СИСТЕМА И СПОСОБ ОТСЛЕЖИВАНИЯ АВТОНОМНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ ДЛЯ MPU ЭЛЕКТРОПОЕЗДА
SYSTEM AND METHOD OF TRACKING THE AUTONOMOUS VARIABLE FOR THE MPU ELECTRIC TRAIN

Область техники
Настоящая заявка относится к способу отслеживания и в частности к системе и способу отслеживания автономной переменной для MPU электропоезда.
Предпосылки создания изобретения
MPU центрального блока управления поезда типа CRH5 является главным элементом управления для электропоездов, и логические процессы управления различных подсистем происходят в MPU центрального блока управления. Если относительно важные переменные логического управления внезапно изменяются во время работы, логика управления электропоезда разупорядочится, приводя к отказам. В этом случае электропоезд должен замедлиться или остановиться для проверки. Таким образом, отслеживание переменных управления является важным методом выявления и устранения неисправностей электропоезда.
В известном уровне техники в центральных блоках управления для поезда типа CRH5, применяется программное обеспечение Serlink для отслеживания MPU центрального блока управления, разработанное компанией «Alston», в частности:
1. персональный компьютер типа ноутбук и устройство MPU соединяются посредством порта последовательного ввода-вывода;
2. программное обеспечение Serlink запускается, и появляется указание для загрузки MAP-файла;
3. переменные логического управления, подлежащие отслеживанию, добавляются в программное обеспечение Serlink; и
4. отслеживание переменных логического управления начинается нажатием кнопки «START», и значение переменной управления в текущий момент будет отображено внизу каждой колонки соответствующих переменных управления.
При этом MAP-файл в программном обеспечении Serlink является файлом документа, в котором имя переменных логического управления соответствует адресу переменных логического управления. MAP-файл отображается в программном обеспечении Serlink таким образом, что имя переменной отображается в первом ряду, а адрес переменной, соответствующий текущему имени переменной отображается во втором ряду. Когда порт последовательного ввода-вывода обменивается данными с MPU центрального блока управления, адрес отслеживаемой переменной логического управления передается в MPU центрального блока управления; и, когда MPU центрального блока управления возвращает данные, происходит получение имени соответствующей переменной логического управления из адреса переменной логического управления.
При отслеживании переменных логического управления MPU центрального блока управления для поезда типа CRH5 программное обеспечение Serlink имеет следующие проблемы.
Во-первых, отслеживание может осуществляться только тогда, когда персональный компьютер типа ноутбук соединен с MPU центрального блока управления. Однако, поскольку MPU центрального блока управления установлен внутри электрического шкафа, ПК может быть соединен с ним только после открытия электрического шкафа электропоезда. Этот принцип работы является несколько рискованным при отслеживании переменных логического управления при движении поезда.
Во-вторых, требуется лицо, назначенное для осуществления контроля над процессом отслеживания данных переменной логического управления.
В-третьих, конфигурация не является гибкой, поскольку запись данных запускается только тогда, когда изменяется одна из отслеживаемых переменных логического управления. В результате требования отслеживания в изменяющихся и сложных окружающих условиях не могут быть выполнены.
В-четвертых, невозможно организовать долгосрочное отслеживание и запись.
В-пятых, когда программное обеспечение Serlink применяется для отслеживания устройств MPU центрального блока управления, один персональный компьютер типа ноутбук может отслеживать только одно устройство MPU центрального блока управления, что приводит к низкой гибкости.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является предоставление системы и способа отслеживания автономной переменной для MPU электропоезда, посредством которых может быть реализовано непрерывное автономное отслеживание переменных логического управления и улучшены надежность и гибкость отслеживания автономной переменой.
В настоящем изобретении применяются следующие технические решения. Настоящее изобретение описывает систему отслеживания автономной переменной для MPU электропоезда, содержащую главный блок управления, узел порта последовательного ввода-вывода, Ethernet-интерфейс, интерфейс карты памяти TF и индикатор состояния, при этом узел порта последовательного ввода-вывода, Ethernet-интерфейс, интерфейс карты памяти TF и индикатор состояния электрически соединены с главным блоком управления; узел порта последовательного ввода-вывода содержит четыре порта последовательного ввода-вывода, которые по отдельности соединены с четырьмя MPU центральных блоков управления электропоезда, то есть каждый MPU центрального блока управления электропоезда соединен с главным блоком управления посредством одного порта последовательного ввода-вывода; главный блок управления соединен с ПК посредством Ethernet-интерфейса, при этом конфигурационное программное обеспечение, соответствующее системе отслеживания, предусмотрено внутри ПК; и главный блок управления соединен с картой расширения TF посредством интерфейса карты памяти TF, при этом MAP-файл и конфигурационный файл хранятся на карте расширения TF, при этом главный блок управления записывает отслеживаемые значения автономной переменной на карту расширения TF.
