СПОСОБ ОБМЕНА ДАННЫМИ ДЫМОВОЙ И ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ПОЕЗДА, ОСНОВАННЫЙ НА КОМБИНАЦИИ НЕЗАВИСИМЫХ МОДУЛЕЙ И КОНСТРУКЦИИ ШАССИ 3U
METHOD FOR EXCHANGING SMOKE AND FIRE ALARM DATA OF TRAIN BASED ON COMBINATION OF INDEPENDENT MODULES AND 3U CHASSIS DESIGN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области пожарной сигнализации в железнодорожных транспортных средствах, и конкретно к способу обмена данными дымовой и пожарной сигнализации поезда, основанному на комбинации независимых модулей и конструкции шасси 3U.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поезд китайского высокоскоростного железнодорожного транспорта (CRH), будучи очень сложным пассажирским транспортным средством, характеризующимся высокой скоростью движения, оборудован электрическими устройствами с разнообразными функциями с большим количеством задействованных в них проводов и кабелей. В виду малого транспортного пространства, плотности перевозимых людей и сложности эвакуации и спасения, необнаружение огня своевременно и непринятие соответствующих мер при пожаре приведет к значительным жертвам и экономическим потерям. Поскольку мест в поезде, за которыми необходим надзор, слишком много, и количество, местоположения и функции детекторов, необходимых для поездов разных типов, являются разнообразными, существующие системы и способы обмена данными дымовой и пожарной сигнализации уже не могут удовлетворить требованиям для быстрого развития поездов. Таким образом, существует большая необходимость в изобретении рационального способа обмена данными дымовой и пожарной сигнализации, применимого в поездах CRH и способного удовлетворить требованиям к функциям и требованиям к интерфейсу поездов CRH различных типов.
Что касается механических интерфейсов, то стандартные устройства дымовой и пожарной сигнализации имеют в основном интегрированную конструкцию, и в поездах в основном установлены в местах, характеризующихся ограниченным пространством в виду их простой функции и малого размера. Более того, существуют различные механические интерфейсы для поездов разных типов. Когда устройство ломается, все устройство необходимо демонтировать и вернуть на фабрику, таким образом контроль и техническое обслуживание устройства являются очень неудобными.
Что касается электрических интерфейсов, то стандартные устройства дымовой и пожарной сигнализации в основном имеют интерфейсы обмена данными RS485 или интерфейсы обмена данными MVB (многофункциональная транспортная шина), или жестко смонтированный интерфейс, применимый для поездов этого типа, в результате чего функциональные возможности разных сетей поезда не могут лучше сочетаться для осуществления резервирования интерфейсов и улучшения безопасности системы.
Что касается функций, то когда проектируют традиционные устройства дымовой и пожарной сигнализации, их функции являются фиксированными, и гибкое добавление или удаление функциональных модулей в соответствии с требованиями разных поездов является очень сложным. Более того, когда в устройстве происходит программный сбой, вся система переходит в состояние останова, и определение причины сбоя является очень сложным.
Что касается обмена данными сигнализации, то обмен данными посредством CAN (сеть контроллеров) является распространенным вариантом обмена данными для систем поездов; и устройства обычно подключены посредством CAN шины, причем устройства идентифицируют путем задания адресов устройств программным или аппаратным способом. Однако поскольку количество детекторов в поезде может изменяться по желанию, и количество датчиков разнится в поездах различных типов и в разных вагонах, существующие устройства дымовой и пожарной сигнализации имеют множество ограничений в плане количества детекторов и гибкости конфигурации.
Одним из существующих способов дымовой и пожарной сигнализации являются раскрытые в китайском патенте CN10363484A способ и система дымовой и пожарной сигнализации, основанные на беспроводной сети датчиков. Информация о каждой позиции собирается рядом узлов дымовой и пожарной сигнализации, распределенных по кузову поезда, и информация передается на шлюзовой узел посредством беспроводной маршрутизации. Шлюзовой узел накапливает и классифицирует информационные данные, выгруженные узлами дымовой и пожарной сигнализации, и затем выгружает информационные данные в систему управления сетью поезда по проводному соединению. Система управления сетью поезда обрабатывает информацию и выдает сигнальные указания. В этом способе сигнализации указывается только то, что между узлами сигнализации и сетевым узлом налажена беспроводная маршрутизация. Множество детекторов подключены к общей шине обмена данными. Поскольку количество детекторов в поездах меняется по желанию, и количество датчиков разнится в поездах различных типов и в разных вагонах, то в случае, когда обмен данными необходимо осуществить между множеством узлов по одной шине, необходимо кодировать адреса детекторов программным или аппаратным путем, что означает, что необходимо задать адрес для каждого детектора, подключенного к шине, так чтобы идентифицировать соответствующие детекторы. Однако это является ограничением для случая, когда имеется множество детекторов, и при этом детекторы необходимо настроить гибким образом.
В другом примере, описанном в китайском патенте CN204348016U, раскрывается устройство дымовой и пожарной сигнализации поезда, в котором дымовой и пожарный контроллер устройства дымовой и пожарной сигнализации содержит главный контроллер, модуль обнаружения сбоя, звонок, индикатор, дисплейный экран и модуль обмена данными, и при этом главный контроллер соединен с модулем обнаружения неисправности, звонком, индикатором, дисплейным экраном и модулем обмена данными посредством внутренних шин, соответственно. Однако что касается устройства сигнализации, то режим обмена данными внутренних шин не раскрыт, и интерфейсы и конкретные режимы соединений между главным контроллером и модулями также конкретно не раскрыты. Таким образом, универсальность интерфейсов и надежность обмена данными в устройстве сигнализации не показаны.
