CN110254475B - 一种列车运行监控*** - Google Patents
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Abstract
本发明的列车运行监控装置,主机单元是列车运行监控装置的核心单元,采用安全计算机实现,人机交互单元,实现人机对话、列车运行监控的可视化界面的功能;扩展单元集成LKJ既有外设的接口;三个组成单元之间,通过以太网总线连接,除了正常工作的数据通信,每个单元上都有调试和维护接口,任一个单元可通过自身的调试接口和以太网总线,实现对自身和其他两个单元的软件升级;任一个单元可通过自身的维护接口和以太网总线,实现对主机单元中的基础数据换装功能。本发明的技术优势:采用内外总线的***结构结合CANFD总线的使用;灵活的软件调试、维护接口结合无线通信的透传机制,提高了安全计算机平台的通用性和可维护性。
Description
技术领域
本发明涉及列车自动控制领域,具体涉及一种列车运行监控***,其更安全可靠、更高效、对外部设备兼容性和可扩展性更强。
背景技术
既有列车运行监控***(LKJ)除了包含主机单元、人机交互单元,还包括多个外部设备,同时还需要连接多个相关设备。在实际运用过程中,连接这些外部设备及相关设备时,均需要配置相关接线盒,随着连接的外部设备的不断增多,增加了LKJ的安装和维护难度,带来一系列安全相关问题。同时既有LKJ在数据传输效率、安全可靠性等方面已不能满足日益复杂的铁路应用环境。
因此,为了满足复杂的铁路应用需求,解决既有LKJ设备在应用中的问题,提高LKJ的安全性、可靠性、可扩展性、可用性等。需要一种列车运行监控***,其具备控车更加安全可靠、数据通信效率更高、对外部设备连接更加便利可靠等优点。
发明内容
本发明针对上述问题,提出内外总线更加优化的***结构,降低平台***对应用层的依赖。
本发明提供一种列车运行监控装置,主要包括主机单元、人机交互单元、扩展单元;其中,
所述主机单元是列车运行监控装置的核心单元,采用安全计算机实现,采用的是二乘二取二的安全架构,即主机单元采取2X2的主备系冗余结构,同时单系的主控模块采用2取2的安全结构;
所述人机交互单元,实现人机对话、列车运行监控的可视化界面的功能;
所述扩展单元集成LKJ既有外设的接口,扩展外部设备的连接,扩展单元内部也采用冗余CANFD总线实现各模块之间的通信;
上述三个组成单元之间,通过以太网总线连接,除了正常工作的数据通信,每个单元上都有调试和维护接口,任一个单元可通过自身的调试接口和以太网总线,实现对自身和其他两个单元的软件升级;任一个单元可通过自身的维护接口和以太网总线,实现对主机单元中的基础数据换装功能。
本发明的技术优势:一种列车运行监控***,采用内外总线的***结构结合CANFD总线的使用,更加安全可靠;灵活的软件调试、维护接口结合无线通信的透传机制,提高了安全计算机平台的通用性和可维护性。
附图说明
图1为本LKJ的组成单元图
图2为本LKJ的***结构图。
图3为本LKJ的单元间的通信连接图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。
本新型LKJ***由主机单元、人机交互单元、扩展单元组成。以下实施例中重点提供了主机单元、人机交互单元、扩展单元的***结构及主要功能,以及主机单元、人机交互单元、扩展单元的通信连接方式,将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。
一种新型列车运行监控基本单元如图1所示,本新型LKJ***由主机单元、人机交互单元、扩展单元组成。三个组成单元的分工明确,主机单元主要功能为列车运行控制,人机交互单元主要功能为人机交互及可视化监视界面,扩展单元的主要功能为扩展外部设备的连接;同时,三个组成单元之间,通过以太网总线连接,除了正常工作的数据通信,每个单元上都有调试和维护接口,任一个单元可通过自身的调试接口和以太网总线,实现对自身和其他两个单元的软件升级,任一个单元可通过自身的维护接口和以太网总线,实现对主机单元中的基础数据换装功能,根据新一代LKJ技术规范要求,扩展单元通过无线通信提供无线形式的调试和维护接口,实现软件升级和基础数据换装更加方便和灵活。调试和维护接口均采用符合安全标准的数据传输安全协议。
