一种基于无线宽带通信的非网络化机车无线重联控制方法

1.一种基于无线宽带通信的非网络化机车无线重联控制方法，其特征在于：在机车微机控制系统基础上增加一套机车无线重联控制装置，来替代机车有线电气重联方式以实现非网络化机车的重联牵引运行，所述的方法包括以下步骤：
（1）通过增加机车无线重联装置，构建机车三级控制模式，第一级为列车级，第二级为机车车辆级，第三级为驱动及功能级，其中第三级为原车的功能，增加第一级及第二级功能；所述的机车无线重联控制装置包括安装有天线的无线收发模块、CPU主处理模块、数字量I/O板、模拟量AIO板、网络及总线接口模块、CPCI数据总线，前述的无线收发模块、CPU主处理模块、数字量I/O板、模拟量AIO板、网络及总线接口模块分别与CPCI数据总线相联，前述的数字量I/O板、模拟量AIO板分别与机车控制系统的机车微机控制系统、机车电气控制线路、机车主辅控制线路、制动系统以及设置与指示装置相联，前述的网络及总线接口模块与机车控制系统的人机对话装置相联；
（2）列车级各车的通信采用无线宽带局域网方式，通过机车无线重联控制装置来实现机车之间的重联通信、管理以及列车级的控制及计算，同时负责将各个机车的控制及状态数据统一为标准的无线通信协议数据，以无线宽带通信建立起列车级总线；所述的机车无线重联控制装置与机车控制系统双向实时交互，所述的机车无线重联控制装置与机车的信息接口包括电气控制及反馈接口，包括逻辑量电气接口、模拟量电气接口；机车控制系统包括机车主辅控制系统、制动系统、机车电气控制线路以及设置与指示装置、机车微机控制系统以及人机对话装置，其中所述的机车主辅控制系统、制动系统、设置与指示装置、机车微机控制系统与无线重联装置的数字量I/O板、模拟量AIO板实行电气控制及信息反馈双向连接；所述的无线宽带局域网方式是基于包含有OFDM和MIMO技术的无线宽带通信网络，并具有自组网功能及路由管理功能；
（3）机车车辆级实现各车的重联方式下的本车控制及计算，同时通过电气方式与机车的微机控制系统、机车电气系统、主系统电路传感检测系统、辅助系统传感检测系统、制动系统传感检测系统进行电气连接以进行数据及信息交互，与机车微机控制系统选择采用总线接口方式进行信息交换，通过控制信息及反馈信息的交换，机车无线重联装置根据主控机车控制信息及本车的工况进行本车的控制，并反馈相应的信息给列车级；
(4)机车车辆级机车无线重联装置通过电气接口获得机车车辆级控制及执行设备的数据，机车无线重联控制装置通过不同类型的硬件协议转换插件及多制式协议转换方法，在机车车辆级将机车主辅控制系统以及制动系统的信息及数据进行统一标准的协议转换及数据处理，转换成为统一标准的列车级机车无线重联传输协议；
（5）将上述统一标准的列车级机车无线重联传输协议内容转换成无线空中协议数据，借助机车无线重联控制装置中的无线收发模块进行数据的发送，同时将无线收发模块接收到的无线空中协议数据进行协议反向转换及数据处理，把无线数据转换成需要的原机车车辆级有线网络协议数据，再通过机车电气接口，将有线网络协议数据向机车各控制及执行设备发送，从而实现机车间的近距离无线重联及多机之间的无线互联互通，并计算处理进行机车控制及特性的匹配，即实现机车间的无线重联控制；
（6）通过司机室人机对话装置实现机车重联时编组参数设定、编组及解编的执行、重联信息的实时显示及查询。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在无线重联编组的状态下进行机车的牵引控制和制动控制，通过机车微机控制系统、机车电气控制线路、牵引传动装置、制动装置对机车的牵引和制动控制命令进行同步传递。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在无线重联编组的状态下建立一套重联机车故障预警及安全导向策略。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括对原有机车的重联方式进行选择，即通过软件、硬件切换装置实现对机车有线重联方式和无线重联方式的切换。

