CN105955242B - 动车组mpu离线变量监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动车组MPU离线变量监控系统及方法，该监控系统包括主控单元、串口单元、以太网接口、TF卡接口和状态指示灯，串口单元、以太网接口、TF卡接口和状态指示灯均与主控单元电连接，主控单元通过以太网接口和TF卡接口与PC机和TF扩展卡连接，将监控到的离线变量值记录在TF扩展卡中。本发明的监控方法，包括配置模式、工作模式和下载模式三种工作模式，通过采用TCP/IP通信线程、主控线程、串口数据监听线程的多线程运行系统，实现对动车组MPU离线变量的连续长时间监控作业，且可灵活配置监控数据的记录方式，最多可实现4路动车组中央控制单元MPU的逻辑控制变量的监控作业。

Description

动车组MPU离线变量监控系统及方法

技术领域

本发明涉及一种监控方法，具体的说，涉及一种动车组MPU离线变量监控系统及方法。

背景技术

CRH5型车中央控制单元MPU，为动车组控制核心部件，各类子系统的控制逻辑运行在中央控制单元MPU中。如果在运行过程中，其中较为关键的逻辑控制变量发生意料之外的变化，会导致动车组控制逻辑混乱，触发故障，动车组需要降速运行或停车检查，因此对控制变量的监控是动车组问题排查的一项重要的手段。

现有的CRH5型车采用的是由阿尔斯通公司研发的中央控制单元MPU监控软件Serlink，其使用方法为：

1、通过串口连接个人笔记本和MPU设备；

2、打开Serlink软件，提示加载MAP文件；

3、向Serlink软件中添加要监控的逻辑控制变量；

4、点击“开始按钮”开始监控逻辑控制变量，此时对应的每列的下方会显示此时的控制变量的值。

其中，Serlink软件中所述的MAP文件为逻辑控制变量名称和逻辑控制变量地址对应的文档文件，MAP文件在Serlink软件中的显示方式为第一行显示变量名，第二行显示为当前变量名对应的变量的地址，串口与MPU通讯时，向MPU发送被监控逻辑控制变量地址，MPU返回数据时，通过逻辑控制变量地址对应到相对应的逻辑控制变量名称。

Serlink软件在监控CRH5型车中央控制单元MPU的逻辑控制变量过程中，存在以下问题：

1、必须使用个人笔记本电脑连接到中央控制单元MPU上监控，由于中央控制单元MPU安装于电气柜内，连接时需要打开动车上的电气柜方能连接至PC机上，上述操作方法在列车运行时监控逻辑控制变量具有一定的危险性；

2、逻辑控制变量数据监控过程中需要专人值守；

3、配置不灵活，触发数据记录的方式仅为被监控的逻辑控制变量有一个发生变化时记录数据，无法满足多变复杂的环境下的监控需求；

4、无法实现长时间的监控记录；

5、使用serlink软件监控中央控制单元MPU设备，且一台笔记本仅能监控一个中央控制单元MPU设备，灵活性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种动车组MPU离线变量监控系统及方法，可实现逻辑控制变量的连续性离线监控，提高离线变量监控的可靠性和灵活性。

本发明的技术方案是：本发明公开一种动车组MPU离线变量监控系统，该监控系统包括主控单元、串口单元、以太网接口、TF卡接口和状态指示灯，串口单元、以太网接口、TF卡接口和状态指示灯均与主控单元电连接，串口单元包括4路串口，4路串口分别与4路动车组中央控制单元MPU连接，主控单元通过以太网接口与PC机连接，PC机内设有与监控系统对应的配置软件；主控单元通过TF卡接口与TF扩展卡连接，TF扩展卡内存储MAP文件和配置文件，主控单元将监控到的离线变量值记录在TF扩展卡中。

本发明还公开一种基于上述监控系统的监控方法，包括配置模式、工作模式和下载模式三种工作模式，通过采用TCP/IP通信线程、主控线程、串口数据监听线程的多线程运行系统，实现对动车组MPU离线变量的监控作业，具体监控方法如下：

1)监控系统上电运行；

2)初始化监控系统；

3)启动主控单元的FreeRTOS实时操作系统，创建TCP/IP通信线程、主控线程、串口数据监听线程；

4)启动TCP/IP通信线程，判断操作系统当前是否进入配置模式或下载模式，若进入配置模式或下载模式，则获取配置文件或下载离线变量值；若未进入配置模式且未进入下载模式，返回步骤4)；

5)启动主控线程，获取操作系统当前运行模式，判断当前操作系统是否进入工作模式，若当前操作系统未处于工作模式，则返回步骤5)；若当前操作系统处于工作模式，则读取配置文件、加载MAP文件和离线变量监控表，并设定离线变量的采样条件；

6)判断当前是否满足采样条件，若满足采样条件，则发送采样指令，若不满足采样条件，则该线程进入休眠程序，并返回步骤6)；

7)启动串口数据监听线程，创建串口数据队列，读取串口数据并写入至串口数据队列中，等待主控单元发送的采样指令；

8)若收到采样指令，则读取串口数据队列，判断当前采集的离线变量值是否满足数据记录触发条件，若满足触发条件，则将该离线变量值写入至TF扩展卡中，若不满足触发条件，则返回步骤6)。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

