列车网络的中央控制单元及其操作方法

1.一种列车网络中央控制单元，包括：
电源模块；
具有CPCI架构的中央处理单元模块；
输入输出管理模块，通过CPCI总线与所述中央处理单元模块耦接；和
MVB通信模块以及数字或模拟信号输入输出模块，分别通过自定义总线与所述输入输出管理模块耦接，其中，所述数字或模拟信号输入输出模块包括一个或多个子模块用于采集一个或多个列车状态数据；
其中，所述输入输出管理模块被配置为通过所述自定义总线直接对所述MVB通信模块以及数字或模拟信号输入输出模块进行管理；
所述数字或模拟信号输入输出模块被配置为通过外部接口采集列车状态数据，并将所采集的数据通过所述自定义总线传输给所述输入输出管理模块，并从所述输入输出管理模块通过所述自定义总线接收相应的管理指令；
所述MVB通信模块被配置为通过MVB总线接口从位于列车上的其他控制模块接收列车状态数据，将所接收的数据通过所述自定义总线传输给所述输入输出管理模块，并从所述输入输出管理模块通过所述自定义总线接收相应的管理指令。
2.如权利要求1所述的中央控制单元，其中所述中央处理单元模块包括高速接口和低速接口。
3.如权利要求1或2所述的中央控制单元，其中所述中央处理单元模块通过以太网总线与具有以太网接口的外部设备耦接。
4.如权利要求1或2所述的中央控制单元，还包括网关模块，通过列车总线、多功能车辆总线或以太网总线分别与具有WTB、MVB或以太网接口的外部设备耦接，所述网关模块通过单一信号线与所述输入输出管理模块耦接。
5.如权利要求1或2所述的中央控制单元，其中所述数字或模拟信号输入输出模块至少包括数字量输入模块、数字量输出模块、电流监控、电压/频率转换、温度采集模块中之一。
6.如权利要求1所述的中央控制单元，其中所述输入输出管理模块还通过单一信号线与所述数字或模拟信号输入输出模块耦接。
7.如权利要求1或2所述的中央控制单元，其中所述输入输出管理模块被配置为：
对所述列车状态数据进行分析和处理并产生相应的紧急控制指令并向所述中央处理单元模块发送报告；或
通过所述CPCI总线将所述列车状态数据发送至中央处理单元模块，由所述中央处理单元模块对所述列车状态数据进行分析和处理并产生相应的控制指令，并通过所述CPCI总线将所述控制指令指令发送至所述输入输出管理模块；并且
所述输入输出管理模块还被配置为：
将其所产生的紧急控制指令或从所述中央处理单元模块接收的所述控制指令通过所述自定义总线发送至所述MVB通信模块或所述数字或模拟信号输入输出模块并进而发送至外部设备。
8.一种对列车网络进行控制的方法，包括：
由数字或模拟信号输入输出模块采集列车状态数据或由MVB通信模块从列车接收状态数据；
由所述数字或模拟信号输入输出模块或所述MVB通信模块将所述列车状态数据通过自定义总线传输至输入输出管理模块；
所述输入输出管理模块对所述列车状态数据进行分析和处理并产生相应的紧急控制指令并通过CPCI总线向具有CPCI架构的中央处理单元模块发送报告；
所述输入输出管理模块将其所产生的紧急控制指令通过所述自定义总线发送至所述MVB通信模块或所述数字或模拟信号输入输出模块并进而发送至外部设备。

列车网络的中央控制单元及其操作方法\n技术领域\n[0001] 本申请涉及轨道车辆控制领域，特别地涉及高速动车组网络中的中央控制单元及其操作方法。\n背景技术\n[0002] 当今社会，人们出行范围愈发广泛，出行次数愈发频繁，激发了轨道交通日益蓬勃的发展，逐渐形成了密布交织的列车网络。同时，为了满足快节奏出行的需求，高速列车技术也成为了研究的热点。\n[0003] 在这种情况下，列车网络的控制技术的重要性就愈发凸显。列车网络控制单元不仅为行车安全提供根本保障，而且在行车自动化控制、运营效率的提高及管理自动化等方面，也发挥了重要的作用，是现代化铁路的重要标志之一。\n[0004] 在目前的列车网络中央控制单元通常采用自定义总线进行传输，可支持的数据采集设备数量非常有限，几乎不具备可扩展性。