一種軌道交通現場總線系統及其使用方法
2023-12-09 00:41:26
專利名稱：一種軌道交通現場總線系統及其使用方法
技術領域：
本發明涉及軌道交通領域，尤其涉及一種採用滑動精簡器的軌道交通現場總線系統及其使用方法。
背景技術：
綜合監控系統(IntegratedSupervisory Control System，簡稱 ISCS)正成為國內城市軌道交通自動化系統的發展趨勢，ISCS按兩級管理(中央、車站)、三級控制(中央、車站及現場)進行設計。中央級可以對整個線路各個站點系統管轄範圍內設備運行狀態、故障情況進行監視，並向各個站點發布指令，統一指揮、協調各個站點的運行；車站級設備的監控功能主要是完成本站點設備監控、管理；現場級作為車站級、中央級的被監控對象，是車站地鐵機電設備的主體，由環境與設備監控系統(BAQ、火災自動報警系統(FAS)、 電力監控系統(PSCADA)、屏蔽門(PSD)、防淹門(TO)、電視監視系統(CCTV)、乘客信息系統 (PIS)、信號系統(SIG)、自動售檢票系統(AFC)、門禁系統(ACS)、廣播系統(PA)等系統組成。ISCS車站級、中央級本地監控網絡一般均採用100M/1000M冗餘乙太網構建，而底層設備控制層(現場級)一般使用總線方式互聯。目前在軌道交通中使用的現場總線有 Profibus, Modbus, CANbus等，隨著軌道交通網絡控制系統規模的不斷擴展，系統資源的受限特徵也日趨顯著，而資源受限往往會造成信息延遲、系統控制性能降低和資源利用率降低等問題，從而無法有效地保證網絡控制系統的各項性能指標。
發明內容
本發明針對軌道交通中的現場總線資源受限問題，提出通過滑動精簡採樣信號來解決多迴路網絡控制系統的資源受限問題，並提出通過採用動態改變滑動精簡器的步長來實現對帶寬受限下的多控制迴路的總線系統進行有效調度的策略。實現在有限的網絡帶寬資源下，有效地對資源進行分配和利用。本發明這樣實現構造一種軌道交通現場總線系統，包括多個獨立的控制迴路，每個控制迴路包括控制器、執行器、被控對象、滑動精簡器；控制器用於產生控制信號；執行器用於將控制信號還原為作用於被控對象的控制動作；被控對象還裝配有傳感器，傳感器用於將採集被控對象的實際響應動作並轉換為採樣數據；滑動精簡器用於將採樣數據進行滑動精簡處理，並將經過精簡處理的採樣數據發送至控制器。本發明的軌道交通現場總線系統還包括傳輸網絡，用於將控制器生成的控制信號傳輸給執行器器以及將滑動精簡器生成的精簡數據傳輸給控制器。各個獨立的控制迴路共享整個傳輸網絡，且各個獨立控制網絡使用傳輸網絡中的不同鏈路。本發明的軌道交通現場總線系統還包括調度器，調度器同時調度各個控制迴路中的滑動精簡器和控制器的數據發送。即調度器根據對於各個獨立迴路中發送數據的優先級高低，調度數據發送的順序以及延遲發送數據的延遲時間。
本發明的軌道交通現場總線系統每一個獨立控制迴路這樣實現對被控對象的控制控制器生成控制信號；控制信號通過傳輸網絡傳輸至控制器；控制器接收到控制信號後將控制信號轉化為對被控對象的控制動作，實現對被控對象的控制；被控對象同時還通過自身的傳感器對被控對象的實際響應動作進行採集並轉換為採樣數據，採樣數據反映了被控對象的實際狀態；傳感器將採集到的採樣數據發送至滑動精簡器，滑動精簡器對採樣數據進行滑動精簡後通過傳輸網絡發送回控制器，控制器將精簡後的採樣數據還原，並與對應的控制信號進行比對，根據比對結果以確定下一控制信號的發送以及供調度器根據控制性能來調度滑動精簡器和控制器。本發明中，各個控制迴路的傳感器到控制器的採樣數據採用周期觸發產生；從控制器到執行器的控制信號採用事件觸發產生。本發明還提供一種軌道交通現場總線系統的使用方法，適用於上述的軌道交通現場總線系統。軌道交通現場總線系統的使用方法包括以下步驟S1)各個獨立控制網絡的控制器發送控制信號至傳輸網絡；s》各個獨立的控制信號通過傳輸網絡的不同鏈路發送至各控制迴路對應的執行器；s;3)各執行器將接收到的控制信號轉換為對被控對象的控制動作，實現對被控對象的控制；S4)各控制迴路的被控對象的傳感器對被控對象的實際響應動作進行採集並轉換為採樣數據各控制迴路的傳感器將採樣數據發送至各控制迴路迴路中的滑動精簡器，滑動精簡器對採樣數據進行滑動精簡；S6)各滑動精簡器將精簡後的採樣數據發送至對應控制迴路的控制器，控制器還原採樣數據並與對應的控制信號進行對比；S7)各迴路的控制器根據對比結果決定下一控制信號的發送，調度器根據各控制迴路的對比結果對各控制迴路中的控制器和滑動精簡器對傳輸網絡的佔用進行調度。作為本發明的傳輸網絡，採用以下方法表示各個控制迴路的狀態
