CN206374759U - 列车中央控制单元的冗余控制系统及列车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种列车中央控制单元的冗余控制系统及列车，其中系统包括：主中央控制单元，用于周期性地通过通信连接向备中央控制单元发送生命信号；备中央控制单元，用于根据生命信号检测主中央控制单元是否发生故障，并在检测到主中央控制单元发生故障时，关闭主中央控制单元的运行程序，并控制备中央控制单元替代为新的主中央控制单元，以及向第一继电器发送硬线信号；第一继电器，用于在接收到硬线信号时，断开主中央控制单元的电源供应。该系统能够避免使用多余的继电器控制板控制中央控制单元的电源供应，且处理故障的响应速度更迅速高效，从而使得该系统更加稳定可靠。

Description

列车中央控制单元的冗余控制系统及列车

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别涉及一种列车中央控制单元的冗余控制系统及列车。

背景技术

随着列车高速化、自动化的发展，列车网络控制系统具有越来越重要的意义。其中，中央控制单元是列车管理控制网络的核心设备，其负责整个列车的逻辑控制及其他车载设备的管理和监视工作，是整个列车的控制中心。

为保证列车可以安全可靠地运行，防止因中央控制单元失效而引起整个列车管理控制网络瘫痪，因此，对中央控制单元进行冗余显得十分必要。为此，相关技术中，提供了一种列车控制方法和系统，该列车控制方法应用于列车控制系统，其中通过第二中央控制单元检测第一中央控制单元是否出现故障，并且在确定第一中央控制单元出现故障时，主动加载主配置文件，并通过控制指令对MVB总线上的其他设备进行控制；同时第二中央控制单元向继电器控制板发送驱动信号，驱动继电器控制板对第一中央控制单元的电源进行复位操作，从而提高了列车控制的可靠性。

然而，上述技术方案存在的问题是，在对中央控制单元的电源供应进行控制时，必须通过继电器控制板实现，且在第二中央控制单元确定第一中央控制单元出现故障时，需要先加载主配置文件，然后发送驱动信息驱动继电器控制板，从而存在一定的延迟，同时该冗余方式为单一电气控制，存在较大的安全隐患。

发明内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种列车中央控制单元的冗余控制系统，该系统能够避免使用多余的继电器控制板控制中央控制单元的电源供应，且处理故障的响应速度更迅速高效，从而使得该系统更加稳定可靠。

本实用新型的第二个目的在于提出一种列车。

为达上述目的，本实用新型第一方面实施例提出一种列车中央控制单元的冗余控制系统，包括：主中央控制单元、备中央控制单元、第一继电器，所述主中央控制单元和备中央控制单元之间通过CAN网络或以太网进行通信连接，所述主中央控制单元与所述第一继电器相连，其中，所述主中央控制单元，用于周期性地通过所述通信连接向所述备中央控制单元发送生命信号；所述备中央控制单元，用于根据所述生命信号检测所述主中央控制单元是否发生故障，并在检测到所述主中央控制单元发生故障时，关闭所述主中央控制单元的运行程序，并控制所述备中央控制单元替代为新的主中央控制单元，以及向所述第一继电器发送硬线信号；所述第一继电器，用于在接收到所述硬线信号时，断开所述主中央控制单元的电源供应。

本实用新型的列车中央控制单元的冗余控制系统，通过CAN网络或以太网建立主中央控制单元和备中央控制单元之间的通信连接，使得主中央控制单元能够将生命信号通过通信连接发送给备中央控制单元，进而备中央控制单元根据生命信号检测主中央控制单元是否发生故障，在检测出主中央控制单元发生故障时，关闭主中央控制单元的运行程序，并控制自身成为新的主中央控制单元，以及向第一继电器发送硬线信号，以使得第一继电器在接收到硬线信号时，断开主中央控制单元的电源供应，从而避免了使用多余的继电器控制板控制中央控制单元的电源供应，消除了继电器控制板的运行时间，直接用硬线信号控制继电器，使得处理故障的响应速度更迅速高效，使得该系统更加稳定可靠。

另外，根据本实用新型上述实施例的列车中央控制单元的冗余控制系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一个实施例中，所述新的主中央控制单元还用于向所述第一继电器发送连续脉冲信号以断开所述第一继电器，并在所述第一继电器的断开时间达到预设时间时，闭合所述第一继电器；所述主中央控制单元还用于在所述第一继电器闭合时，启动并进行自检，并在自检成功时，作为新的备中央控制单元。

