專利名稱：一種軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道交通領(lǐng)域，尤其涉及一種采用滑動精簡器的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)及其使用方法。
背景技術(shù)：
綜合監(jiān)控系統(tǒng)(IntegratedSupervisory Control System，簡稱 ISCS)正成為國內(nèi)城市軌道交通自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，ISCS按兩級管理(中央、車站)、三級控制(中央、車站及現(xiàn)場)進(jìn)行設(shè)計。中央級可以對整個線路各個站點系統(tǒng)管轄范圍內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障情況進(jìn)行監(jiān)視，并向各個站點發(fā)布指令，統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)各個站點的運(yùn)行；車站級設(shè)備的監(jiān)控功能主要是完成本站點設(shè)備監(jiān)控、管理；現(xiàn)場級作為車站級、中央級的被監(jiān)控對象，是車站地鐵機(jī)電設(shè)備的主體，由環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAQ、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)(FAS)、 電力監(jiān)控系統(tǒng)(PSCADA)、屏蔽門(PSD)、防淹門(TO)、電視監(jiān)視系統(tǒng)(CCTV)、乘客信息系統(tǒng) (PIS)、信號系統(tǒng)(SIG)、自動售檢票系統(tǒng)(AFC)、門禁系統(tǒng)(ACS)、廣播系統(tǒng)(PA)等系統(tǒng)組成。ISCS車站級、中央級本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)一般均采用100M/1000M冗余以太網(wǎng)構(gòu)建，而底層設(shè)備控制層(現(xiàn)場級)一般使用總線方式互聯(lián)。目前在軌道交通中使用的現(xiàn)場總線有 Profibus, Modbus, CANbus等，隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)展，系統(tǒng)資源的受限特征也日趨顯著，而資源受限往往會造成信息延遲、系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對軌道交通中的現(xiàn)場總線資源受限問題，提出通過滑動精簡采樣信號來解決多回路網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的資源受限問題，并提出通過采用動態(tài)改變滑動精簡器的步長來實現(xiàn)對帶寬受限下的多控制回路的總線系統(tǒng)進(jìn)行有效調(diào)度的策略。實現(xiàn)在有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源下，有效地對資源進(jìn)行分配和利用。本發(fā)明這樣實現(xiàn)構(gòu)造一種軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)，包括多個獨立的控制回路，每個控制回路包括控制器、執(zhí)行器、被控對象、滑動精簡器；控制器用于產(chǎn)生控制信號；執(zhí)行器用于將控制信號還原為作用于被控對象的控制動作；被控對象還裝配有傳感器，傳感器用于將采集被控對象的實際響應(yīng)動作并轉(zhuǎn)換為采樣數(shù)據(jù)；滑動精簡器用于將采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動精簡處理，并將經(jīng)過精簡處理的采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器。本發(fā)明的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)還包括傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于將控制器生成的控制信號傳輸給執(zhí)行器器以及將滑動精簡器生成的精簡數(shù)據(jù)傳輸給控制器。各個獨立的控制回路共享整個傳輸網(wǎng)絡(luò)，且各個獨立控制網(wǎng)絡(luò)使用傳輸網(wǎng)絡(luò)中的不同鏈路。本發(fā)明的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)還包括調(diào)度器，調(diào)度器同時調(diào)度各個控制回路中的滑動精簡器和控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送。即調(diào)度器根據(jù)對于各個獨立回路中發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級高低，調(diào)度數(shù)據(jù)發(fā)送的順序以及延遲發(fā)送數(shù)據(jù)的延遲時間。
本發(fā)明的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)每一個獨立控制回路這樣實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)傳輸至控制器；控制器接收到控制信號后將控制信號轉(zhuǎn)化為對被控對象的控制動作，實現(xiàn)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(yīng)動作進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換為采樣數(shù)據(jù)，采樣數(shù)據(jù)反映了被控對象的實際狀態(tài)；傳感器將采集到的采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至滑動精簡器，滑動精簡器對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動精簡后通過傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送回控制器，控制器將精簡后的采樣數(shù)據(jù)還原，并與對應(yīng)的控制信號進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果以確定下一控制信號的發(fā)送以及供調(diào)度器根據(jù)控制性能來調(diào)度滑動精簡器和控制器。本發(fā)明中，各個控制回路的傳感器到控制器的采樣數(shù)據(jù)采用周期觸發(fā)產(chǎn)生；從控制器到執(zhí)行器的控制信號采用事件觸發(fā)產(chǎn)生。本發(fā)明還提供一種軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用方法，適用于上述的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)。軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用方法包括以下步驟S1)各個獨立控制網(wǎng)絡(luò)的控制器發(fā)送控制信號至傳輸網(wǎng)絡(luò)；s》各個獨立的控制信號通過傳輸網(wǎng)絡(luò)的不同鏈路發(fā)送至各控制回路對應(yīng)的執(zhí)行器；s;3)各執(zhí)行器將接收到的控制信號轉(zhuǎn)換為對被控對象的控制動作，實現(xiàn)對被控對象的控制；S4)各控制回路的被控對象的傳感器對被控對象的實際響應(yīng)動作進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換為采樣數(shù)據(jù)各控制回路的傳感器將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至各控制回路回路中的滑動精簡器，滑動精簡器對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動精簡；S6)各滑動精簡器將精簡后的采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至對應(yīng)控制回路的控制器，控制器還原采樣數(shù)據(jù)并與對應(yīng)的控制信號進(jìn)行對比；S7)各回路的控制器根據(jù)對比結(jié)果決定下一控制信號的發(fā)送，調(diào)度器根據(jù)各控制回路的對比結(jié)果對各控制回路中的控制器和滑動精簡器對傳輸網(wǎng)絡(luò)的占用進(jìn)行調(diào)度。作為本發(fā)明的傳輸網(wǎng)絡(luò)，采用以下方法表示各個控制回路的狀態(tài)