Например, в китайском патенте CN104143246A раскрыта система дымовой и пожарной сигнализации для поезда CRH, в которой микропроцессор этой системы сигнализации имеет два интерфейса шины CAN, при этом имеется несколько дымовых детекторов, последовательно соединенных посредством шины CAN. Передача данных представляет собой двухканальную передачу, и при этом используют разные боксы CAN. По одному каналу данные передаются на приемопередатчик шины CAN контроллера, в то время как по другому каналу данные передаются на другой приемопередатчик шины CAN контроллера в обратном направлении. После того, как одна шина CAN отсоединена, вторая шина CAN может по-прежнему работать, в результате чего обеспечивается нормальная передача данных. Другими словами, что касается этой системы сигнализации, то поскольку множество детекторов подключены к одной шине CAN, существует необходимость кодировать адреса детекторов программным или аппаратным путем. То есть, необходимо задать адрес для каждого детектора на шине, чтобы идентифицировать соответствующие детекторы. Однако это является ограничением для случая, когда имеется множество детекторов, и при этом детекторы необходимо настроить гибким образом.
В другом примере, описанном в китайском патенте CN201364635Y, раскрывается система управления пожарной сигнализацией для высокоскоростного поезда, в которой модуль приемопередатчика шины CAN этой системы управления соединяет каждый детектор с контроллером. Каждое соединение реализовано посредством независимой шины CAN, и каждый детектор и контроллер имеют два адреса. Другими словами, хотя соединение между контроллером и детектором, и между детектором и другим детектором реализовано посредством независимой шины CAN, все еще требуется задавать независимый адрес для каждого детектора для идентификации соответствующих детекторов. В результате этого оказывается влияние на гибкость конфигурации.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящей заявки является предоставление способа обмена данными дымовой и пожарной сигнализации поезда, основанного на комбинации независимых модулей и конструкции шасси 3U.
В настоящем изобретении применяется следующее техническое решение. Предоставляется способ обмена данными дымовой и пожарной сигнализации поезда, основанный на комбинации независимых модулей и конструкции шасси 3U, включающий следующие этапы:
внешнее подключение разъема X4 номера вагона платы IO (ввода и вывода) к адресной линии для идентификации номера вагона и осуществление конфигурации детекторов;
сбор посредством детекторов информации о температуре и информации о концентрации дыма в окружающей каждый детектор среде и передача собранной информации о температуре и информации о концентрации дыма на плату ЦП (центрального процессора) для обработки;
определение посредством платы ЦП собранной информации о температуре и информации о концентрации дыма, вывод информации сигнализации в случае, если температура или концентрация дыма превышает установленное предельное значение, и передача информации сигнализации на дисплейный экран HMI (человеко-машинного интерфейса), расположенный в кабине, по сети поезда;
прерывание вывода сигналов между платой IO и контуром безопасности поезда после сигнализации и передача информации сигнализации на дисплейный экран HMI, расположенный в кабине, и включение красного индикатора сигнализации на плате DISP (протокол отражения информации каталога), соответствующего детектору, осуществляющему сигнализацию; и
сбор и сохранение информации о температуре, информации о концентрации дыма и информации сигнализации посредством платы DS (хранилища данных); сбор информации о температуре, информации о концентрации дыма и информации сигнализации, а также информации о состоянии обмена данными каждой платы и состояниях сохранения, и отправки информации на коммутатор по сети Ethernet посредством платы Enet (Ethernet); и выгрузка информации на облачный сервер посредством беспроводной платы.
При этом детекторы включают в себя детекторы с интерфейсом CAN или детекторы с интерфейсом FSK (частотной модуляции), и при этом детекторы с интерфейсом CAN или детекторы с интерфейсом FSK передают собранную информацию о температуре и информацию о концентрации дыма на плату ЦП для обработки посредством платы CAN или платы FSK соответственно.
Обмен данными между детекторами с интерфейсом CAN и платой CAN и обмен данными между детекторами с интерфейсом FSK и платой FSK осуществляют в одинаковом режиме обмена данными. Имеется два механизма обмена данными, а именно механизм групповой передачи-ответа и механизм опроса-ответа.
й
й
Механизм обмена данными между детекторами и платой CAN или платой FSK является механизмом групповой передачи-ответа. Механизм групповой передачи-ответа включает два процесса, а именно передачу групповой команды и ответ на групповую команду. В процессе передачи групповой команды с платы CAN на детекторы FSD (детектор огня и дыма) применяют алгоритм наращивания адреса командного кадра. Плата CAN передает командный кадр через свой порт CAN#0, и первый детектор FSD1 получает командный кадр с платы CAN и пересылает его. При пересылке первый детектор FSD1 производит обработку с наращиванием адреса в отношении адреса командного кадра для расчета нового адреса командного кадра и передает этот новый адрес командного кадра на следующий детектор FSD. В процессе ответа на групповую команду n детектор FSDn передает и пересылает адрес ответного подчиненного командного кадра детектора на этом узле через свой порт CAN#1 и получает ID ответных кадров от других детекторов через свой порт CAN#0. При пересылке адреса ответного подчиненного командного кадра детектора на этом узле n детектор FSDn производит обработку с наращиванием адреса в отношении адреса подчиненного командного кадра для расчета нового адреса подчиненного командного кадра и передает этот новый адрес подчиненного командного кадра на предыдущий детектор FSD.
