СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ С ШИННОЙ ОРГАНИЗАЦИЕЙ ОБМЕНА ДАННЫХ СТАНДАРТА CAN ПО ТОЧНО ИЗВЕСТНОЙ ПЕРЕДАВАЕМОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ КОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО УСТРОЙСТВА СОПРЯЖЕНИЯ
METHOD OF THE QUEUING SYSTEMS WITH THE CAN-INTERFACE STANDARD DATA EXCHANGE BUS ORGANIZATION OPERABILITY MONITORING BY THE TRANSMITTED PRECISELY KNOWN UNIQUE CODE SEQUENCE OF THE STATIONS USING THE UNIDIRECTIONAL PAIRING DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, а именно к обмену данных по шине стандарта CAN, а также может использоваться в различных областях информационного контроля систем массового обслуживания [Л6].
Известны устройства обмена данными по CAN-шине, содержащие схемы объектов обслуживания (станции) и схему сервера обслуживания (сервер). Они обмениваются по протоколу CAN-шины.
Однако подобные системы обладают следующими недостатками. Интерфейс нижнего уровня - CAN-шина не имеет достаточных диагностических средств. В общем случае предусматривается запас по нагрузочной способности линии, быстродействию и защите от помех.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому методу (прототипом) является устройство для оценки эффективности систем массового обслуживания [Л1].
Недостатки прототипа и известных устройств приводят к тому, что:
- время поиска неисправности значительно увеличивается;
- диагностика элементов проводится перебором или случайной выборкой;
- проверка исправности станции предусматривается силами программного обеспечения верхнего уровня. В процессе эксплуатации тестирование не может проводиться, т.к. это вызовет прекращение работы самой системы массового обслуживания;
- при возникновении неисправности на станции тестирование программой верхнего уровня становится невозможным, поскольку CAN-шина перестает работать из-за какой-либо станции.
Целью заявленного способа является снижение времени поиска неисправности, увеличение надежности и работоспособности СМО. Наличие приема информации сервером и правильный ответ сервера в данном методе необязателен, что позволяет разделить характер неисправностей в системе массового обслуживания на «аппаратные нижнего уровня» и «программные верхнего уровня» и уменьшить время на восстановление СМО.
Поставленная цель достигается тем, что контролируется количество точно известных (уникальных) последовательностей блоков передаваемых данных от станции к серверу обработки данных за рабочий интервал (обычно сутки) в отдельном вычислительном устройстве.
Таким образом, предлагаемый способ и схема позволяют:
- при эксплуатации системы СМО контролировать вероятность исправности станций и собирать статистику о возникновении неисправностей;
- при возникновении неисправности определять и уточнять место: «программное» верхнего уровня или «аппаратное» на шине CAN. Статистика исправной работы позволяет ускорить поиск на шине при возникновении неисправности.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами:
- на фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства;
- на фиг. 2 приведена блочная схема предлагаемого устройства;
- на фиг. 3 приведена блок схема системы массового обслуживания;
- на фиг. 4 приведена последовательность обмена данными станции с сервером;
- на фиг. 5 приведена гистограмма данных за сутки с равномерным распределением;
- на фиг. 6 приведена гистограмма увеличения данных за сутки с равномерным распределением;
- на фиг. 6 приведена гистограмма увеличения данных за сутки с равномерным распределением;
- на фиг. 7 приведена гистограмма данных с нормальным распределением и расположенными разными максимумами;
- на фиг. 8 приведена гистограмма данных с явно выраженными ошибками стаций;
Схема приемного однонаправленного устройства с оптической развязкой для приема информации до 500 кбит в секунду по CAN-шине и передачи этой информации в адаптер USB-RS-485 представлена на фигуре 1.
Назначение элементов схемы:
- Сопротивления 1, 2, 3 ограничительные. Образуют делитель напряжения. Напряжение с сопротивления 3 поступает на операционный усилитель 4. Входное сопротивление операционного усилителя на порядок больше. Таким образом, общее нагрузочное сопротивление на CAN-шину не нагружает и не влияет на ее работоспособность.
- Сопротивления 5, 6 определяют рабочий ток операционного усилителя 4 и ток включения оптрона 8. Диод 7 защищает оптрон при отрицательном напряжении на выходе операционного усилителя.
- Если напряжение на входе положительное D+=U+ и D-=U-, на выходе операционного усилителя 4 устанавливается отрицательное напряжение. Операционный усилитель включен с инвертированием полярности входного напряжения. Оптрон 8 выключен. Фаза сигнала поменялась на 180 градусов. Повторный поворот фазы выполняет оптрон 8.
- Если напряжение на входе отрицательное D+=U- и D-=U+, то на выходе операционного усилителя 4 положительное напряжение оптрон 8 включен.
- Выход оптрона 8 подключается к приему информации D+. Инвертирующий каскад на транзисторе 12 преобразует фазу сигнала и передает его на D-. Резисторы 10, 11 определяют режим работы транзистора 12. Светодиод 9 - индикатор передачи данных и контроля питающего напряжения.