在本实用新型的一个实施例中，还包括：与所述备中央控制单元相连的第二继电器，所述第二继电器用于在处于闭合状态时，通过电源装置为所述备中央控制单元提供电源供应，并在处于断开状态时，断开所述备中央控制单元的电源供应。

在本实用新型的一个实施例中，所述主中央控制单元和备中央控制单元均为集成控制器。

在本实用新型的一个实施例中，其中，所述集成控制器包括RIOM模块。

在本实用新型的一个实施例中，所述主中央控制单元和备中央控制单元均为PLC集成控制器。

在本实用新型的一个实施例中，所述主中央控制单元和备中央控制单元均为工控机。

在本实用新型的一个实施例中，所述硬线信号为高低电平信号。

为达上述目的，本实用新型第二方面实施例提出了一种列车，包括：本实用新型第一方面实施例所述的列车中央控制单元的冗余控制系统。

本实用新型的列车，通过CAN网络或以太网建立主中央控制单元和备中央控制单元之间的通信连接，使得主中央控制单元能够将生命信号通过通信连接发送给备中央控制单元，进而备中央控制单元根据生命信号检测主中央控制单元是否发生故障，在检测出主中央控制单元发生故障时，关闭主中央控制单元的运行程序，并控制自身成为新的主中央控制单元，以及向第一继电器发送硬线信号，以使得第一继电器在接收到硬线信号时，断开主中央控制单元的电源供应，从而避免了使用多余的继电器控制板控制中央控制单元的电源供应，消除了继电器控制板的运行时间，直接用硬线信号控制继电器，使得处理故障的响应速度更迅速高效，使得该系统更加稳定可靠。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型的列车中央控制单元的冗余控制系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型的一个列车中央控制单元的冗余控制系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型的一个具体列车中央控制单元的冗余控制系统的结构示意图；

附图标记说明：

列车控制管理网络100、主中央控制单元10、备中央控制单元20、第一继电器30、第二继电器40，电源线50。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

图1是根据本实用新型的列车中央控制单元的冗余控制系统的结构示意图。需要说明的是，本实用新型的列车中央控制单元的冗余控制系统应用于本实用新型的列车中，使得列车能够根据该控制系统稳定可靠的运行。

如图1所示，该列车中央控制单元的冗余控制系统包括：主中央控制单元10、备中央控制单元20、以及第一继电器30。其中，如图1所示，主中央控制单元10和备中央控制单元20之间通过CAN网络或以太网进行通信连接，主中央控制单元10通过电源线50与第一继电器30相连。可以理解，主中央控制单元10和备中央控制单元20均设置于列车控制管理网络100中，其中，主中央控制单元10和备中央控制单元20可均为集成控制器，该集成控制器可包括RIOM(Remote Input/Output Module，远端输入输出模块)模块。因此，主中央控制单元10和备中央控制单元20不仅具有逻辑处理功能，还可以收集发送数字信号、模拟信号、CAN总线信号和以太网网络信号。

具体地，主中央控制单元10，用于周期性地通过上述通信连接向备中央控制单元20发送生命信号。其中，该周期的大小可以是根据实际需求来设定，例如5秒等。

备中央控制单元20，用于根据生命信号检测主中央控制单元10是否发生故障，并在检测到主中央控制单元10发生故障时，关闭主中央控制单元10的运行程序，并控制备中央控制单元20替代为新的主中央控制单元，以及通过RIOM模块向第一继电器30发送硬线信号。

第一继电器30，用于在接收到硬线信号时，断开主中央控制单元10的电源供应。

更具体地，在列车运行过程中，主中央控制单元10可定期通过CAN网络或以太网向备中央控制单元20发送生命信号。备中央控制单元20在接收到该生命信号时，可根据该生命信号检测主中央控制单元10是否发生了故障，若是，则关闭主中央控制单元10的运行程序，并通过自身程序替代为新的主中央控制单元，同时通过RIOM模块输出硬线信号以控制第一继电器30断开，从而断开主中央控制单元10的电源供应。

进一步地，在备中央控制单元20成为新的主中央控制单元时，该新的主中央控制单元可向第一继电器30发送连续脉冲信号以断开第一继电器30，并在第一继电器30的断开时间达到预设时间时，闭合第一继电器30。原主中央控制单元10在第一继电器30闭合时，启动并进行自检，并在自检成功时，作为新的备中央控制单元。

这样，通过备中央控制单元监听主中央控制单元的生命信号以判断主中央控制单元是否发生故障，并在主中央控制单元发生故障时，通过备中央控制单元关闭该主中央控制单元，并将自身替代为新的主中央控制单元，同时原主中央控制单元成为新的备中央控制单元，使得中央控制单元能够正常使用，保证列车正常启动。

