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西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁(yè) 摘要 計(jì)軸設(shè)備用于實(shí)時(shí)檢查所防護(hù)軌道區(qū)段占用還是空閑,其作用 等效于軌道電路它的工作原理是基于列車駛?cè)牖蝰偝鲕壍绤^(qū)段計(jì) 數(shù)點(diǎn)時(shí)所記錄軸數(shù)的比較結(jié)果,以此確定該軌道區(qū)段處于占用還是 空閑狀態(tài)。目前我國(guó)還在廣泛使用的軌道電路,受外界因素影響大, 存在道床泄漏電阻過低、軌道電路分路不良等情況,難以保證軌道 電路正常運(yùn)用的電氣參數(shù),使軌道電路無(wú)法正常工作,使電務(wù)信號(hào) 聯(lián)鎖失效。這些狀況難以適應(yīng)列車速度和安全性能的進(jìn)一步提高。 在安裝計(jì)軸設(shè)備的區(qū)段內(nèi),由于計(jì)軸設(shè)備不受道床條件影響,可以 徹底解決以上出現(xiàn)的問題,從而有效保證行車安全。 論文從實(shí)際需求出發(fā),分析站內(nèi)多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)的特點(diǎn)及要求, 得出系統(tǒng)需求,結(jié)合計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、控制技術(shù),提出了一種采 用嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)w i n d o w sc e n e t 為核心的解決方案。 論文的主要內(nèi)容包括緒論,多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)總體設(shè)計(jì),多點(diǎn)計(jì)軸系 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),w i n d o w sc e 操作系統(tǒng),多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 等部分。緒論部分主要對(duì)該系統(tǒng)的研究背景及研究意義作了簡(jiǎn)要說 明;第二章通過系統(tǒng)所需功能的分析,描述了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì);第三 章分析描述了= 取二方式的硬件架構(gòu)方案的設(shè)計(jì);第四章對(duì)w i n d o w s c e 操作系統(tǒng)的定制開發(fā)、應(yīng)用開發(fā)等作了介紹。第五章中應(yīng)用面向 對(duì)象技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);最后對(duì)文中的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)給出結(jié)論,并對(duì)其可進(jìn)一步改進(jìn)之處作了說明。 關(guān)鍵詞:鐵路信號(hào);多點(diǎn)計(jì)軸;二取二;w i n d o w sc e 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第頁(yè) a b s t r a c t a x l e c o u n t i n gd e v i c e sa r eu s e dt op e r f o r m r e a l t i m ec h e c ko ft h e s t a t u so fr a i l w a ys e c t i o n s ,w h i c ha r eo c c u p i e do rn o t t h ef u n c t i o n sa r e e q u a lt ot h a to ft r a c kc i r c u i t s t h eo p e r a t i o n a lp r i n c i p l e sa r eb a s e do n t h ec o m p u t a t i o nr e s u l tu s i n gt h ea x l e c o u n t i n gi n f o r m a t i o ni nt h e s e c t i o n a tp r e s e n t ,t r a c kc i r c u i t sa r ew i l d l yu s e di no u rc o u n t r y b u t t h e ya r ee a s i l yi n f l u e n c e db yc i r c u m s t a n c es u c ha sl o wr o a d b e db l e e d e r r e s i s t a n c e ,b a ds h u n t i n g ,e t c t h e s ei n s t a n c e sm a k ew r o n go p e r a t i o n s o c c u ra n dl e a dt ot h em a l f u n c t i o no fs i g n a l i n gi n t e r l o c k t h e s e c i r c u m s t a n c e sb a f n et h ei m p r o v e m e n to fs a f e t ya n dt h et r a i ns p e e d a x l e c o u n t i n gd e v i c e sa r en o ti n f l u e n c e db yt h ec i r c u m s t a n c eh a s m e n t i o n e d ,a n dc a ne n s u r et h et r a n s p o r ts a f e t y i nt h i sp a p e r ,t h er e q u i r e m e n t sa n ds p e c i a l t i e so ft h ei n t r a - s t a t i o n m u l t i p o i n ta x l e - c o u n t i n gs y s t e ma r es t u d i e d t h e nw i t ht h ei n t e g r a t i o n o f c o m p u t e rt e c h n o l o g y ,n e t w o r k c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n d a u t o m a t i cc o n t r o lt e c h n o l o g y ,ak i n do fs o l u t i o ni sp r o p o s e d ,i nw h i c h t h ee m b e d d e dr e a l t i m eo p e r a t i o ns y s t e m ,w i n d o w sc e n e ti su s e d t h ec o n t e n t so ft h e p a p e r c o n s i s to f i n t r o d u c t i o n ,s y s t e m f r a m e w o r kd e s i g n ,h a r d w a r ed e s i g n ,i n t r o d u c t i o no fw i n d o w sc e , s o , w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n ,e t c i nt h ei n t r o d u c t i o n ,t h e b a c k g r o u n d a n dt h e s i g n i f i c a n c eo ft h es t u d y i nt h e s y s t e m a r e d e s c r i b e d i nc h a p t e r2 ,t h ea n a l y s i sf o rt h es y s t e mr e q u i r e m e n t si s d e s c r i b e d ,a n dt h es y s t e mf r a m