专利名称：基于现场总线的分布式调度监督装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测铁路站场、区间等的线路空闲或占用状况的智能检测节点，并可作为铁路信号联锁系统、调度集中以及安全监测等信号监控系统的辅助检测子系统。
背景技术：
目前铁路站场的调度监督系统一般是每个站场采用一套数据采集器，设备规模较大，需要专用安装位置；信号采集线安装集中，不利于系统维护；从信号传输的角度上来看，大部分采用基带传输或电话拨号传输，无自动纠错能力，抗干扰性能差；从功能覆盖面上来看无电量检测功能以及故障报警显示功能，无法了解站场电气设备的运行质量。现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线技术是把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。通过现场总线结构的分布式调度监督系统在铁路站场中的应用，不仅使铁路站场调度从原始的纸笔模式走向信息化、自动化阶段，更重要的是使系统的工程施工量减少、设备维护量降低、故障安全性提高和整体技术含量的提高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一套适用于检测铁路站场、区间等的线路空闲或占用状况的调度监督智能检测节点组成基于CAN总线的分布式调度监督装置。
实现上述目的的技术解决方案如下1、本实用新型包括调度监督服务器、设在各站场的检测节点以及嵌入式智能组态工具；A、所述装置呈分布式结构，它以调度指挥中心的调度监督服务器为系统中心站，通过CAN现场总线与各个站场的检测节点组网；B、所述各检测节点具有唯一的全局通讯地址，为分布式结构，同时设有模拟量检测端口和数字量检测端口；C、所述检测节点为一个智能模块，包括码址产生及供电单元、嵌入式微处理器接口单元、前级采样接口单元、多功能信号采集器、通讯转换单元和显示单元，用于数据采集与处理，并与调度监督服务器通讯。
2、所述检测节点采用共模输入、单电源供电、分辨率为16位的数据采集芯片AD7705，多路模拟选择开关74HC4051和过压保护器件MAX367组成四路模拟量检测端口，采用两个并入串出锁存器串联，并通过光藕隔离后进行16路数字量采集，同时通过发光二极管进行数字量检测点的输入状态本地显示。
3、所述通讯单元由CAN总线收发器TJA1050和CAN总线控制器SJA1000以及中央控制器P89C51RD2HBA组成，总线终端匹配电阻为两个120欧姆的电阻RT1和RT2。
本实用新型具有的有益技术效果是1、本实用新型利用现场总线技术，将各铁路站场单个分散的测量控制设备变成网络节点，并连接成相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统，不仅使铁路站场调度从原始的纸笔模式走向信息化、自动化阶段，而且使装置的工程施工量减少、设备维护量降低、故障安全性提高和整体技术含量的提高。
2、本实用新型的信号采集器采用全分布式结构，局部故障不会影响全局，同时具备模拟量和数字量检测端口。在模拟量检测输入端口采取过压保护措施，在数字量检测输入端口设置发光二极管显示、进行防浪涌处理，确保系统的可靠性。
3、本实用新型采用分布式结构，检测节点安装简便，可以进行全模块化智能组态配置，根据码址分布，用组态工具进行配置设置后，前级采样点与现场设备表示信号进行软链接，实现设备状态信号的采集、显示。系统通信性能强大，可靠性和抗干扰性能明显提高，非常方便地满足了长距离通信的用户要求，直接通讯距离可达10km。
4、软件界面采用视窗界面风格，显示面板界面友好、直观。