另外，现有的列车网络中央控制单元也不具备与实时工业以太网进行通信的功能。\n发明内容\n[0005] 随着列车功能和构件不断地增加和复杂化，以及网络和通讯技术的不断发展，需要提供一种具有高度可扩展性以及能够实现能与以太网通信的列车网络中央控制单元。同时，由于高速铁路技术格局的发展与整合，也需要提供高速的、具有通用性的列车网络中央控制单元。\n[0006] 本申请的一个方面提供了一种列车网络中央控制单元，包括电源模块和中央处理单元模块；其中，所述中央控制单元还包括输入输出管理模块，通过CPCI总线与所述中央处理单元模块耦接；和MVB通信模块以及数字或模拟信号输入输出模块，分别通过自定义总线与所述输入输出管理模块耦接；其中，所述输入输出管理模块被配置为直接或协助所述中央处理单元模块对所述MVB通信模块以及数字或模拟信号输入输出模块进行管理。\n[0007] 特别的，所述中央控制单元具有CPCI架构，并且包括高速接口和低速接口。\n[0008] 特别的，所述数字或模拟信号输入输出模块被配置为通过外部接口采集列车状态数据，并将所采集的数据传输给所述输入输出管理模块，并从所述输入输出管理模块接收相应的管理指令。\n[0009] 特别的，所述MVB通信模块被配置为通过MVB总线接口从位于列车上的其他控制模块接收列车状态数据，将所接收的数据传输给所述输入输出管理模块，并从所述输入输出管理模块接收相应的管理指令。\n[0010] 特别的，所述中央处理单元模块通过以太网总线与具有以太网接口的外部设备耦接。\n[0011] 特别的，所述中央控制单元还包括网关模块，通过列车总线、多功能车辆总线或以太网总线分别与具有WTB、MVB或以太网接口的外部设备耦接，所述网关模块通过单一信号线与所述输入输出管理模块耦接。\n[0012] 特别的，所述数字或模拟信号输入输出模块至少包括数字量输入模块、数字量输出模块、电流监控、电压/频率转换、温度采集模块中之一。\n[0013] 特别的，所述输入输出管理模块还通过单一信号线与所述数字或模拟信号输入输出模块耦接。\n[0014] 特别的，所述输入输出管理模块被配置为对所述列车状态数据进行分析和处理并产生相应的紧急控制指令并向所述中央处理单元模块发送报告；或通过所述CPCI总线将所述列车状态数据发送至中央处理单元模块，由所述中央处理单元模块对所述列车状态数据进行分析和处理并产生相应的控制指令，并通过所述CPCI总线将所述控制指令指令发送至所述输入输出管理模块；并且所述输入输出管理模块还被配置为将其所产生的紧急控制指令或从所述中央处理单元模块接收的所述控制指令通过所述自定义总线发送至所述MVB通信模块或所述数字或模拟信号输入输出模块并进而发送至外部设备。\n[0015] 本申请的另一方面提供了一种对列车网络进行控制的方法，包括由数字或模拟信号输入输出模块采集列车状态数据或由MVB通信模块从列车接收状态数据；由所述数字或模拟信号输入输出模块或所述MVB通信模块将所述列车状态数据通过自定义总线传输至输入输出管理模块；所述输入输出管理模块对所述列车状态数据进行分析和处理并产生相应的紧急控制指令并向中央处理单元模块发送报告；或所述输入输出管理模块通过CPCI总线将所述列车状态数据发送至中央处理单元模块，由所述中央处理单元模块对所述列车状态数据进行分析和处理并产生相应的控制指令，并通过所述CPCI总线将该指令发送至所述输入输出管理模块；所述输入输出管理模块将其所产生的紧急控制指令或从所述中央处理单元模块接收的所述控制指令通过所述自定义总线发送至所述MVB通信模块或所述数字或模拟信号输入输出模块并进而发送至外部设备。\n附图说明\n[0016] 下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：\n[0017] 图1所示为根据本申请的一个实施例的列车网络中央控制单元的示意框图；\n[0018] 图2所示为图1所示的列车网络中央控制单元的硬件布局示意图；以及[0019] 图3所示为根据本申请的一个实施例的对列车网络进行中央控制的方法的示意流程图。