MÓDULO DE ENTRADAS Y SALIDAS PARA SISTEMAS DE MONITORIZACIÓN Y CONTROL DE VEHÍCULOS FERROVIARIOS.
Módulo de entradas y salidas para sistemas de monitorización y control de vehículos ferroviarios,
constituido por una placa (11) de conexiones que presenta unas ranuras (12) de conexión rápida para la interconexión de una tarjeta (8) de control y comunicaciones, una tarjeta (9) de alimentación y una serie de tarjetas (10) de entradas y salidas; en donde la placa (11) de conexiones presenta un bus de comunicaciones SPI (Interfaz periférico serial) mediante el cual un controlador maestro ubicado en la tarjeta (8) de control y comunicaciones se comunica selectivamente con unos controladores esclavos ubicados en respectivas tarjetas (10) de entradas y salidas.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100769.
Solicitante: CAF POWER & AUTOMATION, S.L.U.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: SISTIAGA SAMSO,Aitor, RABANO RUBIO,Francisco Javier.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G05B19/05 FISICA. › G05 CONTROL; REGULACION. › G05B SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS FUNCIONALES DE TALES SISTEMAS; DISPOSITIVOS DE MONITORIZACION O ENSAYOS DE TALES SISTEMAS O ELEMENTOS (dispositivos de maniobra por presión de fluido o sistemas que funcionan por medio de fluidos en general F15B; dispositivos obturadores en sí F16K; caracterizados por particularidades mecánicas solamente G05G; elementos sensibles, ver las subclases apropiadas, p. ej. G12B, las subclases de G01, H01; elementos de corrección, ver las subclases apropiadas, p. ej. H02K). › G05B 19/00 Sistemas de control por programa (aplicaciones específicas, ver los lugares apropiados, p. ej. A47L 15/46; relojes que implican medios anejos o incorporados que permiten hacer funcionar un dispositivo cualquiera en un momento elegido de antemano o después de un intervalo de tiempo predeterminado G04C 23/00; marcado o lectura de soportes de registro con una información digital G06K; registro de información G11; interruptores horarios o de programa horario que se paran automáticamente cuando el programa se ha realizado H01H 43/00). › Controladores lógicos programables, p. ej. que simulen las interconexiones lógicas de señales según diagramas en escalera o gráficos de funciones.
- G06F13/362 G […] › G06 CALCULO; CONTEO. › G06F PROCESAMIENTO ELECTRICO DE DATOS DIGITALES (sistemas de computadores basados en modelos de cálculo específicos G06N). › G06F 13/00 Interconexión o transferencia de información u otras señales entre memorias, dispositivos de entrada/salida o unidades de procesamiento (circuitos de interfaz para dispositivos de entrada/salida específicos G06F 3/00; sistemas multiprocesadores G06F 15/16). › con control centralizado de acceso.
Fragmento de la descripción:
MÓDULO DE ENTRADAS Y SALIDAS PARA SISTEMAS DE MONITORIZACIÓN Y CONTROL DE VEHÍCULOS FERROVIARIOS
Sector de la técnica La presente invención está relacionada con los sistemas de monitorización y control de vehículos ferroviarios, tales como trenes, metros o tranvías, proponiendo un módulo de entradas y salidas que permite la conexión segura y la comunicación eficiente entre los distintos equipos que componen el vehículo ferroviario.
Estado de la técnica
El avance de las nuevas tecnologías de la información y comunicación ha provocado un cambio en diferentes campos de la técnica y el sector ferroviario no es una excepción. Hace unas décadas el equipamiento electrónico de los vehículos ferroviarios era reducido, por lo que no era necesario disponer complejos sistemas de comunicación para controlar los equipos embarcados en el vehículo.
El aumento de diferentes equipos embarcados creó la necesidad de disponer un estándar internacional de comunicaciones para interconectar los equipos embarcados de diferentes fabricantes, el estándar IEC 61375, también conocido como TCN ("Train Communication Network") .
El objetivo del estándar TCN es permitir la compatibilidad y la comunicación entre los equipos instalados en el mismo o en diferentes vehículos, como puede ser el sistema de control de la tracción,
sistemas de apertura de puertas, alumbrado, así otros dispositivos auxiliares del tren.
La comunicación entre los sistemas embarcados se realiza mediante una arquitectura de buses jerarquizada en dos niveles, un bus de tren que conecta diferentes vehículos entre sí, y un bus de vehículo que interconecta los sistemas embarcados en un vehículo o grupo de vehículos.
