CN103529789A - 基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法及装置，方法步骤如下：将各个悬浮控制下位机通过工业以太网与上位机相连；悬浮控制下位机通过多任务形式采集悬浮点悬浮状态数据输出至上位机并接收来自上位机的控制命令，同时悬浮控制下位机根据悬浮点的悬浮状态数据和控制命令控制悬浮点的悬浮状态；装置包括上位机和多个悬浮控制下位机，悬浮控制下位机包括传感器组、数据采集板、悬浮控制器、执行机构、以太网控制器和以太网接口。本发明能够实时显示悬浮数据及了解悬浮系统的工作状态、保证工程人员对悬浮系统进行高效的实时监测与维护，具有运行速度快、系统集成度高，功能全面、调试方便快捷的优点。

Description

基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法及装置

技术领域

本发明涉及悬浮列车领域，具体涉及一种基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法及装置。

背景技术

悬浮系统是悬浮列车（磁悬浮列车）最关键、最核心的系统，在整个车辆运行与静止时维护车辆悬浮在指定间隙的位置。因此，悬浮系统的好坏直接影响整个悬浮车辆的安全运行，实时掌握悬浮系统状态是十分重要的，但是目前悬浮列车仅为全自动控制悬浮在指定间隙的位置，缺少悬浮列车悬浮监控方法及装置，因此无法保证工程人员对悬浮系统进行高效的实时监测与维护，工程人员也不能方便地根据悬浮列车的运行状况来调整悬浮系统的控制参数，对悬浮列车的调试非常困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实时显示悬浮数据及了解悬浮系统的工作状态、保证工程人员对悬浮系统进行高效的实时监测与维护、运行速度快、系统集成度高，功能全面、调试方便快捷的基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供下述技术方案：

本发明提供一种基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法，实施步骤如下：

1）将用于控制悬浮列车各个悬浮点的悬浮控制下位机分别通过工业以太网与同一上位机相连；当悬浮控制下位机上电后，通过存储在悬浮控制下位机中的用户主模块执行步骤2）～步骤5）；当上位机上电后，通过存储在上位机中的悬浮监控模块执行步骤6）～步骤8）；

2）启动中断触发信号采样任务，跳转执行下一步；

3）根据根据预设发送频率采样的中断触发信号触发调用采样中断函数执行悬浮主体模块；同时启动通信初始化任务执行通讯初始化，在通讯初始化执行完毕后跳转执行下一步；

4）创建用于与上位机通讯的通信套接字，创建发送二进制信号灯、接收二进制信号灯和连接二进制信号灯，分别启动发送任务、接收任务和连接任务；跳转执行下一步；

5）发送任务根据预设发送频率启动，等待获取发送二进制信号灯，在得到发送二进制信号灯后将来自对应悬浮点的悬浮状态数据以及悬浮控制下位机执行的IO信息、故障信息通过发送子函数发送到上位机，如果发送子函数发送正确则返回继续等待获取发送二进制信号灯，如果发送子函数发送出错则释放发送二进制信号灯；接收任务则等待接收网络数据包，当悬浮控制下位机收到网络数据包时，接收任务检验接收的网络数据包，如果接收正确则执行网络数据包中的控制命令来控制对应悬浮点的悬浮状态并返回继续等待接收网络数据包，如果接收出错则释放接收二进制信号灯；连接任务监测所述发送任务和接收任务是否正常，如果监测到二进制信号灯或者接收二进制信号灯被释放则判定发送任务或接收任务出现异常，判定出现异常后启用关闭任务释放资源，重新启用通信初始化任务并跳转执行步骤4）；

6）悬浮监控模块执行窗口初始化，初始化窗口框架及变量；跳转执行下一步； 

7）创建用于与悬浮控制下位机通讯的通信套接字，且绑定指定的通讯端口；设置定时器，通过定时器按照指定的刷新频率定时刷新悬浮监控模块窗口；跳转执行下一步；

8）创建接收进程并调用接收进程，所述接收进程在判断收到悬浮控制下位机发送的悬浮状态数据以及悬浮控制下位机执行的IO信息、故障信息时调用接收进程处理函数，通过所述接收进程处理函数根据收到的悬浮状态数据及悬浮控制下位机执行的IO信息、故障信息进行数据存储、数据显示以及传感器数据曲线的绘制；同时，悬浮监控模块检测控件点击事件，如果收到控件则触发该控件的控件响应函数，当控件为下发控制命令时所述控件响应函数生成包含指定的控制命令的网络数据包并通过所述通信套接字发送给指定的悬浮控制下位机；当悬浮监控模块窗口收到关闭命令时，关闭所述通信套接字和悬浮监控模块的窗口，释放资源。

