專利名稱：嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道交通領(lǐng)域，尤其涉及嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
軌道交通運(yùn)營(yíng)進(jìn)入"網(wǎng)絡(luò)化"時(shí)代，給運(yùn)營(yíng)管理提出了挑戰(zhàn)，從單線運(yùn)營(yíng)變?yōu)?網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)。北京、上海、廣州這些城市近年也已經(jīng)從單純建設(shè)某一條地鐵線向城市 軌道交通網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。
隨著城市軌道網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，城市軌道的資源共享和互聯(lián)互通問題也被提上日 程。目前，在我國(guó)已經(jīng)或正在建設(shè)城市軌道交通線路的城市中，車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 的核心產(chǎn)品和技術(shù)基本上都是由國(guó)外引進(jìn)，且每條線路的系統(tǒng)制式和供貨商都不盡 相同，尤其在現(xiàn)有換乘車站，采集數(shù)據(jù)的通信接口和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不利于信息 傳遞和共享，而這種狀況直接影響了城市軌道網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。
從軌道交通公司的經(jīng)營(yíng)上看，也需要各條線路間互聯(lián)互通，以達(dá)到各條線路運(yùn) 營(yíng)人員統(tǒng)一調(diào)配、各條線路設(shè)備維護(hù)方法統(tǒng)一、維修備件通用，也就是實(shí)現(xiàn)資源共 享，才能提高運(yùn)輸效率、降低運(yùn)營(yíng)成本。城市軌道交通車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)制式的統(tǒng) 一或兼容，將成為發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種安全、可靠的 嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控 制方法，其特征在于，該控制方法包括
(1) 利用PLC通信模塊、A/DI/0模塊從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集狀態(tài)數(shù)據(jù)；
(2) 通過控制過程模塊執(zhí)行控制邏輯運(yùn)算；
(3) 處理后的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過OPC通信模塊及SNMP通信模塊，與上層調(diào)
4度管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并接收上層調(diào)度管理系統(tǒng)向I/O設(shè)備輸出的控制指令；
(4)該控制命令通過PLC通信模塊或是A/D I/O模塊傳遞給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 所述的PLC通信模塊提供PLC寄存器讀寫的相關(guān)服務(wù)，通過讀取配置文件，
根據(jù)配置文件指定的產(chǎn)品型號(hào)和內(nèi)存地址及長(zhǎng)度，調(diào)用相關(guān)的API函數(shù)，讀取或
者設(shè)置PLC寄存器的數(shù)據(jù)。
所述的A/D I/O模塊采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)或輸出控制信號(hào)，所述的A/D I/O模塊包括
模擬量輸入設(shè)備、模擬量輸出設(shè)備、開關(guān)量輸入設(shè)備、開關(guān)量輸出設(shè)備。 所述的控制過程模塊對(duì)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存與預(yù)處理，包括-
(1) 濾波功能子模塊
對(duì)于開關(guān)量，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)，然后有變化則處理變化數(shù)據(jù)，定 時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)；
對(duì)于模擬量，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)，過濾毛刺，然后有變化則處理變 化數(shù)據(jù)，定時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)；
(2) 雪崩過濾功能子模塊 當(dāng)設(shè)施或設(shè)備被開啟或關(guān)閉時(shí)，過濾所有相關(guān)的報(bào)警或限制開關(guān)量及模擬量的
變化狀態(tài)值，以阻止可預(yù)見性事件的雪崩，并提供可編程支持。
所述的OPC通信模塊同時(shí)實(shí)現(xiàn)OPC Server和OPC Client,使嵌入式車站信息
集合器具備完整的OPC通信能力。
所述的SNMP通信模塊同時(shí)實(shí)現(xiàn)SNMP Agent和SNMP Server,使嵌入式車站
信息集合器具備完整的SNMP通信能力。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)軌道交通領(lǐng)域運(yùn)營(yíng)、管理與維護(hù)的自動(dòng)
化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化要求，采用嵌入式技術(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)化信息共
享平臺(tái)，提供面向客戶的集中設(shè)備監(jiān)控維護(hù)的解決方案，提高緊急事故的應(yīng)對(duì)能力，
來提高軌道交通車站設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性、實(shí)用性，提升軌道交通的整體運(yùn)