为了进一步提高可用性以及可行性，本实用新型的冗余控制系统还可包括第二继电器，可通过该第二继电器可以实现主中央控制单元和备中央控制单元之间的相互监控、相互替换。进一步地，如图2所示，该列车中央控制单元的冗余控制系统还可包括第二继电器40。其中，该第二继电器40可与备中央控制单元20通过电源线50相连，该第二继电器40可用于在处于闭合状态时，通过电源装置为备中央控制单元20提供电源供应，并在处于断开状态时，断开备中央控制单元20的电源供应。

这样，在备中央控制单元20成为新的主中央控制单元、主中央控制单元10成为新的备中央控制单元时，如果新的备中央控制单元在根据新的主中央控制单元发送的生命信号判断该新的主中央控制单元发生故障时，则通过新的备中央控制单元关闭该新的主中央控制单元的运行程序，并将自身代替为下一个新的主中央控制单元，同时通过RIOM模块输出硬线信号以控制第二继电器40断开，从而断开新的主中央控制单元的电源供应。

进一步地，在原主中央控制单元10成为下一个新的主中央控制单元时，该下一个新的主中央控制单元可向第二继电器40发送连续脉冲信号以断开第二继电器40，并在第二继电器40的断开时间达到预设时间时，闭合第二继电器40。原备中央控制单元20在第二继电器40闭合时，启动并进行自检，并在自检成功时，作为下一个新的备中央控制单元。

从而实现主中央控制单元和备中央控制单元之间的相互监控、相互替换。可以理解，主中央控制单元和备中央控制单元同时处在列车控制管理网络中，同一个时间内只有其中一个具有控制功能，另外一个具有监控功能。为了使得本领域技术人员能够更加了解本实用新型冗余控制系统的工作原理，下面可结合图3进行进一步描述。

举例而言，当列车启动时，地面信号系统或司机控制室发出启动信号，主中央控制单元10和备中央控制单元20接收到该启动信号之后，如图3所示，首先根据该启动信号执行程序自检操作，以检测自身是否能够正常启动。其中，检测结果具体包括以下三种情况，举例说明如下：

示例一,主中央控制单元10和备中央控制单元20两者均自检成功；

如果两者均自检成功，则说明主中央控制单元10和备中央控制单元20均能正常启动，进而可执行自身对应的功能。例如，主中央控制单元10，执行控制功能，备中央控制单元20，执行有监控功能。

示例二，两者中只有一个自检成功；

如果主中央控制单元10和备中央控制单元20中只有一个自检成功，则将自检成功的中央控制单元配置为主中央控制单元10，自检失败的则无法正常启动，其中，可以理解，如果原主中央控制单元10自检失败，而原备中央控制单元20自检成功，则此时需要进行切换操作，即原备中央控制单元20替代为新的主中央控制单元，并向原主中央控制单元10对应的继电器发送硬线信号以使原主中央控制单元10复位，原主中央控制单元10成为新的备中央控制单元；如果原主中央控制单元10自检成功，而原备中央控制单元20自检失败，则无需进行切换操作，直接向原备中央控制单元20对应的继电器发送硬线信号以使原备中央控制单元20复位即可；

示例三，两者均自检失败，则列车无法正常启动。

当确定主中央控制单元10和备中央控制单元20两者均自检成功时，主中央控制单元10周期性地通过通信连接向备中央控制单元20发送生命信号，以使得备中央控制单元20利用自身运行的监控程序对接收到的生命信号进行监控，以确定主中央控制单元10是否发生故障。其中，备中央控制单元20的监控程序可根据自身的RIOM模块对接收到的生命信号进行解析操作，进而根据解析的结果确定主中央控制单元是否发生故障。

需要说明的是，在本实施例中，主中央控制单元10发送生命信号，以预定规则随周期变化而变动。其中，周期可以根据实际应用需要设置不同的周期长度，例如5s、10s，在此不作具体限制。

进一步地，当备中央控制单元20利用自身运行的监控程序连续监测到五帧生命信号错误时，则确定主中央控制单元10发生故障，自动发送关闭指令，以关闭主中央控制单元10的运行程序，同时更换自身的编号，以替代为新的主中央控制单元，以及向第一继电器30发送硬线信号，以使得第一继电器30断开对主中央控制单元10的电源供应，并向地面信号系统或司机控制室发送警告通知。其中，在本实施例中，硬线信号可为高低电平信号。

进而，通过备中央控制单元20替代发生故障主中央控制单元10，使得列车能够继续正常运行，避免了因主中央控制系统发生故障而导致列车停止工作的事故发生，提高了列车运行的稳定性。