го
й
й
Механизм обмена данными между детекторами и платой CAN или платой FSK является механизмом опроса-ответа. Механизм опроса-ответа включает два процесса, а именно передачу команды опроса и ответ на команду опроса. В процессе передачи команды с платы CAN на детекторы FSD, то есть подчиненные узлы, применяют алгоритм уменьшения адреса командного кадра. Плата CAN передает командный кадр через свой порт CAN#0, и первый детектор FSD1 получает командный кадр с платы CAN и пересылает его. При пересылке первый детектор FSD1 производит обработку с уменьшением адреса в отношении адреса командного кадра для расчета нового адреса командного кадра и передает этот новый адрес командного кадра на следующий детектор FSD. Во время ответа на команду опроса адрес командного кадра порта CAN#1 n детектора FSDn соответствует адресу командного кадра команды опроса, и только n детектор FSDn отвечает на команду опроса. При отправке ответного подчиненного командного кадра на этом узле n детектор FSDn производит обработку с наращиванием адреса в отношении адреса подчиненного командного кадра для расчета нового адреса подчиненного командного кадра и подает этот новый адрес подчиненного командного кадра назад на предыдущий детектор FSD.
Устройство дымовой и пожарной сигнализации, применяемое в этом способе обмена данными, содержит плату питания, плату IO, плату ЦП, плату CAN, плату FSK, плату DS, плату DISP, плату Enet, жидкокристаллический сенсорный экран и беспроводную плату. Платы соединяют с возможностью обмена данными друг с другом по объединяющей шине.
го
го
Как плата CAN, так и детекторы FSD снабжены портом CAN#0 и портом CAN#1, и как порт CAN#0, так и порт CAN#1 обладают функцией приема и передачи адреса кадра. Порт CAN#0 платы CAN соединяют с портом CAN#1 первого детектора FSD1; порт CAN#0 первого детектора FSD1 соединяют с портом CAN#1 следующего детектора FSD; порт CAN#0 следующего детектора FSD соединяют с портом CAN#1 n детектора FSDn; и порт CAN#0 n детектора FSDn соединяют с портом CAN#1 платы CAN. Соединения между платой CAN и соседними с ней детекторами FSD и соединения между смежными детекторами FSD осуществляют по независимым шинам CAN. Модуль пересылки данных предусмотрен внутри каждого детектора FSD. Модуль пересылки данных изменяет и пересылает полученный адрес командного кадра.
По сравнению с известным уровнем техники настоящая заявка обеспечивает следующие благоприятные результаты:
1) устройство дымовой и пожарной сигнализации поезда состоит из модулей, причем платы независимо установлены внутри шасси U3, что обеспечивает компактное расположение, и при этом платы могут быть гибко сконфигурированы для осуществления контроля и технического обслуживания на уровне модулей;
2) в этом устройстве дымовой и пожарной сигнализации поезда электрические интерфейсы плат являются совместимыми с существующими интерфейсами сети поезда, в результате чего обеспечивается техническое наследование устройства и улучшается совместимость устройства с множеством типов поездов;
3) во время обмена данными плата CAN выполняет алгоритм наращивания или уменьшения в отношении адресов кадров CAN детекторов с помощью механизма пересылки детекторов, чтобы различать адреса кадров CAN детекторов и, таким образом, адреса ответных кадров являются разными, когда детектор получает кадры CAN c другими адресами, в результате чего исключается процесс кодирования адресов детекторов и улучшается возможность конфигурирования системы; и
4) при соединении с возможностью обмена данными платы CAN с детекторами образуются два канала обмена данными CAN в двух направлениях контура CAN, в результате чего реализуется функция резервирования, и количество проводов уменьшается по сравнению с существующим режимом взаимного резервирования, применяющим две шины CAN.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 представляет собой структурную схему устройства дымовой и пожарной сигнализации согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему способа передачи групповой команды платой CAN согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3 представляет собой принципиальную схему способа ответа на групповую команду платой CAN согласно настоящему изобретению;
Фиг. 4 представляет собой принципиальную схему способа передачи команды опроса платой CAN согласно настоящему изобретению; и
Фиг. 5 представляет собой принципиальную схему способа ответа на команду опроса платой CAN согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для того чтобы сделать цели, технические решения и преимущества вариантов осуществления данного изобретения более понятными, 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
В настоящей заявке раскрыт способ обмена данными дымовой и пожарной сигнализации поезда, основанный на комбинации независимых модулей и конструкции шасси 3U. Устройство дымовой и пожарной сигнализации, используемое в способе обмена данными, содержит множество независимых плат. Независимые платы могут быть смонтированы или демонтированы отдельно, и при этом количество этих независимых плат может быть увеличено или уменьшено согласно фактическим потребностям, что является преимущественным для технического обслуживания и модернизации устройства.