图1为本实用新型结构图；图2为检测节点的电路框图；图3为检测节点主控电路图；图4为检测节点模拟量检测电路图；图5为检测节点数字量检测电路图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例本发明具体的技术方案是这样的，参见图1，该系统具有分布式结构，各检测节点通过CAN总线局域网将信号传至中央调度室。
智能检测节点包括码址产生及供电单元、嵌入式微处理器接口单元、前级采样接口单元(模拟量，数字量输入模块)、多功能信号采集器、通讯转换单元和ISP接口模块(又称串行通讯模块)。原理框图如图2。
参见图3，输入电源采用5～24V直流电源，通过U12进行稳压输出5V直流电源供数字电路使用，后级DC-DC变换U11输出的VFF和VFA分别为+5V和-5V分别供模拟量采集电路使用。同时LED0和LED2分别用于指示电源的输入状态，LED2用于指示检测节点的输出状态。
中央处理器U1选用P89C51RD2HBA，U8是为CPU配置的上电复位和电压监视电路。U1通过U2缓冲驱动光藕U4与AD转换电路部分(见下述)进行电信号隔离传输，其中ADclk为时钟脉冲输出端口，ADDIN为AD转换芯片数据输入端口，DOUT1和DOUT2为AD转换通道选择控制端口；同时AD转换结果则通过光藕U6、U2缓冲后进入U1的输入检测端口，其中ADRDY为AD采集完毕通知信号端口，DOUT为AD采集结果数据串行输出端口。
图3中U3、S1、JP1组成检测节点的ISP(在系统编程)接口，可以完成生产调试过程中的嵌入式软件上传、下载。U5为3-8译码器，U1的Pin26、Pin27、P28、P29、P30、P31分别与之Pin1、Pin2、Pin3、Pin4、Pin5、Pin6相连接，用于产生片选地址Y0、Y1、Y2，其中Y0用于产生AD转换电路的片选地址，Y1用于CAN总线控制器的片选地址，Y2用于数字量采集和地址产生的片选地址。
图3中U9和U10分别为CAN总线控制器SJA1000和总线收发器TJA1050，U9是CAN总线接口电路的核心部分，它主要完成CAN的通讯控制任务。U9的复位引脚RST和中断引脚/INT0分别由MAX807的RESET和P89C51RD2的/INT0引脚控制，与CAN总线的直接数据传送由TX0和RX0引脚实现，片选信号/CS由74HC138的Pin14脚控制，晶振的频率为12MHz，其多路复用地址/数据总线与P89C51RD2的多路复用总线相连，读/写信号线、ALE信号分别与P89C51RD2的读/写信号线(RD/WR)、ALE信号相连。总线收发器的主要功能是对CAN总线的保护作用和提高总线驱动能力。
图4中U20为AD转换芯片AD7705，U23的Pin2输出端为AD转换的基准参考电压。为了提高小信号的检测精度，在前级检测电路叠加一个辅助基准电压信号Vtref，该信号由基准电压通过R27、R28分压得到。四路模拟电压通过保护器件U25的Pin1、Pin2、Pin3、Pin4输入，其对应的输出端送达多路模拟选择开关U24的P13、P14、P15、P12脚。U24的Pin3脚为选通的模拟信号通道，通过由U22B、R25、R26组成的反相比例电路以及由U22A、R27、R28组成的加法电路，由U22A的Pin7脚输出，然后通过R22和C44组成的低通滤波器输入至AD转换芯片U20的Pin7脚，完成数据采集任务。其中模拟量检测通道选择由U24的Pin11和Pin10信号控制。
图5中16位数字量检测点DI0～DI15通过光藕U13、U14、U15、U16输入至并入串出移位寄存器U17、U18，AD0～AD7为节点硬件地址产生接口，它输入至并入串出移位寄存器U19，U17、U18、U19串联组成24位并入串出移位寄存器受控于CPU，完成数字量、节点地址的读取。电路中的LED3～LED18为输入检测点状态指示灯，D5～D20为防浪涌TVS二极管。
