Блок связи аппаратуры системы безопасности с многофункциональной поездной шиной mvb (блок шлюз-can-mvb)
Владельцы патента RU 2467904:
Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод" (RU)
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано в составе комплексной системы управления и обеспечения безопасности системы железнодорожной автоматики (СЖА) на скоростных и высокоскоростных поездах. Блок содержит устройство управления, преобразователь интерфейса локомотива и модуль CAN-RS. Модуль CAN-RS содержит первый и второй центральные процессоры (ЦП), реализующие два независимых канала обработки информации, и имеющие единый выходной RS485 интерфейс. К каждому из ЦП подключены преобразователи внешнего и внутреннего CAN-интерфейсов и RS232 интерфейс. Вход/выход RS232 интерфейса первого ЦП подключен к поездной радиостанции, а RS232 интерфейс второго ЦП является резервным. Входы/выходы преобразователей внутреннего CAN-интерфейса подключены к локомотивному устройству безопасности, а входы/выходы преобразователей внешнего CAN-интерфейса - к локомотивному оборудованию. Преобразователь интерфейса локомотива представлен в виде модуля MVB, а устройство управления - в виде модуля CPS. Модули блока ШЛЮЗ-CAN-MVB объединены в единую информационную систему посредством общей шины данных. Достигается гальваническая и информационная развязка двух сегментов локальной сети CAN, многофункциональной шины MVB и последовательных интерфейсов RS232. 4 ил.
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано в составе комплексной системы управления и обеспечения безопасности системы железнодорожной автоматики (СЖА) на скоростных и высокоскоростных поездах, а так же в других системах железнодорожной автоматики для реализации функций повторителя, локального моста или межсетевого шлюза.
В качестве аналога заявляемого изобретения, по совокупности существенных признаков и функциональным возможностям, является блок шлюз, входящий в состав комплексного локомотивного устройства безопасности (патент РФ на изобретение №2420418 от 11.12.07 г., патентообладатель ОАО «Ижевский радиозавод»). Шлюз содержит устройство управления, соответствующие входы/выходы которого соединены с преобразователем внутреннего CAN-интерфейса, подключенного к CAN-интерфейсу устройства безопасности, также с преобразователем внешнего CAN-интерфейса, подключенного к CAN-интерфейсу локомотивного оборудования и с преобразователем интерфейса локомотива, подключенного к многофункциональной поездной шине MVB.
Основным недостатком данного устройства является то, что оно имеет сложную систему организации электромонтажа, вследствие чего недостаточно технологично в изготовлении. Кроме того, оно недостаточно унифицировано в части конструктивной организации электрических связей, а так же передача данных осуществляется по одному каналу, что снижает надежность устройства и информативность в передаваемых сообщениях.
Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение, это - создание конструкции блока связи аппаратуры системы безопасности с многофункциональной поездной шиной MVB (блок ШЛЮЗ-CAN-MVB) с повышенной степенью ремонтопригодности, унификации конструкции и технологичности, упрощении конструкции и повышении ее надежности. Одновременно с этим решается задача по осуществлению гальванической и информационной развязки двух сегментов локальной сети CAN, многофункциональной шины MVB и последовательных интерфейсов RS232.