Со ссылкой на фиг. 1, в функциональном аспекте, независимые платы представляют собой: плату питания, плату IO, плату ЦП, плату CAN, плату FSK, плату DS, плату DISP, плату Enet, жидкокристаллический сенсорный экран и беспроводную плату. Платы электрически соединены посредством объединяющей шины. Плата питания предоставляет питание для плат, детекторов и жидкокристаллического сенсорного экрана. Плата IO снабжена модулем ввода и вывода цифровых величин. Плата CAN и плата FSK соответственно соединены с детекторами для сбора информации о температуре и информации о концентрации дыма, и передают информацию о температуре и информацию о концентрации дыма на плату ЦП для обработки. Плата ЦП получает информацию о температуре и информацию о концентрации дыма, после чего осуществляет обработку и определение и выводит информацию сигнализации. На панели платы DISP представлены красные индикаторы сигнализации, желтые индикаторы неисправности и кнопка сброса. Красные индикаторы сигнализации получают и отображают информацию сигнализации, и желтые индикаторы неисправности получают и отображают информацию о неисправности. Красные индикаторы сигнализации и желтые индикаторы неисправности взаимно однозначно соответствуют детекторам. Плата DS получает и хранит информацию о температуре, информацию о концентрации дыма, информацию сигнализации и информацию о неисправности. Плата Enet и беспроводная плата получают информацию о температуре, информацию о концентрации дыма, информацию сигнализации, информацию о неисправности, состоянии обмена данными между платами и состоянии хранилища данных платы DS и выгружают информацию в сеть Ethernet поезда и служебный терминал поезда.
Компоненты и функции плат являются следующими.
Модуль преобразования напряжения предоставлен на плате питания для преобразования 110 В/24 В постоянного тока (DC) в 24 В/12 В/5 В постоянного тока. Плата питания снабжена двумя разъемами, а именно разъемом X1 подвода питания и разъемом X2 вывода питания соответственно. Разъем X1 подвода питания может быть соединен с источником питания 110 В постоянного тока и источником питания 24 В постоянного тока, и при этом он является совместимым с разнообразными выводами напряжения обычных вагонов и поездов CRH. Разъем X2 вывода питания выдает напряжения 24 В, 12 В и 5 В постоянного тока, причем 24 В постоянного тока подключают к внешнему детектору посредством объединяющей шины и используют для подачи питания на внешний детектор; 12 В постоянного тока подключают к жидкокристаллическому сенсорному экрану посредством объединяющей шины и используют для подачи питания на жидкокристаллический сенсорный экран; и 5 В постоянного тока подключают к каждой плате посредством объединяющей шины и используют для подачи питания на платы.
Разъем X1 подвода питания представляет собой разъем с тремя контактами. Если входное напряжение составляет 110 В постоянного тока, контакты разъема X1 подвода питания определяются таблицей 1.
Таблица 1: Контакты разъема X1 подвода питания
Номер контакта
1
2
3
Обозначение сигнала
110+
NC
110-
Разъем X2 вывода питания представляет собой разъем с тремя контактами. Если входное напряжение составляет 24 В постоянного тока, контакты разъема X2 вывода питания определяются таблицей 2.
Таблица 2: Контакты разъема X2 вывода питания
Номер контакта
1
2
3
Обозначение сигнала
+ 24 В DC
NC
- 24 В DC
Плата IO снабжена модулем ввода и вывода цифровых величин для ввода и вывода цифровых величин системы. Плата IO снабжена двумя разъемами, а именно разъемом X3 контура безопасности и разъемом X4 номера вагона соответственно.
Разъем X3 контура безопасности представляет собой разъем с пятью контактами, контакты которого определяются таблицей 3.
Таблица 3: Контакты разъема X3 контура безопасности
Номер контакта
1
2
3
4
5
Обозначение сигнала
D01
D02
COM контакт
NC
NC
При этом контакт D01 разъема X3 контура безопасности является нормально разомкнутым выходным контактом, контакт D02 является нормально замкнутым выходным контактом, COM контакт является общим контактом, и контакт NC является неподключаемым контактом. Разъем X3 контура безопасности подключают к контуру безопасности поезда. Когда плата IO получает информацию сигнализации, определенную платой ЦП, нормально замкнутый контакт разъема 3 контура безопасности отсоединяется, и таким образом отключается выдача сигналов в контур безопасности поезда. После отключения контура безопасности поезда информация сигнализации, как резервная информация, передается на дисплейный экран HMI в кабине для оповещения кабины.
Разъем X4 номера вагона представляет собой разъем с семью контактами, контакты которого определяются таблицей 4.
Таблица 4: Контакты разъема X4 номера вагона
Номер контакта
1
2
3
4
5
6
7
Обозначение сигнала
ADD0
ADD1
ADD2
ADD3
ADD4
GND
GND
При этом контакты с ADD0 по ADD4 используют для идентификации номера вагона, а контакт GND является контактом заземления. Разъем X4 номера вагона подключают к адресной линии вагона, и при этом он поддерживает не более чем 32-байтное кодирование адреса поезда. Таким образом удовлетворяется требование не более чем 16-байтного маршалинга для всех существующих типов поездов.
При кодировании адреса поезда осуществляется двоичное кодирование согласно режиму заземления контура разъема. Когда контакты с ADD0 по ADD4 разъема X4 номера вагона и контакт GND подключены к контуру, это означает 0, а когда контакты с ADD0 по ADD4 не подключены, это означает 1. Во время идентификации номера вагона посредством контактов с ADD0 по ADD4, для каждого адресного штыря необходимо использовать два провода контура, иначе адрес будет определен неверно. Эта настройка может предотвратить сбой шины, вызванный перекрытием адресов. Номера вагонов определены таблицей 5.