本系统的工作原理如下1、系统结构原理系统具有全分布式结构，各个智能通讯节点(即检测节点)通过CAN总线连接。每个站场都有一个站场编码，在每个站场内部又分布一系列的检测节点，检测节点的全局地址为站场地址和局部地址。调度监督服务器安装在调度指挥中心，通过CAN总线并依据配置的检测节点全局地址进行全局通讯，它根据绘制铁路站场图所产生站场数据基，以及收到的检测数据数据进行解析处理、存储并显示。
2、系统通讯原理CAN网络是一种开放的串行通讯协议，根据国际标准化组织(ISO)的开放系统互连的七层参考模型(OSI)，CAN总线采用了其中最关键的两层即物理层和数据链路层，CAN总线规范规定了任意两个CAN节点之间的兼容性包括电气特性及数据解释协议。
物理层的主要内容是规定了通讯介质的机械、电气、功能和规程特性。在CAN2.0A/B中对物理层的部分内容作了规定。而在ISO11898标准中的内容更加具体但没有指明通讯介质的材料，因此用户可以根据需要选择双绞线、同轴电缆或光纤。物理层规定了CAN总线的电平为两种状态“隐性”(逻辑1)和“显性”(逻辑0)；而且还规定了通过特定的电路在逻辑上实现“线与”的功能。
数据链路层的主要功能是将要发送的数据进行包装即加上差错校验位、数据链路协议的控制信息、头尾标记等附加信息组成数据帧从物理信道上发送出去；在接收到数据帧后再把附加信息去掉得到通讯数据。在通讯过程中收发双方都要对附加的控制信息进行判别并作相应的处理，从而实现数据传输过程中的流量控制、差错检测保证数据的无差错传输。
调度监督服务器通过CAN总线与检测节点通讯，收到检测节点上传的数据后，进行数据处理、存储及显示。系统结构采用客户机/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)模式(客户机/服务器模式即客户主动向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后提供相应的服务)。系统中将数据采集服务器、重演数据服务器、WEB服务器配置在调度监督服务器上，调度监督服务器在另一方面作为企业局域网的一个服务器节点。
在C/S通讯模式中，企业局域网上的客户机与调度监督服务器间的通讯采用WinSocket实现，SOCKET(套接字)是一种网络编程界面，它屏蔽了底层网络环境(主要是TCP/IP)和具体操作系统的差异，应用程序通过调用SOCKET的API实现相互之间的通讯，SOCKET又利用下层的网络通讯协议功能和操作系统调用实现实际的通讯工作。基于TCP/IP的SOCKET类型可分为流式套接字(SOCK_STREAM)提供了面向连接的、双向的、有序的、无重复并且无记录边界的数据流服务数据报式套接字(SOCK_DGRAM)提供了一个无连接(基于UDP)服务，支持双向的数据流，但并不保证是可靠，有序，无重复的；原始式套接字(SOCK_RAW)允许对较低层协议(如IP、ICMP)直接访问，常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。套接字通讯主要涉及到两个概念一是地址，通常网间通信的主机地址由网络ID和主机ID组成，即IP地址；二是端口，它是一种抽象的软件结构(包括一些数据结构和I/O缓冲区)，在TCP/IP协议的实现中，端口操作类似于一般的I/O操作，每个端口都有一个16位的端口号，用于区别不同的端口。
在B/S通讯模式中，客户请求采用并发请求类型，每个客户相当于一个独立线程，每个客户向服务器请求连接时，服务器会新建一个连接与之对应。根据不同客户机的请求内容，调监服务器向不同的客户机发送对应的数据，如静态数据、实时动态数据、重演数据、时间信息等。企业WEB网上的客户与服务器间的通讯同样采用WinSocket实现，只是在服务器端还需要安装HTTP WEB服务器，客户机上WEB CLIENT端(通常是JAVAAPPLET程序)收到相应的静(动)数据后进行站场图形绘制并发布到INTERNET上，这样客户机上的用户就可以通过浏览器浏览站场图形及调度信息。