\n具体实施方式\n[0020] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。\n[0021] 下面的详细描述中所提到的“上”“下”“左”“右”，是参照附图中的方向进行描述的，本领域普通技术人员能够清楚理解其含义。\n[0022] 图1所示为根据本申请一个实施例的列车网络中央控制单元100，其中控制单元\n100可以包括中央处理单元模块104，输入输出管理模块106，MVB通信模块108以及数字或模拟信号输入输出模块110。\n[0023] 根据一个实施例，中央处理单元模块104具有CPCI架构，并且具有高速和低速接口，中央处理单元模块104通过CPCI总线122与输入输出管理模块106耦接和通信。根据一个实施例，CPCI总线122可以包括低速总线。同时中央处理单元模块104也预留了通用CPCI总线中的高速总线接口，可根据系统未来的需求，例如牵引控制单元中的数字信号处理可使用该高速总线。中央处理单元模块104还可以通过例如实时工业以太网总线152直接与外部设备200中具有ETH接口的设备202耦接通信。\n[0024] 根据一个实施例，输入输出管理模块106是具有独立处理能力的功能模块，其通过自定义总线132与MVB通信模块108和数字或模拟信号输入输出模块110耦接通信。输入输出管理模块106也可通过背板单一信号线134与数字或模拟信号输入输出模块110进行数据交互，这种交互方式与自定义总线方式相比具有快速响应功能。MVB通信模块108通过多功能车辆总线142与外部设备200中具有MVB接口的设备202耦接通信。数字或模拟信号输入输出模块110通过单一信号线144与外部接口中的例如车辆接口耦接。\n[0025] 根据一个实施例，数字或模拟信号输入输出模块110可以包括一个或多个子模块用于采集一个或多个参数数据，例如逆变器监控模块、电流监控模块、数字量输入模块、数字量输出模块、电压/频率转换模块、温度采集模块等等。输入输出管理模块106的存在使中央控制单元具备了可扩展性，例如可以至少通过自定义总线耦接至数字或模拟信号输入输出模块110中的14个子模块。\n[0026] 根据另一实施例，中央处理单元模块104可以通过实时工业以太网总线152与外部设备200中具有ETH接口的设备耦接，从而实现中央控制单元100的以太网通信功能。\n[0027] 另外，中央控制单元100还可以包括网关112，其通过总线154与外部设备200耦接。\n根据不同的实施例，总线154可以包括列车总线WTB、多功车辆总线MVB、实时工业以太网总线，分别耦接至外部设备200中具有WTB接口、MVB接口或ETH接口的设备。另外，网关112还可以通过单一信号线156与输入输出管理模块106耦接。\n[0028] 根据另一实施例，中央控制单元100还可以包括供电电源102，用于为系统中的各模块供电。中央控制单元100可以通过服务接口和接口电缆与外部操控设备300耦接通信。\n用户可以通过外部操控设备300对该中央控制单元100进行操作。\n[0029] 根据一个实施例，中央处理单元模块104还具有高速接口，可以直接与例如DSP或数据监视存储模块进行数据交互。\n[0030] 图2所示为根据本申请一个实施例的列车网络中央控制单元的硬件布局图。其中，网关实现列车总线WTB和多功能车辆总线MVB以及实时工业以太网总线的双向数据传输。根据一个实施例，网关可以集成在中央控制单元的机箱中，由此机箱供电，对外无供电接口。\n[0031] 中央处理单元模块主要负责软硬件资源的调度和通信。中央处理单元模块具有CPCI架构，可以例如通过CPCI总线中的低速总线与其它模块进行数据交互。中央处理单元模块可以具有实时工业以太网接口功能，可实现实时工业以太网数据的传输。