Таблица 5: Коды адресов номеров вагонов
Номер вагона
ADD0
ADD1
ADD2
ADD3
ADD4
1
0
1
1
1
0
2
0
1
1
0
1
3
0
1
0
1
1
4
1
1
1
0
0
5
1
0
1
1
0
6
1
0
1
0
1
7
1
1
0
1
0
8
1
1
0
0
1
Как плата CAN, так и плата FSK соединены с возможностью обмена данными с детекторами для сбора информации о температуре и информации о концентрации дыма и передают посредством объединяющей шины собранную информацию на плату ЦП для обработки. Плата CAN собирает информацию о состоянии детекторов с интерфейсом CAN, и плата FSK собирает информацию о состоянии детекторов с интерфейсом FSK. Между тем плата CAN и плата FSK передают собранную информацию детекторов на плату DS. Как плату CAN, так и плату FSK соединяют с возможностью обмена данными с детекторами в режиме резервирования контура для автоматического определения местоположения детекторов и диагностики состояния детекторов.
й
Плату CAN и плату FSK соединяют с возможностью обмена данными с детекторами через разъемы X5 детекторов. Если взять в качестве примера плату CAN, то разъем X5 детектора содержит порт CAN#0 и порт CAN#1, причем к детекторам относится первый детектор FSD1, второй детектор FSD2……и n детектор FSDn, и каждый детектор снабжен портом CAN#0 и портом CAN#1.
го
го
Порт CAN#0 платы CAN соединяют с портом CAN#1 первого детектора FSD1; порт CAN#0 первого детектора FSD1 соединяют с портом CAN#1 следующего детектора FSD; порт CAN#0 следующего детектора FSD соединяют с портом CAN#1 n детектора FSDn; и порт CAN#0 n детектора FSDn соединяют с портом CAN#1 платы CAN. Соединения между платой CAN и соседними с ней детекторами FSD и соединения между смежными детекторами FSD осуществляют по независимым шинам CAN. Модуль пересылки данных предусмотрен внутри каждого детектора FSD. Модуль пересылки данных изменяет и пересылает полученный адрес командного кадра.
Плату ЦП соединяют с возможностью обмена данными с платой CAN и платой DS посредством объединяющей шины. Плата ЦП обрабатывает и определяет собранную информацию детекторов, и если температура или концентрация дыма превышает установленное предельное значение, выводит информацию сигнализации. Плата ЦП снабжена интерфейсом MVB, контуром тока и интерфейсом RS485. Плата ЦП соединена с системой мониторинга поезда TCMS (система контроля и управления поезда) через интерфейс MVB, соединена с сетью обмена данными поезда (TCN) по контуру тока и соединена с сетью поезда через интерфейс RS485. Плата ЦП выгружает информацию сигнализации и загружает информацию о конфигурации поезда (например, скорость, номер вагона, время и тому подобное) через указанные выше интерфейсы. Сеть поезда передает информацию сигнализации на дисплейный экран HMI в кабине для оповещения кабины.
Плату DS соединяют с возможностью обмена данными с платой CAN, платой FSK и платой ЦП посредством объединяющей шины. Плата DS получает информацию о температуре и информацию о концентрации дыма, собранную детекторами, получает информацию сигнализации, переданную платой ЦП, и сохраняет информацию. Плата DS снабжена интерфейсом USB (универсальная последовательная шина) и интерфейсом SPI (последовательный периферийный интерфейс). Плата DS загружает хранящуюся информацию на устройства хранения, такие как USB флэш-накопитель через интерфейс USB, и загружает хранящуюся информацию на карту памяти SD (защищенная цифровая) через интерфейс SPI для последующего анализа информации после пожара.
Плату DISP соединяют с возможностью обмена данными с платой CAN, платой FSK и платой ЦП посредством объединяющей шины. Красные индикаторы сигнализации, желтые индикаторы неисправности и кнопка сброса предусмотрены на панели платы DISP. При этом красные индикаторы сигнализации взаимно однозначно соответствуют детекторам. Когда детектор обнаруживает, что температура или концентрация дыма превышает установленное предельное значение, красный индикатор сигнализации, соответствующий этому детектору, загорается для отображения информации сигнализации, и когда в детекторе возникает неисправность, загорается желтый индикатор неисправности, соответствующий этому детектору. При нажатии на кнопку сброса все красные индикаторы сигнализации и желтые индикаторы неисправности гаснут; и красные индикаторы сигнализации и желтые индикаторы неисправности загорятся снова, когда снова сработает пожарная сигнализация или возникнет неисправность.
Плату Enet соединяют с возможностью обмена данными с указанными выше платами посредством объединяющей шины. Плата Enet собирает всю информацию о температуре, информацию о концентрации дыма, состоянии пожарной сигнализации и состоянии неисправности, состоянии обмена данными между платами, и информацию о состоянии хранилища данных платы DS. В тоже время плату Enet соединяют с возможностью обмена данными с коммутатором по сети Ethernet поезда. Во время проведения общего технического обслуживания путем простого подключения одного компьютера к любому коммутатору пользователь может получить доступ ко всем устройствам дымовой и пожарной сигнализации во всем поезде, так чтобы проверить наличие неисправности, а также может загрузить информацию, записанную на плате DS любого устройства дымовой и пожарной сигнализации, и произвольно обновить программное обеспечение устройства дымовой и пожарной сигнализации.
Беспроводную плату соединяют с возможностью обмена данными с указанными выше платами посредством объединяющей шины. Беспроводная плата собирает всю информацию о температуре, концентрации дыма, состоянии пожарной сигнализации, состоянии неисправности, информацию о состоянии обмена данными и состоянии хранилища данных. Беспроводную плату внешне подключают к беспроводной системе сбора данных GPRS, посредством которой беспроводная плата выгружает указанную выше информацию на облачный сервер, в результате чего становится возможным исчерпывающее отображение информации посредством служебного терминала, и при этом пользователю удобно просматривать информацию удаленно.