作为本发明基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法的进一步改进：

所述悬浮控制下位机上运行的操作系统为多任务操作系统，所述通信初始化任务、发送任务、接收任务、连接任务和关闭任务在所述多任务操作系统中的优先级从高到低排列依次为关闭任务、连接任务、接收任务、发送任务、通信初始化任务。

本发明还提供一种基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控装置，包括上位机和多个悬浮控制下位机，所述悬浮控制下位机包括传感器组、数据采集板、悬浮控制器、执行机构、以太网控制器和以太网接口，所述传感器组、数据采集板、悬浮控制器、以太网控制器和以太网接口依次相连，各个所述悬浮控制下位机的以太网接口分别通过工业以太网与上位机相连，所述悬浮控制器的输出端与执行机构相连，所述执行机构与悬浮列车的悬浮电磁铁相连，所述传感器组采集悬浮列车上对应悬浮点的悬浮状态数据并通过数据采集板发送给悬浮控制器，所述悬浮控制器将输入的悬浮状态数据依次通过以太网控制器、以太网接口输出至上位机并接收来自上位机的控制命令，所述悬浮控制器根据输入的悬浮状态数据和上位机的控制命令通过执行机构控制悬浮列车车体的悬浮状态。

作为本发明基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控装置的进一步改进：

所述以太网控制器和以太网接口之间串接有网络隔离变压器，所述以太网控制器通过网络隔离变压器与以太网接口相连。

本发明基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法具有下述技术效果：

1、本发明将用于控制悬浮列车各个悬浮点的悬浮控制下位机分别通过工业以太网与同一上位机相连，通过高速安全的工业以太网进行悬浮控制下位机组网，构建了一个全车的实时悬浮监控工业网络，实现了全车悬浮点的完全、实时的监控，实现了对磁悬浮列车悬浮系统的状态监测、数据通讯、信息图形化显示及与上位机之间的通讯，便于悬浮车辆悬浮点的统一监控和测试，能够实时显示悬浮数据及了解悬浮系统的工作状态、保证工程人员对悬浮系统进行高效的实时监测与维护、运行速度快、系统集成度高，功能全面、调试方便快捷，具有高性能，高可靠性，高实时性等特点。

2、本发明的悬浮控制下位机由于将悬浮列车上各个用于控制悬浮点悬浮的悬浮控制下位机分别通过工业以太网与上位机相连，因此能够实现多用户同时监控，能够实现多方的共同监控，具有使用方便的优点。

3、本发明的悬浮控制下位机采用关闭任务、连接任务、接收任务、发送任务、通信初始化任务的多任务处理机制，悬浮控制下位机与上位机之间的通讯基于任务的运行方式，对悬浮控制下位机的悬浮控制中断无任何影响，能够确保悬浮控制下位机的悬浮控制不会受到悬浮控制下位机与上位机之间进行数据通讯的影响。

本发明基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控装置为本发明基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法对应的硬件装置，因此也具有与本发明基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法相同的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为应用本发明实施例方法的系统结构示意图。

图2为本发明实施例方法中悬浮控制下位机的工作流程示意图。

图3为本发明实施例方法中上位机的工作流程示意图。

图4为本发明实施例装置中单个悬浮控制下位机的框架结构示意图。

图5为本发明实施例装置中悬浮控制器的功能结构示意图。

图6为本发明实施例装置中以太网控制器、以太网接口之间的连接结构示意图。

图7为本发明实施例装置中以太网控制器的电路原理示意图。

图8为本发明实施例装置中的工业以太网的数据协议缓冲结构示意图。

图例说明：1、上位机；2、悬浮控制下位机；21、传感器组；22、数据采集板；23、悬浮控制器；24、执行机构；25、以太网控制器；251、网络隔离变压器；26、以太网接口；3、工业以太网交换机。

具体实施方式

本实施例基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法的实施步骤如下：

1）将用于控制悬浮列车各个悬浮点的悬浮控制下位机分别通过工业以太网与同一上位机相连；如图1所示，本实施例将用于控制悬浮列车各个悬浮点的悬浮控制下位机2分别通过工业以太网交换机3与同一上位机1相连，上位机1可以根据需要采用台式机或者笔记本电脑来实现，每一个悬浮控制下位机2用于控制两个悬浮点，每个悬浮点对应一个传感器组21，因此每一个悬浮控制下位机2分别与两个传感器组21相连。

如图2所示，当悬浮控制下位机2上电后，通过存储在悬浮控制下位机2中的用户主模块usrAppInit()执行步骤2）～步骤5）。

2）启动中断触发信号采样任务AD_intConnect()，跳转执行下一步；

3）通过AD_intConnect()根据根据预设发送频率采样的中断触发信号触发调用采样中断函数执行悬浮主体模块Maglev()；同时启动通信初始化任务comm_init()执行通讯初始化，在comm_init()通讯初始化执行完毕后跳转执行下一步；