\n[0032] 输入输出管理模块在系统中是位于中央处理单元模块和数字或模拟信号输入输出模块之间的衔接，其通过包括数据总线和地址总线的CPCI总线耦接到中央处理单元模块。\n[0033] MVB1和MVB2通讯卡可以是依据例如TCN标准通信协议设计的子单元，实现MVB数据的传输。\n[0034] DI1和DI2数字输入模块用于例如把标称电平DC110V的数字信号转化为处理器可以识别的二进制信号。其可以具有独立的正电平和接地线缆的例如12路输入通道，通过自定义总线或者单一信号线实现对输入信号的采集。\n[0035] DO1数字输出模块用于例如小于等于DC110V的标称电平的数字信号的输出，可以具有独立的正电平和接地线缆的例如8路输出通道，通过自定义总线或者单一信号线实现对输出信号的传输。\n[0036] 图3所示为根据本申请一个实施例的对列车网络进行中央控制的方法的流程图。\n该方法可以由例如图1所示的列车网络中央控制单元100所实施。\n[0037] 在步骤302，数字或模拟信号输入输出模块110可以采集各种列车状态数据，包括但不限于例如二进制输入、输出信号、温度、电流、电压等。\n[0038] 在步骤304，数字或模拟信号输入输出模块110通过自定义总线将所采集的数据传输至输入输出管理模块(IOM)106。通常，在出现需要进行限值保护、快速响应的情况下，数据是通过单一信号线134来传输的。\n[0039] 可替换的，在步骤312，MVB通信模块108可以通过例如MVB总线从中央控制单元外部接收列车状态数据。这些数据可以是例如列车上的管理模块或智能设备所采集到的列车状态数据，这些数据不同于在步骤302可以由数字或模拟信号输入输出直接采集到的列车状态数据。\n[0040] 在步骤314，MVB通信模块108可以将所接收到的并行的列车状态数据转换为系统可读的串行数据。在连续采集列车状态数据的情况下，也可以通过MVB通信模块108将这些列车状态数据传送至输入输出管理模块106。\n[0041] 在步骤304，MVB通信模块可以通过自定义总线将所接收到的列车状态数据传送给输入输出管理模块(IOM)106。\n[0042] 在步骤306，判断输入输出管理模块110是否可以对从MVB通信模块108或从数字或模拟信号输入输出模块110接收到的数据进行处理。根据一个实施例，输入输出管理模块\n110可以对一部分数据进行处理，并根据处理结果产生对列车进行控制的指令，还可以向中央处理单元模块104发送处理报告，而无须将这些数据发送至中央处理单元模块104进行分析和处理。这样，可以节省中央处理单元模块的计算资源，也提高了对列车控制的实时性。\n[0043] 相反的，如果在步骤306的判断结果是输入输出管理模块106无法对数据进行处理，那么在步骤322，输入输出管理模块106会通过CPCI总线将其所接收到的数据转发至中央处理单元模块104。\n[0044] 在步骤324，由中央处理单元模块104对其所接收到的列车状态数据进行分析和处理。\n[0045] 在步骤326，中央处理单元模块104将根据处理结果产生的控制指令通过CPCI总线发送给输入输出管理模块106。\n[0046] 在步骤308，输入输出管理模块106将对列车进行控制的指令，无论是其自己产生的还是从中央处理单元模块104接收的，通过自定义总线发送至MVB通信模块108或数字或模拟信号输入输出模块110，并进而通过外部设备200对列车进行控制。\n[0047] 本申请所介绍的列车网络中央控制单元在利用CPCI总线的基础上加入了自定义的特有信号，实现了扩展的例如CPCI总线技术。采用本申请所介绍的系统和方法，可以更加实时的快捷的对列车的牵引、制动、辅助供电、空调、PIS、充电机进行控制、监视和故障诊断和排除。\n[0048] 上面参考附图说明了本的典型实施例。上述实施例仅供说明本申请之用，而并非是对本的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本公开的范畴。