CN104627159B - 城轨车辆制动监控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

城轨车辆制动监控系统及方法，包括上位机监控系统和设置在每节车厢上的制动监控装置，还包括CAN接口卡，制动监控装置与CAN接口卡之间通过双路CAN总线通信，CAN接口卡与上位机监控系统之间通过USB总线通信；上位机监控系统经CAN接口卡将控制信息发送到制动监控装置，制动监控装置将控制信息转发到列车制动控制装置，制动监控装置还采集的列车制动装置状态信息，经CAN接口卡反馈到上位机监控系统。

Description

城轨车辆制动监控系统及方法
技术领域
本发明属于铁路电子技术领域，具体的说，涉及一种城轨车辆制动监控系统。
背景技术
近年来国内外以高铁、动车、轻轨等轨道车辆为载体的交通形式发展迅速，对车辆制动系统的可靠性和安全性提出了更高的要求，随之对制动系统的调试和运行监控技术也提出了更高的需求。
制动监控系统连接在制动控制装置的外CAN接口上，接收车辆制动控制装置发出的状态信息、控制信息和故障信息，通过以太网或USB将这些数据信息发送到上位机(如笔记本电脑)，以指示灯、数据列表及动态曲线的形式，监视列车的运行情况。
目前的测量方法不足之处如下：
1.一种是通过串口(RS232)把单个制动控制装置中的信息交互到人机界面，上位机软件以列表和指示灯的形式反映制动系统的数据变化情况。缺点是只能监控单个制动控制装置，不能监控一个单元的信息。
2.另一种是把一个单元的制动控制装置通过CAN总线连接到一起，然后在通过一个装置把单元的所有数据转成RS232的形式交互到上位机，达到共同监控的目的，这样上位机就能真实的反映出一个单元的运行情况，但是随着技术的发展，制动系统单元的组成形式在不断变化，有的是以三辆或者四辆为一个单元编组，这样受到RS232速度的影响，无法把所有数据快速的交互到上位机，影响了对制动性能的监视。
3.目前的制动监控系统只是起到监视的作用，还没有参与到控制中。
4.对现场所有数据的记录只能通过与笔记本连接之后才能进行，脱离笔记本车辆运行中大数据的记录还没有得到很好的解决。
综上，目前制动监控系统存在以下主要问题：
1.硬件方面：完成制动控制装置与上位机进行信息交互的是制动控制装置内部的板卡，此板卡一般是主控制板卡来兼顾此功能，这样就有可能影响主控制板卡的工作，也不能很高效的完成信息的交互，不能够完成SD卡的存储。
2.软件方面：目前现有的上位机软件对信息的处理仅仅以列表、指示灯、文本框的形式呈现出来，不能够动态的表达各信号之间的配合情况，如制动指令、制动缸压力和电制动压力之间的配合；现场数据的存储、和线下数据回放处理也没有很好的实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城轨列车制动监控系统和监控方法。
本发明的技术方案是：城轨车辆制动监控系统，包括上位机监控系统和设置在每节车厢上的制动监控装置，还包括CAN接口卡，制动监控装置与CAN接口卡之间通过双路CAN总线通信，CAN接口卡与上位机监控系统之间通过USB总线通信；上位机监控系统经CAN接口卡将控制信息发送到制动监控装置，制动监控装置将控制信息转发到列车制动控制装置，制动监控装置还采集的列车制动装置状态信息，经CAN接口卡反馈到上位机监控系统；所述CAN接口卡每个制动单元有两个，每个CAN接口卡与上位机监控系统和制动控制装置的连接方式相同；系统工作时，可通过上位机监控系统选择从哪个CAN接口卡接收和发送数据，若一个CAN接口卡发生故障，其它的CAN接口卡可继续工作；所述上位机监控系统安装有监控软件，监控软件程序中包括数据读取数组和数据发送数组；监控软件中定义设备索引号、CAN通道号，制动控制装置ID号、接收数据帧数组、发送数据帧数组和时间调度帧；监控软件实现的功能是采集制动控制装置的数据，将数据以各种形式表述在上位机界面中，同时还完成向制动控制装置发送控制数据,进行友好的人机交互；
为每个CAN接口卡编号，所述设备索引号记载每个CAN接口卡的类型,有以太网和USB两种形式；为每条CAN总线编号，所述CAN通道号记载制动控制装置中的哪路CAN编号；
为每节车厢上的制动控制装置编号，所述制动控制装置ID号记载每个制动控制装置以及内部板卡的唯一CAN号；
所述接收数据帧数组接收每个线程内所有的CAN帧；
