專利名稱：軌道列車車門智能門控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及軌道列車車門開啟、關(guān)閉的控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用于城市軌 道列車上的軌道列車車門智能門控器，屬于自動化控制、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軌道列車門控器主要用于地鐵和輕軌等軌道列車車門的控制上接收列車頂層控 制系統(tǒng)中總線上傳輸?shù)拈_門、關(guān)門等信號，結(jié)合列車車門中的一些傳感器信號如行程開關(guān)、 位置傳感器和安全光幕等信號來實現(xiàn)列車車門的開啟、關(guān)閉等操作。由于城市軌道列車運(yùn) 營線路站與站之間的距離短，單節(jié)車廂車門數(shù)量較多，列車車門頻繁的開啟和關(guān)閉，容易 導(dǎo)致門控系統(tǒng)的電氣元件和車門系統(tǒng)的機(jī)械零部件損壞，進(jìn)而造成運(yùn)營列車的車門故障頻 發(fā)，這些故障發(fā)生后輕則該車門被切除，故障較重時列車發(fā)生掉線、清客或救援。車門的控 制部分(簡稱門控器)出現(xiàn)的問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面1)可靠性沒有達(dá)到相應(yīng)的要 求，現(xiàn)有門控器的平均無故障時間較小，在實際使用中某些部件故障率異常高。2)抗干擾能 力較弱，現(xiàn)有部分門控器與列車之間通訊采用RS232、RS485等串口通訊，受環(huán)境中的共模 干擾影響大?；矛F(xiàn)有門控器的電路在物理層結(jié)構(gòu)上為一個整體，使得門控器的維護(hù)難度大， 升級的可操作性差，門控器系統(tǒng)各個部件之間相互耦合，只要系統(tǒng)某一個部件出現(xiàn)故障，整 個系統(tǒng)就不能正常工作，由于耦合嚴(yán)重，導(dǎo)致檢修和修復(fù)的時間較長。4)智能性較差，出現(xiàn) 故障后不能根據(jù)故障的級別采用相應(yīng)的措施，不能自主排除故障，一旦出現(xiàn)故障后門控器 就停止工作，只是簡單地通過聲音和指示燈等發(fā)出報警?；每芍貥?gòu)性和廣普性差，現(xiàn)有的軌 道列車門控器產(chǎn)品只是適用于某個生產(chǎn)廠商的某一種或者某一類型號的列車，不具備很好 的可重構(gòu)性和普適性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有軌道列車門控器存在的不足，采用模塊化設(shè)計思想提出一種 可靠性較高、抗干擾能力強(qiáng)、易升級維護(hù)和可自主進(jìn)行故障診斷功能的軌道列車車門智能 門控器。為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案一種軌道列車車門智能門控 器，通過接收列車頂層控制系統(tǒng)中總線上傳輸?shù)拈_門、關(guān)門控制信號，驅(qū)動電機(jī)實現(xiàn)列車車 門的開啟、關(guān)閉，其特征是在列車頂層總線與列車車門系統(tǒng)之間，設(shè)置現(xiàn)場總線構(gòu)成的門 控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，該門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)有包括網(wǎng)關(guān)模塊、節(jié)點模塊及CAN總線，網(wǎng)關(guān)模塊與列車頂 層總線連接，接收列車頂層總線傳輸?shù)目刂菩盘柌⑵滢D(zhuǎn)換成供節(jié)點模塊識別的CAN總線 信號，節(jié)點模塊將此CAN總線信號以CAN通訊方式傳輸給列車車門系統(tǒng)中的電機(jī)驅(qū)動模塊， 電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動列車車門的動作；一個網(wǎng)關(guān)模塊對應(yīng)一組節(jié)點模塊以及與節(jié)點模塊數(shù)量 相同的電機(jī)驅(qū)動模塊和列車車門數(shù)量；所述網(wǎng)關(guān)模塊、節(jié)點模塊均以微控制器為主體構(gòu)成。