CN110708288A - 一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，包括控制管理模块、智能I/O模块和总线耦合器模块，所述控制管理模块分为车辆控制模块和协议转换模块，所述车辆控制模块下一步为微处理器，所述车辆控制模块与微处理器电性连接，所述微处理器若发生并行总线连接至网关节点，所述协议转换模块包括CPU板，所述CPU板通过数据转换或传输数据传递到通道自检。基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，通过车辆控制的硬件基础一般采用高性能的微处理器，以支持多应用程序成员的同时运行，如果硬件使用网关中的CPU板，达到了可以按照功能划分现场要求，实现了对现场信号进行调节控制的好处，实现了信息的交换。

Description

一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***
技术领域
本发明涉及列车安全技术领域，具体领域为基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***。
背景技术
冗余有两层含义，第一层含义是指多余的不需要的部分，第二层含义是指人为增加地重复部分，其目的是用来对原本的单一部分进行备份，以达到增强其安全性的目的，这在信息通信***当中有着较为广泛的应用，分散式是指列车控制***按照功能和任务划分为若干个模块，各个模块按照具体情况也可以包含若干个应用成员，而应用成员由若干个占用控制器或处理器负荷的任务构成。在这种***结构中，冗余设计面向的对象可突破分立的电子设备或装置(硬件范畴)的限制，能直接面向应用成员甚至任务(软件范畴)。随着嵌入式计算机控制技术和现场总线技术的发展,列车的过程控制***已从传统的集中型直接数字控制***逐步发展成为基于网络的分布式计算机控制***。列车的过程控制对实时性和可靠性有非常高的要求,确保列车运行时车载控制***各功能模块的正常工作是至关重要的。而根据用户功能要求,对控制***进行灵活的模块级的冗余设计,是保证控制***可靠性、提高性价比的关键，实现冗余对象的自动切换，市面上没有实现该列车安全技术的***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，包括控制管理模块、智能I/O模块和总线耦合器模块，所述控制管理模块分为车辆控制模块和协议转换模块，所述车辆控制模块与微处理器电性连接，所述车辆控制模块与微处理器电性连接，所述微处理器若发生并行总线连接至网关节点，所述协议转换模块包括CPU板，所述CPU板通过数据转换或传输数据传递与通道自检电信号连接；
车辆控制模块：(1)微处理器且支持多应用程序成员的同时运行，(2)微处理器的的运行使网关的背板总线为VME并行总线，且网关节点不便设于冗余对象，(3)网关节点相互作用程序成员的冗余，(4)增加列车的通信负荷量；
协议转换模块：(1)CPU板应用程序间的数据进行协议转换和传输控制，(2)数据对总线通道进行热备份冗余，接于通道自检电路上，(3)CPU板完成通道自检的状态监测及选择切换控制。
优选的，所述智能I/O模块包括控制***，所述控制***通过***电路与现场设备电线相连；
智能I/O模块：(1)控制***通过***电路与设备之间连接进行控制，(2)控制***对现场设备进行合理冗余，(3)控制***的控制和冗余均对现场设备进行输出信号，(4)辅以互锁选择电路，(5)现场设备选取当前输出对象的信号，(6)智能I/O模块出现断开故障，控制***和冗余对象均运行正常，需要进行考虑人工或切换到冗余对象。
优选的，所述总线耦合器模块包括收发器1和收发器2，所述总线耦合器通过近程总线与收发器1电性连接，所述总线耦合器通过远程总线与收发器2电性连接，所述收发器1和收发器2均与多路选择开关相连，所述多路选择开关与信号再生器电线连接；
总线耦合器模块：(1)总线耦合器通过远程总线和近程总线进行传输，(2)收发器1和收发器2均参与近程总线与远程总线之间的数据传输，(3)近程总线到远程总线的数据传输时，通过多路选择开关选取某个收发器连接至信号再生器，(4)信号再生器检测到近程总线上数据无效时，自动开通另一个收发器，从已经冗余的近程总线上获取输出数据。
