專利名稱：嵌入式軌道交通車站設(shè)備信息采集機及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬軌道交通車站設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種嵌入式軌道交通車站設(shè)備 信息采集機及其方法
背景技術(shù)：
我國軌道交通在不同的建設(shè)時期，選用了不同國家供貨商的專業(yè)控制系統(tǒng)，由于 這些公司各自的技術(shù)背景、制式和標準不盡一致，功能相互不同也互不兼容。在軌道交通呈 現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)運營時，使得全網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)的信息采集、信息發(fā)布、集中監(jiān)控、車地信息交 互以及系統(tǒng)集成等都造成了許多障礙。當軌道交通網(wǎng)絡(luò)形成后，必須對整個網(wǎng)絡(luò)的控制中心進行統(tǒng)一規(guī)劃，同時要考慮 多條線路控制中心的資源共享。為了滿足軌道交通車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化運營的需求， 研究開發(fā)一種關(guān)鍵電子裝備系統(tǒng)——軌道交通車站設(shè)備信息采集機，其主要的功能優(yōu)點在 于利用微軟的C0M、DC0M技術(shù)，做到和底層的具體設(shè)備(例如PLC)通信協(xié)議無關(guān)，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，對車站設(shè)備監(jiān)控的上層系統(tǒng)來講， 完全感覺不到底層硬件環(huán)境的變化，同時也能夠滿足程序運行于不同操作系統(tǒng)上的需要， 在不同系統(tǒng)下采用統(tǒng)一的接口。該裝備以0PC(0LE for Process Control) Server技術(shù)為 基礎(chǔ)，在ReWorks實時操作系統(tǒng)平臺上開發(fā)實現(xiàn)，提供了不同制式下的信息存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制， 實現(xiàn)了異構(gòu)信息同構(gòu)化的統(tǒng)一描述，解決了不同制式系統(tǒng)的信息互連互通問題。Refforks嵌入式實時操作系統(tǒng)，包括任務(wù)、任務(wù)通信、中斷、異常、時鐘、信號及計 時器等基本核心模塊，涵蓋控制臺和串口的基本1/0系統(tǒng)，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及圖形系 統(tǒng)。與此同時，Reworks系統(tǒng)還可以與VxWorks系統(tǒng)兼容。Reworks是一個高可靠、強實時 嵌入式實時操作系統(tǒng)，采用微內(nèi)核及組件技術(shù)，能根據(jù)應(yīng)用需要對操作系統(tǒng)內(nèi)核進行配置、 裁剪、擴展與定制，具備較強的伸縮能力。為ReWorks嵌入式軟件開發(fā)與運行提供全過程支持的軟件為ReDe3。ReDe 3是一 個及嵌入式軟件設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試、仿真驗、測試、集成部署于一體的開發(fā)平臺。它以Eclipse 開放體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，集成了實時嵌入式軟件建模與測試等CASE工具，提供了團隊開發(fā)能 力，具備了完善的工具鏈管理配置能力，具有指令級仿真能力，提供了所見即所得的嵌入式 圖形應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，具備主機開發(fā)環(huán)境與目標環(huán)境協(xié)同工作能力，并提供了豐富的目標系 統(tǒng)運行工具，具備外部資源自動導(dǎo)入識別能力，提供了軟件資源復(fù)用機制，具備強大的嵌入 式軟件定制與配置能力及集成部署與沖突檢測機制。OPC是OLE for Process Control的縮寫，即把OLE應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。OLE原 意是對象鏈接和嵌入，隨著OLE 2的發(fā)行，其范圍已遠遠超出了這個概念?，F(xiàn)在的OLE包容 了許多新的特征，如統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)構(gòu)化存儲和自動化，已經(jīng)成為獨立于計算機語言、操 作系統(tǒng)甚至硬件平臺的一種規(guī)范，是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概念的進一步推廣。OPC建立OLE規(guī) 范之上，它為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一種標準的數(shù)據(jù)訪問機制。工業(yè)控制領(lǐng)域用到大量的現(xiàn)場設(shè)備，在OPC出現(xiàn)以前，軟件開發(fā)商需要開發(fā)大量的驅(qū)動程序來連接這些設(shè)備。