所述門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中還設(shè)有采用雙微控制器結(jié)構(gòu)的監(jiān)測診斷模塊，該模塊亦通過 CAN總線與網(wǎng)關(guān)模塊和節(jié)點模塊連接；當(dāng)列車處于工作狀態(tài)時，監(jiān)測診斷模塊接收網(wǎng)關(guān)模塊傳輸?shù)目刂菩盘柤案鞴?jié)點模塊傳輸?shù)能囬T狀態(tài)信息并將上述信息數(shù)據(jù)存儲至存儲器中， 在監(jiān)測診斷模塊中設(shè)有相應(yīng)的故障診斷算法，當(dāng)門控系統(tǒng)發(fā)生故障后，該模塊做出故障診 斷，并將診斷結(jié)果通過網(wǎng)關(guān)模塊發(fā)送至列車總線再傳輸?shù)搅熊嚽芭_控制系統(tǒng)中；當(dāng)列車處 于維護(hù)狀態(tài)時，通過監(jiān)測診斷模塊上預(yù)留的檢修接口，運(yùn)行維護(hù)修理軟件對門控系統(tǒng)進(jìn)行 檢修；節(jié)點模塊一方面將網(wǎng)關(guān)模塊轉(zhuǎn)換后的信號和車門系統(tǒng)中各種傳感器信號給電機(jī) 驅(qū)動模塊發(fā)送相應(yīng)的控制信號，由電機(jī)驅(qū)動模塊控制車門的運(yùn)動；另一方面向電機(jī)驅(qū)動模 塊發(fā)送相應(yīng)的指令，實時查詢電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速、驅(qū)動器的溫度等信號，監(jiān)測節(jié)點的狀態(tài)信 息，并將監(jiān)測到的狀態(tài)信息傳送到監(jiān)測診斷模塊中。所述網(wǎng)關(guān)模塊、節(jié)點模塊及電機(jī)驅(qū)動模塊均為獨立設(shè)計，每個模塊線路板預(yù)留有 標(biāo)準(zhǔn)接口。本實用新型的優(yōu)點及顯著效果1)本實用新型在設(shè)計中采用模塊化設(shè)計思想，將門控器劃分為幾大模塊，并為每 個模塊單獨設(shè)計線路板，每個模塊在物理層是獨立存在的，并在每個模塊線路板預(yù)留的標(biāo) 準(zhǔn)接口，可為后續(xù)的模塊連接組合做準(zhǔn)備。2)通過增加監(jiān)測診斷模塊來增加門控系統(tǒng)的智能性，在故障診斷算法中設(shè)計了離 線和在線兩層診斷算法，對相應(yīng)的故障進(jìn)行等級歸類，自主排除一些簡單的故障，并對一些 重要的元部件建立故障預(yù)測模型。監(jiān)測診斷模塊中設(shè)有相應(yīng)的檢修接口，當(dāng)門控系統(tǒng)出現(xiàn) 故障后通過檢修接口可以進(jìn)行診斷和維護(hù)，門控系統(tǒng)使用了抗干擾能力較強(qiáng)的差分總線信 號，能很好的去除環(huán)境中的一些共模干擾。3)針對目前軌道列車頂層中使用的通訊協(xié)議不統(tǒng)一，單獨設(shè)計網(wǎng)關(guān)模塊，該模塊 采用可替換設(shè)計原則，只需簡單替換該模塊或者重新配置軟件資源即可使門控系統(tǒng)適應(yīng)不 同總線協(xié)議的軌道列車。4)本實用新型采用現(xiàn)場總線式控制方案，為每個車門配備一個節(jié)點模塊，用于直 接控制車門上電機(jī)驅(qū)動器。節(jié)點模塊、網(wǎng)關(guān)模塊以及監(jiān)測診斷模塊通過現(xiàn)場總線組成門控 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)一個門控器對多個車門的同時控制，由于節(jié)點模塊直接掛接在現(xiàn)場總 線的網(wǎng)絡(luò)上，對具體控制車門的數(shù)量沒有限制，只要不超過現(xiàn)場總線的最大節(jié)點數(shù)即可，具 有良好的廣普性，該項性能使得本實用新型可以用在不同型號的軌道列車上。本實用新型既可以用在車門較多的城市軌道交通列車，將一節(jié)車廂的車門編為一 組，并為每一組車門建立一個門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，以便于車門控制；也可以用在車門較少的中長 途軌道客車，可以將若干節(jié)車廂的車門并入一個門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，或為一個列車編組的車門 配置一個門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，所以具有較好的通用性。