El bus de comunicaciones utilizado como bus de vehículo puede estar basado en un bus MVB
( "Mul tifunction Vehicle Bus") , CAN ("Controller Area Network") o Ethernet. Además, independientemente del bus utilizado como bus de vehículo, en muchos casos es necesario disponer de una pasarela entre el bus de vehículo y dispositivos auxiliares del tren, pudiéndose utilizar como medio para dicha pasarela un bus CAN, RS485/422 o Ethernet.
Por lo tanto se hace necesario disponer de un módulo de entradas y salidas que permita gestionar los diferentes buses de comunicación existentes en un vehículo y que permita interconectar de una manera rápida y segura los diferentes sistemas embarcados en el vehículo.
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un módulo de entradas y salidas, de espacio reducido y bajo coste, para sistemas de monitorización y control de vehículos ferroviarios, el cual permite la gestión de los diferentes buses de comunicación y la comunicación efectiva con los diferentes sistemas embarcados.El módulo de entradas y salidas para sistemas de monitorización y control de vehículos ferroviarios está constituido por una placa de conexiones que presenta unas ranuras de conexión rápida, para la interconexión de una tarjeta de control y comunicaciones, una tarjeta de alimentación y una serie de tarjetas de entradas y salidas, las cuales pueden ser tarjetas de entradas digitales, tarjetas de entradas analógicas, tarjetas de salidas digitales y tarjetas de salidas analógicas. La placa de conexiones presenta un bus de comunicaciones SPI mediante el cual una controlador maestra ubicada en la tarjeta de control y comunicaciones se comunica selectivamente con unas controladores esclavas ubicadas en respectivas tarjetas de entradas y salidas.
Para que la tarjeta de control y comunicaciones pueda comunicarse con una de las tarjetas de entradas y salidas se ha previsto que cada una de estas tarjeta de entradas y salidas disponga de un comparador, en el cual se compara una señal SPI_ADD, en donde se encuentra codificada la dirección de la ranura correspondiente a la tarjeta de entradas y salidas a la que quiere acceder la controlador maestra, y una señal BP_ADD, en donde se indica la dirección de la ranura en la que está físicamente insertada la tarjeta de entradas y salidas.
De esta manera se consigue dotar de una gran flexibilidad y configurabilidad al modulo de entradas y salidas, ya que es posible colocar las tarjetas de entradas y salidas en cualquier ranura de conexión rápida de la placa de conexiones con independencia del tipo de tarjeta de entradas y salidas de que se trate.Descripción de las figuras La figura 1 muestra la arquitectura de un sistema de monitorización y control de un vehículo ferroviario.
La figura 2 es un diagrama de bloques en donde se muestran los distintos componentes que constituyen el módulo de entradas y salidas de la presente invención.
La figura 3 muestra un esquema de comunicaciones internas SPI entre los distintos componentes que forman parte del módulo de entradas y salidas.
La figura 4 muestra una vista esquemática de los bloques que constituyen la tarjeta de alimentación del módulo de entradas y salidas.
La figura 5 muestra una vista esquemática de la tarjeta de control y comunicaciones del módulo de entradas y salidas.
La figura 6 muestra un esquema de los buses de
comunicación del microproces ador de la tarjeta de
control y comunicaciones.
Descripción detallada de la invención
La figura 1 muestra un diagrama de bloques con la arquitectura de un sistema de monitorización y control de un vehículo ferroviario basado en el estándar de comunicaciones de tren TCN ("Train Communication network") , concretamente se muestra una composición ( 1) de tren que presenta unos módulos (2) de entradas y salidas que se encargan de establecer la conexión física entre el sistema de control y los distintos sistemas (3) embarcados del tren, como pueden ser equipos de tracción, sistema de aire acondicionado, sistema de apertura de puertas, sistema de frenos, alumbrado u otros equipos auxiliares del tren.
Los módulos (2) de entradas y salidas están adaptados para enviar y recibir información de los sistemas (3) embarcados del tren, está información es enviada a una unidad (4) de control que se encarga de ejecutar la lógica de funcionamiento global del tren comandando los distintos sistemas (3) embarcados del tren. Mediante una serie de repetidores (5) de señal se va replicando puntualmente la información para mantener un nivel de señal óptimo a lo largo de todos los coches que componen una composición (1) de tren. Cuando varias composiciones (1) de tren se encuentran acopladas, la información gestionada por los módulos (2) de entradas y salidas de una de las composiciones (1) de tren puede ser enviada a otra composición (1) mediante unas pasarelas (7) de información.