e w o r ki sd e s i g n e d t h e nt h es y s t e m h a r d w a r ed e s i g nu s i n gt w ov o t i n gm e t h o di sd e s c r i b e db ya n a l y s i s i n c h a p t e r4 ,t h ep r o c e d u r eo fd e v e l o p i n ga n dc u s t o m i z i n gw i n d o w sc e o p e r a t i n gs y s t e m ,a n do ft h ea p p l i c a t i o n ,i si n t r o d u c e d i nc h a p t e r5 ,t h e o b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g yi sa p p l i e d ,a n dt h es o f t w a r eo ft h es y s t e m i s d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d a tl a s t ,t h ed e s i g n a n dt h e i m p l e m e n t a t i o na r es u m m a r i z e d ,a n dt h em e t h o d sw h i c hc a ni m p r o v e t h es y s t e ma r ed e s c r i b e d k e yw o r d s :r a i l w a ys i g n a l i n g ;m u l t i p o i n ta x l e - c o u n t i n g ;2v o t i n g ; w i n d o w sc e 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁(yè) 第1 章緒論 1 1 研究意義與必要性 鐵路信號(hào)設(shè)備是鐵路運(yùn)輸安全生產(chǎn)的重要技術(shù)設(shè)備之一,對(duì)保 障行車安全、提高運(yùn)輸效率和運(yùn)營(yíng)管理水平具有關(guān)鍵性作用?,F(xiàn)階 段車站站內(nèi)的軌道電路系統(tǒng)是重要的鐵路信號(hào)設(shè)備之一軌道電路 的工作狀況直接影響到鐵路行車安全及行車效率。 軌道電路有其特定的優(yōu)點(diǎn),但是也有一些自身無(wú)法克服的缺 點(diǎn)。如不經(jīng)常行車的區(qū)段,出現(xiàn)鋼軌生銹現(xiàn)象;碼頭地帶由于潮 濕,鋼軌也易生銹;沙漠地帶,風(fēng)沙大。沙塵浮于鋼軌表面;軌道 區(qū)段跳線銹斷;軌道絕緣破損等。由于站內(nèi)軌道電路是信號(hào)聯(lián)鎖的 重要組成部分,以上情況會(huì)造成軌道電路分路不良,成為安全生產(chǎn) 的突出薄弱環(huán)節(jié),由于軌道電路分路不良造成的事故給全路帶來過 重大損失和慘痛的教訓(xùn)。另外,在鐵路隧道內(nèi)由于潮濕等客觀因素 影響,道床電阻極低,現(xiàn)有的軌道電路不能正常工作,經(jīng)常出現(xiàn)紅 光帶,嚴(yán)重影響行車效率。 計(jì)軸技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為核心,輔以外部設(shè)備,利用統(tǒng)計(jì)車輛軸 數(shù)檢測(cè)相應(yīng)軌道區(qū)段是否有列車占用或列車已出清的技術(shù)。計(jì)軸設(shè) 備是實(shí)時(shí)檢查區(qū)間線路、站內(nèi)股道、道岔、平面交叉及道口區(qū)段占 用或空閑狀態(tài)的安全設(shè)備計(jì)軸設(shè)備的基本作用與軌道電路等效, 因此適用于一切應(yīng)用軌道電路的場(chǎng)合 計(jì)軸系統(tǒng)不受道床條件影響,可以徹底解決出現(xiàn)紅光帶的問 題。由于不用鋼軌做電路通道,所以特別適用于長(zhǎng)大區(qū)間、潮濕地 段、鋼枕地段、強(qiáng)風(fēng)沙地段、山區(qū)、礦區(qū)、橋隧、各種專用線等區(qū) 段 由于受多種環(huán)境因素影響,在我國(guó),許多軌道電路不能正常工 作,存在相當(dāng)數(shù)量的“壓不死”軌道電路區(qū)段及許多長(zhǎng)期紅光帶軌道 電路區(qū)段。據(jù)2 0 0 6 年全路電務(wù)工作會(huì)議分析資料統(tǒng)計(jì),全路約存 在2 7 0 0 0 處“壓不死”軌道區(qū)段,已嚴(yán)重威脅鐵路行車安全和運(yùn)輸效 率因此,鐵道部運(yùn)輸局要求:2 0 0 6 年要把解決“壓不死”區(qū)段作 為保障行車安全的首項(xiàng)整治內(nèi)容,并明確提出采用計(jì)軸技術(shù)作為解 決該問題的主要方案和手段之一,并積極加以推廣應(yīng)用。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 頁(yè) 現(xiàn)階段,我國(guó)在站間閉塞系統(tǒng)中使用計(jì)軸技術(shù)已經(jīng)較為廣泛。 區(qū)間行車安全性也得到了較大提高在站內(nèi)的個(gè)別軌道電路區(qū)段, 也已有較多應(yīng)用。 多點(diǎn)計(jì)軸技術(shù)就是采用計(jì)軸技術(shù)替代較多軌道電路采用的設(shè) 計(jì)方案。站內(nèi)存在較多的不良軌道電路區(qū)段時(shí),必須要使用多點(diǎn)計(jì) 軸技術(shù)。另外,利用計(jì)軸技術(shù)對(duì)區(qū)間分割,實(shí)現(xiàn)列車追蹤,也在大 規(guī)模應(yīng)用,也必須采用多點(diǎn)計(jì)軸技術(shù)。 如果是大型站場(chǎng),其自然環(huán)境條件較差的情況下,存在較多的 不良軌道電路區(qū)段,采用計(jì)軸方案解決該問題的應(yīng)用方案還比較 少,而且解決方案還不完善。 目前,國(guó)內(nèi)外已有少量相關(guān)產(chǎn)品,但存在以下問題: l 、采用主機(jī)疊加處理的方式,容量較少,在較大站場(chǎng)和“壓不 死”區(qū)段或長(zhǎng)期紅光帶軌道電路區(qū)段較多車站使用時(shí),產(chǎn)生了較大 困難。 2 、成本較高,特別在大型站場(chǎng)和“壓不死”區(qū)段較多車站使用 時(shí),設(shè)備投資無(wú)法令人接受。 所以,采用新技術(shù),設(shè)計(jì)新方案,研究開發(fā)大容量、低成本的 多點(diǎn)計(jì)軸處理設(shè)備對(duì)保障行車安全及提高車站作業(yè)效率是十分必 要的。 i 2 國(guó)內(nèi)外研究概況 發(fā)達(dá)國(guó)家的計(jì)軸技術(shù)起步比較早,并己開發(fā)出技術(shù)成熟的產(chǎn)品 推廣使用,如阿爾卡特公司的z p 3 0 c a 計(jì)軸器、德國(guó)西門子公司的 a z s 3 5 0 t 計(jì)軸器及德國(guó)s e l 公司研制的s i g l 9 0 系統(tǒng)。 以西門子a z s ( m ) 3 5 0 m 型微機(jī)計(jì)軸系統(tǒng)為例,其核心是z p 4 3 v 型計(jì)軸點(diǎn)設(shè)備和a z s ( m ) 3 5 0 m 運(yùn)算單元z p 4 3 v 型計(jì)軸點(diǎn)設(shè)備安 裝于鐵路軌道區(qū)段的各端點(diǎn)位置,每個(gè)端點(diǎn)位置安裝一套,使得這 幾個(gè)z p 4 3v 計(jì)軸點(diǎn)共同檢測(cè)這個(gè)封閉的軌道區(qū)段。z p 4 3 v 型計(jì)軸 點(diǎn)通過車輪傳感器感應(yīng)進(jìn)出區(qū)段的車輪及其運(yùn)行方向,并將感應(yīng)信 號(hào)預(yù)處理后,將預(yù)處理后的信號(hào)經(jīng)連接電纜系統(tǒng)傳輸至室內(nèi)運(yùn)算單 元。 a z s ( m ) 3 5 0 m 在多點(diǎn)計(jì)軸技術(shù)中應(yīng)用時(shí),如果兩個(gè)相鄰區(qū)段采 用的都是計(jì)軸技術(shù),則共用的計(jì)軸點(diǎn)信息可以進(jìn)行復(fù)用。