圖1為本實用新型的原理示意圖；圖2為本實用新型硬件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖3為監(jiān)測診斷模塊及其外圍電路結(jié)構(gòu)框圖；圖4為列車處于工作狀態(tài)時監(jiān)測診斷模塊MC9S12XS128芯片運(yùn)行的程序流程圖；圖5為列車處于工作狀態(tài)時監(jiān)測診斷模塊S3C2440A芯片運(yùn)行的程序流程圖；[0019]圖6為列車處于維護(hù)狀態(tài)時監(jiān)測診斷模塊維護(hù)檢修軟件的運(yùn)行界面；圖7為監(jiān)測診斷模塊的離線和在線兩層故障診斷算法的流程圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。參考圖1，本實用新型采用模塊化設(shè)計思想，設(shè)計的門控器主要由網(wǎng)關(guān)模塊、節(jié)點 模塊和車門系統(tǒng)(包括電機(jī)驅(qū)動模塊和車門)組成，網(wǎng)關(guān)模塊和節(jié)點模塊直接通過CAN總 線組成門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)關(guān)模塊用于橋接列車總線和門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。由于CAN總線采用非 破壞總線仲裁技術(shù)，支持多主多從式結(jié)構(gòu)，使用短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以傳輸穩(wěn)定可靠，在短距 離傳輸具有很高的通訊速率GOm之內(nèi)可達(dá)1Mbps)，且具有錯誤檢測機(jī)制可自動監(jiān)測節(jié)點 是否脫離總線，會自動關(guān)閉永久故障的節(jié)點。本實用新型設(shè)置網(wǎng)關(guān)模塊、節(jié)點模塊和電機(jī)驅(qū) 動模塊就可以實現(xiàn)軌道列車門控器的基本功能——開門、關(guān)門、緊急解鎖和門切除功能，這 些功能也是軌道列車最重要的功能。但為了更好保證門控器基本功能的可靠性，遵循簡單 可靠地原則，將一些后備功能，如故障監(jiān)測診斷、檢修維護(hù)等功能在監(jiān)測診斷模塊中實現(xiàn)， 這些功能的實現(xiàn)需要用到一些較為復(fù)雜的元器件，這樣該模塊的可靠性相比其他模塊就 低，在設(shè)計中采用獨立設(shè)計原則，該模塊可以獨立作為一個模塊不對其他模塊產(chǎn)生制約。當(dāng) 該模塊出現(xiàn)故障后，由于CAN總線可自動進(jìn)行錯誤監(jiān)測，如果該模塊出現(xiàn)永久性故障直接 關(guān)閉該節(jié)點，關(guān)閉該節(jié)點后不影響門控系統(tǒng)的基本功能的實現(xiàn)，故本實用新型的可靠性較 尚ο監(jiān)測診斷模塊作用分兩種情況1)當(dāng)列車處于工作狀態(tài)時，主要接受網(wǎng)關(guān)模塊傳 輸?shù)目刂菩盘柡透鞴?jié)點模塊傳輸?shù)臓顟B(tài)信息，將上述信息數(shù)據(jù)存儲至存儲器中；并在該模 塊中設(shè)計相應(yīng)的故障診斷算法，當(dāng)門控系統(tǒng)發(fā)生故障后，該模塊可以做出故障診斷，并將診 斷結(jié)果通過網(wǎng)關(guān)模塊發(fā)送至列車總線再傳輸?shù)搅熊嚽芭_控制系統(tǒng)中。2)當(dāng)列車處于維護(hù)狀 態(tài)時，可通過該模塊上預(yù)留的檢修接口，對門控系統(tǒng)進(jìn)行檢修，目前本發(fā)明中使用的維護(hù)工 具為帶有觸摸功能的液晶顯示屏，將顯示屏接到檢修接口上，在該模塊中運(yùn)行維護(hù)修理軟 件，即可對門控系統(tǒng)初步進(jìn)行一些簡單的檢測和維修。網(wǎng)關(guān)模塊和列車總線相連，接收列車總線傳輸?shù)目刂菩盘?，并將其轉(zhuǎn)換成門控系 統(tǒng)節(jié)點能識別的CAN總線信號，該模塊主要起到不同通訊協(xié)議之間相互轉(zhuǎn)換的橋梁作用， 并且將接受到列車總線傳輸?shù)目刂菩盘杺鬏數(shù)奖O(jiān)測診斷模塊中并保存信號數(shù)據(jù)。