La unidad (4) de control está asociada a una interfaz (6) de usuario (HMI "Human Machine Interface") en donde se monitoriza toda la información relacionada con el vehículo, estado de equipos, alarmas, avisos, etc.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques con los distintos componentes del módulo (2) de entradas y salidas, en donde se observa cómo este módulo (2) está
constituido por una tarjeta (8) de control y
comunicaciones, una tarjeta (9) de alimentación, una
serie de tarjetas (10) de entradas y salidas y una
placa (11) de conexiones o "backplane", queinterconecta las diferentes tarjetas componentes del
módulo (2) de entradas y salidas mediante unas ranuras (12) de conexión rápida ("slots") , sin la necesidad de emplear ningún tipo de cableado interno, lo cual facilita el montaje, fiabilidad y mantenimiento del módulo. La placa (11) de conexiones también es la encargada de llevar la tensión de alimentación desde la tarjeta (9) de alimentación hasta las tarjetas (10) de entradas y salidas y hasta la tarjeta (8) de control y comunicaciones.
El módulo (2) de entradas y salidas va integrado en un rack que le aporta versatilidad mediante la adición o supresión de tarjetas (10) de entradas y salidas en función de las necesidades, pudiendo ser las tarjetas (10) , tarjetas de entradas digitales, tarjetas de salidas digitales, tarjetas de entradas analógicas o tarjetas de salidas analógicas. Así mismo, el módulo (2) de entradas y salidas digitales presenta una gran densidad de interfaces a buses externos, permitiendo el
intercambio de información efectiva entre la unidad (4)
de control y los diferentes sistemas (3) embarcados en
el tren.
El módulo (2) de entradas y salidas hace de pasarela de información entre la unidad (4) de control del tren y los sistemas ( 3) embarcados en el tren. La comunicación entre el módulo (2) de entradas y salidas y la unidad (4) de control...
Reivindicaciones:
1. . Módulo de entradas y salidas para sistemas de monitorización y control de vehículos ferroviarios, caracterizado porque está constituido por una placa
(11) de conexiones que presenta unas ranuras (12) de conexión rápida para la interconexión de una tarjeta
(8) de control y comunicaciones, una tarjeta ( 9) de alimentación y una serie de tarjetas (10) de entradas y salidas; en donde la placa (11) de conexiones presenta un bus (13) de comunicaciones SPI (Interfaz periférico serial) mediante el cual un controlador maestro (14) ubicado en la tarjeta ( 8) de control y comunicaciones se comunica selectivamente con unos controladores esclavos (15) ubicados en respectivas tarjetas (10) de entradas y salidas.
2. . Módulo de entradas y salidas para sistemas de monitorización y control de vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque cada tarjeta (10) de entradas y salidas presenta un comparador (16) en donde se compara una señal SPI ADD con la dirección de la ranura (12) correspondiente a la tarjeta (10) de entradas y salidas a la que quiere acceder la unidad (14) de control maestra y una señal BP_ADD que indica la dirección de la ranura (12) en la que está insertada la tarjeta (10) de entradas y salidas.
3. . Módulo de entradas y salidas para sistemas de monitorización y control de vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque las de tarjetas (10) de entradas y salidas, son tarjetas de entradas digitales, tarjetas de entradas analógicas, tarjetas de salidas digitales y tarjetas de salidas analógicas.
4. . Módulo de entradas y salidas para sistemas de monitorización y control de vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la tarjeta (9) de alimentación presenta en su parte frontal un conector auxiliar (9. 3) para una unidad de programación (9. 4) JTAG que hace de único punto de acceso para la programación de las tarjetas (10) de entrada y salida, y un conector (9. 2) para una tensión (Vbat) de alimentación de entrada, la cual es procesada por un bloque (9.6) de filtrado y protección frente a inversión de polaridad y sobretensiones, por un bloque (9. 7) conversor de tensión y por un filtro (9.8) de compatibilidad electromagnética.
5. . Módulo de entradas y salidas para sistemas de monitorización y control de vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la tarjeta (8) de control y comunicaciones
integra un microprocesador (8. 1) , una FPGA (8. 2) (Field
Programable Gate Array) , una memoria Flash (8.3) y una
memoria SDRAM (8. 4) (memoria dinámica de acceso
aleatorio con interfaz síncrona) .
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