基于冗余PLC的游览车双向驾驶系统的制作方法

基于冗余plc的游览车双向驾驶系统
技术领域
1.本发明涉及一种性能先进、成本较低、安全可靠，并且适用性强的控制系统，实现基于冗余plc配置的游览车双向驾驶切换功能，提升游览车控制系统实用性、可靠性、安全性及市场竞争力的基于冗余plc的游览车双向驾驶系统。


背景技术：

2.目前，大型游览车的控制系统大致划分为基于城轨车辆的控制系统、基于工业控制器的控制系统以及基于发动机纯硬线的控制系统三类。
3.基于城轨车辆的控制系统，其控制电压多为车载辅助蓄电池提供的110v直流电源，通过驾驶室的开关按钮，接通蓄电池，使控制系统得电启动，进而通过钥匙开关激活操作端驾驶室，而另一端驾驶室将暂时处于无法激活状态。该类控制系统中的设备多为城轨交通领域的特种设备，系统成本高、电路复杂，不太适用于大型游览车的驱动控制。
4.基于工业控制器的控制系统，其控制电压多为开关电源提供的直流24v电源，通过驾驶室的开关按钮，使控制系统得电启动，进而接通驱动电源。该类控制系统基本以单向驾驶为主，没有双向驾驶控制权切换功能，电源也没有冗余配置，系统成本较低，是大型游览车的主流控制方式。
5.基于发动机的纯硬线控制系统，其控制电压多为直流24v电源，通过启动发动机，使其自带的小发电机持续输出电源，使控制电路得电，进而通过驾驶室的开关按钮，实现车辆的基本操控。该类控制电路较多应用于工程救援车，没有双向驾驶控制权切换功能。


