隔2000米处的监控点的中继从站增加逃生门4的开关控制及采集逃生门4开启、关闭及开度状态的功能；
53.所述控制网络的工作流程增加为：所述复压阀控制器接收复压阀3的控制信号后，将该控制信号顺序通过试验线控制器、总交换机、每组的从交换机传输给每组内的两个转换器，两个转换器再将该控制信号转发给对应的中继从站，对应的中继从站接收到该控制信号后，控制复压阀3的开关及采集复压阀3开启、关闭及开度的状态信号，并将该状态信号通过对应监控点的从交换机、总交换机、下位交换机和上位交换机传输给主控制器进行处理和显示；所述逃生门控制器接收逃生门4的控制信号后，将该控制信号顺序通过试验线控
制器、总交换机和每组的从交换机传输给每组内的一个对应转换器，一个转换器再将该控制信号转发给对应的中继从站，对应的中继从站接收到该控制信号后，控制逃生门4的开关及采集逃生门4开启、关闭及开度的状态信号，并将该状态信号通过对应监控点的从交换机、总交换机、下位交换机和上位交换机传输给逃生门人机交互机进行显示。
54.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。