4）创建用于与上位机1通讯的通信套接字m_socket，创建发送二进制信号灯semsend、接收二进制信号灯semrecv和连接二进制信号灯semcomm，分别启动发送任务comm_sendtask()、接收任务comm_recv()和连接任务comm_link()；跳转执行下一步；

5）发送任务comm_sendtask()根据预设发送频率sign_num启动（本实施例中sign_num取值为11ms），等待获取发送二进制信号灯，在得到发送二进制信号灯（semTake(semcomm)的值为true）后将来自对应悬浮点的悬浮状态数据以及悬浮控制下位机2执行的IO信息、故障信息通过发送子函数comm_send()发送到上位机1，如果发送子函数comm_send()发送正确则返回继续等待获取发送二进制信号灯semsend，如果发送子函数comm_send()发送出错则释放发送二进制信号灯semsend，其中semGive为二进制信号灯的释放函数，semTake为二进制信号灯的获取函数；接收任务comm_recv()则等待接收网络数据包，当悬浮控制下位机2收到网络数据包（即recvbuffer=comm_recv()成立）时，接收任务comm_recv()检验接收的网络数据包，如果接收正确则执行网络数据包中的控制命令来控制对应悬浮点的悬浮状态并返回继续等待接收网络数据包，如果接收出错则释放接收二进制信号灯semrecv；连接任务监测发送任务comm_sendtask()和接收任务comm_recv()是否正常，如果监测到二进制信号灯semsend或者接收二进制信号灯semrecv被释放则判定发送任务comm_sendtask()或接收任务comm_recv()出现异常，判定出现异常后启用关闭任务comm_close()释放资源，重新启用通信初始化任务comm_init()并跳转执行步骤4）。

如图3所示，当上位机1上电后，通过存储在上位机1中的悬浮监控模块执行步骤6）～步骤8）。

6）悬浮监控模块执行窗口初始化，初始化窗口框架及变量；跳转执行下一步； 

7）定义套接字SOCKET m_socket，通过套接字函数Socket()创建用于与悬浮控制下位机2通讯的通信套接字m_socket，且通过Bind()绑定指定的通讯端口6000；设置定时器SetTimer(1,10,NULL)，通过定时器按照指定的刷新频率10ms定时刷新悬浮监控模块窗口；跳转执行下一步；

8）通过CreatThread()函数创建接收进程并调用接收进程RecvPro()，接收进程RecvPro()在判断收到悬浮控制下位机2发送的悬浮状态数据以及悬浮控制下位机2执行的IO信息、故障信息时调用接收进程处理函数OnRecvData()，接收进程处理函数OnRecvData()调用接收函数Recvfrom()将接收的网络数据包（悬浮状态数据及悬浮控制下位机2执行的IO信息、故障信息）存储到接收缓存RecvBuffer中，接收进程处理函数OnRecvData()根据接收缓存RecvBuffer中收到的网络数据包（悬浮状态数据及悬浮控制下位机2执行的IO信息、故障信息）进行数据存储、数据显示以及传感器数据曲线的绘制等；同时，悬浮监控模块检测控件点击事件，如果收到控件则触发该控件的控件响应函数，当控件为下发控制命令时控件响应函数生成包含指定的控制命令的网络数据包并通过通信套接字发送给指定的悬浮控制下位机2；当悬浮监控模块窗口收到关闭命令时，通过Closesocket()关闭通信套接字、通过DestroyWindow()关闭悬浮监控模块的窗口，释放资源。

本实施例悬浮控制下位机2上运行的操作系统为多任务操作系统（多任务OS），多任务OS包含用于根据悬浮列车车体的悬浮状态数据和上位机1的控制命令通过执行机构控制悬浮列车车体的悬浮状态的中断处理函数Maglev()以及通信初始化任务comm_init()、发送任务comm_sendtask()、接收任务comm_recv()、连接任务comm_link()和关闭任务comm_close()，通信初始化任务通信初始化任务comm_init()用于执行悬浮控制下位机2与上位机1之间的通信初始化；发送任务comm_sendtask()用于将将输入的悬浮列车车体的悬浮状态数据依次通过工业以太网输出至上位机1；接收任务comm_recv()用于通过工业以太网接收来自上位机1的控制命令；连接任务comm_link()用于将悬浮控制下位机2与上位机1之间建立连接；关闭任务comm_close()用于关闭悬浮控制下位机2与上位机1之间的连接。中断处理函数具有最高的优点级，通信通信初始化任务、发送任务、接收任务、连接任务和关闭任务之间优先级从高到低排列依次为关闭任务、连接任务、接收任务、发送任务、通信通信初始化任务，且通信通信初始化任务、发送任务、接收任务、连接任务和关闭任务之间通过二进制信号灯的方式进行通信，如果连接任务接收到发送任务或者接收任务发送的信号灯，则首先执行关闭任务，然后释放资源、清空缓存并重新启动通信通信初始化任务将将悬浮控制下位机2与上位机1之间重新建立连接。多任务OS允许多个任务并发和独立地在系统上运行，实现独占和共享系统资源，根据所需的输入/输出资源，控制任务执行。其对任务管理的角色分为调度器、分发器和处理器。其中，调度器负责任务的状态管理和当前任务的选择；分发器选择由调度器推举的当前的任务；处理器分配算法的判据选择有：任务优先、其寿命、消耗的CPU时间等等，用调度器进行动态调整。本实施例中，优先级最高的是中断触发信号采样的中断触发信号（AD芯片的BUSY信号作为中断的触发信号，简称为AD中断），当AD中断触发时，则会调用中断处理函数Maglev()，该函数是负责悬浮控制的主体。