1)本发明的监控系统安装于动车电气柜中，列车运行中，仅需将该监控系统相应接口与PC机和TF扩展卡连接，无需打开电气柜，即可实现逻辑控制变量的监控；

2)在列车运行中，可实现对动车组MPU逻辑控制变量的连续监控，无需专人值守；

3)可灵活配置监控数据的记录方式，即可自定义设定离线变量的采样时间、采样时间段、和数据记录触发条件；

4)该监控装置可实现长时间的逻辑控制变量的监控作业，监控的离线变量值存储于TF扩展卡中，可按需下载分析数据；

5)可同时实现最多4路动车组中央控制单元MPU的监控作业，灵活性高。

附图说明

图1为本发明监控系统的结构示意图。

图2为本发明监控方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

参见图1，本发明公开一种动车组MPU离线变量监控系统，安装于动车电气柜中，该监控系统包括主控单元、串口单元、以太网接口、TF卡接口和状态指示灯，其中，串口单元、以太网接口、TF卡接口和状态指示灯均与主控单元电连接，串口单元包括4路串口，4路串口分别与4路动车组中央控制单元MPU连接，以太网接口和TF卡接口均设置于动车电气柜后端，主控单元通过以太网接口与PC机连接，PC机内设有与监控系统对应的配置软件。列车运行时，无需打开电气柜即可实现逻辑控制变量的监控。主控单元通过TF卡接口与TF扩展卡连接，TF扩展卡内存储MAP文件和配置文件，并将监控到的离线变量值记录在TF扩展卡中，实现逻辑控制变量的下载存储。

其中，主控单元采用STM32F407芯片，具有Cortex-M4内核的高性能嵌入式处理器，主控单元中运行FreeRTOS实时操作系统，可提供多线程运行环境，主控单元中运行线程包括主控线程、串口数据监听线程、TCP/IP通信线程。主控单元的多线程之间通过信号量和队列进行通讯，其中，信号量是指多线程同步的一种数据类型，队列是指先进先出的数据类型。

参将图2，本发明的动车组MPU离线变量监控系统工作时，需要将4路串口分别与4路动车组中央控制单元MPU连接，并通过以太网线将以太网口与PC机连接，主控单元监控系统工作时，依次完成配置模式、工作模式和下载模式，实现动车组MPU逻辑控制变量的离线监控，具体过程如下：

1)监控系统上电运行。

2)初始化监控系统，初始化包括设定主控单元时钟频率、初始化串口单元、初始化以太网接口、初始化TF卡接口。

3)启动主控单元的FreeRTOS实时操作系统，创建TCP/IP通信线程、主控线程、串口数据监听线程；

4)启动TCP/IP通信线程，判断操作系统当前是否进入配置模式，若操作系统进入配置模式，则操作系统获取配置文件，并将当前模式状态通知主控线程，在配置模式时，配置指示灯点亮；

若操作系统未进入配置模式，则判断该操作系统是否进入下载模式，若操作系统进入下载模式，则操作系统下载监控到的离线变量值，并将当前模式状态通知主控线程；若操作系统未进入下载模式，则返回步骤4)。

即该步骤中，操作系统进入任意运行模式，需实时通知主控线程当前的模式状态，主控线程用于调配各运行模式的运行状态。

该步骤中，通过判断30s内是否有配置软件接入，作为判断是否进入配置模式的标准。若30s内操作系统有配置软件接入，则该操作系统进入配置模式，并下发配置文件。

5)启动主控线程，获取操作系统当前运行模式，判断当前操作系统是否进入工作模式，若当前操作系统未处于工作模式，则返回步骤5)；若当前操作系统处于工作模式，则读取配置文件、加载MAP文件和离线变量监控表，并设定离线变量的采样条件。

在该步骤中，操作系统主控线程实时获取当前运行模式，运行模式包括工作模式、配置模式和下载模式，若当前操作系统处于配置模式或下载模式，则操作系统进行文件配置或文件下载；若当前操作系统不处于配置模式且不处于下载模式，则操作系统进入工作模式。

配置文件文件包括MAP文件名、离线监控变量表名、数据记录触发条件、采样条件。MAP文件是指与串口单元对应的动车组中央控制单元MPU的MAP转换文件，MAP转换文件内包含逻辑控制变量名称和和逻辑控制变量地址。离线变量监控表仅包含所要监控的变量，为MAP文件中的一个子集。采样条件包括设定离线变量的采样时间、采样时间段。

6)判断当前离线变量监控时间是否满足采样条件，若当前离线变量监控时间满足采样条件，则主控单元通过串口单元向动车组中央控制单元MPU发送采样指令，若不满足采样条件，则该线程进入休眠程序，并返回步骤6)。