對(duì)于不相 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3 頁(yè) 鄰的計(jì)軸區(qū)段無(wú)法復(fù)用。這時(shí)候使用主機(jī)堆疊的方式,即使用獨(dú)立 的一套微機(jī)計(jì)軸系統(tǒng)。當(dāng)計(jì)軸區(qū)段數(shù)量越多時(shí),堆疊量越大,成本 非常高,且實(shí)施施工也更為困難。 我國(guó)鐵路從2 0 世紀(jì)8 0 年代開始計(jì)軸技術(shù)的研究與應(yīng)用,國(guó)內(nèi) 許多研究機(jī)構(gòu)在學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家的計(jì)軸技術(shù)基礎(chǔ)上,借鑒多年來國(guó)外 計(jì)軸設(shè)備開發(fā)應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)和存在問題,自主研發(fā)了多種計(jì)軸設(shè) 備產(chǎn)品。上海鐵路局于1 9 8 5 年從聯(lián)邦德國(guó)引進(jìn)4 z l 7 0 s k 3 0 型計(jì)軸 器,于1 9 8 6 年應(yīng)用在滬杭線其他的產(chǎn)品還有;哈爾濱鐵科所研 制開發(fā)了j w j c 2 型計(jì)軸器,成都鐵路通信設(shè)備廠研制開發(fā)了 j z l 一g 型計(jì)軸器,等等。 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)用于站內(nèi)多點(diǎn)計(jì)軸應(yīng)用的產(chǎn)品很少,主要就是成都 鐵路通信設(shè)備廠研制開發(fā)的j z g d 1 型站內(nèi)微機(jī)計(jì)軸設(shè)備。該計(jì)軸 設(shè)備可對(duì)站內(nèi)8 個(gè)計(jì)軸點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算控制,在計(jì)軸點(diǎn)數(shù)量多于8 個(gè)時(shí) 需要使用主機(jī)堆疊方式。因此,在計(jì)軸點(diǎn)非常多時(shí)整個(gè)系統(tǒng)仍然會(huì) 很復(fù)雜。 因此,設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)集中控制的多點(diǎn)計(jì)軸新方案,研究開發(fā)大容 量、低成本的多點(diǎn)計(jì)軸處理設(shè)備具有較為迫切的需求研究?jī)?nèi)容具 有創(chuàng)新性 1 3 研究?jī)?nèi)容 本論文以實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)需求出發(fā),分析站內(nèi)多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)的特點(diǎn)及 要求,得出系統(tǒng)實(shí)際需求,結(jié)合計(jì)算機(jī),網(wǎng)絡(luò)通信、控制技術(shù)提出 了一種采用嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)w i n d o w sc e n e t 為核心的解決方案 文中對(duì)系統(tǒng)整體的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。包括硬件平臺(tái)的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì),軟件整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及組成部分的功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法、 以及使用的平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境都作了較為詳細(xì)的闡述,并完成了實(shí)現(xiàn) 工作 論文中,采用的計(jì)軸設(shè)備是成都通信工廠的j z i g 型計(jì)軸器, 是已經(jīng)通過鐵道部鑒定的產(chǎn)品,具有高安全性、可靠性。以后的設(shè) 計(jì)開發(fā)、測(cè)試都是以j z l g 型計(jì)軸器為基礎(chǔ)。 論文的安排如下: 第一章首先論述了站內(nèi)多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀,從而給出 本課題研究的必要性。提出了研究多點(diǎn)計(jì)軸解決方案的必要性以及 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4 頁(yè) 研究?jī)?nèi)容和安排 第二章通過對(duì)系統(tǒng)總體需求的分析,對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行了 充分的考慮,設(shè)計(jì)了站內(nèi)多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)的整體方寨,并且對(duì)系統(tǒng)工 作的流程進(jìn)行了描述。 第三章對(duì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并對(duì)其中實(shí)現(xiàn)的原理進(jìn) 行了詳細(xì)的描述。 第四章對(duì)軟件方面的相關(guān)技術(shù)傲了相應(yīng)介紹。包括對(duì)實(shí)時(shí)操作 系統(tǒng)w i n d o w sc e 開發(fā)流程和定制過程、應(yīng)用開發(fā)需要使用的軟件 的介紹。 第五章完成多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),包括軟件整體構(gòu) 架、各程序模塊的設(shè)計(jì)、內(nèi)部算法的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)、界面調(diào)試顯示部 分的設(shè)計(jì)等 論文的結(jié)論部分對(duì)所做工作進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)論文的不足之處 已及對(duì)后續(xù)工作進(jìn)行了說明。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5 頁(yè) 第2 章多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2 1 總體需求 站內(nèi)多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)集中控制方式。對(duì)站內(nèi)所有計(jì)軸 區(qū)段的計(jì)軸設(shè)備進(jìn)行采集,運(yùn)算得出各計(jì)軸區(qū)段的空閑或占用狀 態(tài),驅(qū)動(dòng)軌道繼電器表示正確的區(qū)段狀態(tài)。同時(shí),還需要完成的功 能有計(jì)軸復(fù)零信息的采集和繼電器狀態(tài)的采集。 多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)的需要完成的功能如圖2 1 中所示: ;- 二;l 計(jì)軸采集;i 睫t l 計(jì)輔復(fù)宰信息采集功越l 多點(diǎn)計(jì)軸系縫 li 輸女控崩琦蓖f1 蛙電器捩杏采集功麓f 8 匭豳圈匝囹醫(yī)圈匭圈匝墮圃 8 “ 、 車站聯(lián)鏝系統(tǒng) ” 圖2 1 多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)功能框圖 對(duì)系統(tǒng)總體技術(shù)需求進(jìn)行分析,得出系統(tǒng)需要具備下面的功 能: 2 1 1 采集正確的計(jì)軸器軸數(shù)信息 確保采集正確的計(jì)軸器軸數(shù)信息,是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)如 果采集到錯(cuò)誤的軸數(shù)信息,系統(tǒng)運(yùn)算后必然得出錯(cuò)誤的結(jié)果,這對(duì) 行車安全將造成最為嚴(yán)重的后果。 