Настоящее изобретение дополнительно раскрывает способ отслеживания, основанный на вышеуказанной системе отслеживания, включающей три режима работы: конфигурационный режим, рабочий режим и режим скачивания. Три режима работы реализуют отслеживание автономных переменных MPU электропоезда посредством использования многопоточной операционной системы, содержащей поток обмена данными TCP/IP, главный поток управления и поток отслеживания данных порта последовательного ввода-вывода. Конкретно, способ отслеживания включает следующие этапы:
1) включение системы отслеживания;
2) инициализация системы отслеживания;
3) активация операционной системы FreeRTOS, работающей в режиме реального времени, главного блока управления и установка потока обмена данными TCP/IP, главного потока управления и потока отслеживания данных порта последовательного ввода-вывода;
4) активация потока обмена данными TCP/IP и определение того, находится ли операционная система в текущий момент в конфигурационном режиме или в режиме скачивания; при этом, если операционная система находится в конфигурационном режиме или режиме скачивания, запрос конфигурационного файла или скачивание значения автономной переменной; и, если операционная система не находится ни в конфигурационном режиме, ни в режиме скачивания, возврат к этапу 4);
5) активация главного потока управления, запрос текущего режима работы операционной системы, и определение того, находится ли операционная система в текущий момент в рабочем режиме; если операционная система не находится в рабочем режиме в текущий момент, возврат к этапу 5); и, если операционная система находится в рабочем режиме в текущий момент, считывание конфигурационного файла, загрузка MAP-файла и таблицы отслеживания автономной переменной и настройка условий выбора дискретных данных для автономных переменных;
6) определение того, удовлетворены ли в текущий момент условия выбора дискретных данных; если условия выбора дискретных данных удовлетворены, отправка команды на выбор дискретных данных; и, если условия выбора дискретных данных не удовлетворены, обеспечение возможности введения потока в спящий режим и возврат к этапу 6);
7) активация потока отслеживания данных порта последовательного ввода-вывода, создание списка ожидания данных порта последовательного ввода-вывода, считывание данных порта последовательного ввода-вывода, запись данных порта последовательного ввода-вывода в список ожидания данных порта последовательного ввода-вывода, и ожидание команды на выбор дискретных данных, отправленной главным блоком управления; и
8) когда команда на выбор дискретных данных принята, считывание списка ожидания данных порта последовательного ввода-вывода, и определение того, удовлетворяет ли значение автономной переменной условиям запуска записи данных; если условия запуска удовлетворены, запись этого значения автономной переменной на карту расширения TF; и, если условия запуска не удовлетворены, возврат к этапу 6).
По сравнению с известным уровнем техники, настоящая заявка обеспечивает следующие благоприятные результаты:
1) система отслеживания согласно настоящему изобретению установлена в электрическом шкафу электропоезда; и, при движении поезда, отслеживание переменных логического управления может быть реализовано только тогда, когда соответствующие интерфейсы системы отслеживания соединены с ПК и картой расширения TF, без открывания электрического шкафа;
2) при движении поезда последовательное отслеживание переменных логического управления MPU электропоезда может быть реализовано без участия лица, назначенного для осуществления технического обслуживания;
3) способ записи отслеживаемых данных может быть гибко сконфигурирован, то есть момент выбора дискретных данных, период выбора дискретных данных и условия запуска для записи данных могут быть определены пользователем;
4) устройство отслеживания может реализовывать долговременное отслеживание переменных логического управления, затем сохранять отслеживаемые значения автономной переменной на карту расширения TF, таким образом, при необходимости данные могут быть скачаны для анализа; и,
5) отслеживание четырех MPU центральных блоков управления электропоезда может быть реализовано одновременно, приводя в результате к высокой гибкости.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 показана структурная схема системы отслеживания согласно настоящему изобретению; и
на фиг. 2 показана блок-схема способа отслеживания согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Для того чтобы цели, технические решения и преимущества вариантов осуществления данного изобретения стали понятнее, технические решения вариантов осуществления настоящего изобретения будут ясно и полно описаны со ссылкой на сопутствующие графические материалы в вариантах осуществления настоящего изобретения.