一种基于无线宽带通信的非网络化机车无线重联控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及机车重联控制方法，尤其是涉及一种基于无线宽带通信的非网络化机车无线重联控制方法。\n背景技术\n[0002] 随着铁路运输发展，国内货运铁路运输的重载要求日益提高，为了满足在有限的货运线路条件的基础上提高运输效率的要求，需要多台货运机车重联运行以提高运能，其中还包括不同型号机车的混编互联同步控制。同时有些货运机车为非网络化机车，机车内智能系统之间没有采用完全的网络通信或主要机车控制系统没有采用网络与其他设备进行通信，机车之间原来采用有线重联线，也未采用网络通信；因受不同车型电气接口不一致、机车特性差异、有线重联连接器可靠性、远程重联应用高要求以及各种步同车型机车特性差异等因素的影响。为克服这些不足，采用无线重联方式是当前及未来一种可行及有效的途径，对此提出一种解决该问题的基于无线宽带通信的非网络化机车无线重联控制方法。\n发明内容\n[0003] 本发明提供一种基于无线宽带通信的非网络化机车无线重联控制方法，能可靠实现非网络化机车之间的无线重联控制，也可实现与网络机车以及包括不同型号机车的无线互联重联控制。\n[0004] 本发明克服了现有技术所存在的问题，采取的技术方案是：在机车电子控制或机车微机控制系统基础上增加一套机车无线重联控制装置，来替代机车有线电气重联方式或实现非网络化机车的重联牵引运行，所述的方法包括以下步骤：\n[0005] (1)通过增加机车无线重联装置，构建机车三级控制模式，第一级为列车级，第二级为机车车辆级，第三级为驱动及功能级，其中第三级为原车的功能，增加第一级及第二级功能；\n[0006] (2)列车级各车的通信采用无线宽带局域网方式，通过机车无线重联控制装置来实现机车之间的重联通信、管理以及列车级的控制及计算，同时负责将各个机车的控制及状态数据统一为标准的无线通信协议数据，以无线宽带通信建立起列车级总线；\n[0007] (3)机车车辆级实现各车(包括主控车、从控车)的重联方式下的本车控制及计算，同时通过电气方式与机车的电子控制系统或微机控制系统、机车电气系统、主系统电路传感检测、辅助系统传感检测、制动系统进行电气接口以进行数据及信息交互，与机车微机控制系统选择采用总线接口方式进行信息交换。通过控制信息及反馈信息的交换，在机车无线重联装置根据主控机车控制信息及本车的工况进行本车的控制，并反馈相应的信息给列车级。\n[0008] (4)在机车车辆级机车无线重联装置主要通过电气接口获得机车车辆级控制及执行设备的数据，机车无线重联控制装置通过不同类型的硬件协议转换插件及多制式协议转换方法，在机车车辆级将机车主、辅、控系统以及制动系统的信息及数据进行统一标准的协议转换及数据处理，转换成为统一标准的列车级机车无线重联传输协议；\n[0009] (5)将上述标准的列车级无线重联传输协议内容转换成无线空中协议数据，借助机车无线重联控制装置中的无线收发模块进行数据的发送，同时将无线收发模块接收到的无线空中协议数据进行协议反向转换及数据处理，把无线数据转换成需要的原机车车辆级控制系统电气信息协议数据，再通过机车电气接口，将控制与反馈协议数据向机车各控制及执行设备发送，从而实现机车间的近距离无线重联及多机之间的无线互联互通，并计算处理进行机车控制及特性的匹配，即实现机车间的无线重联控制；\n[0010] 由于有些非网络化机车车型采用了微机控制系统，其具有一定的计算机总线接口，此时可以通过该总线接口构架计算机网络，目前应用范围较广的几种车辆级网络协议有MVB(多功能车辆总线)、CAN(控制器局域网络)、Ethernet(以太网)、RS485(一种串行数据接口协议)/RS422(一种串行数据接口协议)、同步串行总线HDLC(高级数据链路控制)、WorldFIP(世界工厂仪表协议)等，机车无线重联控制装置通过不同类型的硬件协议转换插件，将机车微机控制系统总线数据获得并结合电气接口数据进行综合，同时将数据进行统一的协议编码转换，并向上一级的无线列车级总线发送。无线列车级总线数据也通过机车无线重联控制装置完成协议解码转换，并经处理器处理及计算进行机车控制及特性匹配，然后再传送到原机车微机控制系统及电气控制接口。通过该方法，可为各种车型的兼容混联互编提供基础，同时简化了电气接口。\n[0011] 所述的机车无线重联控制装置系统与机车控制系统双向实时交互，所述的机车无线重联控制装置与机车信息接口主要为电气控制及反馈接口，包括逻辑量电气接口、模拟量电气接口；所述的机车无线重联控制装置与机车系统主要采用电气接口、部分车型带有计算机总线接口，可根据不同类型机车采取针对性的接口选择方案。电气控制接口，主要为机车逻辑量电气I/O(信号输入/输出)信号以及模拟量AIO(模拟量输入/输出)电气接口，信号将通过系统内的I/O及AIO卡进行采集和执行，所产生的电气信号特性也与原机车控制信号特性匹配。