技术实现要素：

6.设计目的：避免背景技术中的不足之处，针对储能式供电的大型游览车控制需求，设计一套性能先进、成本较低、安全可靠，并且适用性强的控制系统，实现基于冗余plc配置的游览车双向驾驶切换功能，提升游览车控制系统实用性、可靠性、安全性及市场竞争力的基于冗余plc的游览车双向驾驶系统。
7.即前、后端驾驶室控制权切换电路，实现在任意一端驾驶室均可启动控制系统（唤醒功能），在操控端的驾驶室操作钥匙开关，通过控制器的逻辑程序运算后，该端驾驶室的控制权限将被激活（激活功能），另一端的驾驶室将暂时无法进行相关操作；同时，系统还设置有紧急牵引模式和救援模式，并可在任意一端驾驶室启动紧急牵引模式和救援模式，提升游览车控制系统的安全性、可操控性。
8.设计方案：为了实现上述设计目的。本发明是在基于工业控制器控制系统的基础上，优化改进其不足，消化吸收基于城轨车辆控制系统的控制策略和电路优势，形成的一套高度适用于蓄电池作为动力源的大型游览车控制需求，并具有可靠性高、成本低、实用性强的冗余plc的游览车双向驾驶控制系统。即针对基于工业控制器的控制系统未配置冗余plc的情况，在车辆两端mc1和mc2的制柜中，各配置一台plc，在各车厢的控制箱（柜）内配置一台通讯单元模块，通过设置的环形通讯网络将各驱动单元、控制单元串接起来，形成一套基
于环形通讯网络结构的冗余控制系统，提升游览车控制系统的可靠性。
9.1、在车辆两端的控制柜内，各配置一台plc，各车厢内配置一台通讯单元模块，整车设置一条用于控制系统通讯的环形通讯网络，通过环形通讯网络将各驱动单元、控制单元串接起来，形成一套基于环形通讯网络的冗余控制系统。两台plc相互冗余，并行处理相同的项目数据和相同的用户程序，并通过环形通讯网络的连接进行同步，当任意一台plc故障时，另一台plc会接替它对过程进行控制，提升控制系统的可靠性。
10.2、针对大型游览车双向驾驶的控制需求，设置唤醒、激活两步操作控制流程，在任意一端驾驶室均可进行唤醒操作，随即车辆控制系统启动运行；在操控端的驾驶室操作激活钥匙开关，将信号输入至控制器并通过程序逻辑运算后，该端驾驶室控制权限将被激活，另一端的驾驶室将暂时无法进行任何操作；同时，系统还设置有紧急牵引模式和救援模式，满足任意一端驾驶室均可启动紧急牵引模式和救援模式，提升游览车控制系统的安全性和可控性。
11.3、为了保障车辆的运行安全，不管车辆哪一端被激活，只要拍下任何一端驾驶室的蘑菇头急停开关，主电源接触器都会失电断开，恢复时，需重新激活驾驶室控制权。
12.4、为了提升系统可靠性，还设置有紧急牵引模式和救援模式。紧急牵引模式是在车辆控制系统通信网络故障的情况下，通过硬线电路将车辆运行指令直接发送到驱动器，实现车辆的紧急牵引；救援模式是在车辆供电电路完全故障，并且紧急牵引模式也失效的情况下，救援车辆向故障车辆提供控制电源，以实现车辆的基本控制和制动缓解，便于救援车辆牵引。
13.技术方案：一种基于冗余plc的游览车双向驾驶系统，包括大型游览车车辆，所述大型游览车车辆两端mc1和mc2的制柜中，各配置一台plc，在各车厢的控制箱或控制柜内配置一台通讯单元模块，通过设置的环形通讯网络将plc中的各驱动单元、控制单元串接起来，形成一套基于环形通讯网络结构的冗余控制系统，两台plc相互冗余，并行处理相同的项目数据和相同的用户程序，并通过环形通讯网络的连接进行同步，当任意一台plc故障时，另一台plc会接替它对过程进行控制。
14.本发明与背景技术相比，一是采用双plc的冗余设计思路，提高控制系统的可靠性；二是采用一套环形通讯网络，将控制、驱动等设备连接起来，提高系统稳定性；三是系统设置唤醒操作方式，实现在任意一端驾驶室均可启动控制系统；四是针对游览车双向驾驶控制需求，设计了一套基于plc控制的控制权切换电路；五是设置了一套基于硬线控制的驱动控制方式，实现车辆网络故障后的紧急牵引。
附图说明
15.图1是整车控制系统网络拓扑图。
16.图2是系统配电电路图。
17.图3是系统唤醒及救援模式切换电路图。
18.图4是双向驾驶控制权切换电路图。
19.图5是mc1端紧急牵引电路图。
具体实施方式
20.实施例1：参照附图1-5。一种基于冗余plc的游览车双向驾驶系统，包括大型游览车车辆，所述大型游览车车辆两端mc1和mc2的制柜中，各配置一台plc，在各车厢的控制箱或控制柜内配置一台通讯单元模块，通过设置的环形通讯网络将plc中的各驱动单元、控制单元串接起来，形成一套基于环形通讯网络结构的冗余控制系统，两台plc相互冗余，并行处理相同的项目数据和相同的用户程序，并通过环形通讯网络的连接进行同步，当任意一台plc故障时，另一台plc会接替它对过程进行控制。
21.即：针对冗余plc的功能实现，在车辆两端mc1、mc2司控室的配电柜内，各配置一台西门子s7-1500r/h系列plc，在各车厢控制箱（柜）内均配置一台通讯单元模块及若干台输入输出模块，整车控制系统网络拓扑见图1所示。整车设置一条用于控制系统通讯的环形通讯网络，通过环形通讯网络将各车厢的驱动单元、控制单元及触摸屏等设备串接起来，形成一套基于环形通讯网络的冗余控制系统。输入模块采集各车厢的状态信号，并将采集到的信号经通讯单元模块传输至冗余plc，经程序的逻辑运算后，再将运算后的控制指令经通讯单元模块传输至各车厢的输出模块，控制相应的电气元件动作，而两台冗余plc会并行处理相同的项目数据和相同的用户程序，并通过环形通讯网络进行同步。两台plc中的一台发生故障或环形通讯网络断开，另一台plc会接替它对过程进行控制，不会影响系统的正常过程运行。s7-1500r/h 冗余系统可提供高度的可靠性和系统可用性。