图2所示为本新型LKJ的***结构图,主机单元是本新型LKJ***的核心单元,采用安全计算机实现,具体实施方式如下:
主机单元采用的是二乘二取二的安全架构,即主机单元采取2X2的主备系冗余结构,同时单系的主控模块采用2取2的安全结构。主机单元内部采用冗余CANFD总线实现各模块之间的通信。除了外设接口,主机单元提供调试和维护接口,通过调试接口可以升级主机单元、人机交互单元、扩展单元的软件,通过维护接口可以对主机单元中的基础数据进行维护。主机单元包含以下8个主要模块:主控模块、记录模块、安全数字输出模块、安全通信模块、安全频率输入模块、非安全模拟入出模块、安全数字输入模块、以太网交换模块。该8个模块具体实施方式如下:
主控模块:是主机单元的核心模块,承担列车运行监控的主要控制功能,采用冗余CANFD总线实现主机单元的内部通信,采用以太网总线实现主机单元的外部通信。主控模块采取2取2的安全结构,主控模块的主系和备系之间,采用单独的冗余以太网通信,实现主备系同步、切换等功能。主系主控模块承担处理监控功能,备系主控模块将自身状态发送至主系主控模块,并实时监测主系以实现切换功能。
记录模块:实时记录列车运行过程中的监控记录信息、事故状态信息和相关设备信息等。记录模块通过以太网总线,同主控模块、人机交互单元、扩展单元通信。记录模块为非安全模块,采取冗余结构,两个记录模块间可通信,以此保证转储数据完整性,提高数据的可用性;
安全数字输出模块:8路继电器输出,每路继电器都输出常开和常闭两组干接点供应用选择;
安全通信模块:实现与外设之间的物理层协议,安全通信模块对外设的数据进行合帧后发送给主控模块;
安全频率输入模块:实现8路速度传感器信号的采集;
非安全模拟入出模块:主要用于8路压力信号的采集,1路柴速(柴油机转速传感器)的采集,原边电压和原边电流的采集,1路雷达信号的采集,时速、限速和里程的输出;
安全数字输入模块:实现16路开关量的采集,即列车110V开关量信息等;
以太网交换模块:实现以太网总线连接功能。
图2所示,人机交互单元,是实现人机对话、列车运行监控的可视化界面的功能,实际应用中可采取双端或单端配置。除了人机接口,人机交互单元也提供调试和维护接口,通过调试接口可以升级主机单元、人机交互单元、扩展单元的软件,通过维护接口可实现对主机单元中的基础数据进行维护。
图2所示,扩展单元集成LKJ既有外设的接口,如平面无线调车灯显接口盒、速度传感器等,并提供多路以太网、CAN、RS422等接口,以供外部设备或相关设备扩展连接。扩展单元内部也采用冗余CANFD总线实现各模块之间的通信。除了外设接口,扩展单元也提供调试和维护接口,但与主机单元和人机交互单元不同,扩展单元采用无线通信方式实现调试和维护接口,通过无线调试接口可以升级主机单元、人机交互单元、扩展单元的软件,通过无线维护接口可以对主机单元中的基础数据进行维护。扩展单元的无线通信模块,采用无线安全通信协议,对无线数据采用透传方式,即仅确保接收数据的无误,不对数据的安全通信协议进行解析,将接收到的无线数据直接发送至主机单元,由主机单元进行解析处理。
图3中,主机单元、人机交互单元、扩展单元之间的连接通信方式是根据本发明的一个实施例,作为示例而非限制,外部设备连接可根据实际应用调整。
主机单元、人机交互单元、扩展单元之间采用以太网总线通信,三者间的连接通信方式具体实施方式如下:
接口①,主机单元的记录模块与人机交互单元:记录模块可根据人机交互单元的转储命令,外发转储数据;
接口②,主机单元的记录模块与扩展单元:记录模块将记录的数据发送给扩展单元,扩展单元处理后发送给TAX、LAIS等相关设备;
接口③,主机单元的主控模块与人机交互单元:实现列车运行监控的实时显示、人机对话等功能;
接口④,主机单元的主控模块与扩展单元:实现与部分外部设备通信的功能;
接口⑤,主机单元的主控模块与主机单元的记录模块:主控模块将需要记录的数据,如列车运行过程中的监控记录信息、事故状态信息,发送至记录模块实时记录;
本发明CANFD内部总线结合以太网外部总线的***结构,与既有产品的CAN总线、flexray总线不同。相比既有技术,CANFD总线具有更高有效传输负载,更快的传输速率,简单并灵活的配置,并且CANFD优化的CRC算法,其抗干扰能力更强,更适合铁路复杂应用场景。而以太网总线可以满足较大数据传输、速度快、配置灵活。内外总线的区分结构,有利于数据的有效处理,减少冗余处理,提高***的性能。冗余的总线配置,可以极大的提高***通信的可靠性及可用性。