對(duì)于計(jì)軸器而言,必須要保證傳感器的采集完全正確,傳感器 與室內(nèi)計(jì)軸相關(guān)設(shè)備的通信完全正確。 j z i 型計(jì)軸器采用雙傳感器和雙c p u 采集一組兩個(gè)軸數(shù)。在 自動(dòng)站間閉塞等應(yīng)用中,均以兩個(gè)軸數(shù)相同時(shí)才確認(rèn)軸數(shù)有效。其 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6 頁(yè) 二取二方式保證了采集到的軸數(shù)正確無(wú)誤。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,主計(jì)算機(jī)必須和計(jì)軸器通信,獲取得到軸數(shù)信 息。如果采用單臺(tái)主機(jī)方式,在計(jì)算機(jī)因異常情況,內(nèi)存中保存的 軸數(shù)發(fā)生變化,結(jié)果是非常危險(xiǎn)的。 在很短的時(shí)間間隔內(nèi),系統(tǒng)中兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)出錯(cuò)并且呈現(xiàn)同一 模式的概率幾乎為o 。因此采用多機(jī)硬件冗余來實(shí)現(xiàn)故障安全的 系統(tǒng)的很好的解決方法。 因此,為了保障系統(tǒng)的安全,在本系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)采用雙主機(jī)方 式,以二取二方式比較軸數(shù)信息,只有雙機(jī)數(shù)據(jù)一致時(shí)才確定計(jì)軸 器數(shù)據(jù)為正確的 2 1 2 根據(jù)采集的軸數(shù)準(zhǔn)確運(yùn)算 在計(jì)軸軌道區(qū)段,各端點(diǎn)均安裝計(jì)軸器,對(duì)所有計(jì)軸器采集得 到正確的軸數(shù)信息后,需要進(jìn)行區(qū)段運(yùn)算以得出軌道區(qū)段是否占用 的信息 計(jì)軸軌道區(qū)段有多種類型:無(wú)岔區(qū)段、和道岔區(qū)段其中道岔 區(qū)段又分為一送雙受、一送三受、交叉渡線方式。交叉渡線方式的 計(jì)軸器設(shè)置是分解為一送三受方式完成的,故可歸入一送三受的方 式因此一個(gè)計(jì)軸軌道區(qū)段可能需要安裝2 - 4 個(gè)計(jì)軸器。 o o 圖2 2 計(jì)軸區(qū)段計(jì)軸器設(shè)置方案 在相鄰的兩個(gè)區(qū)段都使用計(jì)軸技術(shù),則共用的計(jì)軸器需要進(jìn)行 復(fù)用例如圖2 2 中交叉渡線部分的計(jì)軸器2 、3 ,即需要復(fù)用。 復(fù)用的方法是每一個(gè)計(jì)軸器c p u 存儲(chǔ)兩個(gè)軸數(shù),分別代表該端點(diǎn) 的上、下行方向的計(jì)軸軸數(shù)信息。這兩個(gè)軸數(shù)可以不同。 系統(tǒng)需判斷計(jì)軸區(qū)段是否空閑。判斷的原理如下: 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7 頁(yè) l 、在計(jì)軸區(qū)段處于空閑狀態(tài)時(shí),上行方向的計(jì)軸器軸數(shù)之和 與下行方向的計(jì)軸器軸數(shù)之和相同。 例如,對(duì)于無(wú)岔區(qū)段,計(jì)軸器l 、2 的軸數(shù)相等;對(duì)于一送三 受區(qū)段,計(jì)軸器l 的軸數(shù)與計(jì)軸器2 ,3 、4 的軸數(shù)之和相等。 2 、當(dāng)上一條描述的上下行方向軸數(shù)和不等時(shí),判斷為區(qū)段占 用。 區(qū)段運(yùn)算結(jié)果依賴于所有軸數(shù)的正確性。單機(jī)的區(qū)段運(yùn)算結(jié)果 出錯(cuò)的可能性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雙機(jī)運(yùn)算比較的結(jié)果。為保證區(qū)段運(yùn)算結(jié)果 正確無(wú)誤,在本系統(tǒng)中需要采取措施比較區(qū)段運(yùn)算結(jié)果。 2 1 。3 可靠的輸出控制 軌道繼電器是計(jì)軸運(yùn)算結(jié)果后的輸出目標(biāo)區(qū)段占用時(shí),需要 控制軌道繼電器處于落下狀態(tài);當(dāng)計(jì)算結(jié)果為區(qū)段空閑時(shí),確保軌 道繼電器的可靠吸起。 在區(qū)段內(nèi)有計(jì)軸器發(fā)生故障時(shí),無(wú)法判斷區(qū)段的占用或者空 閑,根據(jù)故障安全原則,必須采取措施,保障信號(hào)故障安全 實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)故障安全的重要方法之一是安全側(cè)分配方法。該 方法給信號(hào)器件或設(shè)備分配安全側(cè),然后。采用故障安全技術(shù)使 設(shè)備發(fā)生故障時(shí)導(dǎo)向安全側(cè)。 常用的安全側(cè)分配方法有: 基于能量的安全側(cè)定義方法; 基于閉路法和串聯(lián)法的安全側(cè)定義方法; 基于時(shí)間安全側(cè)定義方法; 另外,危險(xiǎn)側(cè)故障率最小化技術(shù)、故障弱化技術(shù)以及聯(lián)鎖方法 都是提高系統(tǒng)故障安全度的有效方法 在本系統(tǒng)中,考慮使用其中的一種方法或幾種方法結(jié)合使用, 以實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)安全 2 1 4 可靠的繼電器狀態(tài)采集 對(duì)繼電器狀態(tài)采集可以使系統(tǒng)能夠?qū)^電器的輸出控制結(jié)果 進(jìn)行檢查,了解繼電器的工作狀態(tài)。如果系統(tǒng)對(duì)繼電器輸出控制是 使繼電器吸起,而采集的繼電器狀態(tài)是處于落下狀態(tài),說明系統(tǒng)中 輸出電路或者繼電器采集電路、繼電器本身工作不正常。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第8 頁(yè) 繼電器的狀態(tài)采集也需要高度可靠,否則采集到錯(cuò)誤信息,對(duì) 正常運(yùn)作的系統(tǒng)無(wú)疑帶來的是副作用 要繼電器狀態(tài)采集結(jié)果正確無(wú)誤,在本系統(tǒng)中同樣采取以二取 二方式進(jìn)行采集、比較運(yùn)算結(jié)果 2 1 5 可靠的計(jì)軸復(fù)零狀態(tài)采集 系統(tǒng)中設(shè)置了計(jì)軸復(fù)零按鈕,其作用是在計(jì)軸區(qū)段實(shí)際空閑 時(shí),可能因其中的計(jì)軸器維修啟用后,或者干擾的原因,造成該計(jì) 軸區(qū)段運(yùn)算結(jié)果為區(qū)段占用。這種情況下,需要操作人員確認(rèn)區(qū)段 空閑,手動(dòng)按下該區(qū)段的計(jì)軸復(fù)零按鈕,用于實(shí)現(xiàn)該區(qū)段內(nèi)所有計(jì) 軸器軸數(shù)重置為零。 計(jì)軸復(fù)零按鈕不能在計(jì)軸區(qū)段內(nèi)的計(jì)軸器運(yùn)行正常時(shí)按下,否 則如果此時(shí)有車占用區(qū)段,后果是極其嚴(yán)重的。需要采取措旌,保 證計(jì)軸復(fù)零按鈕不會(huì)被隨意按下。同時(shí)也要保證采集到的計(jì)軸復(fù)零 狀態(tài)是正確的。 本系統(tǒng)中,采取對(duì)計(jì)軸復(fù)零按鈕采用帶計(jì)數(shù)器加鉛封的方式, 在執(zhí)行該操作前必須登記,得到相關(guān)部門人員認(rèn)可,破鉛封后,按 壓計(jì)軸復(fù)零按鈕1 3 秒以上,系統(tǒng)執(zhí)行該區(qū)段內(nèi)計(jì)軸器軸數(shù)置零操 作這里采取的是基于時(shí)間的安全側(cè)定義方法。 