3、检测节点工作原理检测节点的工作原理如下在3张电路图中，U1是CPU芯片，U2是总线缓冲器，U3为ISP接口，U8是电压监视电路，U9和U10为总线控制接口电路，U12为电源稳压芯片，U11为DC-DC变换器，U4、U6、U13、U14、U15是光耦，U17、U18、U19是并入串出寄存器，U20是A/D转换芯片，U22为比较运算放大器，CR是晶振。
CPU控制整个系统的工作流程，系统上电后，U1首先通过首先通过P1.0和P3.4读得并入串出移位寄存器U19的八位节点地址，然后进行系统初始化并根据智能组态数据基进行数据结构配置。然后循环执行内部各个功能子任务进行信号采集、数据通讯。具体工作流程如下U1通过设置片选信号Y0为低电平来配置AD转换参数，进行AD通道控制、启动AD转换，然后根据INT1端口产生的中断信号进行AD值读取；U1通过设置片选信号Y2为低电平启动数字量检测，根据U17、U18、U19的并入串出的串行数据流传入U1的P3.4脚(串行数据流输出是根据时钟脉冲信号P1.0产生的)，U1根据P3.4和P1.0的时序关系即能读得16位数字量信息；U1通过设置片选信号Y1为低电平来进行通讯控制，因系统为全分布式结构，在通讯协议上是为多主通讯方式。所以，在每次采集完毕后首先判断采集的结果信号有没有变化，如果信号有变化则立即上报至控制中心，如果采集信号没有变化在只进行1秒钟一次的通讯联络，这样既确保了通讯的效率又提高了系统的响应实时性。
权利要求1.基于现场总线的分布式调度监督装置，其特征在于它包括调度监督服务器、设在各站场的检测节点以及嵌入式智能组态工具；A、所述装置呈分布式结构，它以调度指挥中心的调度监督服务器为系统中心站，通过CAN现场总线与各个站场的检测节点组网；B、所述各检测节点具有唯一的全局通讯地址，为分布式结构，同时设有模拟量检测端口和数字量检测端口；C、所述检测节点为一个智能模块，包括码址产生及供电单元、嵌入式微处理器接口单元、前级采样接口单元、多功能信号采集器、通讯转换单元和显示单元，用于数据采集与处理，并与调度监督服务器通讯。
2.根据权利要求1所述基于现场总线的分布式调度监督装置，其特征在于所述检测节点采用共模输入、单电源供电、分辨率为16位的数据采集芯片AD7705，多路模拟选择开关74HC4051和过压保护器件MAX367组成四路模拟量检测端口，采用两个并入串出锁存器串联，并通过光藕隔离后进行16路数字量采集，同时通过发光二极管进行数字量检测点的输入状态本地显示。
3.根据权利要求1所述基于现场总线的分布式调度监督装置，其特征在于所述通讯单元由CAN总线收发器TJA1050和CAN总线控制器SJA1000以及中央控制器P89C51RD2HBA组成，总线终端匹配电阻为两个120欧姆的电阻RT1和RT2。
专利摘要本实用新型涉及基于现场总线的分布式调度监督装置，所要解决的问题是提供一套调度监督智能检测节点组成基于CAN总线的分布式调度监督系统。结构特点是它包括调度监督服务器、设在各站场的检测节点以及嵌入式智能组态工具，呈分布式结构，它以调度指挥中心的调度监督服务器为系统中心站，通过CAN现场总线与各个站场的检测节点组网；所述检测节点为一个智能模块，用于数据采集与处理，并与调度监督服务器通讯。本装置利用现场总线技术，将各铁路站场单个分散的测量控制设备变成网络节点，并连接成相互沟通信息、共同完成自控任务的网络与控制装置。
文档编号G08C17/00GK2859690SQ20052013966
公开日2007年1月17日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者魏臻, 程运安, 陆建民, 陆长荣, 徐自军, 李谦, 毛瑞良, 徐承荣, 胡敏, 吴飞, 吴 荣, 杜庆苏 申请人:合肥工大高科信息技术有限责任公司, 上海梅山钢铁股份有限公司