營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法的工作原理圖; 圖2是本發(fā)明嵌入式車站信息集合器的現(xiàn)場(chǎng)連接圖； 圖3是本發(fā)明嵌入式車站信息集合器的硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法的軟件模塊圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
如附圖1所示，嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法的工作原理，是作為通 用的軌道交通車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用網(wǎng)關(guān)，利用嵌入式技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)的通信媒介 和規(guī)約，實(shí)現(xiàn)底層異構(gòu)設(shè)備的同質(zhì)化，供上層調(diào)度管理系統(tǒng)使用，為軌道交通的網(wǎng) 絡(luò)化運(yùn)營(yíng)管理提供信息互連互通的技術(shù)保障。
具體來講，該嵌入式車站信息集合器的功能可以概括為i/o數(shù)據(jù)的采集、控制
運(yùn)算、1/0數(shù)據(jù)的輸出等功能，并包含一些輔助功能，如自診斷功能等。
I/O數(shù)據(jù)的采集與輸出由嵌入式車站信息集合器按照配置來實(shí)現(xiàn)，通過接入 PLC設(shè)備，或直接接入現(xiàn)場(chǎng)智能I/0設(shè)備，來獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息，并下達(dá)設(shè) 備控制指令。對(duì)采集的I/0信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理過程，并將這些信號(hào)進(jìn)行質(zhì) 量判斷并濾波、轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量綱的工程值后，通過標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議輸出給上層調(diào)度 管理系統(tǒng)使用。見附圖2。其中，
嵌入式車站信息集合器與上層系統(tǒng)之間的接口采用以太網(wǎng)接口進(jìn)行通信;對(duì)于 實(shí)時(shí)性要求較高的設(shè)備狀態(tài)采集，采用標(biāo)準(zhǔn)SNMP協(xié)議進(jìn)行信息傳遞；對(duì)于可靠 性要求較高的設(shè)備控制命令，采用標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議進(jìn)行信息傳遞；
嵌入式車站信息集合器與現(xiàn)場(chǎng)PLC設(shè)備之間主要采用以太網(wǎng)進(jìn)行通信，支持 EthernetIP、 Modbus TCP/IP、 CIP等協(xié)議。同時(shí)，為兼容目前市面上的大部分PLC， 提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口 ，用于與PLC設(shè)備進(jìn)行通信。
慢速的RS232/485/422設(shè)備，可以直接連接到嵌入式車站信息集合器上?；蚴?br> 通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)的接口 ，同時(shí)使用相應(yīng)的OPC或DDE驅(qū)動(dòng)軟件接入 嵌入式車站信息集合器。
嵌入式車站信息集合器可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線類型的通訊板卡及OPC或DDE驅(qū)動(dòng) 軟件，接入現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。例如Omron公司的DeviceNet， Siemens公司的Profibus等。
整個(gè)嵌入式車站信息集合器基于X86架構(gòu)，采用 總線，主要部件組成圖 見附圖3。包括主控模塊(含X86兼容64位微處理器及DRAM)，存儲(chǔ)模塊(含 工業(yè)級(jí)CF卡)，電源模塊(采用220V交流輸入，5V直流輸出)，以及以太網(wǎng)通信模塊(用于提供以太網(wǎng)接口)，串口通信模塊(提供232、 422、 485等各類接口) 等，并可以根據(jù)需要擴(kuò)展工業(yè)總線通信模塊，提供工業(yè)總線通信接口。
由于采用CPCI總線，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要采集的點(diǎn)數(shù)，對(duì)通信模塊進(jìn)行擴(kuò)展。
嵌入式車站信息集合器采用Windows XP Embedded操作系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)C十 +進(jìn)行開發(fā)，支持跨平臺(tái)移植(包括Reworks、 Linux、 VxWorks等)。
嵌入式車站信息集合器采取分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把上層的應(yīng)用程序與硬件及操作系 統(tǒng)相關(guān)的接口完全封裝起來，將底層實(shí)際的不同驅(qū)動(dòng)抽象成對(duì)上層的統(tǒng)一接口。硬 件變化或操作系統(tǒng)改變只需將硬件依賴型接口內(nèi)部改變即可，這樣就能滿足程序運(yùn) 行于不同操作系統(tǒng)上的需要，并且可以是在不同系統(tǒng)下采用統(tǒng)一的接口。
主要工作原理如下首先利用PLC通信模塊、A/D I/O模塊從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集狀 態(tài)數(shù)據(jù)，然后通過控制過程模塊執(zhí)行控制邏輯運(yùn)算。處理后的狀態(tài)數(shù)據(jù)，將通過 OPC通信模塊及SNMP通信模塊，與上層調(diào)度管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并接收上 層調(diào)度管理系統(tǒng)向I/O設(shè)備輸出的控制指令。該控制命令將通過PLC通信模塊或 是A/D I/O模塊最終傳遞給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