该步骤中，在判断是否满足采样条件过程中，应依次判断当前离线变量监控时间依次是否满足采样时间和采样时间段，若两者都满足，则进入步骤7)。

7)启动串口数据监听线程，创建串口数据队列，串口数据队列为采集离线变量值的集合，若当前处于工作模式，则读取串口数据并写入至串口数据队列中，并等待主控单元发送的采样指令。

该步骤中，串口数据监听线程实时查询各个串口单元下是否有离线变量值，若有离线变量值，则将采集到的离线变量值读取并存入至对应的串口数据队列中。

8)若串口数据监听线程接收到主控单元发送的采样指令，则主控线程读取串口数据队列，并判断当前采集的离线变量值是否满足数据记录触发条件，若满足触发条件，则将该离线变量值写入至TF扩展卡中，若不满足触发条件，则返回步骤6)重新判断采样条件。

在动车组MPU逻辑控制变量离线监控方法中，通过上电启动读取存储于TF扩展卡中的配置文件和MAP文件，完成系统配置任务，并在指定时间内，每隔指定的采样时间和采样时间段通过串口单元与多路动车组中央控制单元MPU进行通讯，监控多路动车组中央控制单元MPU的离线变量值，本发明的动车组MPU离线变量监控系统可最多同时监控4路动车组中央控制单元MPU，并将监控到的离线变量值记录于TF扩展卡进行下载与分析。

Claims (7)

1.一种动车组MPU离线变量监控方法，其特征在于包括以下方法步骤：

1)监控系统上电运行；

2)初始化监控系统；

3)启动主控单元的FreeRTOS实时操作系统，创建TCP/IP通信线程、主控线程、串口数据监听线程；

4)启动TCP/IP通信线程，判断操作系统当前是否进入配置模式或下载模式，若进入配置模式或下载模式，则获取配置文件或下载离线变量值；若未进入配置模式且未进入下载模式，返回步骤4)；

5)启动主控线程，获取操作系统当前运行模式，判断当前操作系统是否进入工作模式，若当前操作系统未处于工作模式，则返回步骤5)；若当前操作系统处于工作模式，则读取配置文件、加载MAP文件和离线变量监控表，并设定离线变量的采样条件；

6)判断当前是否满足采样条件，若满足采样条件，则发送采样指令，若不满足采样条件，则该线程进入休眠程序，并返回步骤6)；

7)启动串口数据监听线程，创建串口数据队列，读取串口数据并写入至串口数据队列中，等待主控单元发送的采样指令；

8)若收到采样指令，则读取串口数据队列，判断当前采集的离线变量值是否满足数据记录触发条件，若满足触发条件，则将该离线变量值写入至TF扩展卡中，若不满足触发条件，则返回步骤6)。

2.根据权利要求1所述的动车组MPU离线变量监控方法，其特征在于：所述初始化包括设定主控单元时钟频率、初始化串口单元、初始化以太网接口、初始化TF卡接口。

3.根据权利要求1所述的动车组MPU离线变量监控方法，其特征在于：所述步骤4)中，在判断操作系统当前是否进入配置模式或下载模式时，首先判断操作系统当前是否进入配置模式，若操作系统进入配置模式，则操作系统获取配置文件，并将当前模式状态通知主控线程；若操作系统未进入配置模式，则判断该操作系统是否进入下载模式，若操作系统进入下载模式，则下载监控到的离线变量值，并将当前模式状态通知主控线程；若操作系统未进入下载模式，则返回步骤4)。

4.根据权利要求1或3所述的动车组MPU离线变量监控方法，其特征在于：所述步骤4)中通过判断30s内是否有配置软件接入，作为判断是否进入配置模式的标准，若30s内操作系统有配置软件接入，则该操作系统进入配置模式，并下发配置文件。

5.根据权利要求1所述的动车组MPU离线变量监控方法，其特征在于：所述步骤5)中，操作系统主控线程实时获取当前运行模式，运行模式包括工作模式、配置模式和下载模式，若当前操作系统处于配置模式或下载模式，则操作系统进行文件配置或文件下载；若当前操作系统不处于配置模式且不处于下载模式，则操作系统进入工作模式。

6.一种动车组MPU离线变量监控系统，采用权利要求1所述的监控方法，其特征在于：该监控系统包括主控单元、串口单元、以太网接口、TF卡接口和状态指示灯，串口单元、以太网接口、TF卡接口和状态指示灯均与主控单元电连接，串口单元包括4路串口，4路串口分别与4路动车组中央控制单元MPU连接，主控单元通过以太网接口与PC机连接，PC机内设有与监控系统对应的配置软件；主控单元通过TF卡接口与TF扩展卡连接，TF扩展卡内存储MAP文件和配置文件，主控单元将监控到的离线变量值记录在TF扩展卡中。

7.根据权利要求6所述的动车组MPU离线变量监控系统，其特征在于：所述主控单元中运行FreeRTOS实时操作系统，主控单元运行多线程，主控单元中运行线程包括主控线程、串口数据监听线程、TCP/IP通信线程，主控单元的多线程之间通过信号量和队列进行通讯。