Предлагаемая схема устройства для CAN-интерфейса имеет отличия от используемых промышленностью адаптеров.
По условиям способа контроля требуется только принимать сигналы шины данных и не влиять на взаимодействие станции с сервером. Требуется иметь гальваническую развязку. Блочная схема устройства с подключением к одному компьютеру и к локальной сети представлена на фигуре 2.
Назначение блоков:
- Схема сопряжения 13 для приема информации выполняет только роль приемника и не влияет на передаваемые сигналы по CAN-шине. Усиление сигнала до требуемого уровня выполняет быстродействующий операционный усилитель типа к140уд1208.
- Схема гальванической развязки 14 - это быстродействующая оптрон типа 6N135.
- Схема сопряжения развязки с адаптером 15 формирует два противофазных сигнала из однофазного выходного сигнала оптрона.
- Все блоки собраны на одной печатной плате 16 и представляют законченный элемент сопряжения.
- Адаптер USB-RS-485 17 - это стандартный преобразователь [Л5]. Выпускаются в широком ассортименте, достаточном количестве и доступные в цене. Один компьютер 18 подключается для измерения по шине USB.
- Адаптер LAN-RS-485 19 - это стандартный преобразователь [Л8]. Выпускается в широком ассортименте. В локальной сети 20 может назначаться любой компьютер для измерения.
Рассмотрим сущность способа контроля работоспособности на примере обмена передаваемых данных. На фигуре 3 представлена блок-схема системы массового обслуживания [Л4], состоящая из 10 станций, обозначенных соответственно позициями 21 до 30. Локальная сеть с компьютером приема и передачи данных обозначена позицией 31.
Например, первая станция позиция 21 формирует запрос на передачу данных. В этой последовательности обязательно присутствует идентификационная информация. Она зависит от вида протокола, типа канала данных и т.д. Это блок данных - относительно большая последовательность байтов. В запросе обязательно должна быть уникальная последовательность при первом обращении, и, таким образом, сервер в локальной сети 31 определяет, с какой станцией ему дальше работать. На фигуре 4 представлена последовательность обмена первой станции, позиция 21, с сервером в локальной сети, позиция 31. Исходной информацией для анализа работы СМО выбираем точно известную последовательность кодов передаваемых данных. Для данной системы массового обслуживания и данного события это уникальная последовательность. Последующие передаваемые блоки не содержат такой последовательности.
За контролируемый период работы СМО будет передано количество в KN(S1). Число передаваемых уникальных последовательностей KN(S1) зависит от работоспособности, состояния станций, алгоритма работы и от множества других факторов, влияющих на СМО. Это случайная величина, которую отобразим в виде гистограммы, представленной на фигуре 5. Данные гистограммы для станций с 21 по 30, обозначенные как 21(1)KN(S1), 22(2)KN(S2) до 30(10)KN(S10), характеризуют работу станций СМО за контролируемый промежуток времени. В скобках после позиций указаны номера станций для системы массового обслуживания.
Проведем анализ гистограммы уникальных последовательностей кодов СМО. Вариант равномерного распределения показан на фигуре 6.
Число измерений увеличивается и соответственно увеличиваются значения в гистограмме. При равномерной загрузке СМО и работе всех станций общий график огибающей гистограммы представляет собой случайным образом расположенную кривую линию. Варианты неравномерной, с «горбом на разных участках», работы станций показаны на фигуре 7. Очевидно, что увеличение определенных отсчетов гистограммы отображает и увеличение количества обслуживания этих станций.
Если определить пороги гистограммы, за которые СМО не может выходить в нормальной работе, то таким образом можно определять ее работоспособность. Например, если обязательно должно быть, хотя одно значение за период наблюдения. Или разница между рядом расположенными участками не должна превышать определенного значения. На фигуре 8 показан вариант таких событий на гистограмме.
Разработанное устройство дало экономический эффект и сократило поиск неисправности на конвейере с часов до нескольких минут.
Приведенная схема и способ контроля системы массового обслуживания реализован на промышленном объекте в г. Новосибирске в 2015 г. [Л7].
Источники информации
1. Патент http://www.findpatent.ru/patent/217/2178201.html
2. Патент http://www.findpatent.ru/patent/167/1674134.html
3. Патент http://www.findpatent.ru/patent/218/2182359.html
4. Системы СМО: http://ermak.cs.nstu.ru/mmsa/glava5/glava5.htm
5. Интерфейс rs-485: http://www.bookasutp.ru/Chapter2_3.aspx
6. Стандарт CAN http://www.bookasutp.ru/Chapter2_6.aspx
7. Описание программы для объекта, на котором используется контроль СМО и устройство сопряжения: http://www.shabronov.narod.ru/doc_shabronov/kmk_tester_imitator_v5/
8. Преобразователи RS485 в Ethernet http://www.insat.ru/products/?category=950