本实施例中，通信初始化任务comm_init()、发送任务comm_sendtask()、接收任务comm_recv()、连接任务comm_link()和关闭任务comm_close()在多任务操作系统中的优先级从高到低排列依次为关闭任务comm_close()、连接任务comm_link()、接收任务comm_recv()、发送任务comm_sendtask()、通信初始化任务comm_init()。上述各个任务的优先级定义如下：

#define TPRI_NETCLOSE          111

#define TPRI_NETLINK                    112

#define TPRI_NETRECV            113

#define TPRI_NETSEND             114

#define TPRI_NETINIT               115

其中，优先级的数值越低，优先级越高。TPRI_ NETLINK为连接任务comm_link()的优先级，TPRI_NETRECV为接收任务comm_recv()的优先级，TPRI_NETSEND为发送任务comm_sendtask()的优先级，TPRI_NETINIT为通信通信初始化任务comm_init()的优先级。悬浮列车上各个用于控制悬浮点悬浮的悬浮控制下位机2分别通过发送任务comm_sendtask()悬浮列车车体悬浮点的的悬浮状态数据通过工业以太网输出至上位机1，并通过接收任务comm_recv()接收来自上位机1的控制命令，并根据悬浮列车车体的悬浮状态数据或上位机1的控制命令通过执行机构控制悬浮列车车体的悬浮状态。本实施例中，不同任务之间的通信采用二进制信号灯方式进行，二进制信号灯包括发送二进制信号灯semsend、接收二进制信号灯semrecv和连接二进制信号灯semcomm三种，当发送任务和接收任务有其一发生错误时，连接任务就会接收到对应信号灯传递的信息，然后启用关闭任务，释放资源，清空缓存，重新启用通信通信初始化任务。从而实现监控系统目标机发送、接收、通信等所有功能。

如图1和图4所示，本实施例基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控装置包括上位机1和多个悬浮控制下位机2，悬浮控制下位机2包括传感器组21、数据采集板22、悬浮控制器23、执行机构24、以太网控制器25和以太网接口26，传感器组21、数据采集板22、悬浮控制器23、以太网控制器25和以太网接口26依次相连，各个悬浮控制下位机2的以太网接口26分别通过工业以太网与上位机1相连，悬浮控制器23的输出端与执行机构24相连，执行机构24与悬浮列车的悬浮电磁铁相连，传感器组21采集悬浮列车上对应悬浮点的悬浮状态数据并通过数据采集板22发送给悬浮控制器23，悬浮控制器23将输入的悬浮状态数据依次通过以太网控制器25、以太网接口26输出至上位机1并接收来自上位机1的控制命令，悬浮控制器23根据输入的悬浮状态数据和上位机1的控制命令通过执行机构24控制悬浮列车车体的悬浮状态。