\n[0012] 所述的机车无线重联控制装置包括安装有天线的无线收发模块、CPU主处理模块、数字量I/O板、模拟量AIO板、网络及总线接口模块、CPCI数据总线，前述的无线收发模块、CPU主处理模块、数字量I/O板、模拟量AIO板、网络及总线接口模块分别与CPCI数据总线相联，前述的数字量I/O板、模拟量AIO板分别与机车控制系统的机车电子控制系统(微机控制系统)、机车电气控制线路、机车主辅控制线路、制动系统以及设置与指示装置相联，前述的网络及总线接口模块与机车控制系统的人机对话装置相联。\n[0013] 所述的机车控制系统包括机车主辅控制系统、制动系统、机车电气控制线路以及设置与指示装置、机车电子控制系统、机车微机控制系统以及人机对话装置，其中所述的机车主辅控制系统、制动系统、机车电子控制系统、设置与指示装置、机车微机控制系统与无线重联装置的数字量I/O板、模拟量AIO板实行电气控制及信息反馈双向连接。\n[0014] 所述的无线宽带 局域网方式是基于 包含有OFDM(正交频分复 用OrthogonalFrequency Division Multiplexing)和MIMO(多输入多输出Multiple Input MultipleOutput))技术的无线宽带通信网络，并具有自组网功能及路由管理功能。在数据的实时性，安全性及可靠性上相对于3G通信技术以及其他无线技术具有明显的优势。该技术无需增加地面网络基站转发和补强装置，易于实现应用，成本相对较低。\n[0015] 所述的重联方式包括有线重联方式和无线重联方式。机车无线重联控制装置从机车网络获取相关的机车信息及故障信息进行计算、预警及处理，同时无线重联系统通过与机车电气系统、控制系统发送相关信息并进行控制。\n[0016] 在所述的无线重联编组的状态下进行机车的牵引控制和制动控制，通过机车电子控制系统或机车微机控制系统、机车电气控制线路对机车的牵引和制动控制命令进行同步传递。\n[0017] 在所述的无线重联编组的状态下建立一套重联机车的故障预警及安全导向策略。\n[0018] 所述构建的机车无线重联控制方法的数据处理采用两级处理方式，第一级为无线通信，即列车级采用无线宽带局域网通信，负责多台机车之间的无线通信及组网；第二级为重联控制系统，负责机车的控制信息与反馈信息的综合处理、计算、多机故障预警及安全导向，以及负责与机车电气系统、控制系统电气接口。通过两级处理方法，可将机车状态数据，机车控制数据以及机车故障预警数据统一为标准的列车级无线数据。\n[0019] 还包括对原有机车的重联方式进行选择，即通过软件、硬件切换装置实现对机车有线重联方式和无线重联方式的切换。由于本方法考虑的是尽量保持原有系统的独立性及相应的功能，在不使用无线重联系统时，整个系统与原来的机车系统一致，使用无线重联系统时在原来的基础上增加该相应无线重联功能。若机车启动之后默认为选择有线重联方式，此时机车原有线重联正常工作，无线重联设备不启用，该状态可保持机车原有的有线重联结构及功能不发生变化，不影响本车的控制及操纵；若机车选择无线重联模式时，将无线重联控制装置置于启动状态，此时机车无线重联控制装置启动，原有机车有线重联关闭，机车无线重联控制装置替代有线重联控制装置，机车进入无线重联编组状态。\n[0020] 本发明通过在原有机车上增加一套机车无线重联控制装置，从而实现机车近距离无线重联编组，并控制多台机车无线重联运行，而且能快速有效稳定地建立机车之间的互联，实现包括与网络化机车等不同车型机车间的互联及重联控制。\n附图说明\n[0021] 图1列车级数据流程图；\n[0022] 图2适应原机车车辆级数据流程图；\n[0023] 图3机车使用机车无线重联控制装置的工作流程图；\n[0024] 图4无线重联功能选择逻辑图；\n[0025] 图5机车数据处理方式流程图；\n[0026] 图6机车无线重联控制装置的结构示意图。\n[0027] 图中标识为1-列车级无线数据模块；2-无线机车重联装置；3-天线；4-无线收发模块；5-CPU主处理模块6-CPCI数据总线；7-数字量I/O板；8-模拟量AIO板；9-网络及总线接口模块；10-机车控制系统；11-机机车电气控制线路以及设置与指示装置；12-机车电子或微机控制系统；13-机车主辅控系统、制动系统；14-人机对话装置。\n具体实施方式\n[0028] 实施例1\n[0029] 如图1所示，列车级采用无线宽带局域网方式，同时不需要地面通信补强设备，通过机车无线重联控制装置2来实现，将各个机车的控制及状态数据统一为标准的无线协议数据，通过无线宽带建立起列车级总线。