所述发送数据帧数组包含每次发送的所有CAN帧；
所述时间调度帧记载数据更新的标志位，在时间调度帧处进行数据采集更新。
优选的是：上位机监控系统每个列车单元有两个，分别安装在列车单元两头的车厢内,如果一列车为一个单元安装在车头和车尾的司控室内，上位机监控系统均经过CAN接口卡与制动监控装置相连，两侧的上位机监控系统独立工作，操作人员可通过任何一个CAN接口卡均可进行监控。城轨列车制动监控方法，包括制动数据接收方法和制动控制数据发送方法，制动数据接收的过程实现对制动控制装置的信息采集、上传到上位机监控系统以及在监控软件中绘制监控曲线；制动控制数据的发送过程完成制动控制装置的数据写入，即制动控制装置的控制；
系统具有现场监视功能和数据回放功能，现场监视功能能够实时查看整列车制动系统的运行情况，实时排查故障，根据曲线，调整制动控制算法。程序运行中能够实时存储数据。数据回放功能能够对数据进行分析，能够得出故障点前后的所有数据信息，以曲线、指示灯和列表的形式呈现出来。
制动数据接收方法包括以下步骤：
(1)开始命令，启动监控软件流程，以时间变量为横轴，制动数据为纵轴，绘制坐标轴系，纵轴为分段式结构，每段表示不同的制动数据类型，例如，纵轴分三段，分别表示制动速度、制动距离、制动指令类型；判断是否有回放命令，若有回放命令则进入步骤(6)，若没有回放命令，则进入步骤(2)；
(2)打开CAN接口卡，指定设备索引号、CAN通道号，制动控制装置ID号和时间调度帧,开始数据接收流程；
(3)将CAN接口卡中的数据以制动控制装置ID为单位进行数据打包，接受数据帧数组进行数据保存与存储；
(4)判断时间节点是否有时间调度帧指令，如果没有时间调度帧指令则返回步骤(2)；如果有时间调度帧指令，则进入步骤(5)；
(5)将时间调度帧命令所在时间节点的数据绘制在坐标轴系内；同时利用CAN接口卡反馈的数据计算制动距离、制动加速度和制动时间，将计算结果显示到城轨车辆制动监控系统的文本框；
(6)将所有时间调度帧内接收的数据绘制在坐标轴系内,如有一万个数据点,每个数据点之间的间隔为100ms,那么图形的下坐标就会显示1000s的数据,由于坐标轴系横坐标数据范围的限制，当前图形只能显示连续20s内的数据曲线,按住鼠标左键左右移动来参看不同时间点的数据,以鼠标所在位置确定一连续20s的时间范围，如移动鼠标查看25s到45s内的数据,以第25s的数据为一个时间基准,以第45s的数据为另一个时间基准点；
(7)在坐标轴系内移动鼠标，鼠标停止运动后，确定鼠标位置所对应的X轴的像素和Y轴的像素，根据鼠标所在位置的像素点在图像中绘制鼠标横线和鼠标竖线；然后根据步骤(6)中的时间基准算出当前鼠标竖线的绝对位置，调用鼠标位置对应的时间点所采集的数据值，如第35s处，调用第35s时采集的数据值，绘制数据列表，显示在文本框内。
所述制动控制数据发送方法包括以下步骤：(i)设置CAN通道号、设备索引号及发送的数据类型、数据值、发送的目标对象(制动控制装置ID)等信息，把这些信息填入到发送数据帧数组中，进行数据打包；(ii)将打包数据发送到CAN接口卡，经CAN接口卡发送到指定的制动控制装置中。
本发明的工作原理如下：
城轨列车行驶过程中，每节车厢上的制动控制装置采集制动数据，经CAN总线传输到CAN接口卡，后经CAN接口卡传递到上位机监控系统，监控软件根据接收的制动数据绘制坐标轴系和数据曲线，直观的显示制动状态。监控软件具有回放功能，鼠标放置在坐标轴系内时，可自动识别鼠标位置的像素点，并调用鼠标所在位置前后一定时间范围内采集的制动数据，显示在坐标轴系内，便于发生制动故障时，查看故障前后点的数据。
由于城轨列车在行驶过程中，制动装置会被磨损，如列车轮径等，而列车制动数据的计算需要用到这些数据。传统的方式：工作数据的初始时值被输入到制动控制装置中，而制动装置磨损后需要人工到制动控制装置修改数据。城轨车辆制动监控系统可通过监控软件写入制动装置的数据，数据打包后按照制动控制装置的ID经CAN接口卡和CAN总线传递到相应的制动控制装置中,实现控制制动控制装置的功能。保证制动数据计算的准确性。
本发明的有益效果是：
1、可全单元监控所有的制动控制装置的数据。
2、现车数据可通过上位机监视界面实时显示，数据曲线以同一个时间轴为基准，便于观察。同时，试验数据可存储和回放，便于数据分析研究。