22.在冗余系统中，两台plc中的一台将作为主plc角色。另一台plc将作为跟随plc（备用plc）。在操作过程中，各plc的角色可变更。由于主plc与备用plc间进行同步，因此可确保主plc发生故障时可在plc间快速切换。如果主plc发生故障，则备用 plc将作为新的主plc继续进行过程控制。
23.所述大型游览车车辆两端mc1和mc2的制柜中设置唤醒、激活两步操作控制流程，在任意一端驾驶室均可进行唤醒操作，随即车辆控制系统启动运行；在操控端的驾驶室操作激活钥匙开关，将信号输入至控制器并通过程序逻辑运算后，该端驾驶室控制权限将被激活，另一端的驾驶室将暂时无法进行任何操作；同时，系统还设置有紧急牵引模式和救援模式，满足任意一端驾驶室均可启动紧急牵引模式和救援模式，提升游览车控制系统的安全性和可控性。
24.即：在双向驾驶控制电路中，设置唤醒、激活两步操作控制流程，详细电路连接关系见图3（系统唤醒及救援模式切换电路）和图4（双向驾驶控制权切换电路）。从图中可见，在任意一端驾驶室均可进行唤醒操作，打开唤醒开关（s110或s310），车辆的控制电源接触器km2得电吸合，再从图2（系统配电电路图）中可见整车的kd110v控制电源接通，随即全车控制系统唤醒运行并对车辆状态进行自检，待自检完成并检测到两端驾驶室的开关按钮均置于安全位后，车辆控制系统具备激活操作条件。需要激活操作时，只需在操控端的驾驶室操作激活钥匙开（s111或s311）关，激活mc1端时，打开激活钥匙开关s111，开关信号输入至控制器a1并通过程序的逻辑运算后，控制主电源接触器km1和mc1激活状态继电器k101吸合；激活mc2端时，打开激活钥匙开关s311，开关信号输入至控制器c1并通过程序的逻辑运算后，控制主电源接触器km1和mc2激活状态继电器k301吸合，当km1吸合时，整车的qd630v驱动电源接通，车辆具备驱动走行条件。任何情况下，mc1和mc2两端驾驶室只能激活一端，而另一端将暂时不具备激活条件。
25.不管车辆哪一端被激活，只要拍下任何一端驾驶室的蘑菇头急停开关，主电源接触器都会失电断开，恢复时，需重新激活驾驶室控制权。
26.即：为了保障车辆的运行安全，不管车辆的哪一端驾驶室被激活，只要拍下任何一端驾驶室的蘑菇头急停开关（s107或s307），主电源接触器km1和激活端的激活状态继电器（k101或k301）都会失电断开。恢复时，先将车辆两端驾驶室的开关按钮均置于安全位（包括激活钥匙开关s111或s311），再将拍下的蘑菇头急停开关（s107或s307）复位，最后，按照车辆激活流程正常操作即可。
27.所述大型游览车车辆的前、后端设置有紧急牵引模式和救援模式，紧急牵引模式是在车辆控制系统通信网络故障的情况下，通过硬线电路将车辆运行指令直接发送到驱动器，实现车辆的紧急牵引。所述大型游览车车辆的前、后端设置救援模式，即救援模式是在车辆供电电路完全故障，并且紧急牵引模式也失效的情况下，救援车辆向故障车辆提供控制电源，以实现车辆的基本控制和制动缓解，便于救援车辆牵引。
28.即：为了提升系统可靠性，系统还设置有紧急牵引模式和救援模式。
29.紧急牵引模式是在车辆环形通讯网络故障的情况下，通过硬线连接将车辆运行指令直接给到驱动器（inv1-inv4），以实现车辆的紧急牵引控制。以mc1端启动紧急牵引模式为例，详细电路见图5（mc1端紧急牵引电路），在未启动紧急牵引模式前，主令手柄的控制信号只发送至冗余plc系统，经程序的逻辑运算后，控制信号通过环形通讯网络控制驱动器运行；当在mc1端的驾驶室打开紧急牵引开关s117时，紧急牵引继电器k120得电吸合，表示mc1端已启动紧急牵引模式，主令手柄的控制信号将同时发送至冗余plc系统和驱动器（inv1-inv4），因驱动器的硬线控制权限比通讯控制权限高，在紧急牵引模式下，驱动器将执行硬线控制指令驱动车辆行驶。同样，当在mc2端的驾驶室打开紧急牵引开关s317时，紧急牵引继电器k320吸合，表示mc2端已启动紧急牵引模式。不管是在哪一端驾驶室启动紧急牵引模式，控制系统都将使主电源接触器km1得电吸合，车辆驱动器（inv1-inv4）得电启动，实现车辆的紧急牵引。
30.救援模式是在车辆控制电路出现故障，且紧急牵引模式也失效的情况下，通过救援车辆提供的yjd110电源，启动整车的控制设备，实现屏蔽门开闭及制动器缓解等简单操作。不管车辆哪一端被激活，只要在车辆的任一端驾驶室打开救援开关（s112或s312），mc1端的救援电源接触器km3和mc2端的救援电源接触器km4将同时吸合，整车jyd110v救援控制电源接通，控制系统随即启动，此时可实现车辆的基本控制（高压设备除外）。考虑到电路安全性，控制电源接触器km2将失电断开。
31.需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。