節(jié)點模塊一方面將網(wǎng)關(guān)模塊轉(zhuǎn)換后的信號和車門系統(tǒng)中各種傳感器(行程、位 置、光幕)信號給電機(jī)驅(qū)動模塊發(fā)送相應(yīng)的控制信號，由電機(jī)驅(qū)動模塊控制車門的運(yùn)動；另 一方面向電機(jī)驅(qū)動模塊發(fā)送相應(yīng)的指令，實時查詢電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速、驅(qū)動器的溫度等信 號，監(jiān)測門控節(jié)點的狀態(tài)信息，并將監(jiān)測到的狀態(tài)信息傳送到監(jiān)測診斷模塊中。電機(jī)驅(qū)動模塊就是控制每個門控節(jié)點的執(zhí)行元件——電機(jī)，電機(jī)帶動車門運(yùn)動， 門控系統(tǒng)節(jié)點和電機(jī)驅(qū)動之間使用CAN總線進(jìn)行通訊，主要是CAN總線采用差分信號的抗 共模干擾能力較強(qiáng)，穩(wěn)定性較高。本實用新型的可重構(gòu)性體現(xiàn)在如下兩點1)門控器對每節(jié)車廂的具體車門個數(shù) 沒有限制。由于該門控器CAN總線作為內(nèi)部門控節(jié)點之間連接的基礎(chǔ)，CAN總線是一種支 持多主多從的現(xiàn)場總線，對每個門控系統(tǒng)節(jié)點直接掛接到CAN總線上即可，所以要求每節(jié)車廂的車門數(shù)不超過CAN總線的所支持的最大節(jié)點數(shù)110(實際每節(jié)車廂的車門數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小 于該值)，不對每節(jié)車廂的車門數(shù)有所限制，目前不同軌道列車生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的列車的單節(jié) 車廂車門數(shù)一般為6、8和10不等，所以本發(fā)明能較好適應(yīng)不同廠商的生產(chǎn)差異。2、目前的 列車總線標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，這種多總線并存的現(xiàn)狀要求門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能夠與不同的列車總線 進(jìn)行橋接，從而實現(xiàn)車輛控制單元等上位機(jī)通過列車總線對門控系統(tǒng)的控制。本實用新型 設(shè)計的門控器可通過更換網(wǎng)關(guān)模塊或者對該模塊重新配置相應(yīng)的軟硬件資源，就可適應(yīng)不 同列車總線。通過使用模塊化的設(shè)計方法，硬件的結(jié)構(gòu)層次能清晰地表現(xiàn)出來，從而降低了開 發(fā)難度。通過合理地劃分模塊，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性能得到提高，同時也為實現(xiàn)硬件部分 的可升級性提供了條件。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，模塊化的設(shè)計有利于提高故障的診斷的速度 和準(zhǔn)確性，維修時可以直接替換出現(xiàn)故障的模塊，使得維修簡單從而提高維保工作的效率。參看圖2，主要介紹本實用新型每個控制模塊具體實現(xiàn)方案以及選擇的控制芯片寸。監(jiān)測診斷模塊的主板采用雙微控制器結(jié)構(gòu)，具體選擇的微控制器分別為用于 數(shù)據(jù)分析和處理ARM核的三星S3C2440A和主要用于處理通信協(xié)議S12X核的飛思卡爾 MC9S12XS128，其中S3C2440A微控制器運(yùn)行Windows CE操作系統(tǒng)，主要用于數(shù)據(jù)采集和分 析，運(yùn)行故障診斷算法，提供帶觸摸功能的液晶屏的維護(hù)接口。MC9S12XSU8微控制器是為 實現(xiàn)系統(tǒng)的高實時性而設(shè)計的，未配置操作系統(tǒng)，用于各種控制信號和通信數(shù)據(jù)的預(yù)處理。 監(jiān)測診斷模塊與門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信是由MC9S12XSU8處理器完成的，總線頻率設(shè)置在 40MHz的MC9S12XS128除了處理通信協(xié)議相關(guān)的工作，還能有足夠的剩余系統(tǒng)資源用于處 理并獨立發(fā)送一些基本的車門控制信號，而不需要著重于數(shù)據(jù)分析與處理的S3C2440A微 控制器的介入。