Жидкокристаллический сенсорный экран соединяют с возможностью обмена данными с указанными выше платами посредством объединяющей шины. Жидкокристаллический сенсорный экран собирает информацию с плат и затем отображает состояние устройства дымовой и пожарной сигнализации в реальном времени. Посредством жидкокристаллического сенсорного экрана могут быть заданы такие параметры, как время устройства дымовой и пожарной сигнализации, могут быть выполнены операции сброса и отключения, а также могут быть просмотрены архивные записи.
Способ обмена данными дымовой и пожарной сигнализации включает следующие этапы.
Разъем X4 номера вагона платы IO подключают посредством внешнего соединения к адресной линии для идентификации номера вагона, и при этом конфигурацию детекторов осуществляют в соответствии с номером вагона. Конфигурация включает количество детекторов, местоположение распределения детекторов, предельное значение температуры для сигнализации детекторов и тому подобное.
Информация о температуре и информация о концентрации дыма в окружающей каждый датчик среде собирается с помощью детекторов с интерфейсом CAN или детекторов с интерфейсом FSK, и при этом собранная информация передается посредством объединяющей шины на плату ЦП для обработки.
Плата ЦП производит определение согласно собранной информации и, если температура или концентрация дыма превышает установленное предельное значение, выдает информацию сигнализации. Плата ЦП также передает информацию сигнализации в сеть поезда через интерфейс MVB, контур тока и интерфейс RS485. Затем информация сигнализации передается на дисплейный экран HMI в кабине по сети поезда для оповещения кабины.
Плата DS приводится в действие для сбора информации о температуре и информации о концентрации дыма, собранной платой CAN и платой FSK, и сбора информации сигнализации с платы ЦП, и сохранения информации для последующей загрузки и анализа информации.
После того, как плата IO получает информацию сигнализации, определенную платой ЦП, нормально замкнутый контакт разъема 3 контура безопасности отсоединяется, и таким образом отключается выдача сигналов в контур безопасности поезда. После отключения контура безопасности поезда информация сигнализации, как резервная информация, передается на дисплейный экран HMI в кабине для оповещения кабины.
После того, как плата DISP получает информацию сигнализации, загорается красный индикатор сигнализации на панели платы DISP, соответствующий детектору, выдающему сигнализацию. Таким же образом, когда в детекторе возникает неисправность, желтый индикатор неисправности, соответствующий неисправному детектору, загорается для выдачи информации о неисправности. После того как информация сигнализации и информация о неисправности получены, нажимают кнопку сброса, и красные индикаторы сигнализации и желтые индикаторы неисправности гаснут.
Плата Enet собирает всю информацию о температуре, концентрации дыма, состоянии пожарной сигнализации, состоянии неисправности, состоянии обмена данными и состоянии хранилища данных системы и отправляет информацию на коммутатор по сети Ethernet поезда для удобства запроса.
Беспроводная плата выгружает информацию на облачный сервер посредством беспроводной системы сбора данных GPRS, в результате чего удобно просматривать информацию удаленно. Системная информация, полученная по объединяющей шине, отображается на жидкокристаллическом сенсорном экране, и состояние системы отображается в реальном времени.
Согласно настоящей заявке плату CAN соединяют с возможностью обмена данными с детекторами по сети обмена данными CAN, причем плата CAN функционирует как управляющий сетевой узел в сети обмена данными CAN, а детекторы функционируют как подчиненные сетевые узлы в сети обмена данными CAN.
В устройстве дымовой и пожарной сигнализации согласно настоящей заявке соединения между платой CAN и множеством детекторов осуществляют по шинам CAN. Другими словами, соединения между платой CAN и соседними по отношению к ней детекторами и соединения между смежными детекторами осуществляют по независимым шинам CAN. Передача данных и обратная связь между множеством детекторов осуществляется посредством механизма пересылки данных.
й
Как показано на фиг. 2—5, плата CAN функционирует как пожарный контроллер FSDCU (контроллер детектора пожара и дыма), а множество детекторов представляет собой первый детектор FSD1, второй детектор FSD2……и n детектор FSDn, соответственно. Каждый из пожарных контроллеров FSDCU и детекторов FSD снабжен двумя портами, а именно портом CAN#0 и портом CAN#1. Как порт CAN#0, так и порт CAN#1 могут быть использованы для приема и передачи данных. Модуль пересылки данных предусмотрен в каждом из детекторов, и при этом модуль пересылки данных выполнен с возможностью осуществления логической операции над данными в отношении полученного адреса командного кадра и пересылки адреса командного кадра.
го
го
го
Соединения пожарного контроллера FSDCU и детекторов FSD осуществляют определенным образом, а именно: порт CAN#0 пожарного контроллера FSDCU соединяют с портом CAN#1 первого детектора FSD1; порт CAN#0 первого детектора FSD1 соединяют с портом CAN#1 второго детектора FSD2; порт CAN#0 второго детектора FSD2 соединяют с ……, по такой аналогии, порт CAN#0 (n-1) детектора FSD(n-1) соединяют с портом CAN#1 n детектора FSDn, и порт CAN#0 n детектора FSDn соединяют с портом CAN#1 пожарного контроллера FSDCU.
В данном способе обмена данными имеется два механизма обмена данными для команд с платы CAN, функционирующей как пожарный контроллер FSDCU, с каждым детектором: механизм групповой передачи-ответа и механизм опроса-ответа.