3、上位机能够通过USB发送相应信息到制动监控系统，然后转发到全单元CAN总线上，方便修改每辆车的制动控制装置中的相应参数(如：轮径值、各级减速度、空重车车重、列车号等)。
4、可通过上位机监控软件刷写制动控制装置中单片机的程序，修改制动控制装置中的数据。
5、之前制动控制装置的数据上传到PC采用RS232的形式，由于受到RS232本身传输速率的影响，最大115.2Kbps，此数据量无法满足制动控制装置对数据上传的要求，制动控制装置中的数据，无法快速的上传，出现掉包现象，无法准确的监视制动控制装置的运行情况；而目前采用USB的形式传输，由于USB的速率达到了480Mbps，满足此系统的要求。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为监控软件数据接收软件程序流程图
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示：城轨车辆制动监控系统，包括上位机监控系统和设置在每节车厢上的制动监控装置，还包括CAN接口卡，制动监控装置与CAN接口卡之间通过双路CAN总线通信，CAN接口卡与上位机监控系统之间通过USB总线通信；上位机监控系统经CAN接口卡将控制信息发送到制动监控装置，制动监控装置将控制信息转发到列车制动控制装置，制动监控装置还采集的列车制动装置状态信息，经CAN接口卡反馈到上位机监控系统；所述CAN接口卡每个制动单元有两个，每个CAN接口卡与上位机监控系统和制动控制装置的连接方式相同；系统工作时，可通过上位机监控系统选择从哪个CAN接口卡接收和发送数据，若一个CAN接口卡发生故障，其它的CAN接口卡可继续工作；
上位机监控系统安装有监控软件，监控软件程序中包括数据读取数组和数据发送数组；监控软件中定义设备索引号、CAN通道号，制动控制装置ID号、接收数据帧数组、发送数据帧数组和时间调度帧；监控软件实现的功能是采集制动控制装置的数据，将数据以各种形式表述在上位机界面中，同时还完成向制动控制装置发送控制数据,进行友好的人机交互；
为每个CAN接口卡编号，所述设备索引号记载每个CAN接口卡的类型,有以太网和USB两种形式；为每条CAN总线编号，所述CAN通道号记载制动控制装置中的哪路CAN编号；
为每节车厢上的制动控制装置编号，所述制动控制装置ID号记载每个制动控制装置以及内部板卡的唯一CAN号；
接收数据帧数组接收每个线程内所有的CAN帧；
发送数据帧数组包含每次发送的所有CAN帧；
时间调度帧记载数据更新的标志位。
上位机监控系统每个列车单元有两个，分别安装在列车单元两头的车厢内,如果一列车为一个单元安装在车头和车尾的司控室内，上位机监控系统均经过CAN接口卡与制动监控装置相连，两侧的上位机监控系统独立工作，操作人员可通过任何一个CAN接口卡均可进行监控。
如图2所示，城轨列车制动监控方法，包括制动数据接收方法和制动控制数据发送方法，所述制动数据接收方法包括以下步骤：
(1)开始命令，启动监控软件流程，以时间变量为横轴，制动数据为纵轴，绘制坐标轴系，纵轴为分段式结构，每段表示不同的制动数据类型，例如，纵轴分三段，分别表示制动速度、制动距离、制动指令类型；判断是否有回放命令，若有回放命令则进入步骤(6)，若没有回放命令，则进入步骤(2)；
(2)打开CAN接口卡，指定设备索引号、CAN通道号，制动控制装置ID号和时间调度帧,开始数据接收流程；
(3)将CAN接口卡中的数据以制动控制装置ID为单位进行数据打包，接受数据帧数组进行数据保存与存储；
(4)判断时间节点是否有时间调度帧指令，如果没有时间调度帧指令则返回步骤(2)；如果有时间调度帧指令，则进入步骤(5)；
(5)将时间调度帧命令所在时间节点的数据绘制在坐标轴系内；同时利用CAN接口卡反馈的数据计算制动距离、制动加速度和制动时间，将计算结果显示到城轨车辆制动监控系统的文本框；
(6)将所有时间调度帧内接收的数据绘制在坐标轴系内,如有一万个数据点,每个数据点之间的间隔为100ms,那么图形的下坐标就会显示1000s的数据,由于坐标轴系横坐标数据范围的限制，当前图形只能显示连续20s内的数据曲线,按住鼠标左键左右移动来参看不同时间点的数据,以鼠标所在位置确定一连续20s的时间范围，如移动鼠标查看25s到45s内的数据,以第25s的数据为一个时间基准,以第45s的数据为另一个时间基准点；