本实施例中，一辆悬浮列车上有20个悬浮点和10台悬浮控制器23，每个悬浮点就有一个传感器组21，每一台悬浮控制器23负责2个悬浮点的悬浮控制。整个悬浮列车所有悬浮控制下位机2都通过工业以太网交换机3与上位机1相连构成星形以太网拓扑结构，上位机1和任意悬浮控制下位机2之间的交换网络带宽为1000M/bps，上位机1可以根据需要采用台式机、笔记本或司机台监视器，从而能够通过工业以太网来实现监控全车的悬浮系统状态及故障状态。本实施例基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控装置包括两部分组成：上位机1和多个悬浮控制下位机2，上位机1通过多个悬浮控制下位机2能够实时的获得对应各个悬浮点的传感器组21采集的悬浮间隙、悬浮电流、电磁铁垂直运动的速度、加速度等悬浮状态数据信号；同时，上位机1可以通过多个悬浮控制下位机2实时的调整悬浮点的控制参数，从而通过界面化的调试过程实现悬浮系统的调试；可以实时的观测各个悬浮点的悬浮电压、悬浮命令、斩波器状态、过流保护、欠压保护等状态。上位机1和多个悬浮控制下位机2之间的所有的通讯数据被压缩到以太网数据协议缓冲中，然后通过工业以太网发送到工业以太网交换机3，再通过工业以太网交换机3发送到上位机1。用户通过上位机1的悬浮监控模块可以实时的对悬浮状态和故障状态进行监控，还可以控制各个悬浮点的悬浮控制状态。本实施例中，悬浮控制下位机2采用了VxWorks操作系统，借助其高效的任务管理、多线程特性和完善的网络功能，系统具有较高的实时性、易用性。本实施例通过上位机1的悬浮监控模块能够实现多种监控功能，主要包括悬浮参数调整功能、悬浮状态观测功能、悬浮故障观测功能、数据存盘功能、数据分析功能等，从而能够实现了对悬浮列车的全面监控功能，可以根据悬浮状态实时的进行调节，根据悬浮故障情况进行实时的维护，对于提高磁悬浮列车稳定性和可靠性具有重要的意义。

本实施例通过上位机1的悬浮监控模块能够实现的部分监控功能简述如下：1、悬浮状态监测：悬浮车辆运行前悬浮DC330V和DC110V电压状态，判断是否存在欠压问题。2、执行机构24（悬浮斩波器）监测：保险丝故障，IGBT驱动板故障。3、传感器组21的传感器状态监测：间隙传感器信号，电流互感器信号，加速度计信号。4、总故障ERROR状态：如果出现保险丝故障，IGBT驱动板故障时总故障ERROR=1，悬浮系统禁止悬浮，必须清除ERROR后才能允许悬浮。5、实时绘图功能：上位机1能够实时的绘制悬浮列车的间隙和电流数据，通过悬浮监控界面可以实时的观测相应的数据，方便悬浮控制系统的调试。

本实施例中，传感器组21包含间隙传感器、电流传感器、加速度传感器，传感器组21测量的间隙、电流、加速度等信号经过数据采集板22进行AD转换得到数字信号，然后经过悬浮控制器23计算和处理得到控制PWM信号并输出给执行机构24，执行机构24将PWM转化为悬浮电压信号来调节悬浮电磁铁电流的大小，从而实现对悬浮电磁铁力的调节，保证车辆稳定悬浮在8mm处。本实施例与悬浮控制系统耦合在一起的，传感器组21、数据采集板22、悬浮控制器23、执行机构24既可以实现悬浮控制功能，又可以实现对悬浮状态数据的采集，且悬浮控制器23将悬浮状态数据通过工业以太网上传到上位机1，工程师可以通过上位机1的悬浮监控模块实时的获得各个悬浮点的悬浮控制状态及相关信息，并且可以修改每一个悬浮控制下位机2中悬浮控制器23的控制参数。

本实施例中，悬浮控制器23采用基于PowerPC 8247芯片的CPU板实现，PowerPC 8247芯片具有400M 核频率、100M总线频率，其外围芯片包括128MB的SDRAM、16MB的FLASH、133MB的BOOTROM等等。CPU板及其外网电路一起为悬浮监控系统提供了全面的通信、调试、计算等功能。CPU板的资源配置表如表（1）所示。

表（1）：CPU板的资源配置表。

名称	片选	地址范围	CPM接口	备注
					Sdram	CS1	起始地址:0x00000000；大小:128MB	――
Bootrom	CS0	起始地址:0xfff00000；大小:8MB	――
					Flash	CS2	起始地址:0x30000000；大小:16MB	――
IMM_ADRS	――	起始地址:0xff000000；大小:128KB	――
					Motfcc0	――	――	FCC1	调试网口
/tyCo/0	――	――	SCC1	调试串口
					/tyCo/1	――	――	SMC1	通信串口
CAN	CS3	起始地址:0x60000000；大小:0x1000000B		中断IRQ2
					AD	CS4	起始地址:0x70000000；大小:0x100000B		中断IRQ1
IO	CS5	起始地址:0x80000000；大小:0x100000B

本实施例中，悬浮控制器23的PowerPC 8247芯片运行VxWorks实时操作系统，该嵌入式操作系统计算能力强，信号处理功能强大，可靠性高。VxWorks实时操作系统具有以下功能：多任务和可抢占的；任务具有优势级；支持多任务之间的通信；存储器优化管理（含ROM的管理）；操作系统的行为是可知的和可预测的；中断管理服务。RTOS最关键的部分是实时多任务内核，基本功能包括任务管理、定时器管理、存储器管理、资源管理、事件管理、系统管理、消息管理、队列管理、信号量管理等，这些管理功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的，也就是RTOS的API。VxWorks的微内核Wind是一个具有较高性能的、标准的嵌入式实时操作系统内核，其主要功能包括Device Drives，File Systems，Memory Mgmt，I/O System，Network Stack等，其主要特点包括：快速多任务切换、抢占式任务调度、任务间通讯手段多样化等。该内核具有任务间切换时间短、中断延迟小、网络流量大等特点基于RTOS的工业以太网监控系统，具有较高的可移植性，实现90%以上的设备独立。