优选的，所述远程总线多指光纤，所述近程总线多指电缆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，通过车辆控制的硬件基础一般采用高性能的微处理器，以支持多应用程序成员(分别对应不同的控制功能)的同时运行，如果硬件使用网关中的CPU板，由于网关的背板总线为VME并行总线，CPU板不便在网关设置冗余对象，必要时可通过列车总线WTB和其它网关节点相互作应用程序成员的冗余，这样可能大量增加列车总线WTB上的通信负荷量，而主控对象和冗余对象均运行正常，这样应考虑人工或自动选择切换到冗余对象，两个收发器均参与近程总线与远程总线间的数据传输，达到了可以按照功能划分现场要求，实现了对现场信号进行调节控制的好处，实现了信息的交换的好处。
附图说明
图1为本发明控制管理模块的流程图。
图2为本发明智能I/O模块的流程图。
图3为本发明总线耦合器模块的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至3，本发明提供一种技术方案：一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，包括控制管理模块、智能I/O模块和总线耦合器模块，所述控制管理模块分为车辆控制模块和协议转换模块，所述车辆控制模块与微处理器电性连接，所述车辆控制模块与微处理器电性连接，所述微处理器若发生并行总线连接至网关节点，所述协议转换模块包括CPU板，所述CPU板通过数据转换或传输数据传递与通道自检电信号连接；
车辆控制模块：(1)微处理器且支持多应用程序成员的同时运行，(2)微处理器的的运行使网关的背板总线为VME并行总线，且网关节点不便设于冗余对象，(3)网关节点相互作用程序成员的冗余，(4)增加列车的通信负荷量；
协议转换模块：(1)CPU板应用程序间的数据进行协议转换和传输控制，(2)数据对总线通道进行热备份冗余，接于通道自检电路上，(3)CPU板完成通道自检的状态监测及选择切换控制。
车辆控制的硬件基础一般采用高性能的微处理器，以支持多应用程序成员(分别对应不同的控制功能)的同时运行，如果硬件使用网关中的CPU板，由于网关的背板总线为VME并行总线，CPU板不便在网关设置冗余对象，必要时可通过列车总线WTB和其它网关节点相互作应用程序成员的冗余，这样可能大量增加列车总线WTB上的通信负荷量，协议转换接口主要完成相应的总线与网关CPU板应用程序间的数据协议转换与传输控制，一般对接口板上与总线连接的通道采取热备分冗余，辅以相应的通道自检等电路，接口板上的CPU完成通道的状态监测及选择切换控制。
具体而言，所述智能I/O模块包括控制***，所述控制***通过***电路与现场设备电线相连；
智能I/O模块：(1)控制***通过***电路与设备之间连接进行控制，(2)控制***对现场设备进行合理冗余，(3)控制***的控制和冗余均对现场设备进行输出信号，(4)辅以互锁选择电路，(5)现场设备选取当前输出对象的信号，(6)智能I/O模块出现断开故障，控制***和冗余对象均运行正常，需要进行考虑人工或切换到冗余对象。
智能I/O模块是控制***，现场设计交互的接口，通过***电路直接和这些现场设备连接。这些连接的可靠性也是冗余设计及控制中必须注意的重要因素。
具体而言，所述总线耦合器模块包括收发器1和收发器2，所述总线耦合器通过近程总线与收发器1电性连接，所述总线耦合器通过远程总线与收发器2电性连接，所述收发器1和收发器2均与多路选择开关相连，所述多路选择开关与信号再生器电线连接；
总线耦合器模块：(1)总线耦合器通过远程总线和近程总线进行传输，(2)收发器1和收发器2均参与近程总线与远程总线之间的数据传输，(3)近程总线到远程总线的数据传输时，通过多路选择开关选取某个收发器连接至信号再生器，(4)信号再生器检测到近程总线上数据无效时，自动开通另一个收发器，从已经冗余的近程总线上获取输出数据。
