專利名稱：機車同步操控通信裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鐵路無線通信技術，尤其涉及一種適用于重載運輸列車運行控制系統的機車同步操控通信裝置。
背景技術：
GE公司的L0C0TR0L系統是當今世界上最暢銷的集成分布式動力控制系統，已在北美、澳大利亞等國家的重載列車中得到成功運用。該系統主要包括操控系統模塊、MMI顯示模塊、CCBII機車空氣制動系統、無線數據通信系統等幾個主要部分組成，可以對機車動力分配和空氣制動實行最佳控制，使車鉤受力大大減小，列車中各機車提供的氣流(空氣波)大大改善制動性能。無線數據通信系統是L0C0TR0L系統的一個關鍵環節，L0C0TR0L系統通過無線通信實現嚴密的控制邏輯，組合列車的主控機車廣播操控命令，通過無線信道傳送到各個從控機車，各個從控機車根據接收到的操控命令自動控制從控機車實現同步操作。同時從控機車也傳送本地機車的狀態信息到主控機車，以便主控機車隨時了解系統的狀態。利用L0C0TR0L系統可以開行組合列車，將單次列車的運輸能力成倍提升，以此解決鐵路重載運輸中單次列車的運輸能力提升的瓶頸問題。原有的L0C0TR0L系統普遍采用450M/800M無線電臺模塊作為其通信設備。這種方式在中國鐵路應用存在著嚴重的不足(一)模擬通信之上已有傳統的列調、無線車次號傳輸、列尾風壓等應用，已處于不堪重負的狀態；(二)模擬通信的傳輸距離只有3-5公里， 并且隨著距離的增加，通信質量處于下降狀態；(三)模擬通信容易受到天氣、地形、電磁等干擾，信號穩定性差；(四)大秦線大多處于山區，地形復雜，隧道多，信號質量很差。因此原有的L0C0TR0L系統的通信系統并不適合在大秦線應用。
實用新型內容針對現有技術的缺陷，本實用新型提供一種機車同步操控通信裝置。本實用新型提供的機車同步操控通信裝置，包括用于將機車接入GSM-R網絡的GSM-R通信模塊；用于接收所述機車的指令并將該指令傳遞給所述GSM-R通信模塊、通過所述 GSM-R通信模塊完成所述機車和地面應用節點之間的無線數據通信的主控板；用于為所述GSM-R通信模塊和所述主控板供電的電源模塊；其中，所述主控板通過串口和所述GSM-R通信模塊連接，所述電源模塊分別與所述主控板、所述GSM-R通信模塊連接。如上所述的機車同步操控通信裝置，其中，所述主控板包括CPU、以太網卡、串口擴展板、存儲器、看門狗模塊、實時時鐘、復位按鍵，所述以太網卡、所述串口擴展板、所述存儲器、所述看門狗模塊、所述實時時鐘、所述復位按鍵分別與所述CPU連接。如上所述的機車同步操控通信裝置，其中，所述電源模塊包括EMI濾波器、電壓變換模塊，所述EMI濾波器與所述電壓變換模塊連接。如上所述的機車同步操控通信裝置，其中，該裝置還包括采集所述機車和所述地面應用節點之間的通信數據，并將所述通信數據傳輸到地面上的服務器上的監測板，所述監測板和所述GSM-R通信模塊連接。如上所述的機車同步操控通信裝置，其中，所述主控板、所述GSM-R通信模塊、所述電源模塊、所述監測板均為兩個；其中，兩個所述主控板之間通過以太網口連接。本實用新型提供的機車同步操控通信裝置采用GSM-R通信模塊和主控板將機車接入GSM-R網絡，實現了基于GSM-R網絡的機車與地面應用節點的通信。
圖1為本實用新型機車同步操控通信裝置的結構示意圖；圖2為本實用新型主控板2的結構示意圖；圖3為本實用新型電源模塊1的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。圖1為本實用新型機車同步操控通信裝置的結構示意圖，如圖1所示，該通信裝置包括用于將機車接入GSM-R網絡的GSM-R通信模塊3 ；用于接收機車的指令并將該指令傳遞給GSM-R通信模塊3、通過GSM-R通信模塊3完成機車和地面應用節點之間的無線數據通信的主控板2 ；用于為GSM-R通信模塊和主控板2供電的電源模塊1 ；其中，主控板2通過串口和GSM-R通信模塊3連接，電源模塊1分別與主控板2、GSM-R通信模塊3連接。