如图5所示，悬浮控制器23的主要功能包括传感器检测功能、故障检测功能、悬浮状态观测功能、数据分析功能。悬浮控制器23通过工业以太网连接上位机1以实现人机交互功能，上位机1可以根据需要采用台式机、笔记本或其他显示设备（例如司机台显示器）。此外，悬浮控制器23与SJA1000型CAN总线驱动器相连，从而通过CAN与司机驾驶系统相连，实现磁悬浮列车司机的监控功能。司机可以通过司机驾驶系统指导悬浮控制系统的相关情况，从而采取必要的措施处理相关的故障。本实施例的网络结构提供了对其他网络和TCP/IP网络系统的“透明”访问，包括与BSD套接字兼容的编程接口、远程过程调用（RPC），远程文件访问（包括客户端和服务端的NFS机制以及使用RSH、FTP或TFTP得非NFS机制）以及VOOTP和ARP代理，所有的网络机制均遵循标准的Internet协议。

本实施例中，以太网控制器25采用AM79C874芯片实现，以太网接口26为RJ45以太网接口。AM79C874芯片是一个高集成度、高性能、低功耗10/100Mbps快速以太网控制器，带有2路以太网通道以及嵌入式系统资源的配置表。

如图6所示，本实施例在以太网控制器25和以太网接口26之间串接有网络隔离变压器251，以太网控制器25通过网络隔离变压器251与以太网接口26相连，网络隔离变压器251通过HX1188变压芯片实现，通过网络隔离变压器251能够实现以太网控制器25与以太网接口26之间的电压转换，将来自以太网控制器25的信号PHY-3TX+/ PHY-3TX-/ PHY-3RX+/ PHY-3RX-转换为N3TX+/ N3TX-/ N3RX+/ N3RX-后与以太网接口26相连，由于以太网接口26传输的信号电压比普通以太网的电压要高，因此能够传输更长的距离，而且抗干扰性能更好，尤其适合悬浮列车上电磁信号比较复杂的场合。

如图7所示，本实施例中AM79C874芯片的63、64、77、78四个引脚输出信号PHY-3TX+/ PHY-3TX-/ PHY-3RX+/ PHY-3RX-，上述引脚通过网络隔离变压器251与以太网接口26的N3TX+/ N3TX-/ N3RX+/ N3RX-相连。

此外，数据采集板22由A/D转换电路以及滤波电路组成，执行机构24为斩波器，由于其电路均与现有技术结构相同，故在此不再赘述。

本实施例中悬浮控制下位机2的工作过程如下：步骤1：当悬浮控制下位机上电后，用户主模块usrAppInit()函数开始执行，跳转执行下一步；步骤2：启动中断触发信号采样任务AD_initConnect()，进入中断服务模块，跳转执行下一步；步骤3：中断触发信号采样任务AD_intConnect()根据根据预设发送频率采样的中断触发信号触发调用采样中断函数执行悬浮主模块Maglev()；同时启动通讯初始化任务comm_init()执行通讯初始化，在comm_init()通讯初始化执行完毕后跳转执行下一步；步骤4：创建用于与上位机1通讯的通信套接字m_socket；创建发送二进制信号灯semsend、接收二进制信号灯semrecv和连接二进制信号灯semcomm；分别启动发送任务comm_sendtask()、接收任务comm_recv()和连接任务comm_link()；跳转执行下一步；步骤5：发送任务comm_sendtask()根据预设发送频率sign_num启动（本实施例中sign_num取值为11ms），等待获取发送二进制信号灯，在得到发送二进制信号灯（semTake(semcomm)的值为true）后将来自对应悬浮点的悬浮状态数据以及悬浮控制下位机2执行的IO信息、故障信息通过发送子函数comm_send()发送到上位机1，如果发送子函数comm_send()发送正确则返回继续等待获取发送二进制信号灯semsend，如果发送子函数comm_send()发送出错则释放发送二进制信号灯semsend，其中semGive为二进制信号灯的释放函数，semTake为二进制信号灯的获取函数；接收任务comm_recv()则等待接收网络数据包，当悬浮控制下位机2收到网络数据包（即recvbuffer=comm_recv()成立）时，接收任务comm_recv()检验接收的网络数据包，如果接收正确则执行网络数据包中的控制命令来控制对应悬浮点的悬浮状态并返回继续等待接收网络数据包，如果接收出错则释放接收二进制信号灯semrecv；连接任务监测发送任务comm_sendtask()和接收任务comm_recv()是否正常，如果监测到二进制信号灯semsend或者接收二进制信号灯semrecv被释放则判定发送任务comm_sendtask()或接收任务comm_recv()出现异常，判定出现异常后启用关闭任务comm_close()释放资源，重新启用通信初始化任务comm_init()并跳转执行步骤4。