Механизм групповой передачи-ответа включает два процесса, а именно передачу групповой команды и ответ на групповую команду. Передача групповой команды и ответ на групповую команду представляют собой команды типа «один ко многим». После того как плата CAN, функционирующая как пожарный контроллер FSDCU, посылает команду, все детекторы FSD отвечают на команду от пожарного контроллера FSDCU, и в то же время принимают и пересылают ответные командные кадры от других детекторов FSD.
Конкретный способ осуществления механизма групповой передачи-ответа является следующим.
(1) Способ осуществления передачи групповой команды является следующим: со ссылкой на фиг. 2, пожарный контроллер FSDCU, как управляющее устройство сети CAN, посылает командный кадр ID = COM_Frame_ID через свой порт CAN#0, и после того, как порт CAN#1 первого детектора FSD1 получает командный кадр ID = COM_Frame_ID с пожарного контроллера FSDCU, адрес командного кадра обрабатывают согласно следующей формуле (1) с помощью модуля пересылки данных в первом детекторе FSD1:
TX_COM_Frame_ID = COM_Frame_ID+1……Формула (1)
где COM_Frame_ID означает адрес командного кадра, переданный пожарным контроллером FSDCU, а TX_COM_Frame_ID означает адрес командного кадра, пересланный первым детектором FSD1.
го
Наращивание адреса осуществляют в отношении адреса командного кадра пожарного контроллера FSDCU согласно формуле (1) для расчета нового адреса командного кадра TX_COM_Frame_ID, и новый адрес командного кадра TX_COM_Frame_ID передают на порт CAN#1 второго детектора FSD2 через порт CAN#0 первого детектора FSD1. Таким же образом модуль пересылки данных во втором детекторе FSD2 осуществляет наращивание адреса в отношении адреса командного кадра согласно формуле (1) для расчета нового адреса командного кадра и затем передает этот новый адрес командного кадра на следующий детектор по такой аналогии до тех пор, пока порт CAN#0 n детектора FSDn не передаст соответствующий адрес командного кадра на порт CAN#1 пожарного контроллера FSDCU. Пожарный контроллер FSDCU выбирает, отвечать или не отвечать на соответствующий адрес командного кадра согласно разным значениям COM_Frame_ID.
Со ссылкой на фиг. 2, при передаче групповой команды в процессе передачи групповой команды с платы CAN на детекторы FSD применяют алгоритм наращивания адреса командного кадра. Плата CAN передает командный кадр через свой порт CAN#0, и первый детектор FSD1 получает командный кадр с платы CAN и затем пересылает его. При пересылке первый детектор FSD1 выполняет наращивание адреса в отношении адреса командного кадра для расчета нового адреса командного кадра и затем передает этот новый адрес командного кадра на следующий детектор FSD.
(2) Способ осуществления ответа на групповую команду является следующим.
Со ссылкой на фиг. 3, в способе пересылки адреса командного кадра групповой команды, например, после того как порт CAN#1 первого детектора FSD1 получает командный кадр ID = COM_Frame_ID, переданный портом CAN#0 пожарного контроллера FSDCU, с одной стороны, этот командный кадр необходимо переслать на второй детектор FSD2, соединенный с этим узлом, через порт CAN#0 первого детектора FSD1, то есть согласно указанному выше способу передачи групповой команды; с другой стороны, в ответ на командный кадр ID = COM_Frame_ID, подчиненный адрес командного кадра на этом узле передают через порт CAN#1 первого детектора FSD1, и в то же время ответный кадр ID = REP_Frame_ID с порта CAN#1 второго детектора FSD2 принимают через порт CAN#0 первого детектора FSD1. При этом ID подчиненного командного кадра рассчитывают согласно следующей формуле (2):
TX_REP_Frame_ID = REP_Frame_ID+1 ……Формула (2)
где REP_Frame_ID означает ID ответного кадра, полученный первым детектором FSD1 от других зависимых узлов в качестве ответа управляющему узлу, а TX_REP_Frame_ID означает адрес ответного подчиненного командного кадра, переданный или пересланный на пожарный контроллер FSDCU первым детектором FSD1 через порт CAN#1.
й
Таким же образом по вышеописанному принципу n детектор FSDn передает и пересылает адрес ответного подчиненного командного кадра на этом узле через свой порт CAN#1 и получает ID ответных кадров от других зависимых узлов через свой порт CAN#0. Полученные ID ответных кадров также включают ответный кадр с порта CAN#1 пожарного контроллера FSDCU.
й
й
Со ссылкой на фиг. 3, в процессе ответа на групповую команду n детектор FSDn передает и пересылает адрес ответного подчиненного командного кадра с детектора на этом узле через свой порт CAN#1 и получает ID ответных кадров от других детекторов через свой CAN#0; и при пересылке адреса ответного подчиненного командного кадра с детектора на этом узле n детектор FSDn выполняет наращивание адреса в отношении адреса подчиненного кадра для расчета нового адреса подчиненного командного кадра, а затем передает этот новый адрес подчиненного командного кадра на предыдущий детектор FSD.
Вторым методом передачи команды между платой CAN и детекторами является механизм опроса-ответа. Механизм опроса-ответа включает два процесса, а именно передачу команды опроса и ответ на опрос. Передача команды опроса и ответ на опрос представляют собой команды типа «один к одному». Плата CAN, функционирующая как пожарный контроллер FSDCU, содержит адресную информацию детекторов FSD. После того как плата CAN, функционирующая как пожарный контроллер FSDCU, отправляет команду опроса, только детектор FSD, для которого команда опроса соответствует адресу этого узла, отвечает на эту команду опроса и подает информацию об узле, осуществляя ответ назад на плату CAN.