而灵活、多样的调试接口,也是既有产品不具备的特点。本新型LKJ***可以通过***内任一个单元的调试接口,实现***中全部单元的软件升级,同时本新型LKJ***的扩展单元特有的无线调试接口,提供另一形式的调试接口,实际应用时可根据现场情况,选择适合现场应用环境的接口进行安装和维护,极大的提高了LKJ***的安装和维护效率。
此外,灵活的维护接口,可以通过LKJ***内任一个单元的维护接口,实现对主控单元中的基础数据换装,是既有产品不具备的特点,极大的提高了LKJ***数据换装的效率和可靠性。
扩展单元的无线通信模块采用无线安全通信协议,对数据采用透传方式直接发送至主机单元,是既有产品不具备的特点,即无线通信模块对接收到的待升级软件文件或基础数据文件,不进行数据本身的安全协议解析,仅对接收到无误的数据,直接通过以太网总线发送至主机单元。此种透传通信的优点是,当数据的安全协议发生了变化时,只需要更新主机单元主控模块的软件,无需更新扩展单元的无线通信模块的软件,降低了LKJ***的维护和更新难度。
以上所述仅为本新方案的较佳实施案例而已,并非用于限定本新方案的保护范围。凡在本新方案的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本新方案的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种列车运行监控装置,主要包括主机单元、人机交互单元、扩展单元;其中,
所述主机单元是列车运行监控装置的核心单元,采用安全计算机实现,采用的是二乘二取二的安全架构,即主机单元采取2X2的主备系冗余结构,同时单系的主控模块采用2取2的安全结构;
所述人机交互单元,实现人机对话、列车运行监控的可视化界面的功能;
所述扩展单元集成LKJ既有外设的接口,扩展外部设备的连接,扩展单元内部也采用冗余CANFD总线实现各模块之间的通信;其中,所述扩展单元的无线通信模块对无线数据采用透传方式,即仅确保接收数据的无误,不对数据的安全通信协议进行解析;
三个组成单元之间,通过以太网总线连接,除了正常工作的数据通信,每个单元上都有调试和维护接口,任一个单元可通过自身的调试接口和以太网总线,实现对自身和其他两个单元的软件升级;任一个单元可通过自身的维护接口和以太网总线,实现对主机单元中的基础数据换装功能。
2.根据权利要求1所述的列车运行监控装置,其特征在于,所述主机单元包含以下主要模块:主控模块、记录模块、安全数字输出模块、安全通信模块、安全频率输入模块、非安全模拟入出模块、安全数字输入模块、以太网交换模块;其中,
主控模块是主机单元的核心模块,承担列车运行监控的主要控制功能,采用冗余CANFD总线实现主机单元的内部通信,采用以太网总线实现主机单元的外部通信。
3.根据权利要求2所述的列车运行监控装置,其特征在于,所述主控模块的主系和备系之间,采用单独的冗余以太网通信,实现主备系同步、切换功能;
主系主控模块承担处理监控功能,备系主控模块将自身状态发送至主系主控模块,并实时监测主系以实现切换功能。
4.根据权利要求2所述的列车运行监控装置,其特征在于,所述记录模块通过以太网总线同主控模块、人机交互单元、扩展单元通信;
记录模块为非安全模块,采取冗余结构,两个记录模块间可通信。
5.根据权利要求4所述的列车运行监控装置,其特征在于,所述记录模块可根据人机交互单元的转储命令,外发转储数据;
所述记录模块将记录的数据发送给扩展单元,扩展单元处理后发送给TAX、LAIS或相关设备。
6.根据权利要求1所述的列车运行监控装置,其特征在于,所述扩展单元通过无线通信提供无线形式的调试和维护接口,实现软件升级和基础数据换装,其调试和维护接口均采用符合安全标准的数据传输安全协议。
7.根据权利要求6所述的列车运行监控装置,其特征在于,所述扩展单元的无线通信模块采用无线安全通信协议,将接收到的无线数据直接发送至主机单元,由主机单元进行解析处理。
8.根据权利要求7所述的列车运行监控装置,其特征在于,当数据的安全协议发生了变化时,只需要更新主机单元主控模块的软件,无需更新扩展单元的无线通信模块的软件。
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