[001權(quán)利要求
1.一種軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)，包括多個相互獨立的控制回路、傳輸網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度器，其特征在于，所述控制回路包括控制器、執(zhí)行器、被控對象、滑動精簡器，所述控制器，用于產(chǎn)生控制信號，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將控制信號發(fā)送至所述執(zhí)行器；所述執(zhí)行器，將接收的控制信號轉(zhuǎn)換為控制動作，作用于所述被控對象；所述被控對象還包括傳感器，所述傳感器用于采集被控對象的實際響應(yīng)動作并轉(zhuǎn)換為采樣數(shù)據(jù)，并發(fā)送采樣數(shù)據(jù)至所述滑動精簡器；所述滑動精簡器，用于將采樣數(shù)據(jù)滑動精簡后通過所述傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送滑動精簡數(shù)據(jù)至所述控制器，供所述控制器對比控制信號與滑動精簡數(shù)據(jù)；所述調(diào)度器根據(jù)所述控制器對比控制信號與滑動精簡數(shù)據(jù)的結(jié)果對控制回路進(jìn)行調(diào)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)，其特征在于，所述各個獨立的控制回路共用所述傳輸網(wǎng)絡(luò)，且各個獨立控制網(wǎng)絡(luò)使用所述傳輸網(wǎng)絡(luò)中的不同鏈路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器產(chǎn)生的采樣數(shù)據(jù)采用周期觸發(fā)產(chǎn)生；所述控制器的控制信號采用事件觸發(fā)產(chǎn)生。
4.一種軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用方法，適用于包括多個相互獨立的控制回路、傳輸網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度器的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)，所述控制回路還包括控制器、執(zhí)行器、被控對象、滑動精簡器，所述被控對象還包括傳感器，其特征在于，所述使用方法包括以下步驟51)所述各個獨立控制網(wǎng)絡(luò)的控制器發(fā)送控制信號至所述傳輸網(wǎng)絡(luò)；52)所述各個獨立的控制信號通過所述傳輸網(wǎng)絡(luò)的不同鏈路發(fā)送至所述各控制回路對應(yīng)的執(zhí)行器；53)所述執(zhí)行器將接收到的控制信號轉(zhuǎn)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(yīng)動作進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換為采樣數(shù)據(jù)；55)所述傳感器將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至所述各控制回路中的滑動精簡器，滑動精簡器對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動精簡；56)所述滑動精簡器將精簡后的采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至對應(yīng)控制回路的所述控制器，所述控制器還原采樣數(shù)據(jù)并與對應(yīng)的控制信號進(jìn)行對比；57)所述控制器根據(jù)S6中的對比結(jié)果決定下一控制信號的發(fā)送，所述調(diào)度器根據(jù)各控制回路的對比結(jié)果對各控制回路中的所述控制器和所述滑動精簡器對傳輸網(wǎng)絡(luò)的占用進(jìn)行調(diào)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的所述的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，所述步驟S5中滑動精簡器對于傳感器采集的采樣數(shù)據(jù)采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(fā)送給控制器的信號值，所述Qpm為所屬華東上一次發(fā)送給控制器的信號值，所述S·為本次由傳感器傳入的采樣值，所述△為精簡步長。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，所述滑動精簡器發(fā)送的第一滑動精簡信號為所述傳感器的第一采樣值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，所述步驟 S2和S6中傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，引入數(shù)據(jù)丟包的應(yīng)對機(jī)制。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，所述調(diào)度器的調(diào)度方法包括571)所述調(diào)度器初始化，將各獨立控制回路的傳感器采樣周期和滑動精簡器精簡步長設(shè)置為原始值；572)所述調(diào)度器讀取各回路的控制性能；573)所述調(diào)度器判斷是否需要對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，若無需調(diào)度則跳至步驟S75；574)若需要調(diào)度，所述調(diào)度器改變各控制回路的采樣周期、精簡步長、各回路發(fā)送信號的優(yōu)先級；575)完成一次調(diào)度后，調(diào)度器判斷各控制回路是否需要繼續(xù)控制被控對象，若是則跳轉(zhuǎn)至步驟S72，否則結(jié)束調(diào)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)及其使用方法，系統(tǒng)包括多個獨立的控制回路，每個控制回路包括控制器、執(zhí)行器、被控對象、滑動精簡器，系統(tǒng)還包括傳輸網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度器。控制器通過傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制信號對被控對象實施控制，調(diào)度器對每個控制回路的信號發(fā)送進(jìn)行調(diào)度；本發(fā)明的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)使用方法通過調(diào)度器實現(xiàn)對每個控制回路的信號發(fā)送優(yōu)先級的調(diào)度，采用本發(fā)明的軌道交通現(xiàn)場總線系統(tǒng)及其使用方法，能在有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源下，有效地對資源進(jìn)行分配和利用，提高系統(tǒng)的穩(wěn)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(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者匡付華, 李劍波, 林木青, 程朋勝, 蔡偉周 申請人:深圳達(dá)實智能股份有限公司