這是十分必要的，如果通信部分的工作，包括通信協(xié)議的處理都由ARM核微 控制器完成，同時，監(jiān)測診斷模塊要處理所有門控系統(tǒng)節(jié)點的數(shù)據(jù)，因此在多數(shù)情況下，尤 其是門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)量較多時，S3CM40A微控制器所剩不多的系統(tǒng)資源可能不足以 滿足通信協(xié)議的運(yùn)行要求，從而影響系統(tǒng)的實時性，甚至在導(dǎo)致在Windows CE操作系統(tǒng)下 運(yùn)行的門控系統(tǒng)應(yīng)用程序完全失去響應(yīng)。節(jié)點模塊采用S12核的飛思卡爾MC9S12DGU8微控制器，接收車門系統(tǒng)中各種傳 感器信號，實現(xiàn)電機(jī)控制，以及與門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信。運(yùn)用CAN總線建立的門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 將門控系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)、門控系統(tǒng)節(jié)點與系統(tǒng)監(jiān)測診斷連接起來，用于傳輸車門控制信號和車門 狀態(tài)參數(shù)。門控系統(tǒng)節(jié)點需要連接至門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，即需要具備CAN總線通信功能。作為 車門控制器，節(jié)點還應(yīng)能夠控制車門電機(jī)的運(yùn)行，和其他外部設(shè)備的工作，如指示燈、蜂鳴 器等。本發(fā)明在控制車門電機(jī)是使用抗干擾能力強(qiáng)的CAN總線通訊方式，所以在該模塊中 需要用到兩個CAN控制器，本發(fā)明選擇的飛思卡爾MC9S12DGU8微控制器，其內(nèi)置的MSCAN 模塊包括兩個CAN控制器、大量的通用I/O端口十分適合本發(fā)明對門控系統(tǒng)節(jié)點的要求，門 控系統(tǒng)節(jié)點需要精確地檢測車門的實際位置，以及在車門運(yùn)動路徑上障礙物的情況。這里 選用兩個漫反射式光電開關(guān)，分別用于車門兩端的位置檢測。選用對射式光電開關(guān)，用于 檢測車門之間的障礙物。網(wǎng)關(guān)模塊用于橋接列車總線和門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使用的是CAN總線， 列車總線目前不統(tǒng)一，西門子和龐巴迪公司生產(chǎn)軌道列車多采用MVB，法國的阿爾斯通和
6Faiveley等采用W0RLDFIP。門控系統(tǒng)中所有需要傳送至列車總線的數(shù)據(jù)都通過網(wǎng)關(guān)模塊 轉(zhuǎn)發(fā)，同時網(wǎng)關(guān)模塊接收列車總線上的車門控制信號，并通過門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給系統(tǒng)中 的其他節(jié)點設(shè)備。網(wǎng)關(guān)模塊采用的是易于替換的設(shè)計，適應(yīng)不同種類列車總線的應(yīng)用環(huán)境。 使用FPGA作為該模塊的主控芯片，為了適應(yīng)不同列車總線，只需對FPGA芯片燒寫不同配置 程序即可。結(jié)合圖3說明本實用新型中監(jiān)測診斷模塊部件中用到的一些外圍電路具體實現(xiàn) 和作用，它主要由處理器單元1、處理器單元2、SD卡、帶觸摸功能的液晶屏、JTAG仿真器、 BDM仿真器、CAN收發(fā)器。處理器單元1的微處理器芯片選用三星的高性能、低功耗的ARM920T體系32位的 S3C2440A。SD卡選用Kingston的存儲容量為IGB的SD卡。復(fù)位電路選用MAX811芯片。 利用MAX811的手動復(fù)位輸入端。在UART-RS232電路中，S3CM40A芯片的UARTO接口模塊 經(jīng)過MAX3232芯片轉(zhuǎn)換為RS232電平。處理器單元2的微處理器芯片選用飛思卡爾的MC9S12XS128。對MC9S12XS128芯 片中CAN控制器模塊需要連接一個CAN收發(fā)器方能連接到CAN的物理總線上。這里選用 PCA82C250，它主要為高速CAN通訊(最高可達(dá)IMbps)應(yīng)用而設(shè)計的，符合“ IS011898”標(biāo) 準(zhǔn)。對CAN收發(fā)器產(chǎn)生的干擾需要和CAN控制器隔離，采用6W37高速光耦進(jìn)行隔離的，在 隔離中使用金升陽公司的B0505-1W芯片電源隔離模塊，配合光耦后實現(xiàn)CAN總線收發(fā)電路 信號和系統(tǒng)故障診斷中電路完全隔離。