即使硬件供應(yīng)商在硬件上做了一些小小改動，應(yīng)用程序就可 能需要重寫；同時，由于不同設(shè)備甚至同一設(shè)備不同單元的驅(qū)動程序也有可能不同，軟件開 發(fā)商很難同時對這些設(shè)備進行訪問以優(yōu)化操作。硬件供應(yīng)商也在嘗試解決這個問題，然而 由于不同客戶有著不同的需要，同時也存在著不同的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，因此也一直沒有完整 的解決方案。自O(shè)PC提出以 后，這個問題終于得到解決。OPC規(guī)范包括OPC服務(wù)器和OPC客戶 兩個部分，其實質(zhì)是在硬件供應(yīng)商和軟件開發(fā)商之間建立了一套完整的“規(guī)則”，只要遵循 這套規(guī)則，數(shù)據(jù)交互對兩者來說都是透明的，硬件供應(yīng)商無需考慮應(yīng)用程序的多種需求和 傳輸協(xié)議，軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實質(zhì)和操作過程。采用OPC規(guī)范的解決方案如圖 1所示。采用OPC的優(yōu)越性1)硬件供應(yīng)商只需提供一套符合OPC Server規(guī)范的程序組，無需考慮工程人員需求。2)軟件開發(fā)商無需重寫大量的設(shè)備驅(qū)動程序。3)工程人員在設(shè)備選型上有了更多的選擇。4) OPC擴展了設(shè)備的概念。只要符合OPC服務(wù)器的規(guī)范，OPC客戶都可與之進行數(shù) 據(jù)交互，而無需了解設(shè)備究竟是PLC還是儀表，甚至在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上建立了 OPC規(guī)范，OPC客 戶也可與之方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用OPC技術(shù)以及標準的通信媒介和規(guī) 約，實現(xiàn)底層異構(gòu)設(shè)備的同質(zhì)化，并統(tǒng)一向上層監(jiān)控系統(tǒng)提供設(shè)備狀態(tài)及報警信息，解決軌 道交通網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下，設(shè)備信息互連互通的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種嵌入式軌道交通車站設(shè)備 信息采集機，包括ReWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)，OPC服務(wù)器和OPC客戶，以及監(jiān)控用計算 機，所述的監(jiān)控用計算機與車站設(shè)備信息采集機相連，所述的車站設(shè)備信息采集機包括系 統(tǒng)配置模塊，及分別與其相連的標準信息輸出模塊和PLC通信模塊；所述的PLC通信模塊根 據(jù)不同的通信協(xié)議、協(xié)議的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位以及校驗方法設(shè)置PLC通信模 塊，所述的標準信息輸出模塊將現(xiàn)場不同線路的PLC控制的I/O觸點、內(nèi)部寄存器分別對應(yīng) 于嵌入式車站設(shè)備信息采集機內(nèi)存不同單元，監(jiān)控計算機通過標準的OPC規(guī)約訪問車站設(shè) 備信息采集機；系統(tǒng)配置模塊對整個軟件系統(tǒng)的運行過程進行相應(yīng)的配置。一種嵌入式軌道交通車站設(shè)備信息采集機的方法，包括下列步驟(1)開機，檢測是否有客戶端接入；(2)若有則建立同客戶端通信套接字；若無則返回步驟(1)；(3)檢測客戶是否斷開鏈接；(4)接收客戶端數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理后，返回步驟(3)；若客戶已斷開鏈接，則返回 步驟(1)中的檢測是否有客戶端接入。所述的步驟(4)中的數(shù)據(jù)處理是根據(jù)現(xiàn)場連接的不同控制PLC和通信方式，軌道 交通車站設(shè)備信息采集機輪詢各關(guān)鍵寄存器和輸入輸出端子的狀態(tài)，并實時刷新映像寄存器；軌道交通車站設(shè)備信息采集機輪詢各PLC的狀態(tài)并刷新緩存，并由監(jiān)控用計算機發(fā)出 查詢命令，軌道交通車站設(shè)備信息采集機響應(yīng)命令。有益效果本發(fā)明利用OPC技術(shù)以及標準的通信媒介和規(guī)約，實現(xiàn)底層異構(gòu)設(shè)備的同質(zhì)化， 并統(tǒng)一向上層監(jiān)控系統(tǒng)提供設(shè)備狀態(tài)及報警信息，解決軌道交通網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下，設(shè)備信息 互連互通的問題。本發(fā)明具有高性能、高可靠性、高實時性、滿足軌道交通車站設(shè)備監(jiān)控功 能的特點。