[001權利要求
1.一種軌道交通現場總線系統，包括多個相互獨立的控制迴路、傳輸網絡和調度器，其特徵在於，所述控制迴路包括控制器、執行器、被控對象、滑動精簡器，所述控制器，用於產生控制信號，通過傳輸網絡將控制信號發送至所述執行器；所述執行器，將接收的控制信號轉換為控制動作，作用於所述被控對象；所述被控對象還包括傳感器，所述傳感器用於採集被控對象的實際響應動作並轉換為採樣數據，並發送採樣數據至所述滑動精簡器；所述滑動精簡器，用於將採樣數據滑動精簡後通過所述傳輸網絡發送滑動精簡數據至所述控制器，供所述控制器對比控制信號與滑動精簡數據；所述調度器根據所述控制器對比控制信號與滑動精簡數據的結果對控制迴路進行調度。
2.根據權利要求1所述的軌道交通現場總線系統，其特徵在於，所述各個獨立的控制迴路共用所述傳輸網絡，且各個獨立控制網絡使用所述傳輸網絡中的不同鏈路。
3.根據權利要求1所述的軌道交通現場總線系統，其特徵在於，所述傳感器產生的採樣數據採用周期觸發產生；所述控制器的控制信號採用事件觸發產生。
4.一種軌道交通現場總線系統的使用方法，適用於包括多個相互獨立的控制迴路、傳輸網絡和調度器的軌道交通現場總線系統，所述控制迴路還包括控制器、執行器、被控對象、滑動精簡器，所述被控對象還包括傳感器，其特徵在於，所述使用方法包括以下步驟51)所述各個獨立控制網絡的控制器發送控制信號至所述傳輸網絡；52)所述各個獨立的控制信號通過所述傳輸網絡的不同鏈路發送至所述各控制迴路對應的執行器；53)所述執行器將接收到的控制信號轉換為對被控對象的控制動作；54)所述被控對象的傳感器對被控對象的實際響應動作進行採集並轉換為採樣數據；55)所述傳感器將採樣數據發送至所述各控制迴路中的滑動精簡器，滑動精簡器對採樣數據進行滑動精簡；56)所述滑動精簡器將精簡後的採樣數據發送至對應控制迴路的所述控制器，所述控制器還原採樣數據並與對應的控制信號進行對比；57)所述控制器根據S6中的對比結果決定下一控制信號的發送，所述調度器根據各控制迴路的對比結果對各控制迴路中的所述控制器和所述滑動精簡器對傳輸網絡的佔用進行調度。
5.根據權利要求4的所述的軌道交通現場總線系統的使用方法，其特徵在於，所述步驟S5中滑動精簡器對於傳感器採集的採樣數據採取以下滑動精簡處理Q(y) = (Qpre+Scur · Δ )/2所述Q(y)為滑動精簡器本次發送給控制器的信號值，所述Qpm為所屬華東上一次發送給控制器的信號值，所述S·為本次由傳感器傳入的採樣值，所述△為精簡步長。
6.根據權利要求5所述的軌道交通現場總線系統的使用方法，其特徵在於，所述滑動精簡器發送的第一滑動精簡信號為所述傳感器的第一採樣值。
7.根據權利要求4所述的軌道交通現場總線系統的使用方法，其特徵在於，所述步驟 S2和S6中傳輸網絡進行數據傳輸時，引入數據丟包的應對機制。
8.根據權利要求4所述的軌道交通現場總線系統的使用方法，其特徵在於，所述調度器的調度方法包括571)所述調度器初始化，將各獨立控制迴路的傳感器採樣周期和滑動精簡器精簡步長設置為原始值；572)所述調度器讀取各迴路的控制性能；573)所述調度器判斷是否需要對系統進行調度，若無需調度則跳至步驟S75；574)若需要調度，所述調度器改變各控制迴路的採樣周期、精簡步長、各迴路發送信號的優先級；575)完成一次調度後，調度器判斷各控制迴路是否需要繼續控制被控對象，若是則跳轉至步驟S72，否則結束調度。
全文摘要
本發明涉及一種軌道交通現場總線系統及其使用方法，系統包括多個獨立的控制迴路，每個控制迴路包括控制器、執行器、被控對象、滑動精簡器，系統還包括傳輸網絡和調度器。控制器通過傳輸網絡發送控制信號對被控對象實施控制，調度器對每個控制迴路的信號發送進行調度；本發明的軌道交通現場總線系統使用方法通過調度器實現對每個控制迴路的信號發送優先級的調度，採用本發明的軌道交通現場總線系統及其使用方法，能在有限的網絡帶寬資源下，有效地對資源進行分配和利用，提高系統的穩定性和可靠性。
文檔編號B61C17/00GK102520702SQ20111045155
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者匡付華, 李劍波, 林木青, 程朋勝, 蔡偉周 申請人:深圳達實智能股份有限公司