S3C2440A和MC9S12XSU8兩個微控制器各司其責(zé)，分工明確地完成車門控制任 務(wù)，奠定了系統(tǒng)的高實時性的基礎(chǔ)，故兩個微控制器間高效穩(wěn)定的通信是最終實現(xiàn)高性能 目標(biāo)的關(guān)鍵。在這里，充分利用兩個微控制器內(nèi)置的異步串行通信模塊，該通訊方式比較合 適短距離、單任務(wù)傳輸過程。在硬件連接中，理論上可直接將兩個微控制器的異步串行通信 模塊的收發(fā)引線交叉對接就可以實現(xiàn)它們之間的通訊，但是由于S3C2440A的通信電平電 壓為3. 3V，而MC9S12XSU8的通信電平為5. 0V，實際操作中需要接一個電平轉(zhuǎn)換器，這里選 用74LVC4245作為總線電平轉(zhuǎn)換器件。系統(tǒng)監(jiān)測診斷作用分兩種情況1)當(dāng)列車處于工作狀態(tài)時，主要接受各節(jié)點模塊 傳輸?shù)臓顟B(tài)信息，一方面將上述信息數(shù)據(jù)存儲至SD卡存儲器中，另一方面在液晶屏中顯示 各節(jié)點的狀態(tài)信息。在該模塊中設(shè)計相應(yīng)的故障診斷算法，當(dāng)門控系統(tǒng)發(fā)生故障后，該模塊 可以做出故障診斷，并將診斷結(jié)果通過網(wǎng)關(guān)模塊發(fā)送至列車總線再傳輸?shù)搅熊嚽芭_控制系 統(tǒng)中。2)當(dāng)列車處于維護(hù)狀態(tài)時，可通過該模塊上預(yù)留的檢修接口，對門控系統(tǒng)進(jìn)行檢修， 目前本發(fā)明中使用的維護(hù)工具為帶有觸摸功能的液晶顯示屏，將顯示屏接到檢修接口上， 在該模塊中運(yùn)行維護(hù)檢修軟件，即可對門控系統(tǒng)初步進(jìn)行一些簡單的檢測和維修。根據(jù)實施例一所選用的芯片和連接方式，上述的系統(tǒng)監(jiān)測診斷模塊實現(xiàn)的功能流 程分兩種情況討論。第一當(dāng)列車處于工作狀態(tài)時，該模塊中的MC9S12XS128芯片運(yùn)行的程序流程圖如 圖4所示，主要采用中斷編程的方法來保證實時性。包括以下步驟步驟1處理器內(nèi)核完成初始化任務(wù)，包括內(nèi)部存儲器和寄存器初始化、I/O端口初 始化、MSCAN模塊初始化和SCIl模塊初始化。步驟2處理器完成初始化后，前臺程序進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，程序不停地將看門狗復(fù)位。進(jìn)入循環(huán)等待時，處理器要相應(yīng)MSCAN模塊中斷和SCIl模塊的中斷，其中MSCAN 模塊的中斷優(yōu)先級比SCIl模塊中斷優(yōu)先級高。MSCAN的中斷是接受中斷，接受CAN網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)墓?jié)點狀態(tài)信息(包括門控節(jié)點的 兩個行程開關(guān)的狀態(tài)、對射式光電開關(guān)的狀態(tài)、電機(jī)的電流、電機(jī)的速度以及電機(jī)驅(qū)動器的 溫度)，MC9S12XS128在通過SCIl 口將接受到的節(jié)點狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)給S3C2440A。SCIl的中斷也是接受中斷，接受S3C2440A通過自身的UARTl模塊發(fā)送的故障診斷 結(jié)果信息。MC9S12XSU8在通過MSCAN端口將接受到故障診斷結(jié)果發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點 中。該模塊中的S3C2440A芯片運(yùn)行的程序流程圖如圖5所示，包括以下步驟步驟1處理器內(nèi)核完成初始化化工作，包括內(nèi)部存儲器和寄存器初始化、I/O端口 初始化、UARTl模塊初始化、液晶屏的初始化。步驟2設(shè)置一些全局變量，保存在故障診斷中需要用到的一些數(shù)據(jù)，這些全局變 量數(shù)據(jù)隨時更新。步驟3運(yùn)行故障診斷算法，得出故障診斷結(jié)果，根據(jù)診斷結(jié)果更新液晶屏中門控 節(jié)點的狀態(tài)信息。步驟4通過UARTl模塊向MC9S12XSU8芯片傳輸故障診斷結(jié)果，等待響應(yīng)時間(診 斷無需實時進(jìn)行，只需隔一段時間進(jìn)行即可)，進(jìn)入下次的診斷中。