Технический результат заключается в том, что блок ШЛЮЗ-CAN-MVB включает в себя устройство управления, соответствующие входы/выходы которого соединены с преобразователем внутреннего CAN-интерфейса, подключенного к CAN-интерфейсу устройства безопасности, также с преобразователем внешнего CAN-интерфейса, подключенного к CAN-интерфейсу локомотивного оборудования, и с преобразователем интерфейса локомотива, подключенного к многофункциональной поездной шине MVB. В блок ШЛЮЗ-CAN-MVB дополнительно введен модуль CAN-RS, осуществляющий преобразование информационных потоков между локомотивным оборудованием, локомотивным устройством безопасности и поездной радиостанцией, обеспечивающий гальваническую и информационную развязки. Модуль CAN-RS, содержащий первый и второй центральные процессоры (ЦП), реализующие два независимых канала обработки информации и имеющий единый выходной RS485 интерфейс. К каждому из ЦП подключены преобразователи внешнего и внутреннего CAN-интерфейсов и интерфейс RS232. При этом вход/выход RS232 интерфейса первого ЦП подключен к поездной радиостанции, а RS232 интерфейса второго ЦП является резервным. Входы/выходы преобразователей внутреннего CAN-интерфейса подключены к локомотивному устройству безопасности, а входы/выходы преобразователей внешнего CAN-интерфейса - к локомотивному оборудованию. Преобразователь интерфейса локомотива представлен в виде модуля MVB, а устройство управления в виде модуля CPS. Все модули блока ШЛЮЗ-CAN-MVB объединены в единую информационную систему посредством общей шины данных, по которой осуществляется передача питания. Блок ШЛЮЗ-CAN-MVB расположен в корпусе, состоящем из основного корпуса и кожуха коробчатой формы, между которыми внутри расположен коробчатый экран. Внутрь основного корпуса устанавливают модули MVB, CPS и источника питания, одни торцы которых образуют переднюю панель корпуса, а другие установлены в соответствующие разъемы объединительной платы, устанавливаемой поперек основного корпуса и выполняющей функции общей шины данных, с противоположной стороны к объединительной плате посредством кабеля подключают модуль CAN-RS, расположенный в коробчатом экране. При этом основной корпус и кожух крепят к коробчатому экрану винтами через соосные отверстия, расположенные на верхней, нижней и боковых панелях основного корпуса, кожуха и коробчатого экрана.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами.
Фиг.1 - структурная схема блока ШЛЮЗ CAN-MVB.
Фиг.2 - чертеж блока ШЛЮЗ-CAN-MVB в разрезе
Фиг.3 - чертеж блока ШЛЮЗ-CAN-MVB лицевая и задняя панели.
Фиг.4 - чертеж блока ШЛЮЗ-CAN-MVB с выдвинутыми модулями, общий вид.
На фиг.1 представлена структурная схема блока ШЛЮЗ-CAN-MVB, содержащая модуль MVB 1, осуществляющий подключение к поездной шине, модуль CPS 2, представляющий собой промышленный компьютер, модуль источника питания 3, обеспечивающий электропитанием устройства блока ШЛЮЗ-CAN-MVB и модуль CAN-RS 4, который осуществляет передачу данных по двум каналам. Все модули подключены к общей шине данных 5, которая объединяет их в единую информационную систему и осуществляет передачу питания от модуля источника питания 3 к остальным модулям. Модуль CAN-RS 4 разработан для применения в двухканальных системах, поэтому в своем составе имеет два независимых обработчика, первый центральный процессор (ЦП) 6 и второй ЦП 7. Ядром каждого ЦП является микроконтроллер, предназначенный для хранения данных и программ, и поэтому не требует дополнительных внешних устройств памяти. Оба канала обработки для обмена данными внутри блока ШЛЮЗ-CAN-MVB имеют единый выходной интерфейс 8, построенный на последовательном асинхронном интерфейсе RS485, обладающем высокой помехоустойчивостью. К первому и второму ЦП подключены RS232 интерфейсы 9 и 12, преобразователи внутреннего CAN-интерфейса 10 и 13 и преобразователи внешнего CAN-интерфейса 11 и 14. Соответствующие входы/выходы интерфейса 9 подключены к поездной радиостанции, интерфейс 12 является резервным. Входы/выходы от преобразователей внутреннего CAN-интерфейса 10 и 13 подключены к локомотивному устройству безопасности, а от преобразователей внешних CAN-интерфейсов 11 и 14 - к локомотивному оборудованию.