2 2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)總體需求分析,在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)中,擬采用的主要技術(shù)方 案有: 二取二的雙主機(jī)控制方案: 二取二的計(jì)軸軸數(shù)采集、軟件比較方案; 二取二的區(qū)段狀態(tài)軟件比較方案; 二取二的繼電器輸出控制硬件方案; 二取二的繼電器狀態(tài)采集、軟件比較方案: 二取二的計(jì)軸復(fù)零狀態(tài)采集、軟件比較方案。 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下: 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第9 頁(yè) 蝴南南南 蝴南鹵鹵 llll盱總蛙 o 囟 白菅囟苣 r掣1 r 掣掣襄嬲捌掣嶧 i 圖2 3 多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 下面對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中各組成部分作簡(jiǎn)要描述: l 、主機(jī)a 與主機(jī)b 以及監(jiān)測(cè)機(jī)通過1 0 0 m b p s 局域網(wǎng)連接進(jìn)行 通信,a 、b 機(jī)之間高速傳送待比較的數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)機(jī)與a 、b 機(jī)通 信,記錄各區(qū)段的軸數(shù)信息、區(qū)段運(yùn)算信息、繼電器實(shí)際狀態(tài)信息、 計(jì)軸復(fù)零狀態(tài)信息以及各種錯(cuò)誤信息。 2 、主機(jī)a 與主機(jī)b 均連接到計(jì)軸c p u 所在的4 8 5 總線上, 獲取計(jì)軸器的軸數(shù)信息。軸數(shù)信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸給對(duì)方進(jìn)行比較。 3 、主機(jī)a 、b 各自擁有一套繼電器輸出模塊、繼電器狀態(tài)采 集模塊和計(jì)軸復(fù)零采集模塊。它們連接到屬于各主機(jī)的一條控制i o 的4 8 5 總線上。 4 、主機(jī)a 、b 驅(qū)動(dòng)屬于各自總線的繼電器輸出模塊,共同作 用于輸出控制電路部分,完成對(duì)軌道繼電器( 簡(jiǎn)稱g j ) 的控制, 同時(shí)需要滿足故障安全原則。 5 、主機(jī)a 、b 各自獨(dú)立采集繼電器狀態(tài)和計(jì)軸復(fù)零按鈕狀態(tài)。 兩組狀態(tài)數(shù)據(jù)也通過網(wǎng)絡(luò)傳輸后進(jìn)行比較 2 3 系統(tǒng)的工作流程設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的總體需求和設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu),可以設(shè)計(jì)得到系統(tǒng)的 工作流程: l 、系統(tǒng)主機(jī)對(duì)輸入輸出模塊通信,置模塊狀態(tài)為初始值。 2 、系統(tǒng)主機(jī)與計(jì)軸c p u 之間通過計(jì)軸4 8 5 總線通信,讀取得 到本機(jī)計(jì)軸器軸數(shù)。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 0 頁(yè) 3 、系統(tǒng)主機(jī)與計(jì)軸復(fù)零狀態(tài)采集模塊通過i 04 8 5 總線通信, 讀取得到本機(jī)計(jì)軸復(fù)零按鈕信息。 4 、系統(tǒng)主機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)通信,把本機(jī)計(jì)軸器軸數(shù)、計(jì)軸器 故障信息、計(jì)軸復(fù)零按鈕信息、繼電器狀態(tài)信息和另一主機(jī)相互傳 送。 5 、系統(tǒng)主機(jī)以區(qū)段方式取得區(qū)段內(nèi)的各計(jì)軸器軸數(shù)與另一主 機(jī)楣應(yīng)計(jì)軸器軸數(shù)進(jìn)行比較,如果均相同則進(jìn)行運(yùn)算得出區(qū)段狀態(tài) 值 6 、根據(jù)運(yùn)算得出的區(qū)段狀態(tài)值,系統(tǒng)主機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出模塊進(jìn)行 響應(yīng)的繼電器狀態(tài)輸出控制。 7 、系統(tǒng)主機(jī)與繼電器狀態(tài)采集模塊通過i ,o4 8 5 總線通信, 讀取得到本機(jī)繼電器狀態(tài)信息 8 、系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行區(qū)段狀態(tài)值和本機(jī)繼電器狀態(tài)信息、另一主 機(jī)繼電器狀態(tài)信息比較 9 、系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行本機(jī)和另一主機(jī)計(jì)軸復(fù)零按鈕信息比較。比 較結(jié)果一致且為按下狀態(tài),在按下狀態(tài)保持1 3 秒后,對(duì)相應(yīng)區(qū)段 內(nèi)各計(jì)軸器進(jìn)行復(fù)零操作 1 0 、各項(xiàng)比較的結(jié)果如果不一致,需進(jìn)行相應(yīng)的故障安全導(dǎo) 向處理。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 1 頁(yè) 第3 章多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 3 1 硬件級(jí)的故障安全設(shè)計(jì) 3 1 1 輸出控制的故障安全 在系統(tǒng)總體需求的分析過程中,對(duì)軌道繼電器的輸出控制硬件 實(shí)現(xiàn)方案給了多種選擇?,F(xiàn)在在已有的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上, 我們考慮具體的選擇。 系統(tǒng)中選擇了雙機(jī)控制方式,可以看出,對(duì)軌道繼電器的輸出 控制,采取基于能量的安全側(cè)定義并結(jié)合串聯(lián)法是較為合適的。 首先定義軌道繼電器落下狀態(tài)為安全側(cè)。雙主機(jī)的控制電路以 串聯(lián)方式連接,只有兩臺(tái)主機(jī)的均有輸出時(shí),才構(gòu)成回路,能使軌 道繼電器吸起,處于危險(xiǎn)側(cè)。如果一臺(tái)主機(jī)未輸出,閉環(huán)電路被斷 開,切斷了控制能量,軌道繼電器落下,處于安全側(cè)。 3 1 2 輸入采集的故障安全 根據(jù)總體需求里的分析設(shè)計(jì)結(jié)果,采用雙機(jī)各自采集的方式, 具體的比較依靠軟件來完成。 因此,輸出控制和輸入采集的功能邏輯框圖可以如下表示: i 臣j j 囤回囤囤 圖3 1 雙機(jī)輸入、輸出功能邏輯框圖 3 1 3 主機(jī)運(yùn)行時(shí)的故障安全考慮 為能在系統(tǒng)軟件運(yùn)行出現(xiàn)問題而發(fā)生死機(jī)后,能進(jìn)行有效和及 時(shí)的處理,可以設(shè)計(jì)為死機(jī)后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行重啟,系統(tǒng)重新進(jìn)入準(zhǔn) 圈囤 一 一 一 :;,r 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 2 頁(yè) 備狀態(tài)在系統(tǒng)主機(jī)的選擇時(shí),采用帶看門狗的主機(jī)。 3 2 保障安全的系統(tǒng)硬件實(shí)時(shí)需求分析 多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)是有時(shí)限要求的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)系統(tǒng)中的硬件需要 完成的實(shí)時(shí)性任務(wù)有: l 、計(jì)軸器在列車通過時(shí),必須在允許的時(shí)限內(nèi)將變化的軸數(shù) 信息傳送到主機(jī)。 2 、計(jì)軸區(qū)段由空閑轉(zhuǎn)為被占用,區(qū)段軌道繼電器由吸起轉(zhuǎn)落 下的時(shí)限必須保證。 