其中UART 1中斷為接受中斷，主要接受MC9S12XSU8芯片發(fā)送的節(jié)點狀態(tài)信息， 根據(jù)S3C2440A中的實時時鐘模塊增加數(shù)據(jù)的時間信息，并將這些信息存入SD卡中。第二當(dāng)列車處于維護(hù)狀態(tài)時，這時在S3C2440A運(yùn)行維護(hù)檢修軟件，即可實現(xiàn)維護(hù) 檢修功能。具體實現(xiàn)如下所示圖6為維護(hù)檢修軟件的運(yùn)行界面，通過點擊界面中一些按鈕可觀測相關(guān)門節(jié)點的 狀態(tài)，其中“#0 #9”按鈕代表相應(yīng)需要檢測的10個門控節(jié)點，“開啟、關(guān)閉、停止”表示對 門節(jié)點進(jìn)行開門、關(guān)門和停止操作。每個節(jié)點中增加節(jié)點相應(yīng)狀態(tài)顯示框，用于顯示節(jié)點 狀態(tài)，初始化時都顯示“靜態(tài)”。下面用一個簡單例子說明檢修流程如點擊“#0 #9”按 鈕后再點擊“開啟”按鈕，可控制10個門控節(jié)點開門動作，在監(jiān)測診斷模塊正確運(yùn)行的情況 下，進(jìn)行上述操作后如果某個門并沒有執(zhí)行相應(yīng)動作，說明該節(jié)點存在故障，后續(xù)可對該節(jié) 點進(jìn)行詳細(xì)檢查，找出根本故障原因。通過該模塊提供的簡單檢修維護(hù)功能方便的找出一 些故障，給維修人員帶來一定的便利。圖7是本實用新型中使用的兩層故障診斷算法的流程圖，本實用新型的故障診斷 系統(tǒng)主要針對車門系統(tǒng)的電氣部分設(shè)計的，包括電機(jī)的診斷等。根據(jù)實際要求設(shè)計兩層的 故障診斷系統(tǒng)第一層采用在線故障診斷系統(tǒng)，主要實時監(jiān)測門控系統(tǒng)運(yùn)行時各項參數(shù)，根據(jù)當(dāng) 前階監(jiān)控的數(shù)據(jù)在主控系統(tǒng)模塊中進(jìn)行簡單的故障診斷，分析可能出現(xiàn)故障的原因，采用 故障樹分析法，對診斷的故障按照嚴(yán)重程度進(jìn)行分級，對一些簡單故障直接采取相應(yīng)措施 來排除故障，對自診斷不能解決的故障通過指示標(biāo)志發(fā)出故障信號提示維護(hù)人員。第二層采用離線故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要將門控系統(tǒng)運(yùn)行一段時間后的各項參 數(shù)的數(shù)據(jù)記錄在存儲器中(選用SD卡這類掉電不會丟失數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備)，門控系統(tǒng)提供和上位機(jī)通訊的接口(如串口)，將存儲的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)或者工作站等計算能力較強(qiáng)的 上位機(jī)中，在上位機(jī)中設(shè)計更加精確、可靠的故障診斷程序，對門控系統(tǒng)出現(xiàn)故障做精確定 位。同時可以引入相關(guān)預(yù)測模型進(jìn)一步預(yù)測門控系統(tǒng)后面可能出現(xiàn)的一些故障。最后簡單說明本實用新型中電源系統(tǒng)構(gòu)成，本實用新型中各部件接受列車系統(tǒng)的 110VDC電源，需要使用+5V和+3. 3V兩種電壓電源。首先使用VICOR公司專門用于鐵路軌 道列車上的DC/DC轉(zhuǎn)換器，具體型號為V110A12C400BF，將列車上的110VDC電源轉(zhuǎn)換得到 12VDC。然后選用LM2596的固定輸出版本，LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片 集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性，輸入電壓可高 達(dá)40V。12VDC可再通過LM2596S-5. 0得到5. OV電源電壓；12VDC經(jīng)過LM2596S-3. 3V得到 3. 3V電源電壓。以上雖然結(jié)合附圖描述了本實用新型的實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在 所述權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變形和修改，如本實用新型具體使用的是CAN總線，對于 采用一些類似現(xiàn)場總線按照本實用新型思想實現(xiàn)門控系統(tǒng)或門控系統(tǒng)節(jié)點接收車門系統(tǒng) 中用到的傳感器信號，通過通訊方式將相應(yīng)控制命令傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動模塊，對于電機(jī)控制 方式還可以采用PWM、模擬量等，本實用新型在實現(xiàn)中選用了通訊方式，如使用其他方式也 可成為本發(fā)明的軌道列車門控器。