Блок ШЛЮЗ-CAN-MVB расположен в металлическом корпусе (см. фиг.1 и 2), состоящем из основного корпуса 15 и кожуха 16 коробчатой формы, между которыми внутри расположен коробчатый экран 17. Внутри основного корпуса 15 на направляющих устанавливают модуль MVB 1, модуль CPS 2 и модуль источника питания 3, одни торцы которых составляют лицевую панель блока ШЛЮЗ-CAN-MVB, а другие вставляются в соответствующие разъемы объединительной платы 18, устанавливаемой поперек основного корпуса 15 и выполняющей функции общей шины данных 5. На кожухе 16, который представляет собой заднюю панель блока ШЛЮЗ-CAN-MVB, расположены разъемы 19 для осуществления соединения с внешними устройствами локомотива и источника питания. Коробчатый экран 17 расположен внутри основного корпуса 15 и кожуха 16, которые крепятся к коробчатому экрану 17 винтами через соосные отверстия 20, расположенные на верхней, нижней и боковых поверхностях основного корпуса 15, кожуха 16 и коробчатого экрана 17. Внутри коробчатого экрана 17 на изоляционных стойках 21 установлена плата модуля CAN-RS 4, которая соединяется кабелем 22 с объединительной платой 18, а кабелем 23 с разъемами 19, расположенными на кожухе 16. Для крепления блока ШЛЮЗ-CAN-MVB по месту эксплуатации на лицевой панели основного корпуса 15 имеются уголки 24, а вдоль всего корпуса расположены кронштейны 25, обеспечивающие единые присоединительные размеры с прототипом.
Работает блок ШЛЮЗ-CAN-MVB следующим образом.
Блок ШЛЮЗ-CAN-MVB предназначен для согласования взаимодействия между многофункциональной поездной шиной MVB, локомотивным оборудованием и локомотивным устройством безопасности, и реализации обмена данными, с фиксированной фильтрацией CAN-сообщений и MVB-портов.
Модуль CPS 2 настраивает модуль MVB 1 на прием и передачу данных по многофункциональной поездной шине MVB. Модуль MVB 1 принимает все данные и складирует их во временный буфер. При получении новых данных, модуль MVB 1 информирует модуль CPS 2 о приеме данных. Модуль CPS 2, получив признак о приходе новых данных, считывает необходимые данные из временного буфера модуля MVB 1 и через общую шину данных 5 и интерфейс RS485 8 передает в модуль CAN-RS 4 на первый 6 и второй 7 ЦП. Центральный процессор, например 6, получив данные от модуля CPS, настраивает таймер актуальности данных и формирует CAN-сообщения во внутреннюю (системную) шину CAN и через преобразователь внутреннего CAN-интерфейса 10 передает в локомотивное устройство безопасности. При приеме сообщений из внутренней (системной) шины CAN от локомотивного устройства безопасности, ЦП 6 формирует пакет данных для многофункциональной поездной шины MVB и передает их в модуль CPS 2. Одновременно, если полученное сообщение входит в список передаваемых во внешнюю CAN шину, то сообщение передается. Аналогично и для данных, предназначенных для внешней CAN шины. Полученные из внешней CAN шины сообщения передаются во внутреннюю CAN шину, и на основе принятых сообщений готовится пакет данных, который передается в модуль CPS 2, а оттуда в модуль MVB 1.
Дополнительно на каждом канале реализован RS232 интерфейс 9 и 12. RS232 интерфейс 9 первого канала задействован для передачи данных от поездной радиостанции, а RS232 интерфейс 12 второго канала является резервным. Данные, полученные по RS232 интерфейсу 9, модуль CAN-RS 4 передает только в модуль CPS 2 и через модуль MVB 1 в многофункциональную поездную шину MVB.