工作原理具體如下打開電源，電源模塊1為主控板2和GSM-R通信模塊3供電，GSM-R通信模塊3對 GSM-R網絡附著，并對GSM-R通信模塊3上存儲的機車用戶進行身份認證，這種狀態下機車同步操控通信裝置等待機車的命令；機車同步操控通信裝置等待機車命令的狀態下，可以進行機車注冊；在機車注冊成功的狀態下，可以在機車和地面應用節點之間進行數據傳輸，具體包括將機車的數據傳輸到地面應用節點和將地面應用節點傳來的機車數據傳輸到機車兩個方面；完成機車和地面應用節點之間數據傳輸的狀態下，可以進行機車注銷。機車注銷成功的狀態下，可以關閉電源，完成關閉機車同步操控通信裝置。具體地，機車注冊的過程如下機車通過機車上安裝的L0C0TR0L系統中的CIOM向主控板2發送注冊命令，主控板2將注冊命令傳遞給GSM-R通信模塊3，GSM-R通信模塊3 向地面應用節點發起電路連接，完成撥號連接，電路連接好的狀態下，GSM-R通信模塊3向地面應用節點發送安全認證數據幀，地面應用節點返回認證成功數據給GSM-R通信模塊3， 完成同步操控安全認證，完成同步操控安全認證的狀態下，GSM-R通信模塊3發送注冊數據幀給地面應用節點，地面應用節點返回注冊成功數據幀給GSM-R通信模塊3，通過GSM-R通信模塊3注冊成功數據傳遞給主控板2，通過主控板2注冊成功數據傳遞給機車，機車得知注冊成功，完成同步操控用戶注冊。具體地，機車注銷的過程如下機車通過機車上安裝的L0C0TR0L系統中的CIOM向主控板2發送注銷命令，主控板2把注銷命令傳遞給GSM-R通信模塊3，通過GSM-R通信模塊3向地面應用節點發送注銷數據幀，地面應用節點將該機車刪除，地面應用節點向GSM-R 通信模塊3返回注銷成功數據幀，GSM-R通信模塊3將注銷成功數據幀傳遞給主控板2，主控板2將注銷成功數據幀傳遞給機車，機車同步操控通信裝置與地面應用節點之間的電路連接斷開，完成注銷。由上述的技術方案可知，本實用新型提供的機車同步操控通信裝置采用GSM-R通信模塊和主控板將機車接入GSM-R網絡，實現了基于GSM-R網絡的機車與地面應用節點的通信，可以解決L0C0TR0L系統在大秦線開行組合列車的系統通信問題。具體地，圖2為本實用新型主控板2的結構示意圖，如圖2所示，主控板2包括CPU 模塊21、以太網卡27、串口擴展板沈、存儲器Μ、看門狗模塊22、實時時鐘25、復位按鍵23， 以太網卡27、串口擴展板沈、存儲器Μ、看門狗模塊22、實時時鐘25、復位按鍵23分別與 CPU模塊21連接。具體地，圖3為本實用新型電源模塊1的結構示意圖，如圖3所示，電源模塊1包括EMI濾波器31、電壓變換模塊32，EMI濾波器31與電壓變換模塊32連接。主控板2單板可提供64MB/U8MB/256MB內存，提供8MB/16MB/32MB程序數據 FLASH以及512KB BOOT ROM,該單板還提供一條CPCI總線用于熱插IO板的擴展，對外提供 10個異步串行口(其中一個串行口作為調試用串行口)，兩個10M/100M兼容的以太網口， 8個可編程的I/O接口腳，兩個指示燈；CPU模塊21采用的是工業機的控制芯片，具體型號為MOTOROLA的PowerPC擬45，該控制芯片具備CPCI總線的仲裁控制、時鐘分配等功能；以太網卡27采用的是82559 ；串口擴展板沈采用的是2050。在上述實施例的基礎上，進一步地，機車同步操控通信裝置還可以包括采集機車和地面應用節點之間的通信數據，并將通信數據傳輸到地面上的服務器上的監測板，監測板和GSM-R通信模塊3連接。在上述實施例的基礎上，進一步地，主控板2、GSM-R通信模塊3、電源模塊1、監測板均為兩個；其中，兩個主控板之間通過以太網口連接；以實現熱備份，即其中的一個主控板或GSM-R通信模塊或電源模塊或監測板有故障時，都可以自動切換到沒有故障的相應模塊。在實際工程應用中，主控板2單板采用CPCI結構，支持HA功能；主控板2中的CPU 模塊21上安裝QNX嵌入式實時操作系統，該操作系統和CPU模塊21的控制芯片結合實現主控板2的控制功能，解決了移動信道的管理問題，包括鏈路建立、鏈路拆除、鏈路維護、鏈路切換等；其中的電源模塊1支持熱插拔，具體接線時為了接線方便可以將電源模塊1連接到電源背板上，經過電源背板后通過14PIN線纜端子將輸出弓丨出。