(7)在坐标轴系内移动鼠标，鼠标停止运动后，确定鼠标位置所对应的X轴的像素和Y轴的像素，根据鼠标所在位置的像素点在图像中绘制鼠标横线和鼠标竖线；然后根据步骤(6)中的时间基准算出当前鼠标竖线的绝对位置，调用鼠标位置对应的时间点所采集的数据值，如第35s处，调用第35s时采集的数据值，绘制数据列表，显示在文本框内。
制动控制数据发送方法包括以下步骤：
(i)设置CAN通道号、设备索引号及发送的数据类型、数据值、发送的目标对象(制动控制装置ID)等信息，把这些信息填入到发送数据帧数组中，进行数据打包；
(ii)将打包数据发送到CAN接口卡，经CAN接口卡发送到指定的制动控制装置中。

Claims (3)

1.城轨车辆制动监控系统，包括上位机监控系统和设置在每节车厢上的制动监控装置，其特征在于：还包括CAN接口卡，制动监控装置与CAN接口卡之间通过双路CAN总线通信，CAN接口卡与上位机监控系统之间通过USB总线通信；上位机监控系统经CAN接口卡将控制信息发送到制动监控装置，制动监控装置将控制信息转发到列车制动控制装置，制动监控装置还采集的列车制动装置状态信息，经CAN接口卡反馈到上位机监控系统；所述CAN接口卡每个制动单元有两个，每个CAN接口卡与上位机监控系统和制动控制装置的连接方式相同；系统工作时，可通过上位机监控系统选择从哪个CAN接口卡接收和发送数据，若一个CAN接口卡发生故障，其它的CAN接口卡可继续工作；
所述上位机监控系统安装有监控软件，监控软件程序中包括数据读取数组和数据发送数组；监控软件中定义设备索引号、CAN通道号，制动控制装置ID号、接收数据帧数组、发送数据帧数组和时间调度帧；
为每个CAN接口卡编号，所述设备索引号记载每个CAN接口卡的类型,有以太网和USB两种形式；为每条CAN总线编号，所述CAN通道号记载制动控制装置中的哪路CAN编号；
为每节车厢上的制动控制装置编号，所述制动控制装置ID号记载每个制动控制装置以及内部板卡的唯一CAN号；
所述接收数据帧数组接收每个线程内所有的CAN帧；
所述发送数据帧数组包含每次发送的所有CAN帧；
所述时间调度帧记载数据更新的标志位。
2.如权利要求1所述的城轨车辆制动监控系统，其特征在于：所述上位机监控系统每个列车单元有两个，分别安装在列车单元两头的车厢内,上位机监控系统均经过CAN接口卡与制动监控装置相连，两侧的上位机监控系统独立工作，操作人员可通过任何一个CAN接口卡均可进行监控。
3.城轨列车制动监控方法，其特征在于：包括制动数据接收方法和制动控制数据发送方法，所述制动数据接收方法包括以下步骤：
(1)开始命令，启动监控软件流程，以时间变量为横轴，制动数据为纵轴，绘制坐标轴系，纵轴为分段式结构，每段表示不同的制动数据类型；纵轴分三段，分别表示制动速度、制动距离、制动指令类型；判断是否有回放命令，若有回放命令则进入步骤(6)，若没有回放命令，则进入步骤(2)；
(2)打开CAN接口卡，指定设备索引号、CAN通道号，制动控制装置ID号和时间调度帧,开始数据接收流程；
(3)将CAN接口卡中的数据以制动控制装置ID为单位进行数据打包，接受数据帧数组进行数据保存与存储；
(4)判断时间节点是否有时间调度帧指令，如果没有时间调度帧指令则返回步骤(2)；如果有时间调度帧指令，则进入步骤(5)；
(5)将时间调度帧命令所在时间节点的数据绘制在坐标轴系内；同时利用CAN接口卡反馈的数据计算制动距离、制动加速度和制动时间，将计算结果显示到城轨车辆制动监控系统的文本框；
(6)将所有时间调度帧内接收的数据绘制在坐标轴系内,坐标轴系内显示连续20s内的数据曲线，按住鼠标左键左右移动鼠标，以鼠标所在位置确定一连续20s的时间范围，以20s的最左端为一个时间基准，20s的最右端为一个时间基准；
(7)在坐标轴系内移动鼠标，鼠标停止运动后，确定鼠标位置所对应的X轴的像素和Y轴的像素，根据鼠标所在位置的像素点在图像中绘制鼠标横线和鼠标竖线；然后根据步骤(6)中的时间基准算出当前鼠标竖线的绝对位置，调用鼠标位置对应的时间点所采集的数据值，绘制数据列表，显示在文本框内；
所述制动控制数据发送方法包括以下步骤：
(i)、设置CAN通道号、设备索引号及发送的数据类型、数据值、发送的制动控制装置ID信息，把这些信息填入到发送数据帧数组中，进行数据打包；
(ii)、将打包数据发送到CAN接口卡，经CAN接口卡发送到指定的制动控制装置中。
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