3 ,2 1 計(jì)軸設(shè)備控制分析 l 、計(jì)軸器的響應(yīng)時(shí)間 系統(tǒng)采用的j z - l 型計(jì)軸設(shè)備,與主機(jī)之間的通信采用4 8 5 總 線方式,主機(jī)和計(jì)軸器之間的通信速率為4 8 0 0 b p s 。 主機(jī)采用輪詢的方式同4 8 5 總線上的所有計(jì)軸器通信其通信 規(guī)約中,主機(jī)發(fā)往計(jì)軸器的字節(jié)數(shù)為7 ,計(jì)軸器響應(yīng)的字節(jié)數(shù)為1 0 。 通過理論計(jì)算可以得出主機(jī)取得一個(gè)計(jì)軸器軸數(shù)數(shù)據(jù)的響應(yīng) 時(shí)間約為2 5 m s ,在計(jì)軸器硬件上實(shí)際測(cè)試得到的讀取時(shí)間也基本 是這個(gè)值。 2 、總線上計(jì)軸器數(shù)量的確定 系統(tǒng)需要保證在輪詢所有計(jì)軸器的時(shí)間范圍內(nèi),當(dāng)車輛通過某 段軌道,該端點(diǎn)處計(jì)軸器軸數(shù)變化信息必須被采集得到,并且加上 輸出部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)軌道繼電器的時(shí)間,對(duì)于鐵路系統(tǒng),要求軌道繼 電器由吸起轉(zhuǎn)落下的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不超過3 0 0 m s ,軌道繼電器由吸起 轉(zhuǎn)落下的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不超過5 0 0 m s 。暫時(shí)忽略驅(qū)動(dòng)輸出時(shí)間及其他 時(shí)問損耗因素,可得總線上最大計(jì)軸器數(shù)目為:3 0 0 2 5 ,約1 2 個(gè) 計(jì)軸器。顯然還需要為時(shí)間限留有余度8 0 的余度是個(gè)較好的選 擇。假設(shè)輸出控制和其他時(shí)間損耗之和比計(jì)軸通信至少低一個(gè)數(shù)量 級(jí),則可以被忽略掉。因此。在該假設(shè)成立情況下,一根總線上的 計(jì)軸器數(shù)量確定為1 0 個(gè)。 3 、4 8 5 總線數(shù)量的確定 在系統(tǒng)中,如果計(jì)軸點(diǎn)的數(shù)量大于1 0 個(gè),可以在硬件上增加 4 8 5 總線的數(shù)量來滿足要求總線數(shù)量n = 計(jì)軸點(diǎn)數(shù)量,l o 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 3 頁(yè) 3 2 2 輸出電路控制的時(shí)間分析 1 、輸出電路的響應(yīng)時(shí)間 在系統(tǒng)中,計(jì)軸器的通信響應(yīng)時(shí)間為2 5 m s 。要盡快執(zhí)行輸出, 應(yīng)選擇響應(yīng)時(shí)間數(shù)量級(jí)低于計(jì)軸器通信響應(yīng)時(shí)間的硬件設(shè)備這 樣,盡量使其他設(shè)備工作消耗的時(shí)間可以忽略,以保證整個(gè)系統(tǒng)由 計(jì)軸器通信到輸出控制繼電器動(dòng)作滿足實(shí)時(shí)需求。 2 、輸出電路硬件的可靠性 輸出電路硬件的可靠性關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全,應(yīng)盡量滿足嚴(yán) 格的級(jí)別標(biāo)準(zhǔn),例如工業(yè)級(jí)的硬件設(shè)備或軍用級(jí)的硬件設(shè)備。 3 3 系統(tǒng)總體硬件方案 通過上述分析,設(shè)計(jì)了多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)的硬件方案 圖3 2 多點(diǎn)計(jì)軸系統(tǒng)硬件方案圖 該硬件方案實(shí)現(xiàn)的功能有: 計(jì)軸器設(shè)備的雙機(jī)采集。 二取二的硬件輸出控制。 繼電器狀態(tài)的雙機(jī)采集。 計(jì)軸復(fù)零狀態(tài)的雙機(jī)采集。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 4 頁(yè) 局域網(wǎng)方式的雙機(jī)通信。 在計(jì)軸設(shè)備控制分析時(shí),做了如下假設(shè):輸出控制和其他時(shí)間 損耗之和比計(jì)軸通信至少低一個(gè)數(shù)量級(jí),則可以被忽略掉。在 此,對(duì)輸入,輸出控制的硬件響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行說明: 系統(tǒng)采用了4 8 5 總線方式連接輸入輸出模塊,通信速率設(shè) 置為1 1 5 2 0 0 b p s 。 主機(jī)輪詢輸入、輸出模塊的命令字節(jié)數(shù)分別為5 、8 個(gè)字節(jié), 模塊響應(yīng)字節(jié)數(shù)分別為8 、2 個(gè)字節(jié)??捎?jì)算得出響應(yīng)時(shí)間 不超過1 m s 。 因此,輸入輸出控制的硬件響應(yīng)時(shí)間滿足該項(xiàng)假設(shè)系統(tǒng) 實(shí)時(shí)性可以得到保證。 圖3 - 2 中的計(jì)軸4 8 5 總線,根據(jù)計(jì)軸點(diǎn)的增多,需要相應(yīng)進(jìn)行 增加 以下對(duì)方案中的硬件設(shè)備作簡(jiǎn)要說明: ( 1 ) 系統(tǒng)主機(jī)采用的是嵌入式計(jì)算機(jī)p c m 一5 8 2 5 ,其主要規(guī)格 為: 板載a m dg e o d eg x l 一3 0 0c p u 集成1 0 l o o m 以太網(wǎng) p c 1 0 4 總線 支持v g a l c d l v d s 4 串口 支持c f 電子盤。 具備1 6 2 秒計(jì)時(shí)長(zhǎng)度的看門狗定時(shí)器 主機(jī)a 與主機(jī)b 之間通過8 0 2 3 局域網(wǎng)連接進(jìn)行通信,交換 數(shù)據(jù)信息。 ( 2 ) 主機(jī)與各計(jì)軸c p u 通過一條4 8 5 總線相連接,以下稱計(jì)軸 4 8 5 總線;而主機(jī)與輸入輸出模塊是通過另一條4 8 5 總線相連,以 下稱i o4 8 5 總線。 ( 3 ) 輸入模塊:采用數(shù)字量輸入控制模塊a r k 2 4 0 5 3 d ,支持4 8 5 總線并具備1 6 路數(shù)字量輸出。硬件連接及動(dòng)作邏輯: 每個(gè)輸入模塊的d i o d 1 1 5 端子,均連接到相應(yīng)的g j 采集 接點(diǎn)或計(jì)軸復(fù)零按鈕采集接點(diǎn) g j 采集接點(diǎn)或計(jì)軸復(fù)零按鈕采集接點(diǎn)的另一端,均接至電 源地端k f 。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 5 頁(yè) 在g j 采集接點(diǎn)或計(jì)軸復(fù)零按鈕采集接點(diǎn)為常開狀態(tài)時(shí), a r k 2 4 0 5 3 d 相應(yīng)輸入端子未拉低至與地電平相差2 v 以內(nèi), 此時(shí)該端子為邏輯狀態(tài)l ;在接點(diǎn)閉合狀態(tài)時(shí),該端子為邏 輯狀態(tài)0 。 ( 4 ) 輸出模塊;采用數(shù)字量輸出控制模塊a r k 2 4 0 4 3 d ,支持 4 8 5 總線并具備1 6 路數(shù)字量輸入。硬件連接及動(dòng)作邏輯: 每個(gè)輸出模塊的d o o d 0 1 5 端子,均連接到相應(yīng)動(dòng)態(tài)扳的 輸入端 a r k 2 4 0 5 3 d 在接收到4 8 5 總線置相應(yīng)輸出端子為邏輯狀態(tài) l 時(shí),將該輸出端拉低至接近于地電平;相應(yīng)輸出端子為邏 輯狀態(tài)l 時(shí),該端子為高阻態(tài)。 ( 5 ) 動(dòng)態(tài)板:采用的是成都鐵路通信工廠的與計(jì)軸、聯(lián)鎖設(shè)備 等配套使用的動(dòng)態(tài)信號(hào)控制板,動(dòng)態(tài)板的各輸出端接相應(yīng)g j 的k z 端動(dòng)作邏輯; 在輸入端有動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí),動(dòng)態(tài)板相應(yīng)一路輸出端產(chǎn)生高電 平輸出。 只要輸入端沒有動(dòng)態(tài)信號(hào),無(wú)任何輸出。 ( 6 ) 軌道繼電器:采用的是偏極繼電器j p x c l 0 0 0 ,偏極繼電 器可鑒別電源的極性,如果將偏極繼電器正極端子接地,這樣當(dāng)電 路發(fā)生故障時(shí),也不會(huì)使偏極繼電器勵(lì)磁吸起動(dòng)作邏輯:只有在 控制端子連接極性正確時(shí)才能使之正確動(dòng)作吸起,否則仍然處于落 下狀態(tài)。從而驅(qū)動(dòng)條件更嚴(yán)格,安全性也更高 3 4 加快區(qū)段運(yùn)算的硬件連接設(shè)計(jì) 考慮對(duì)一個(gè)區(qū)段的計(jì)軸器通信,如果可以并行進(jìn)行,則可以以 最短時(shí)問取得整個(gè)區(qū)段所屬計(jì)軸器軸數(shù)。也就可以更快的得到區(qū)段 運(yùn)算結(jié)果。 因此,對(duì)硬件連接設(shè)計(jì)作如下調(diào)整: l 、不采用以計(jì)軸點(diǎn)多少的方式設(shè)置計(jì)軸4 8 5 總線數(shù)量,在計(jì) 軸點(diǎn)未超出4 0 個(gè)時(shí),均采取設(shè)置4 條4 8 5 總線的設(shè)計(jì);未超過8 0 個(gè)時(shí)采取設(shè)置8 條4 8 5 總線的設(shè)計(jì)對(duì)于主機(jī)p c m - 5 8 2 5 采取在 p c 1 0 4 總線上堆疊p c 1 0 4 多口4 8 5 控制卡的方式。 2 、一個(gè)計(jì)軸區(qū)段內(nèi)的各個(gè)計(jì)軸器分配到不同4 8 5 總線,盡量 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 6 頁(yè) 均勻地將所有計(jì)軸器分配給各條4 8 5 總線。 通過該設(shè)計(jì),每個(gè)計(jì)軸區(qū)段的各計(jì)軸器軸數(shù)能更為快速地采集 到,并供區(qū)段運(yùn)算使用,提高了系統(tǒng)性能。 3 5 系統(tǒng)硬件工作流程說明 圖3 2 中,輸入模塊和輸出模塊僅示意了輸入l 、輸入2 和輸 出l 共3 個(gè)模塊??梢则?qū)動(dòng)1 6 個(gè)軌道繼電器、采集1 6 路繼電器狀 態(tài)和采集1 6 路計(jì)軸復(fù)零按鈕狀態(tài)。根據(jù)計(jì)軸器的數(shù)量,相應(yīng)增減 模塊的數(shù)量。 結(jié)合圖示,簡(jiǎn)述系統(tǒng)硬件的工作流程如下: l 、主機(jī)通過計(jì)軸4 8 5 總線采集得到各計(jì)軸器軸數(shù) 2 、主機(jī)a 、b 分別通過獨(dú)立的i o4 8 5 總線采集得到繼電器狀 態(tài)和計(jì)軸復(fù)零按鈕狀態(tài)。 3 、主機(jī)a 、b 各自采集的信息通過局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸。 4 、主機(jī)a 、b 對(duì)雙機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,確認(rèn)采集的軸數(shù)信息一 致后,主機(jī)a 對(duì)本機(jī)相應(yīng)輸出模塊相應(yīng)端子( 如輸出模塊l 的d 0 0 端子) 輸出邏輯l 、0 交替的動(dòng)態(tài)控制信息。主機(jī)b 對(duì)該端子輸出 邏輯l 的控制信息。 5 、主機(jī)a 驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)板,接通j p x c l 0 0 0 的正極,主機(jī)b 將 j p x c l 0 0 0 的負(fù)極與地相連通,j p x c l 0 0 0 吸起。 可以看出,系統(tǒng)結(jié)合了軟件上的二取二輸入比較,在硬件上實(shí) 現(xiàn)二取二的輸出控制。 3 6 系統(tǒng)雙機(jī)工作原理說明 3 6 。1 二取二硬件輸出控制 設(shè)計(jì)的多點(diǎn)計(jì)軸二取二硬件輸出控制原理如圖3 - 3 所示: 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 7 頁(yè) 檔總線|i 州 酬防一 圖3 - 3 多點(diǎn)計(jì)軸二取二硬件輸出控制原理圖 動(dòng)作邏輯說明: 主機(jī)接收到計(jì)軸c p u 的軸數(shù)信息后,進(jìn)行雙機(jī)比較。 如果比較結(jié)果一致,則控制a r k 2 4 0 4 3 d 相應(yīng)端子輸出相應(yīng) 邏輯電平。圖中示意的是數(shù)字控制模塊m a i 及m b l 的 d o l 。 如果計(jì)軸區(qū)段狀態(tài)為空閑,則主機(jī)a 產(chǎn)生動(dòng)態(tài)輸出至m a l 的d o l 。主機(jī)b 產(chǎn)生靜態(tài)輸出至m b l 的d 0 1 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)信號(hào)接入動(dòng)態(tài)板的輸入端d i l ,動(dòng)態(tài)板輸出端同軌 道繼電器g j l 的正極端子相連。 主機(jī)b 的輸出模塊相應(yīng)端子接至g j 的負(fù)極端子,與動(dòng)態(tài)板 輸出端共同作用驅(qū)動(dòng)相應(yīng)軌道繼電器吸起。 如果計(jì)軸區(qū)段狀態(tài)為占用,則主機(jī)a 、b 均輸出邏輯電平 “0 ”,輸出端子處于高阻態(tài)軌道繼電器處于落下狀態(tài)。 通過動(dòng)作邏輯,可以看到系統(tǒng)在硬件層完成了二取二輸出具 有故障- 安全導(dǎo)向 3 6 2 雙機(jī)繼電器狀態(tài)采集 設(shè)計(jì)的多點(diǎn)計(jì)軸雙機(jī)繼電器采集原理如圖3 4 所示: 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 8 頁(yè) 圖3 4 多點(diǎn)計(jì)軸雙機(jī)繼電器采集原理圖 圖3 - 4 中示意的是主機(jī)a 、b 分別通過獨(dú)立的4 8 5 總線連接數(shù) 字輸入模塊a r k 2 4 0 5 3 d ,分別采集來自軌道繼電器g j l 的兩組接 點(diǎn)的狀態(tài)信息。 動(dòng)作邏輯說明: g j l 吸起時(shí),兩組接點(diǎn)均閉合,主機(jī)a 、b 通過采集模塊信 息得到g j l 狀態(tài)為吸起,并通過局域網(wǎng)送對(duì)方主機(jī)進(jìn)行比 較 只有采集得到的狀態(tài)和輸出控制狀態(tài)雙機(jī)均一致時(shí)為正 常,否則進(jìn)行相應(yīng)的錯(cuò)誤處理。 3 6 3 雙機(jī)計(jì)軸復(fù)零狀態(tài)采集 設(shè)計(jì)的多點(diǎn)計(jì)軸雙機(jī)計(jì)軸復(fù)零按鈕采集原理如圖3 - 5 所示: a r k 2 4 0 5 3 0 圖3 5 多點(diǎn)計(jì)軸雙機(jī)計(jì)軸復(fù)零按鈕采集原理圖 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 9 頁(yè) 圖3 - 5 中示意的是主機(jī)a 、b 分別通過獨(dú)立的4 8 5 總線連接數(shù) 字輸入模塊a r k 2 4 0 5 3 d ,分別采集來自j z f a i 的兩組接點(diǎn)的狀態(tài) 信息。 動(dòng)作邏輯說明: j z f a i 按下時(shí),兩組接點(diǎn)均閉合,主機(jī)a 、b 通過采集模塊 信息得到j(luò) z f a l 狀態(tài)為吸起,并通過局域網(wǎng)送對(duì)方主機(jī)進(jìn) 行比較。 只有采集得到的狀態(tài)和輸出控制狀態(tài)雙機(jī)均一致時(shí)為正 常,否則進(jìn)行相應(yīng)的錯(cuò)誤處理。 