Вариант осуществления 1
Ссылаясь на фиг. 1, настоящее изобретение раскрывает систему отслеживания автономной переменной для MPU электропоезда, которая установлена внутри электрического шкафа электропоезда и содержит главный блок управления, узел порта последовательного ввода-вывода, Ethernet-интерфейс, интерфейс карты памяти TF и индикатор состояния, при этом узел порта последовательного ввода-вывода, Ethernet-интерфейс, интерфейс карты памяти TF и индикатор состояния электрически соединены с главным блоком управления; узел порта последовательного ввода-вывода представляет собой преобразовательный модуль с множеством портов последовательного ввода-вывода, который содержит четыре порта последовательного ввода-вывода, которые по отдельности соединены с четырьмя MPU центральных блоков управления электропоезда для, в частности, считывания данных переменной в MPU центрального блока управления электропоезда; значение переменной, запрашиваемое каждым MPU центрального блока управления электропоезда, может быть настроено, то есть значение переменной, запрашиваемое каждым MPU центрального блока управления электропоезда, может быть различным; и, как Ethernet-интерфейс, так и интерфейс карты памяти TF предусмотрены на задней стороне электрического шкафа электропоезда, при этом главный блок управления соединен с ПК посредством Ethernet-интерфейса, при этом конфигурационное программное обеспечение, соответствующее системе отслеживания, предусмотрено внутри ПК. При движении поезда отслеживание переменных логического управления может быть реализовано без открывания электрического шкафа. Главный блок управления соединен с картой расширения TF посредством интерфейса карты памяти TF, при этом MAP-файл и конфигурационный файл хранятся на карте расширения TF, и отслеживаемое значение автономной переменной записывается на карту расширения TF, таким образом, переменные логического управления могут быть скачаны и сохранены.
При этом главный блок управления представляет собой микросхему STM32F407, имеющую встроенный процессор с высокими рабочими характеристиками с ядром Cortex-M4. Операционная система FreeRTOS, работающая в режиме реального времени, запускается в главном блоке управления, что может обеспечить многопоточную рабочую среду. Потоки, проходящие в главный блок управления, содержат главный поток управления, поток отслеживания данных порта последовательного ввода-вывода и поток обмена данными TCP/IP. Множество потоков главного блока управления обмениваются данными друг с другом посредством семафора и списка ожидания, при этом семафор является типом данных многопоточной синхронизации, а список ожидания является типом данных обратного магазинного типа.
Ссылая на фиг. 2, когда система отслеживания автономной переменной для MPU электропоезда согласно настоящему изобретению работает, четыре порта последовательного ввода-вывода соединены с четырьмя MPU центральных блоков управления электропоезда, соответственно, и Ethernet-интерфейс соединен с ПК посредством Ethernet-кабеля. Когда система отслеживания главного блока управления работает, конфигурационный режим, рабочий режим и режим скачивания осуществляются последовательно, для того, чтобы реализовать автономное отслеживание переменных логического управления MPU электропоезда. Данный процесс является следующим:
1) Происходит включение системы отслеживания.
2) Происходит инициализация системы отслеживания, инициализация включает настройку тактовой частоты главного блока управления, инициализацию узла порта последовательного ввода-вывода, инициализацию Ethernet-интерфейса и инициализацию интерфейса карты памяти TF.
3) Происходит активация операционной системы FreeRTOS, работающей в режиме реального времени, главного блока управления и установка потока обмена данными TCP/IP, главного потока управления и потока отслеживания данных порта последовательного ввода-вывода.
4) Происходит активация потока обмена данными TCP/IP, и должно быть определено, находится ли операционная система в текущий момент в конфигурационном режиме; если операционная система находится в конфигурационном режиме, операционная система запрашивает конфигурационный файл и передает данные главному потоку управления о состоянии текущего режима; и, если операционная система не находится в конфигурационном режиме, указатель конфигурации светится.
Если операционная система не находится в конфигурационном режиме, должно быть определено, находится ли операционная система в режиме скачивания; если операционная система находится в режиме скачивания, операционная система скачивает отслеживаемое значение автономной переменной и передает данные главному потоку управления о состоянии текущего режима; и, если операционная система не находится в режиме скачивания, процесс возвращается на этап 4).
Другими словами, на этапе 4), когда операционная система находится в любом выполняемом режиме, главному потоку управления в режиме реального времени передаются данные о состоянии текущего режима, при этом главный поток управления используется для применения статуса выполнения каждого выполняемого режима.
На этапе 4) должно быть определено, есть ли доступ к любому конфигурационному программному обеспечению в течение 30 с, в качестве критерия для определения того, введена ли операционная система в конфигурационный режим. Когда конфигурационное программное обеспечение доступно операционной системе в течение 30 с, операционная система входит в конфигурационный режим и выдает конфигурационный файл.
5) Происходит активация главного потока управления для запроса текущего режима работы операционной системы, и должно быть определено, входит ли операционная система в текущий момент в рабочий режим; если операционная система в текущий момент не находится в рабочем режиме, процесс возвращается к этапу 5); и, если операционная система в текущий момент находится в рабочем режиме, конфигурационный файл считывается, MAP-файл и таблица отслеживания автономных переменных загружаются, и настраиваются условия выбора дискретных данных для автономных переменных.