Модуль CAN-RS 4 разработан для применения в двухканальных системах, поэтому в своем составе имеет два независимых обработчика, построенных на двух ЦП 6 и 7. Модуль CAN-RS 4 питается от источника питания PSV. Узлы внешних CAN-интерфейсов 11 и 14 и RS232 интерфейс 9 питают преобразователи напряжения, обеспечивая необходимую гальваническую развязку. Узлы внешних CAN-интерфейсов имеют элементы гальванической развязки и защиту от помех. Гальваническая развязка предотвращает выход из строя узлов управления при воздействии помех в кабелях, предотвращает прохождение помех из одного CAN-интерфейса в другой. Оба канала обработки модуля CAN-RS 4 имеют единый выходной RS485 интерфейс 8, для обмена данными внутри блока ШЛЮЗ-CAN-MVB.
Для всех полученных данных модуль CAN-RS 4 и модуль CPS 2 формируют таймер актуальности. При превышении времени актуальности происходит прекращение передачи соответствующих данных в многофункциональной поездной шине MVB и обеих шинах CAN.
Выбранная схема построения блока и реализация программного обеспечения позволяют сохранять частичную работоспособность при частичных отказах в блоке ШЛЮЗ-CAN-MVB. Например, при выходе из строя модуля CPS 2 или модуля MVB 1 данные принимаются и передаются между обеими шинами CAN без передачи в многофункциональную поездную шину MVB. При выходе из строя узлов одной из шины CAN, другая шина CAN и многофункциональная поездная шина MVB обеспечивают передачу данных.
Блок ШЛЮЗ-CAN-MVB содержит два канала обработки шины CAN. Каналы выполняют независимую обработку (передачу) данных из одного CAN в другой CAN. Двухканальное исполнение блока необходимо для обеспечения гальванической и информационной развязки. Информационную развязку осуществляет программное обеспечение модуля CAN-RS 4. Информационная развязка гарантирует отсутствие ненужных данных в интерфейсах, тем самым обеспечивая максимальную информативность в переданных сообщениях.
Блок связи аппаратуры системы безопасности с многофункциональной поездной шиной MVB (ШЛЮ3-CAN-MVB) содержит устройство управления, соответствующие входы/выходы которого соединены с преобразователем внутреннего CAN-интерфейса, подключенного к CAN-интерфейсу устройства безопасности, также с преобразователем внешнего CAN-интерфейса, подключенного к CAN-интерфейсу локомотивного оборудования, и с преобразователем интерфейса локомотива, подключенного к многофункциональной поездной шине MVB, отличающийся тем, что дополнительно содержит модуль CAN-RS, осуществляющий преобразование информационных потоков между локомотивным оборудованием, локомотивным устройством безопасности и поездной радиостанцией, также обеспечивающий гальваническую и информационную развязки, модуль CAN-RS, содержащий первый и второй центральные процессоры (ЦП), реализующие два независимых канала обработки информации и имеющие единый выходной RS485 интерфейс, к каждому из ЦП подключены преобразователи внешнего и внутреннего CAN-интерфейсов и RS232 интерфейс, при этом вход/выход RS232 интерфейса первого ЦП подключен к поездной радиостанции, а RS232 интерфейс второго ЦП является резервным, входы/выходы преобразователей внутреннего CAN-интерфейса подключены к локомотивному устройству безопасности, а входы/выходы преобразователей внешнего CAN-интерфейса к локомотивному оборудованию, преобразователь интерфейса локомотива представлен в виде модуля MVB, а устройство управления - в виде модуля CPS, причем все модули блока ШЛЮ3-CAN-MVB объединены в единую информационную систему посредством общей шины данных, по которой осуществляется передача питания, при этом блок ШЛЮ3-CAN-MVB расположен в корпусе, состоящем из основного корпуса и кожуха коробчатой формы, между которыми внутри расположен коробчатый экран, внутрь основного корпуса устанавливают модули MVB, CPS и источника питания, одни торцы которых образуют переднюю панель корпуса, а другие установлены в соответствующие разъемы объединительной платы, установленной поперек и выполняющей функции общей шины данных, с противоположной стороны к объединительной плате посредством кабеля подключен модуль CAN-RS, расположенный в коробчатом экране, при этом основной корпус и кожух крепят к коробчатому экрану.