从而使得列车级实现机车之间的重联通信、管理以及列车级的控制及计算。\n[0030] 实施例2\n[0031] 如图2所示，由于有些非网络化机车车型采用了微机控制系统，其具有一定的计算机总线接口，此时可以通过该总线接口构架计算机网络，目前应用范围较广的几种车辆级网络协议有MVB(多功能车辆总线)、CAN(控制器局域网络)、Ethernet(以太网)、RS485(一种串行数据接口协议)/RS422(一种串行数据接口协议)、同步串行总线HDLC(高级数据链路控制)、WorldFIP(世界工厂仪表协议)等，机车无线重联控制装置通过不同类型的硬件协议转换插件，将机车微机控制系统总线数据获得并结合电气接口数据进行综合，同时将数据进行统一的协议编码转换，并向上一级的无线列车级总线发送。无线列车级总线数据也通过机车无线重联控制装置完成协议解码转换，并经处理器处理及计算进行机车控制及特性匹配，然后再传送到原机车微机控制系统及电气控制接口。通过该方法，可为各种车型的兼容混联互编提供基础，同时简化了电气接口。\n[0032] 实施例3\n[0033] 如图3所示，构建机车车辆级，通过电气接口与机车控制及反馈信息系统相连，通过电气接口获得机车设备数据，再通过机车无线重联控制装置2的不同类型的硬件协议转换插件及多制式协议转换方法，将机车设备数据进行统一标准的协议转换及处理，转换成为统一标准的列车级无线重联传输协议数据；\n[0034] 也就是说通过机车车辆级来实现各车(包括主控车、从控车)的重联方式下的本车控制及计算，同时通过电气方式与机车的电子控制系统或微机控制系统、机车电气系统、主系统电路传感检测、辅助系统传感检测、制动系统传感检测进行电气接口以进行数据及信息交互，这包括逻辑量电气接口以及模拟量电气接口进行数据交换，根据机车微机控制的特征，与机车微机控制系统选择采用总线接口方式进行信息交换。通过控制信息及反馈信息的交换，在机车无线重联装置根据主控机车控制信息及本车的工况进行本车的控制，并反馈相应的信息给列车级。在机车车辆级机车无线重联装置主要通过电气接口获得机车车辆级控制及执行设备的数据，机车无线重联控制装置通过不同类型的硬件协议转换插件及多制式协议转换方法，在机车车辆级将机车主、辅、控系统以及制动系统的信息及数据进行统一标准的协议转换及数据处理，转换成为统一标准的列车级机车无线重联传输协议；\n[0035] 将上述标准的列车级无线重联传输协议内容转换成无线空中协议数据，借助机车无线重联控制装置中的无线收发模块进行数据的发送，同时将无线收发模块3接收到的无线空中协议数据进行协议反向转换及数据处理，把无线数据转换成需要的原机车车辆级信息数据，再通过电气接口，将该协议数据向机车各控制及执行设备发送，从而实现机车间的近距离无线重联及多机之间的无线互联互通，并计算处理进行机车控制及特性的匹配，即实现机车间的无线重联控制；\n[0036] 实施例4\n[0037] 如图4所示，若机车启动之后默认为选择有线重联方式，此时机车原有线重联设备正常工作，无线重联设备不启用，该状态可保持机车原有的有线重联结构及功能不发生变化，不影响本车的控制及操纵；若机车选择无线重联模式时，将无线重联切换装置置启动位，此时机车无线重联控制装置2启动，原有机车有线重联设备关闭，机车无线重联控制装置2替代有线重联设备，机车进入无线重联编组及重联控制状态。\n[0038] 实施例5\n[0039] 如图5所示，本方法采取的构建三级处理模式，其中重联机车数据处理方式采用两级处理方式，第一级机车之间(列车级)采用无线宽带局域网通信，负责多机之间的无线通信及组网。第二级为无线重联单元负责本机车的控制信息与反馈信息的综合处理、计算以及与机车车辆级的网络通信。第三级为原机车驱动及功能控制级。通过该处理方法，可将机车车辆级的机车状态数据，机车控制数据以及机车故障预警数据统一为标准的列车级无线数据。\n[0040] 实施例6\n[0041] 如图6所示，无线重联控制装置系统2包括安装有天线3的无线收发模块4、CPU主处理模块5、数字量I/O板7、模拟量AIO板8、网络接口模块9、CPCI数据总线6，前述无线收发模块4、CPU主处理模块5、数字量I/O板7、模拟量AIO板8、网络接口模块9分别与CPCI数据总线6实行双向连接，前述的数字量I/O板7、模拟量AIO板8分别与机车控制系统的机车电气控制线路以及设置与指示装置11、机车电子或微机控制系统12、机车主辅控系统、制动系统13双向连接，网络接口模块9分别与人机对话装置14双向连接，列车级无线数据模块1通过天线装置3与无线收发模块4双向连接。