嵌入式車站信息集合器的軟件結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。其中，
PLC通信模塊
用于提供PLC寄存器讀寫的相關(guān)服務(wù)。通過讀取配置文件，根據(jù)配置文件指 定的產(chǎn)品型號(hào)和內(nèi)存地址及長(zhǎng)度，調(diào)用相關(guān)的API函數(shù)，讀取或者設(shè)置PLC寄存 器的數(shù)據(jù)。
A/D I/O模塊
用于采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)或輸出控制信號(hào)(及一些其它的混合信號(hào)類型輸入輸出設(shè)備 或特殊I/0設(shè)備)，主要包括模擬量輸入設(shè)備(Analog Input, AI)、模擬量輸出 設(shè)備(Analog Output, AO)、開關(guān)量輸入設(shè)備(Digital I叩ut， DI)、開關(guān)量輸出 設(shè)備(Digital Output, DO)。
控制過程模塊
負(fù)責(zé)對(duì)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存與預(yù)處理，主要包括 (1)濾波功能
對(duì)于開關(guān)量，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)，然后有變化處理變化數(shù)據(jù)，定時(shí) 處理一次全體數(shù)據(jù)。對(duì)于模擬量，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)，過濾毛刺，然后有變化處理變化 數(shù)據(jù)，定時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)。 (2)雪崩過濾功能
當(dāng)設(shè)施或設(shè)備被開啟或關(guān)閉時(shí)，過濾所有相關(guān)的報(bào)警或限制開關(guān)量及模擬量的 變化狀態(tài)值，以阻止可預(yù)見性事件的雪崩，并提供可編程支持。
OPC通信模塊
同時(shí)實(shí)現(xiàn)OPC Server和OPC Client,使得嵌入式車站信息集合器具備完整的 OPC通信能力
SNMP通信模塊
同時(shí)實(shí)現(xiàn)SNMP Agent和SNMP Server,使得嵌入式車站信息集合器具備完整 的SNMP通信能力 遠(yuǎn)程診斷配置模塊
將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息以WEB形式發(fā)布，通過該診斷接口，可以査看嵌入式車 站信息集合器風(fēng)扇是否停轉(zhuǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等等；并執(zhí)行遠(yuǎn)程重啟系統(tǒng)等系統(tǒng)控制 功能。
同時(shí)，可以査看與嵌入式車站信息集合器相連的PLC工作是否正常以及相關(guān) 日志等等。
看門狗模塊
對(duì)嵌入式車站信息集合器的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視，并針對(duì)異常情況進(jìn)行自動(dòng)處 理。例如相關(guān)采集進(jìn)程異常退出后，重新啟動(dòng)該進(jìn)程，并記錄相關(guān)日志等等。
在以往的城市軌道交通設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)過程中，基本采用傳統(tǒng)的PLC控 制器與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)成本高，系統(tǒng)相對(duì)封閉，由于設(shè)備監(jiān)控涉及 各個(gè)廠家的不同設(shè)備，通訊協(xié)議等也不盡相同，故而在以往的系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)的通 信接口和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不利于信息傳遞和共享。
軌道交通上升到綜合監(jiān)控的層次后，大大擴(kuò)展了設(shè)備監(jiān)控的范圍，設(shè)備總類、 設(shè)備量大大增加，采集變得更加復(fù)雜。
同時(shí)，軌道交通呈多層次的網(wǎng)狀分布，出現(xiàn)了換乘車站同時(shí)運(yùn)行多條線路的局 面，軌道交通的運(yùn)營(yíng)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。在原有的監(jiān)控模式下，不同的線路采 用不同的監(jiān)控體系，多條線路的監(jiān)控聯(lián)動(dòng)出現(xiàn)了問題。在新的城市軌道交通發(fā)展形 勢(shì)下，軌道交通車站設(shè)備的監(jiān)控要求適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、專業(yè)化、多用戶的新需實(shí)施例1
嵌入式車站信息集合器采用默認(rèn)配置，包括
1、 電源模塊
指標(biāo)輸入電壓220VAC ±20%
輸出電壓+5V輸出電流〉10A紋波電壓<50Mv
2、 CPU模塊
Intel嵌入式CeleronM CPU 1G， 85XGME芯片組表貼512M內(nèi)存
板載1個(gè)IO腦M、 1個(gè)10/100/1000M以太網(wǎng)卡支持后出總線IO擴(kuò)展
高可靠、低功耗、無風(fēng)扇設(shè)計(jì)防浪涌，靜電保護(hù)設(shè)計(jì)
符合PICMG2.0R3.0規(guī)范
3、 串口模塊
兩塊串口卡，各支持4個(gè)串口
后走線板光電隔離串口 ，支持RS232/485/422功能可選防浪涌，靜電保護(hù)設(shè)計(jì)符合PICMG2.0R3.0規(guī)范
4、 CPCI背板支持最多五路PCI總線擴(kuò)展支持后出總線IO擴(kuò)展符合PICMG 2.0 R3.0規(guī)范工作溫度范圍-25-75度紋波<50Mv
浪涌3級(jí)