權(quán)利要求1.一種軌道列車車門智能門控器，通過接收列車頂層控制系統(tǒng)中總線上傳輸?shù)拈_門、 關(guān)門控制信號，驅(qū)動電機(jī)實現(xiàn)列車車門的開啟、關(guān)閉，其特征是在列車頂層總線與列車車 門系統(tǒng)之間，設(shè)置現(xiàn)場總線構(gòu)成的門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，該門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)有包括網(wǎng)關(guān)模塊、節(jié)點 模塊及CAN總線，網(wǎng)關(guān)模塊與列車頂層總線連接，接收列車頂層總線傳輸?shù)目刂菩盘柌?其轉(zhuǎn)換成供節(jié)點模塊識別的CAN總線信號，節(jié)點模塊將此CAN總線信號以CAN通訊方式傳 輸給列車車門系統(tǒng)中的電機(jī)驅(qū)動模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動列車車門的動作；一個網(wǎng)關(guān)模塊 對應(yīng)一組節(jié)點模塊以及與節(jié)點模塊數(shù)量相同的電機(jī)驅(qū)動模塊和列車車門數(shù)量；所述網(wǎng)關(guān)模 塊、節(jié)點模塊均以微控制器為主體構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述軌道列車車門智能門控器，其特征是門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中還設(shè)有 采用雙微控制器結(jié)構(gòu)的監(jiān)測診斷模塊，該模塊亦通過CAN總線與網(wǎng)關(guān)模塊和節(jié)點模塊連 接，監(jiān)測診斷模塊上預(yù)留有檢修接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述軌道列車車門智能門控器，其特征是網(wǎng)關(guān)模塊、節(jié)點模塊及電 機(jī)驅(qū)動模塊均為獨立設(shè)計，每個模塊線路板預(yù)留有標(biāo)準(zhǔn)接口。
專利摘要一種軌道列車車門智能門控器，在列車頂層總線與列車車門系統(tǒng)之間，設(shè)置現(xiàn)場總線構(gòu)成的門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，該門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)有包括網(wǎng)關(guān)模塊、節(jié)點模塊及CAN總線，網(wǎng)關(guān)模塊與列車頂層總線連接，接收列車頂層總線傳輸?shù)目刂菩盘柌⑵滢D(zhuǎn)換成供節(jié)點模塊識別的CAN總線信號，節(jié)點模塊將此CAN總線信號以CAN通訊方式傳輸給列車車門系統(tǒng)中的電機(jī)驅(qū)動模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動列車車門的動作；一個網(wǎng)關(guān)模塊對應(yīng)一組節(jié)點模塊以及與節(jié)點模塊數(shù)量相同的電機(jī)驅(qū)動模塊和列車車門數(shù)量，在門控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中還設(shè)有獨立的監(jiān)測診斷模塊，通過監(jiān)測診斷模塊上預(yù)留的檢修接口，運(yùn)行維護(hù)修理軟件對門控系統(tǒng)進(jìn)行檢修。
文檔編號E05F15/20GK201818176SQ20102050964
公開日2011年5月4日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者劉飏, 盧光青, 史金飛, 張嘯華, 張志勝, 戴敏 申請人:東南大學(xué)