总线耦合器模块由DC转换器提供独立电源，某一通道的电源故障仅影响该通道的工作，减少电源对于总线耦合器正常工作的干扰程度，总线耦合器模块的通道用于连接两种传输介质:近程总线(电缆)和远程总线(光纤)，考虑传输介质的可靠性，近程总线总是冗余的，而远程总线一般不冗余。因此通道上近程总线侧配有两个收发器，两个收发器均参与近程总线与远程总线间的数据传输。当进行近程总线到远程总线的数据传输时，通过一个多路选择开关来选取某个收发器连至信号再生器。如果信号再生器检测到该路近程总线上数据无效时，则自动开通另一个收发器以从冗余的近程总线上获取输入数据。
具体而言，所述远程总线多指光纤，所述近程总线多指电缆，电缆总是冗余的，光纤一般不冗余，二者均用于不同情况的数据传输。
工作原理：车辆控制的硬件基础一般采用高性能的微处理器，以支持多应用程序成员(分别对应不同的控制功能)的同时运行，如果硬件使用网关中的CPU板，由于网关的背板总线为VME并行总线，CPU板不便在网关设置冗余对象，必要时可通过列车总线WTB和其它网关节点相互作应用程序成员的冗余，这样可能大量增加列车总线WTB上的通信负荷量，协议转换接口主要完成相应的总线与网关CPU板应用程序间的数据协议转换与传输控制，一般对接口板上与总线连接的通道采取热备分冗余，辅以相应的通道自检等电路，接口板上的CPU完成通道的状态监测及选择切换控制，智能I/O模块的控制***与现场设备的数据传输，负责现场信号的采集与控制信号输出，总线耦合器模块，收发器的运用，使近程总线与远程总线的信号与数据均的得以传输。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，包括控制管理模块、智能I/O模块和总线耦合器模块，其特征在于：所述控制管理模块分为车辆控制模块和协议转换模块，所述车辆控制模块与微处理器电性连接，所述车辆控制模块与微处理器电性连接，所述微处理器若发生并行总线连接至网关节点，所述协议转换模块包括CPU板，所述CPU板通过数据转换或传输数据传递与通道自检电信号连接；
车辆控制模块：(1)微处理器且支持多应用程序成员的同时运行，(2)微处理器的的运行使网关的背板总线为VME并行总线，且网关节点不便设于冗余对象，(3)网关节点相互作用程序成员的冗余，(4)增加列车的通信负荷量；
协议转换模块：(1)CPU板应用程序间的数据进行协议转换和传输控制，(2)数据对总线通道进行热备份冗余，接于通道自检电路上，(3)CPU板完成通道自检的状态监测及选择切换控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，其特征在于：所述智能I/O模块包括控制***，所述控制***通过***电路与现场设备电线相连；
智能I/O模块：(1)控制***通过***电路与设备之间连接进行控制，(2)控制***对现场设备进行合理冗余，(3)控制***的控制和冗余均对现场设备进行输出信号，(4)辅以互锁选择电路，(5)现场设备选取当前输出对象的信号，(6)智能I/O模块出现断开故障，控制***和冗余对象均运行正常，需要进行考虑人工或切换到冗余对象。
3.根据权利要求1所述的一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，其特征在于：所述总线耦合器模块包括收发器1和收发器2，所述总线耦合器通过近程总线与收发器1电性连接，所述总线耦合器通过远程总线与收发器2电性连接，所述收发器1和收发器2均与多路选择开关相连，所述多路选择开关与信号再生器电线连接；
总线耦合器模块：(1)总线耦合器通过远程总线和近程总线进行传输，(2)收发器1和收发器2均参与近程总线与远程总线之间的数据传输，(3)近程总线到远程总线的数据传输时，通过多路选择开关选取某个收发器连接至信号再生器，(4)信号再生器检测到近程总线上数据无效时，自动开通另一个收发器，从已经冗余的近程总线上获取输出数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于列车安全运行的分散式多冗余无线通信***，其特征在于：所述远程总线多指光纤，所述近程总线多指电缆。
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