可选地，主中央控制单元10和备中央控制单元20可均为PLC集成控制器。

可选地，主中央控制单元10和备中央控制单元20可均为工控机(IndustrialPersonal Computer，IPC)，即工业控制计算机。其中工控机包括有RIOM模块。主工控机和备工控机两者的应用均需要开发相应的软件模块，包括控制模块、生命信号检测模块、收发数据模块、自检模块等。进而，通过主工控机和备工控机实现对自身运行的自检，以及避免因中央处理器自身故障而对列车控制网络造成干扰，同时增加了列车控制管理网络的可靠性。

本实用新型提供的列车中央控制单元的冗余控制系统，通过CAN网络或以太网建立主中央控制单元和备中央控制单元之间的通信连接，使得主中央控制单元能够将生命信号通过通信连接发送给备中央控制单元，进而备中央控制单元根据生命信号检测主中央控制单元是否发生故障，在检测出主中央控制单元发生故障时，关闭主中央控制单元的运行程序，并控制自身成为新的主中央控制单元，以及向第一继电器发送硬线信号，以使得第一继电器在接收到硬线信号时，断开主中央控制单元的电源供应，从而避免了使用多余的继电器控制板控制中央控制单元的电源供应，消除了继电器控制板的运行时间，直接用硬线信号控制继电器，使得处理故障的响应速度更迅速高效，使得该系统更加稳定可靠。

本实用新型还提出一种列车，包括：本实用新型第一方面实施例所述的列车中央控制单元的冗余控制系统。

本实用新型的列车，通过CAN网络或以太网建立主中央控制单元和备中央控制单元之间的通信连接，使得主中央控制单元能够将生命信号通过通信连接发送给备中央控制单元，进而备中央控制单元根据生命信号检测主中央控制单元是否发生故障，在检测出主中央控制单元发生故障时，关闭主中央控制单元的运行程序，并控制自身成为新的主中央控制单元，以及向第一继电器发送硬线信号，以使得第一继电器在接收到硬线信号时，断开主中央控制单元的电源供应，从而避免了使用多余的继电器控制板控制中央控制单元的电源供应，消除了继电器控制板的运行时间，直接用硬线信号控制继电器，使得处理故障的响应速度更迅速高效，使得该系统更加稳定可靠。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种列车中央控制单元的冗余控制系统，其特征在于，包括：主中央控制单元、备中央控制单元、第一继电器，所述主中央控制单元和备中央控制单元之间通过CAN网络或以太网进行通信连接，所述主中央控制单元与所述第一继电器相连，其中，

所述主中央控制单元，用于周期性地通过所述通信连接向所述备中央控制单元发送生命信号；

所述备中央控制单元，用于根据所述生命信号检测所述主中央控制单元是否发生故障，并在检测到所述主中央控制单元发生故障时，关闭所述主中央控制单元的运行程序，并控制所述备中央控制单元替代为新的主中央控制单元，以及向所述第一继电器发送硬线信号；

所述第一继电器，用于在接收到所述硬线信号时，断开所述主中央控制单元的电源供应。

2.如权利要求1所述的列车中央控制单元的冗余控制系统，其特征在于，

所述新的主中央控制单元还用于向所述第一继电器发送连续脉冲信号以断开所述第一继电器，并在所述第一继电器的断开时间达到预设时间时，闭合所述第一继电器；

所述主中央控制单元还用于在所述第一继电器闭合时，启动并进行自检，并在自检成功时，作为新的备中央控制单元。

3.如权利要求1所述的列车中央控制单元的冗余控制系统，其特征在于，还包括：

与所述备中央控制单元相连的第二继电器，所述第二继电器用于在处于闭合状态时，通过电源装置为所述备中央控制单元提供电源供应，并在处于断开状态时，断开所述备中央控制单元的电源供应。

4.如权利要求1所述的列车中央控制单元的冗余控制系统，其特征在于，所述主中央控制单元和备中央控制单元均为集成控制器。

5.如权利要求4所述的列车中央控制单元的冗余控制系统，其特征在于，其中，所述集成控制器包括RIOM模块。

6.如权利要求4或5所述的列车中央控制单元的冗余控制系统，其特征在于，所述主中央控制单元和备中央控制单元均为PLC集成控制器。

7.如权利要求4或5所述的列车中央控制单元的冗余控制系统，其特征在于，所述主中央控制单元和备中央控制单元均为工控机。

8.如权利要求1所述的列车中央控制单元的冗余控制系统，其特征在于，所述硬线信号为高低电平信号。

9.一种列车，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的列车中央控制单元的冗余控制系统。