圖1為現(xiàn)有的OPC訪問規(guī)范示意圖。圖2為本發(fā)明車站設(shè)備信息采集機總體框架圖。圖3為本發(fā)明嵌入式車站設(shè)備信息采集機與監(jiān)控用主機通信任務(wù)流程圖。圖4為本發(fā)明車站設(shè)備信息采集機與PLC通信診斷任務(wù)流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。軌道交通車站設(shè)備信息采集機的軟件以Reworks嵌入式操作系統(tǒng)為運行平臺，軟 件具有高性能、高可靠性、高實時性、滿足軌道交通車站設(shè)備監(jiān)控功能的特點。其核心功能 就是要利用OPC技術(shù)以及標準的通信媒介和規(guī)約，實現(xiàn)底層異構(gòu)設(shè)備的同質(zhì)化，并統(tǒng)一向 上層監(jiān)控系統(tǒng)提供設(shè)備狀態(tài)及報警信息，解決軌道交通網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下，設(shè)備信息互連互通 的問題。如圖2所示，本發(fā)明包括ReWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)，OPC服務(wù)器和OPC客戶，以 及監(jiān)控用計算機，所述的監(jiān)控用計算機與車站設(shè)備信息采集機相連，所述的車站設(shè)備信息 采集機包括系統(tǒng)配置模塊，及分別與其相連的標準信息輸出模塊和PLC通信模塊；所述的 PLC通信模塊根據(jù)不同的通信協(xié)議、協(xié)議的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位以及校驗方法設(shè) 置PLC通信模塊，所述的標準信息輸出模塊將現(xiàn)場不同線路的PLC控制的I/O觸點、內(nèi)部寄 存器分別對應(yīng)于嵌入式車站設(shè)備信息采集機內(nèi)存不同單元，監(jiān)控計算機通過標準的OPC規(guī) 約訪問車站設(shè)備信息采集機；系統(tǒng)配置模塊對整個軟件系統(tǒng)的運行過程進行相應(yīng)的配置。個模塊具體如下(I)PLC通信模塊PLC通信模塊必須根據(jù)現(xiàn)場的PLC使用設(shè)置，本車站設(shè)備信息采集機的開發(fā)使用 了松下，三菱，施耐德的PLC。如果要接入其它類型的PLC，只需增加對應(yīng)的通信模塊即可。 在編寫PLC通信模塊時要了解不同的通信協(xié)議，及各個協(xié)議的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校 驗位以及校驗方法等。(2)基于OPC Server/TCP的標準信息輸出模塊嵌入式車站設(shè)備信息采集機的本質(zhì)是一個存儲轉(zhuǎn)發(fā)的裝置，現(xiàn)場不同線路的PLC控制的I/O觸點、內(nèi)部寄存器分別對應(yīng)于嵌入式車站設(shè)備信息采集機內(nèi)存不同單元，通過 這種物理單元的虛擬映射，不同線路的控制信息實際上全部集中在嵌入式車站設(shè)備信息采 集機中。這樣，監(jiān)控計算機不需要直接訪問現(xiàn)場控制器，而只需要通過標準的OPC規(guī)約訪問 車站設(shè)備信息采集機，避免了不同通信規(guī)約控制器訪問上的障礙。(3)系統(tǒng)配置模塊
系統(tǒng)配置模塊主要的作用就是對整個軟件系統(tǒng)的運行過程進行相應(yīng)的配置，以提 高系統(tǒng)的運行效率與正確性。本發(fā)明的主程序的處理流程為開始一初始化系統(tǒng)變量一與PLC端通信口設(shè)置 (串口等)一網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端設(shè)置一建立若干通信任務(wù)一結(jié)束。由于與監(jiān)控用主機的通信方式是以太網(wǎng)OPC Server/TCP，所以使用基于客戶機/ 服務(wù)器的Socket編程方式。所謂socket通常也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口， 是一個通信鏈的句柄。應(yīng)用程序通常通過“套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求。嵌 入式車站設(shè)備信息采集機與監(jiān)控用主機的通信任務(wù)流程圖，如圖3所示。由于是在TCP協(xié)議上的數(shù)據(jù)傳輸，而TCP是面向連接的可靠傳輸，系統(tǒng)必須隨時偵 聽連接情況，確保數(shù)據(jù)的安全和準確。數(shù)據(jù)處理模塊的本質(zhì)是存儲轉(zhuǎn)發(fā)，軌道交通車站設(shè)備 信息采集機根據(jù)監(jiān)控計算機的指令，把各PLC的狀態(tài)信息采集上來，轉(zhuǎn)換協(xié)議之后，以標準 OPC報文的格式發(fā)送給監(jiān)控用主機。根據(jù)現(xiàn)場連接的不同控制PLC和通信方式，軌道交通車站設(shè)備信息采集機輪詢各 關(guān)鍵寄存器和輸入輸出端子的狀態(tài)，并實時刷新映像寄存器。這里，軌道交通車站設(shè)備信息 采集機扮演主動的角色，輪詢各PLC的狀態(tài)并刷新緩存，而在往上傳輸信息時，是采用被動 的方式，即由監(jiān)控用主機發(fā)出查詢命令，由軌道交通車站設(shè)備信息采集機響應(yīng)命令。