在實際工程應用中，機車同步操控通信裝置放置在機箱中，主控板2位于機箱的中間，旁邊放置GSM-R通信模塊3，每個GSM-R通信模塊3占據三個CPCI槽位，各個板之間的連線通過系統背板實現，CPCI總線內部總線帶寬為2(ibpS ；機箱中還設置有防塵網，機箱采用的是帶孔外殼以便散熱，這樣使得機車同步操控通信裝置可以處于高溫、粉塵等惡劣自然環境下工作，同時解決了 GSM-R通信模塊3長時間處于不間斷發射狀態下應用場景下設備穩定性和可靠性問題。其中電源模塊1的指標如下輸入電壓類型110VDC(66-160VDC)。冗余設計電源系統為1+1備份設計，輸出功率150W，輸出電壓3. 3/5A ；5V/10A ;12/5A，實際可用功率為 140W。效率>80%;工作溫度/濕度濕度RH5-90 %。可維護性支持熱插拔，前面板維護。防護性能因直流外配防護裝置選型困難，電源模塊1設計中會考慮3KA的防護和增加開關設計安規認證具有CE或UL、TUV安規等多國承認安規認證。限制結構尺寸高3U (108mm)，系統寬度84. 67mm，深度172mm，系統采用4U高的機框。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制； 盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解: 其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求1.一種機車同步操控通信裝置，其特征在于，包括 用于將機車接入GSM-R網絡的GSM-R通信模塊；用于接收所述機車的指令并將該指令傳遞給所述GSM-R通信模塊、通過所述GSM-R通信模塊完成所述機車和地面應用節點之間的無線數據通信的主控板； 用于為所述GSM-R通信模塊和所述主控板供電的電源模塊；其中，所述主控板通過串口和所述GSM-R通信模塊連接，所述電源模塊分別與所述主控板、所述GSM-R通信模塊連接。
2.根據權利要求1所述的機車同步操控通信裝置，其特征在于，所述主控板包括CPU、以太網卡、串口擴展板、存儲器、看門狗模塊、實時時鐘、復位按鍵，所述以太網卡、所述串口擴展板、所述存儲器、所述看門狗模塊、所述實時時鐘、所述復位按鍵分別與所述CPU連接。
3.根據權利要求1所述的機車同步操控通信裝置，其特征在于，所述電源模塊包括EMI濾波器、電壓變換模塊，所述EMI濾波器與所述電壓變換模塊連接。
4.根據權利要求1所述的機車同步操控通信裝置，其特征在于，還包括采集所述機車和所述地面應用節點之間的通信數據，并將所述通信數據傳輸到地面上的服務器上的監測板，所述監測板和所述GSM-R通信模塊連接。
5.根據權利要求4所述的機車同步操控通信裝置，其特征在于，所述主控板、所述GSM-R通信模塊、所述電源模塊、所述監測板均為兩個； 其中，兩個所述主控板之間通過以太網口連接。
專利摘要本實用新型提供一種機車同步操控通信裝置，該通信裝置包括用于將機車接入GSM-R網絡的GSM-R通信模塊；用于接收所述機車的指令并將該指令傳遞給所述GSM-R通信模塊、通過所述GSM-R通信模塊完成所述機車和地面應用節點之間的無線數據通信的主控板；用于為所述GSM-R通信模塊和所述主控板供電的電源模塊；其中，所述主控板通過串口和所述GSM-R通信模塊連接，所述電源模塊分別與所述主控板、所述GSM-R通信模塊連接。本實用新型提供的機車同步操控通信裝置采用GSM-R通信模塊和主控板將機車接入GSM-R網絡，實現了基于GSM-R網絡的機車與地面應用節點的通信。
文檔編號H04W56/00GK202035141SQ20112011179
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者姜永福, 許志加, 路曉彤, 鐘彬, 黃威 申請人:北京錦鴻希電信息技術股份有限公司, 鐵道部運輸局