如图8所示，本实施例中工业以太网的数据协议缓冲数据协议定义长度13Byte，控制器标志位2Byte，命令标志位2Byte，结束标志位1Byte。悬浮控制下位机2将传感器数据或故障等数据通过工业以太网上传到监控系统的上位机1，然后通过数据协议定义进行解析就可以得到相应物理意义的数据。上位机1对悬浮控制下位机2的控制命令包括UD控制命令，上位机1发送UD值为0（UD=0）指悬浮模块双点实施落车动作；上位机1发送UD值为1（UD=1）指悬浮模块1点实施起浮动作，而悬浮2点保持落车状态；上位机1发送UD值为2（UD=2）指悬浮1点保持落车状态，而悬浮2点实施起浮动作；上位机1发送UD值为3（UD=3）指悬浮模块双点实施同时起浮动作。此外上位机1还可以实现对悬浮控制下位机2修改控制参数，且悬浮控制下位机2会将控制参数写入FLASH进行保存。

上位机1的悬浮监控模块具有数据显示、曲线绘图、故障显示、数据分析和数据保存等功能，悬浮监控模块采用MFC技术设计，使用了静态库封装方法，所以该界面不需要安装额外的*.dll文件。悬浮监控模块具有多个窗口，其中包括数据显示窗口、悬浮调试窗口、数据分析窗口、绘图窗口、传感器窗口、故障观测窗口、故障信息窗口等。且本实施例中，上位机1的悬浮监控模块采用模块化设计，具有很强的可移植性和可升级性，并且针对不同用户设计了不同级别的权限，尤其适用于多上位机1的共同监控。本实施例中，上位机1的悬浮监控模块的悬浮监控界面框架命名为CMS04，该框架单独开辟了一个独立进程RecvPro()，进程处理函数OnRecvData()，进程处理函数中包含数据显示、数据保存、数据分析、绘制曲线等模块。工业以太网通信是由Server Socket套接字完成的，整个过程包括创建套接字、建立连接、接收数据、解析数据等，悬浮监控模块的程序界面操作简单，功能明确，人机交互便捷。上位机1的悬浮监控模块中，数据显示窗口顶部的显示面板包含了可人工修改的参数，例如其中的“目标机地址”即为悬浮控制下位机2在工业以太网中的IP地址，如需修改悬浮控制下位机2在工业以太网中的IP地址，则在修改设置参数数值后点击“参数下载”即可，由于上位机1与各个悬浮控制下位机2通过工业以太网连接，因此在上位机1点击“参数下载”后，悬浮控制下位机2通过接收任务comm_recv()能够及时接收到上位机1传送的参数并保存，实现悬浮控制参数的实时调控。

本实施例中上位机1的悬浮监控模块工作步骤如下：步骤1：悬浮监控模块执行窗口初始化，初始化窗口框架及变量；跳转执行下一步； 步骤2：定义套接字SOCKET m_socket，通过套接字函数Socket()创建用于与悬浮控制下位机2通讯的通信套接字m_socket，且通过Bind()绑定指定的通讯端口6000；设置定时器SetTimer(1,10,NULL)，通过定时器按照指定的刷新频率10ms定时刷新悬浮监控模块窗口；跳转执行下一步；步骤3：通过CreatThread()函数创建接收进程并调用接收进程RecvPro()，接收进程RecvPro()在判断收到悬浮控制下位机2发送的悬浮状态数据以及悬浮控制下位机2执行的IO信息、故障信息时调用接收进程处理函数OnRecvData()，接收进程处理函数OnRecvData()调用接收函数Recvfrom()将接收的网络数据包（悬浮状态数据及悬浮控制下位机执行的IO信息、故障信息）存储到接收缓存RecvBuffer中，接收进程处理函数OnRecvData()根据接收缓存RecvBuffer中收到的网络数据包（悬浮状态数据及悬浮控制下位机执行的IO信息、故障信息）进行数据存储、数据显示以及传感器数据曲线的绘制等；同时，悬浮监控模块检测控件点击事件，如果收到控件则触发该控件的控件响应函数，当控件为下发控制命令时控件响应函数生成包含指定的控制命令的网络数据包并通过通信套接字发送给指定的悬浮控制下位机；当悬浮监控模块窗口收到关闭命令时，通过Closesocket()关闭通信套接字、通过DestroyWindow()关闭悬浮监控模块的窗口，释放资源。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法，其特征在于实施步骤如下：