5、 STBY單元3U插卡設(shè)計(jì)支持后出總線IO擴(kuò)展
支持最少32路繼電I/O切換
上層調(diào)度管理系統(tǒng)采用KingView組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)，通過以太網(wǎng)連接到嵌入式車站信息集合器，并通過OPC協(xié)議進(jìn)行通信。
嵌入式車站信息集合器通過連接現(xiàn)場(chǎng)的施奈德PLC (Modbus協(xié)議通信)接入現(xiàn)場(chǎng)照明設(shè)備等。
從現(xiàn)場(chǎng)使用效果看，嵌入式車站信息集合器工作良好，完全滿足作為通用的軌道交通車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用網(wǎng)關(guān)，利用嵌入式技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)的通信媒介和規(guī)約，實(shí)現(xiàn)底層異構(gòu)設(shè)備的同質(zhì)化，供上層調(diào)度管理系統(tǒng)使用。
權(quán)利要求
1.嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，該控制方法包括(1)利用PLC通信模塊、A/D I/O模塊從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集狀態(tài)數(shù)據(jù)；(2)通過控制過程模塊執(zhí)行控制邏輯運(yùn)算；(3)處理后的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過OPC通信模塊及SNMP通信模塊，與上層調(diào)度管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并接收上層調(diào)度管理系統(tǒng)向I/O設(shè)備輸出的控制指令；(4)該控制命令通過PLC通信模塊或是A/D I/O模塊傳遞給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述的PLC通信模塊提供PLC寄存器讀寫的相關(guān)服務(wù)，通過讀取配置文件，根據(jù) 配置文件指定的產(chǎn)品型號(hào)和內(nèi)存地址及長(zhǎng)度，調(diào)用相關(guān)的API函數(shù)，讀取或者設(shè) 置PLC寄存器的數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述的A/D I/O模塊采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)或輸出控制信號(hào)，所述的A/D I/O模塊包括模擬 量輸入設(shè)備、模擬量輸出設(shè)備、開關(guān)量輸入設(shè)備、開關(guān)量輸出設(shè)備。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述的控制過程模塊對(duì)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存與預(yù)處理，包括(1) 濾波功能子模塊對(duì)于開關(guān)量，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)，然后有變化則處理變化數(shù)據(jù)，定 時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)；對(duì)于模擬量，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)，過濾毛刺，然后有變化則處理變 化數(shù)據(jù)，定時(shí)處理一次全體數(shù)據(jù)；(2) 雪崩過濾功能子模塊當(dāng)設(shè)施或設(shè)備被開啟或關(guān)閉時(shí)，過濾所有相關(guān)的報(bào)警或限制開關(guān)量及模擬量的 變化狀態(tài)值，以阻止可預(yù)見性事件的雪崩，并提供可編程支持。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述的OPC通信模塊同時(shí)實(shí)現(xiàn)OPC Server和OPC Client,使嵌入式車站信息集合 器具備完整的OPC通信能力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述的SNMP通信模塊同時(shí)實(shí)現(xiàn)SNMP Agent和SNMP Server,使嵌入式車站信息 集合器具備完整的SNMP通信能力。
全文摘要
本發(fā)明涉及嵌入式車站信息集合器系統(tǒng)的控制方法，該控制方法包括利用PLC通信模塊、A/D I/O模塊從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集狀態(tài)數(shù)據(jù)；通過控制過程模塊執(zhí)行控制邏輯運(yùn)算；處理后的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過OPC通信模塊及SNMP通信模塊，與上層調(diào)度管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并接收上層調(diào)度管理系統(tǒng)向I/O設(shè)備輸出的控制指令；該控制命令通過PLC通信模塊或是A/D I/O模塊傳遞給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)軌道交通領(lǐng)域運(yùn)營(yíng)、管理與維護(hù)的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化要求，采用嵌入式技術(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)化信息共享平臺(tái)，提供面向客戶的集中設(shè)備監(jiān)控維護(hù)的解決方案，提高緊急事故的應(yīng)對(duì)能力。
文檔編號(hào)G05B19/05GK101644920SQ20091005423
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者周庭梁, 張兵建, 張立鵬, 朱鎖明, 偉 查, 顏士帥 申請(qǐng)人:卡斯柯信號(hào)有限公司