[發(fā)明專利]嵌入式網(wǎng)關(guān)、采用該網(wǎng)關(guān)的鐵路監(jiān)測系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210332511.4
• 申請日: 2012-09-10
• 公開（公告）號: CN103684944A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳立;齊小民;韓銳
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子信號有限公司
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40;H04L12/66;H04L29/08
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 李慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及鐵路軌道狀態(tài)實時監(jiān)測技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著列車運行速度的大幅度提高，列車運營系統(tǒng)對鐵路道岔相關(guān)設(shè)備的要求越來越高。道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備是列車運行的重要基礎(chǔ)設(shè)備，此設(shè)備能否正常工作將直接影響到列車運行安全和運營效率。隨著鐵路客運專線的建設(shè)和既有線的提速，特別是在高速鐵路大號碼道岔上，一旦出現(xiàn)故障將嚴(yán)重影響鐵路的運營，甚至發(fā)生災(zāi)難性事故。為此，在鐵路線上特別是道岔上布置了大量的傳感器陣列并建立了道岔監(jiān)測系統(tǒng)以監(jiān)測軌道交通線路上關(guān)鍵道岔及其轉(zhuǎn)換設(shè)備，以便實時、可靠地監(jiān)測道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備，為維護(hù)，保養(yǎng)和維修提供決策支持。因此，需要在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集中，對大量的現(xiàn)場傳感器測量信號進(jìn)行高速實時采集，并進(jìn)行高速的濾波和去噪處理，從而獲取相應(yīng)道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的具體工作參數(shù)。

在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用集中式數(shù)據(jù)采集和處理模式。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中道岔監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，現(xiàn)場的傳感器節(jié)點1－N負(fù)責(zé)測量現(xiàn)場道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的工作參數(shù)，同時通過CAN總線直接接入一監(jiān)測工控機(jī)，從而將所有的道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的具體工作參數(shù)通過CAN總線發(fā)送給工控機(jī)，并由該工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析；同時用戶也是通過由工控機(jī)提供的診斷界面，操作工控機(jī)將控制命令發(fā)送給相應(yīng)的傳感器節(jié)點，如要求傳送某一道岔的狀態(tài)參數(shù)、變更傳感器節(jié)點的采樣頻率等。然而上述集中式工作模式會極大的加重工控機(jī)的處理負(fù)擔(dān)，輕則造成數(shù)據(jù)采集的延時和不同步，無法滿足信號采集的精度和速度要求，嚴(yán)重時則會導(dǎo)致工控機(jī)的死機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容

在工業(yè)控制自動化領(lǐng)域，現(xiàn)場總線技術(shù)代表了控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、全開放、全分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，其中控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線是目前應(yīng)用最廣泛的一種現(xiàn)場總線，而以以太網(wǎng)及TCP/IP協(xié)議為代表的信息網(wǎng)絡(luò)則滿足了社會各行業(yè)對更廣泛的信息交換及共享的需求。本發(fā)明正是通過將這種控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)融合在一起，不僅可以實現(xiàn)整個鐵路系統(tǒng)范圍內(nèi)的信息共享，而且提高了鐵路設(shè)備如道岔狀態(tài)的高速和實時監(jiān)測。

本發(fā)明目的在于提出一種嵌入式網(wǎng)關(guān)和方法，特別適用于鐵路系統(tǒng)，可以高速、實時、可靠地監(jiān)測鐵路設(shè)備如道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的狀態(tài)。通過使用嵌入式網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)上述CAN總線網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)互連，不僅可以使管理深入到現(xiàn)場，而且還為系統(tǒng)組網(wǎng)帶來非常大的方便。

按照本發(fā)明的一個方面，提供一種鐵路專用的嵌入式網(wǎng)關(guān)，包括：

以太網(wǎng)接口，用于通過以太網(wǎng)與車站服務(wù)器通信；

CAN接口，用于通過CAN總線從鐵路的軌道上設(shè)置的多個傳感器節(jié)點接收符合CAN總線協(xié)議的多個CAN幀；

核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，用于基于與每個所述CAN幀相關(guān)的任務(wù)的優(yōu)先級、由這些接收的CAN幀作為消息報文生成第一消息隊列，并按該第一消息隊列中預(yù)定的順序，讀出所述消息報文并將其轉(zhuǎn)換成符合另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)報文以通過所述以太網(wǎng)接口發(fā)送給所述車站服務(wù)器。

優(yōu)選地，所述核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)通過所述以太網(wǎng)接口從所述車站服務(wù)器接收控制指令，將其轉(zhuǎn)換為符合所述CAN總線協(xié)議的控制指令，將包含該控制指令的第二消息隊列傳遞到所述CAN接口，以發(fā)送給由該控制指令中包含的傳感器節(jié)點標(biāo)識所確定的所述多個節(jié)點中的一個節(jié)點。

優(yōu)選地，所述CAN接口包括分別用相互隔離的獨立電源供電的CAN收發(fā)器和CAN控制器以及置于CAN收發(fā)器和CAN控制器之間的光耦。

優(yōu)選地，所述核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)包括CAN通信模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊以及以太網(wǎng)通信模塊，

其中所述CAN通信模塊將所述多個消息報文發(fā)送進(jìn)所述第一消息隊列中，并將該消息隊列中每個消息報文的指針傳遞給一接收緩沖器；所述協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊通過讀取所述接收緩沖區(qū)中的消息報文指針來讀取第一消息隊列中的消息幀，以便轉(zhuǎn)換成符合所述另一通信協(xié)議的數(shù)據(jù)報文；以及所述以太網(wǎng)通信模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)報文通過以太網(wǎng)發(fā)送給車站服務(wù)器。

優(yōu)選地，所述接收緩沖器是環(huán)形數(shù)據(jù)緩存器。

優(yōu)選地，所述第一消息隊列的長度是可變的，以接受具有可變長度的消息報文。

優(yōu)選地，所述核心轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)還包括調(diào)度器，用于確定所接收的消息報文所屬的任務(wù)優(yōu)先級，并基于該優(yōu)先級確定該消息報文在所述第一消息隊列中的排列位置。

優(yōu)選地，所述另一通信協(xié)議是TCP/IP或UDP協(xié)議。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種鐵路信號通信方法，包括：

通過連接到CAN總線上的CAN接口從鐵路的軌道上設(shè)置的多個傳感器節(jié)點接收符合CAN總線協(xié)議的CAN幀；