1）将用于控制悬浮列车各个悬浮点的悬浮控制下位机分别通过工业以太网与同一上位机相连；当悬浮控制下位机上电后，通过存储在悬浮控制下位机中的用户主模块执行步骤2）～5）；当上位机上电后，通过存储在上位机中的悬浮监控模块执行步骤6）～步骤8）；

2）启动中断触发信号采样任务，跳转执行下一步；

3）根据根据预设发送频率采样的中断触发信号触发调用采样中断函数执行悬浮主体模块；同时启动通信初始化任务执行通讯初始化，在通讯初始化执行完毕后跳转执行下一步；

4）创建用于与上位机通讯的通信套接字，创建发送二进制信号灯、接收二进制信号灯和连接二进制信号灯，分别启动发送任务、接收任务和连接任务；跳转执行下一步；

5）发送任务根据预设发送频率启动，等待获取发送二进制信号灯，在得到发送二进制信号灯后将来自对应悬浮点的悬浮状态数据以及悬浮控制下位机执行的IO信息、故障信息通过发送子函数发送到上位机，如果发送子函数发送正确则返回继续等待获取发送二进制信号灯，如果发送子函数发送出错则释放发送二进制信号灯；接收任务则等待接收网络数据包，当悬浮控制下位机收到网络数据包时，接收任务检验接收的网络数据包，如果接收正确则执行网络数据包中的控制命令来控制对应悬浮点的悬浮状态并返回继续等待接收网络数据包，如果接收出错则释放接收二进制信号灯；连接任务监测所述发送任务和接收任务是否正常，如果监测到二进制信号灯或者接收二进制信号灯被释放则判定发送任务或接收任务出现异常，判定出现异常后启用关闭任务释放资源，重新启用通信初始化任务并跳转执行步骤4）；

6）悬浮监控模块执行窗口初始化，初始化窗口框架及变量；跳转执行下一步； 

7）创建用于与悬浮控制下位机通讯的通信套接字，且绑定指定的通讯端口；设置定时器，通过定时器按照指定的刷新频率定时刷新悬浮监控模块窗口；跳转执行下一步；

8）创建接收进程并调用接收进程，所述接收进程在判断收到悬浮控制下位机发送的悬浮状态数据以及悬浮控制下位机执行的IO信息、故障信息时调用接收进程处理函数，通过所述接收进程处理函数根据收到的悬浮状态数据及悬浮控制下位机执行的IO信息、故障信息进行数据存储、数据显示以及传感器数据曲线的绘制；同时，悬浮监控模块检测控件点击事件，如果收到控件则触发该控件的控件响应函数，当控件为下发控制命令时所述控件响应函数生成包含指定的控制命令的网络数据包并通过所述通信套接字发送给指定的悬浮控制下位机；当悬浮监控模块窗口收到关闭命令时，关闭所述通信套接字和悬浮监控模块的窗口，释放资源。

2.根据权利要求1所述的基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控方法，其特征在于：所述悬浮控制下位机上运行的操作系统为多任务操作系统，所述通信初始化任务、发送任务、接收任务、连接任务和关闭任务在所述多任务操作系统中的优先级从高到低排列依次为关闭任务、连接任务、接收任务、发送任务、通信初始化任务。

3.一种基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控装置，其特征在于：包括上位机（1）和多个悬浮控制下位机（2），所述悬浮控制下位机（2）包括传感器组（21）、数据采集板（22）、悬浮控制器（23）、执行机构（24）、以太网控制器（25）和以太网接口（26），所述传感器组（21）、数据采集板（22）、悬浮控制器（23）、以太网控制器（25）和以太网接口（26）依次相连，各个所述悬浮控制下位机（2）的以太网接口（26）分别通过工业以太网与上位机（1）相连，所述悬浮控制器（23）的输出端与执行机构（24）相连，所述执行机构（24）与悬浮列车的悬浮电磁铁相连，所述传感器组（21）采集悬浮列车上对应悬浮点的悬浮状态数据并通过数据采集板（22）发送给悬浮控制器（23），所述悬浮控制器（23）将输入的悬浮状态数据依次通过以太网控制器（25）、以太网接口（26）输出至上位机（1）并接收来自上位机（1）的控制命令，所述悬浮控制器（23）根据输入的悬浮状态数据和上位机（1）的控制命令通过执行机构（24）控制悬浮列车车体的悬浮状态。

4.根据权利要求3所述的基于工业以太网通讯的悬浮列车悬浮监控装置，其特征在于：所述以太网控制器（25）和以太网接口（26）之间串接有网络隔离变压器（251），所述以太网控制器（25）通过网络隔离变压器（251）与以太网接口（26）相连。

Images