與PLC的通信方式有多種，大部分PLC都公開其編程口的協(xié)議，用戶只需要通過該 協(xié)議來查詢和發(fā)送控制命令；但有些PLC沒有公開任何編程通信方式，只能通過自由口通 信方式解決，帶來的額外負擔是可能需要增加或改變PLC端的程序。軌道交通車站設(shè)備信息采集機必須實時監(jiān)控與各控制PLC的通信狀態(tài)，若有某 PLC的通信發(fā)生故障，則應(yīng)該向上報警。嵌入式軌道交通車站設(shè)備信息采集機專門開辟了固 定的存儲區(qū)來存儲各PLC的通信狀態(tài)。監(jiān)控工作站通過讀取該指定緩存來判斷通信狀態(tài)。 其診斷流程可以用圖4表示。軌道交通車站設(shè)備信息采集機提供了統(tǒng)一的訪問方式，任何網(wǎng)絡(luò)上的計算機都可 以通過OPC Server/TCP的訪問方式來讀取或者修改緩存的數(shù)據(jù)，這可能造成安全隱患。解 決的辦法是在軌道交通車站設(shè)備信息采集機建立連接的偵聽過程中，先辨析對方的IP地 址是否是合法的IP地址。系統(tǒng)事先存儲一個合法的有權(quán)訪問車站設(shè)備信息采集機的IP地 址列表，該地址列表可以動態(tài)維護，只有IP地址與列表中的某個IP地址相同的監(jiān)控用主機 才能有權(quán)訪問軌道交通車站設(shè)備信息采集機，從而可以避免非法的用戶侵入，保護整個系 統(tǒng)的安全。
權(quán)利要求
一種嵌入式軌道交通車站設(shè)備信息采集機，包括ReWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)，OPC服務(wù)器和OPC客戶，以及監(jiān)控用計算機，所述的監(jiān)控用計算機與車站設(shè)備信息采集機相連，其特征在于所述的車站設(shè)備信息采集機包括系統(tǒng)配置模塊，及分別與其相連的標準信息輸出模塊和PLC通信模塊；所述的PLC通信模塊根據(jù)不同的通信協(xié)議、協(xié)議的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位以及校驗方法設(shè)置PLC通信模塊，所述的標準信息輸出模塊將現(xiàn)場不同線路的PLC控制的I/O觸點、內(nèi)部寄存器分別對應(yīng)于嵌入式車站設(shè)備信息采集機內(nèi)存不同單元，監(jiān)控計算機通過標準的OPC規(guī)約訪問車站設(shè)備信息采集機；系統(tǒng)配置模塊對整個軟件系統(tǒng)的運行過程進行相應(yīng)的配置。
2.一種使用權(quán)利要求1所述的一種嵌入式軌道交通車站設(shè)備信息采集機的方法，包括 下列步驟(1)開機，檢測是否有客戶端接入；(2)若有則建立同客戶端通信套接字；若無則返回步驟(1)；(3)檢測客戶是否斷開鏈接；(4)接收客戶端數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理后，返回步驟(3)；若客戶已斷開鏈接，則返回步驟 (1)中的檢測是否有客戶端接入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使用權(quán)利要求1所述的一種嵌入式軌道交通車站設(shè)備 信息采集機的方法，其特征在于所述的步驟(4)中的數(shù)據(jù)處理是根據(jù)現(xiàn)場連接的不同控 制PLC和通信方式，軌道交通車站設(shè)備信息采集機輪詢各關(guān)鍵寄存器和輸入輸出端子的狀 態(tài)，并實時刷新映像寄存器；軌道交通車站設(shè)備信息采集機輪詢各PLC的狀態(tài)并刷新緩存， 并由監(jiān)控用計算機發(fā)出查詢命令，軌道交通車站設(shè)備信息采集機響應(yīng)命令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種嵌入式軌道交通車站設(shè)備信息采集機，包括ReWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)，車站設(shè)備信息采集機包括系統(tǒng)配置模塊，及分別與其相連的標準信息輸出模塊和PLC通信模塊；所述的PLC通信模塊根據(jù)不同的通信協(xié)議、協(xié)議波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位以及校驗方法設(shè)置PLC通信模塊，所述的標準信息輸出模塊將現(xiàn)場不同線路的PLC控制的I/O觸點、內(nèi)部寄存器分別對應(yīng)于嵌入式車站設(shè)備信息采集機內(nèi)存不同單元，監(jiān)控計算機通過標準的OPC規(guī)約訪問車站設(shè)備信息采集機；系統(tǒng)配置模塊對整個軟件系統(tǒng)的運行過程進行相應(yīng)的配置。本發(fā)明解決了軌道交通網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下，設(shè)備信息互連互通的問題，具有高性能、高可靠性、高實時性的特點。
文檔編號G05B19/418GK101963798SQ201010216549
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者劉曉芝, 周虎, 楊建國, 梁盼盼 申請人:東華大學(xué)