Конкретный способ осуществления механизма опроса-ответа является следующим.
(1) Способ осуществления передачи команды опроса является следующим.
Со ссылкой на фиг. 4, пожарный контроллер FSDCU, функционирующий как управляющее устройство сети CAN, отправляет командный кадр ID = COM_Frame_ID через свой порт CAN#0; и после того, как порт CAN#1 первого детектора FSD1 получает командный кадр ID = COM_Frame_ID с пожарного контроллера FSDCU, адрес командного кадра обрабатывают согласно следующей формуле (3) с помощью модуля пересылки данных в первом детекторе FSD1:
TX_COM_Frame_ID = COM_Frame_ID-1……Формула (3)
где COM_Frame_ID означает адрес командного кадра, переданный пожарным контроллером FSDCU, а TX_COM_Frame_ID означает адрес командного кадра, пересланный первым детектором FSD1.
То есть выполняют уменьшение адреса в отношении адреса командного кадра от детектора для расчета нового адреса командного кадра TX_COM_Frame_ID, и новый адрес командного кадра TX_COM_Frame_ID передают на порт CAN#1 второго детектора FSD2 через порт CAN#0 первого детектора FSD1.
го
Таким же образом модуль пересылки данных во втором детекторе FSD2 выполняет уменьшение адреса в отношении адреса командного кадра согласно формуле (3) для расчета нового адреса командного кадра и затем передает этот новый адрес командного кадра на следующий детектор по такой аналогии до тех пор, пока порт CAN#0 n детектора FSDn не передаст соответствующий адрес командного кадра на порт CAN#1 пожарного контроллера FSDCU. Пожарный контроллер FSDCU выбирает, отвечать или не отвечать на соответствующий адрес командного кадра согласно разным значениям COM_Frame_ID.
Со ссылкой на фиг. 4, при передаче команды опроса в процессе передачи команды на подчиненный узел детектора FSD платой CAN применяют алгоритм уменьшения адреса командного кадра. Плата CAN передает командный кадр через свой порт CAN#0, и первый детектор FSD1 получает командный кадр с платы CAN и пересылает его. При пересылке первый детектор FSD1 осуществляет уменьшение адреса в отношении адреса командного кадра для расчета нового адреса командного кадра и затем передает этот новый адрес командного кадра на следующий детектор FSD.
(2) Способ осуществления ответа на команду опроса является следующим.
го
й
Со ссылкой на фиг. 5, в процессе пересылки адреса командного кадра команды опроса, если адрес командного кадра с порта CAN#1 n детектора FSDn соответствует адресу командного кадра команды опроса с управляющего узла, n детектор FSDn отвечает на команду опроса и подает обратно адрес подчиненного командного кадра в ответ на ID командного кадра согласно следующей формуле (4), причем ID подчиненного командного кадра рассчитывают согласно формуле (4):
TX_REP_Frame_ID = REP_Frame_ID+1 ……Формула (4)
го
го
где REP_Frame_ID означает ID ответного кадра, который порт CAN#0 n детектора FSDn передает в ответ на управляющий узел, а TX_REP_Frame_ID означает адрес ответного подчиненного командного кадра, переданный или пересланный на пожарный контроллер FSDCU с n детектора FSDn через свой порт CAN#1. В процессе ответа на команду опроса адрес командного кадра подчиненного узла, не соответствующий адресу командного кадра команды опроса управляющего узла, ответ на командный сигнал опроса не выдает.
го
й
Со ссылкой на фиг. 5, во время ответа на команду опроса адрес командного кадра с порта CAN#1 n детектора FSDn соответствует адресу командного кадра команды опроса; и только n детектор FSDn отвечает на команду опроса, выполняет наращивание адреса в отношении адреса подчиненного командного кадра и при этом пересылает ответный подчиненный командный кадр этого узла для расчета нового адреса подчиненного командного кадра, и подает этот новый адрес подчиненного командного кадра назад на предыдущий детектор FSD.
Конструкция платы FSK и обмен данными между платой FSK и детекторами являются такими же, как в случае платы CAN. В двух платах используется передача групповой команды и ответ, и передача команды опроса и ответ от контура обмена данными CAN, соответственно. Прием и пересылка данных может осуществляться в двух направлениях двух контуров. Два контура эквиваленты двум шинам CAN, которые являются резервными по отношению друг к другу, в результате чего точность и надежность обмена данными улучшается.
В то же время в настоящей заявке соединения по шине CAN между пожарным контроллером и соседними по отношению к нему детекторами и соединения по шине CAN между смежными детекторами устанавливаются независимо, модуль пересылки данных предусмотрен внутри каждого детектора, и полученный адрес командного кадра подвергается изменению и пересылается с помощью модуля пересылки данных. Изменение адреса командного кадра осуществляется путем логической операции над данными, причем логическая операция над данными заключается в наращивании или уменьшении полученного адреса командного кадра. Адрес кадра каждого детектора отличают по адресу кадра подчиненного узла, подвергнутому наращиванию или уменьшению адреса командного кадра. Путем подачи обратно адреса ответного кадра управляющий узел автоматически определяет количество пожарных детекторов без отдельного шифрования адреса каждого датчика.