На этом этапе, главный поток управления операционной системы в режиме реального времени запрашивает текущий режим работы, при этом режим работы включает рабочий режим, конфигурационный режим и режим скачивания. Если операционная система в текущий момент находится в конфигурационном режиме или режиме скачивания, операционная система выполняет конфигурирование файла или скачивание файла. Если операционная система в текущий момент не находится ни в конфигурационном режиме, ни в режиме скачивания, операционная система входит в рабочий режим.
При этом, когда операционная система находится в рабочем режиме, считываемый файл включает конфигурационный файл, загружаемый MAP-файл и таблицу отслеживания автономной переменной. Как конфигурационный файл, так и MAP-файл хранятся на карте расширения TF. Конфигурационный файл содержит имя MAP-файла, имя таблицы отслеживания автономной переменной, условия запуска записи данных и условия выбора дискретных данных. MAP-файл представляет собой файл преобразования MAP MPU центральных блоков управления электропоезда, соответствующих узлам порта последовательного ввода-вывода, при этом файл преобразования MAP содержит имя переменных логического управления и адрес переменных логического управления. Таблица отслеживания автономных переменных содержит только переменные, подлежащие отслеживанию, и является поднабором MAP-файлов. Условия выбора дискретных данных включают настройку момента выбора дискретных данных и периода выбора дискретных данных для автономных переменных.
6) Должно быть определено, удовлетворяет ли текущий момент отслеживания автономной переменой условиям выбора дискретных данных; если текущий момент отслеживания автономной переменой удовлетворяет условиям выбора дискретных данных, главный блок управления отправляет команду на выбор дискретных данных в MPU центральных блоков управления электропоезда посредством узлов порта последовательного ввода-вывода; и, если условия выбора дискретных данных не удовлетворены, поток вводится в спящий режим, и процесс возвращается к этапу 6).
На этом этапе, при определении того, удовлетворены ли условия выбора дискретных данных, требуется последовательно определить, удовлетворяет ли текущий момент отслеживания автономной переменной моменту выбора дискретных данных и периоду выбора дискретных данных; и, если, как момент выбора дискретных данных, так и период выбора дискретных данных удовлетворены, будет выполнен этап 7).
7) Происходит активация потока отслеживания данных порта последовательного ввода-вывода, и создается список ожидания данных порта последовательного ввода-вывода, при этом список ожидания данных порта последовательного ввода-вывода является набором запрашиваемых значений автономной переменной; если в текущий момент он находится в рабочем режиме, данные порта последовательного ввода-вывода считываются и записываются в список ожидания данных порта последовательного ввода-вывода, и он ожидает команду на выбор дискретных данных, отправленную главным блоком управления.
На этом этапе поток отслеживания данных порта последовательного ввода-вывода запрашивает в режиме реального времени, есть ли значение автономной переменной на каждом узле порта последовательного ввода-вывода. Если значение автономной переменной присутствует, значение запрашиваемой автономной переменной считывается и сохраняется в соответствующий список ожидания данных порта последовательного ввода-вывода.
8) Когда поток отслеживания данных порта последовательного ввода-вывода получает команду на выбор дискретных данных, отправленную главным блоком управления, главный поток управления считывает список ожидания данных порта последовательного ввода-вывода и определяет, удовлетворяет ли запрашиваемое в текущий момент значение автономной переменной условиям запуска для записи данных; если условия запуска удовлетворены, это значение автономной переменной записывается на карту расширения TF; и, если условия запуска не удовлетворены, процесс возвращается к этапу 6) с повторным определением условий выбора дискретных данных.
В способе автономного отслеживания переменных логического управления MPU электропоезда, главный блок управления работает во множестве потоков, при этом конфигурационный режим, рабочий режим и режим скачивания последовательно реализуются посредством создания потока обмена данными TCP/IP, главного потока управления и потока отслеживания данных порта последовательного ввода-вывода. Начинаясь посредством включения со считыванием конфигурационного файла и MAP-файла, хранящихся на карте расширения TF, процесс конфигурирования системы завершается; и в течение указанного периода времени, обмен данными с множеством MPU центральных блоков управления электропоезда выполняется посредством применения узла порта последовательного ввода-вывода на основе каждого указанного момента выбора дискретных данных и периода выбора дискретных данных, для того, чтобы отследить значения автономной переменной множества MPU центральных блоков управления электропоезда. Система отслеживания автономной переменной для MPU электропоезда согласно настоящему изобретению может синхронно отслеживать до четырех MPU центральных блоков управления электропоезда и записывать отслеживаемые значения автономной переменной на карту расширения TF для скачивания или анализа.
В настоящем изобретении, при работе системы отслеживания автономной переменной, обмен данными с MPU центральных блоков управления электропоезда выполняется посредством использования множества портов последовательного ввода-вывода, таким образом время процессора, занятое данными между портами последовательного ввода-вывода, может быть сбалансировано, и таким образом обеспечивается возможность точной и своевременной обработки ответных данных от MPU центральных блоков управления электропоезда.