多點(diǎn)計(jì)軸雙機(jī)計(jì)軸復(fù)零按鈕采集原理與多點(diǎn)計(jì)軸雙機(jī)g j 采集 原理一致,硬件上不同之處是計(jì)軸復(fù)零按鈕每個(gè)區(qū)段只有一個(gè)按 鈕。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 0 頁(yè) 第4 章w i n d o w sc e n e t 操作系統(tǒng) 4 1 嵌入式操作系統(tǒng)w i n d o w sc e n e t w i n d o w sc e n e t 是微軟公司在嵌入式操作系統(tǒng)市場(chǎng)上的一 個(gè)重要產(chǎn)品它的第一版于1 9 9 6 年發(fā)布但是,直到w i n d o w sc e 3 0 的發(fā)布,它才真正被人們所接受,并逐步取得了成功。2 0 0 2 年 1 月,微軟發(fā)布了w i n d o w sc e n e t4 1 ,這是一個(gè)非常成功的版 本,它與2 0 0 4 年發(fā)布的w i n d o w sc e n e t4 2 版的差別很小,而 且它的平臺(tái)定制工具p l a t f o r mb u i l d e r 和應(yīng)用軟件開發(fā)工具 e m b e d d e d v i s u a lc + + 都是非常實(shí)用的開發(fā)工具。 w i n d o w sc e n e t 是一個(gè)3 2 位、多線程、多任務(wù)、完全搶占 式的操作系統(tǒng),模塊化設(shè)計(jì)允許它對(duì)于從掌上電腦到專用工業(yè)控制 器的電子設(shè)備進(jìn)行定制。 w i n d o w sc e n e t 的體系結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立于通常的程序設(shè)計(jì)語(yǔ) 言并且和w i n d o w s 兼容的a p i 的方式,這樣就可以保障w i n d o w s c e n e t 的組件化和r o m 化,充分適應(yīng)有限的存儲(chǔ)空間和各種不 同芯片的要求。w i n d o w sc e n e t 是模塊型的操作系統(tǒng)。這意味著 可選擇、組合和配置的模塊和組件來創(chuàng)建用戶版的操作系統(tǒng)。 針對(duì)于本實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)需求而言,w i n d o w sc e n e t 所具有功 能中滿足的特點(diǎn)有: 一、使用了對(duì)象存儲(chǔ)( o b j e c ts t o r e ) 技術(shù),包括文件系統(tǒng)、注 冊(cè)表及數(shù)據(jù)庫(kù)。它還具有很多高性能、高效率的操作系統(tǒng)特性,包 括按需換頁(yè)、共享存儲(chǔ)、交叉處理同步、支持大容量堆( h e a p ) 等。 二、擁有良好的通信能力。廣泛支持各種通信硬件,亦支持直 接的局域連接以及撥號(hào)連接,并提供與p c 、內(nèi)部網(wǎng)以及i n t e r n e t 的連接。 三、支持嵌套中斷允許更高優(yōu)先級(jí)的中斷首先得到響應(yīng)。而 不是等待低優(yōu)先級(jí)的i s r 完成。這使得該操作系統(tǒng)具有嵌入式操作 系統(tǒng)所要求的實(shí)時(shí)性。 四、更好的線程響應(yīng)能力。對(duì)高級(jí)別( 中斷服務(wù)線程) 的響應(yīng) 時(shí)間上限的要求更加嚴(yán)格,在線程響應(yīng)能力方面的改進(jìn)幫助開發(fā)人 員掌握線程轉(zhuǎn)換的具體時(shí)間,并通過增強(qiáng)的監(jiān)控能力和對(duì)硬件的控 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 1 頁(yè) 制能力幫助他們創(chuàng)建新的嵌入式應(yīng)用程序。同時(shí),也提供了可靠的 內(nèi)核操作系統(tǒng)服務(wù),用來支持設(shè)備所必不可少的要求最苛刻的實(shí)時(shí) 嵌入式設(shè)計(jì)。例如,嵌入式開發(fā)人員現(xiàn)在可以通過嚴(yán)格的實(shí)時(shí)操作 系統(tǒng)( r t o s ) 內(nèi)核支持,實(shí)現(xiàn)低等待時(shí)間、有限的、決定性的系 統(tǒng)性能。w i n d o w sc e n e t 平臺(tái)的實(shí)時(shí)性能已經(jīng)在許多工廠實(shí)現(xiàn)中 得到了驗(yàn)證。 五、2 5 6 個(gè)優(yōu)先級(jí)別??梢允归_發(fā)人員在控制嵌入式系統(tǒng)的時(shí) 序安排方面有更大的靈活性 為了提高系統(tǒng)的可移植性,w i n d o w s c e n e t 采用硬件抽象層 ( h a r d w a r ea b s t r a c t i o nl a y e r ,h a l ) 和開發(fā)板支持包( b o a r d s u p p o r tp a c k a g e ,b s p ) 的底層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)h a l 提供了與設(shè)備無(wú)關(guān) 的特性,屏蔽了不同平臺(tái)硬件的差異,向操作系統(tǒng)的上層提供了一 套統(tǒng)一的接口h a l 隱藏了各種與硬件有關(guān)的細(xì)節(jié),保證了整個(gè) 系統(tǒng)的可移植性而一般由硬件廠家提供的,按照給定的規(guī)范完成 的b s p ,保證了嵌入式操作系統(tǒng)可以在新推出的微處理器硬件平臺(tái) 上運(yùn)行 4 2 基于w i n d o w sc e n e t 的開發(fā)流程 基于w i n d o w sc e n e t 的產(chǎn)品開發(fā)流程大致上可以分為6 個(gè) 階段:硬件設(shè)計(jì)、選定b s p 、開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序、裁剪內(nèi)核、生成s d k 、 編寫應(yīng)用軟件。 在系統(tǒng)開發(fā)中,首先需要為自己的產(chǎn)品選定相應(yīng)的硬件平臺(tái), 對(duì)于硬件的選擇主要是根據(jù)產(chǎn)品所要實(shí)現(xiàn)的功能決定的。將選定相 關(guān)的硬件把它們集成到你的產(chǎn)品中,也就是集成到我們常說的目標(biāo) 機(jī)( t a r g e tm a c h i n e ) 里。目標(biāo)機(jī)的基礎(chǔ)平臺(tái)可以自己研發(fā)也可以 從硬件廠商直接購(gòu)買,有了它我們就可以開始下面的工作了在本 課題里我們采用的是直接購(gòu)買的方式 對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)來說,系統(tǒng)遷移主要是實(shí)現(xiàn)b sp 使得系統(tǒng)可 以支持專門用于該系統(tǒng)的底板以及相關(guān)的設(shè)備。微軟的p l a t f o r m b u i l d e r 自帶了一些標(biāo)準(zhǔn)的b s p 你也可以往p l a t f o r m b u i l d e r 里面 導(dǎo)入其他的b s p 部分c p u 產(chǎn)品的供應(yīng)商( 如s i s 公司) 也提供 相應(yīng)的b s p 開發(fā)包。 p l a t f o r mb u i l d e r 雖然自帶了一些標(biāo)準(zhǔn)的b s p ,里面也有一些 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 2 頁(yè) 通用的驅(qū)動(dòng)程序,例如,串口的驅(qū)動(dòng)、u s b 口的驅(qū)動(dòng),以及通用 的總線驅(qū)動(dòng)等,但是對(duì)于一些專用的設(shè)備,p l a t f o r mb u i l d e r 并沒 有給出驅(qū)動(dòng)程序,這個(gè)時(shí)候就需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)程序。有些公司對(duì)于 自
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