一种全电子计算机联锁系统的网关模块的制作方法

本实用新型属于铁路信号控制
技术领域：
，涉及一种网关模块，尤其涉及一种全电子计算机联锁系统的网关模块。
背景技术：
：全电子计算机联锁系统是铁路信号控制的新一代联锁设备，系统以计算机控制技术为核心，以电力电子开关技术为基础，采用计算机通信、自动检测等先进技术，实现全部电子化的铁路信号控制计算机联锁设备。系统采用电子单元，体积小、功能强大、便于组网，可以为铁路自动化、信息化提供基础信息，远程管理和远程诊断。各电子模块之间通过现场总线CAN组成网络，速度快、可靠性高，以太网无论在速度还是距离上，相比现场总线都有着很大的优势，但是以太网由于自身的缺陷不适宜用到现场层。为了将两种通信方式有效的结合起来优势互补，“以太网网关”产品无疑是一个不错的选择。使用“以太网网关”的优点在于：首先，数据从设备到联锁机的传输速度可以大大的提高；同时，可满足电子模块与以太网通信的联锁机之间的数据转换。可充分利用现场总线响应实时性与确定性的优势以及以太网较高的通讯速率和系统延展性的优势。但是现有的“以太网网关”缺少数据校验，当报文出现重复或过时时，不能及时发现，通信数据的正确率较低。技术实现要素：本实用新型针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种与联锁机之间通过以太网连接，与监测机之间通过CAN通信，与电子单元的执行和监测都通过CAN通信，充分利用现场总线响应实时性与确定性的优势和以太网较高的通讯速率和系统延展性的优势的全电子计算机联锁系统的网关模块。本实用新型提供的全电子计算机联锁系统的网关模块，包括执行网关、监测网关、以及电源单元，其中，执行网关中的第一CPU与连锁机通信，监测网关中的第二CPU与检测机通信。其中，联锁机与所述第一CPU通过以太网信号连接，检测机与所述第二CPU通过CAN总线信号连接，所述第一CPU和第二CPU与电子单元均通过CAN总线信号连接，所述电源单元向CAN总线、第一CPU、第二CPU和网络芯片供电。在一个优选实施例中，所述电源单元由外部电源向电源模块输送电压，经所述电源模块一次变压后向CAN总线供电，经所述电源模块一次变压后电压经电源芯片再次变压后，向第一CPU、第二CPU和网络芯片供电。在一个优选实施例中，所述电源模块为HZD05B-24S05，经所述电源模块一次变压后得到5V直流电源，向CAN总线供电。在一个优选实施例中，所述电源芯片为NCP5661，经电源芯片再次变压后得到3.3V直流电源，向第一CPU、第二CPU和网络芯片供电。在一个优选实施例中，所述网络芯片为W5100单片网络接口芯片，所述W5100单片网络接口芯片内部集成有10/100以太网控制器，所述第一CPU与联锁机之间通过W5100实现以太网连接，优选地，所述第一CPU与所述W5100之间通过并口连接，实现数据的存储和读取。在一个优选实施例中，本实用新型提供的全电子计算机联锁系统的网关模块还设有6位地址拨码器，所述地址拨码器为与联锁机通信的每个网关模块设定不同的IP地址，一个联锁机通过所述地址拨码器，最多可控制32个网关模块。在一个优选实施例中，所述执行网关与电子模块的执行部分通信，向电子模块的执行部分发送请求数据，接收电子单元反馈的状态数据并将反馈的状态数据缓存在执行网关中，至下一周期发送至联锁机。在一个优选实施例中，所述检测网关与电子单元的监测部分相连，将电子单元的监测部分的数据及故障信息缓存在监测网关，至下一周期再发送至监测机。本实用新型提供的全电子计算机联锁系统的网关模块是位于联锁机、监测机和电子单元之间的通信转发模块，联锁机与第一CPU通过以太网信号连接，检测机与第二CPU通过CAN总线信号连接，第一CPU和第二CPU与电子单元均通过CAN总线信号连接，充分利用了CAN总线响应实时性与确定性的优势，以及以太网较高的通讯速率和系统延展性的优势，在保证较高通信速度的基础上，提高了数据响应的及时性。附图说明图1为本实用新型提供的全电子计算机联锁系统的网关模块的系统结构图；图2为图1中的控制逻辑框图；图3为本实用新型提供的网关模块的执行网关的工作原理图；图4为本实用新型提供的网关模块的检测网关的工作原理图；图5为联锁机与本实用新型提供的网关模块的数据交互方法。具体实施方式为了更清楚的说明本实用新型提供的全电子计算机联锁系统的网关模块的结构与工作方法，下面结合具体实施例进一步解释，但需要说明的是，本实施例仅为本实用新专利的优选实施例，并不必然对本实用新型的保护范围造成任何的限定作用。另外，需要说明的是，本实用新型中的“执行网关”和“检测网关”是按照网关模块中的功能区分，分别对应网关模块的执行部分和检测部分。如图1、图2所示，本实用新型提供的全电子计算机联锁系统的网关模块，包括执行网关、监测网关、以及电源单元，其中，执行网关中的第一CPU与连锁机通信，监测网关中的第二CPU与检测机通信。执行网关中，第一CPUARM1与联锁机之间通过以太网1信号连接，ARM1与电子单元的执行部分通过CAN1-1总线信号连接。第二CPUARM2与检测机之间通过CAN2-2总线信号连接，ARM2与电子单元的检测部分通过CAN2-1总线信号连接，电源单元向CAN1-1总线、CAN2-1总线、CAN2-2总线、ARM1、ARM2和网络芯片供电。在其他实施例中，网络芯片为W5100单片网络接口芯片，W5100单片网络接口芯片内部集成有10/100以太网控制器，ARM1与联锁机之间通过W5100单片网络接口芯片实现以太网连接，进一步地，所述第一CPU与所述W5100之间通过并口连接，以实现数据的存储和读取，使用W5100单片网络接口芯片可以实现没有操作系统的Internet连接在其他实施例中，由外部电源向电源单元中的电源模块输入24V直流电源，优选地，电源模块为HZD05B-24S05，HZD05B-24S05电源模块将24V直流电源一次变压得到5V直流电源，并向CAN总线提供5V直流电源。经过电源模块一次变压后的5V直流电源经电源芯片再次变压，优选地，电源芯片为NCP5661，5V直流电源经NCP5661电源芯片再次变压后得到3.3V直流电源，作为ARM电源和网络芯片电源，向ARM1、ARM2和网络芯片W5100单片网络接口芯片供电。本实用新型提供的全电子计算机联锁系统的网关模块设有6位地址拨码器，地址拨码为与联锁机通信的每个网关模块设定不同的IP地址，因此，一个联锁机最多可以控制32个网关模块。参见图2、图3，联锁机每个周期会向执行网关发送请求命令，并根据需要向执行网关发送控制命令。执行网关接收到相应命令后，根据谜底地址和用户数据，转化为CAN协议数据。若执行网关接收到请求命令，则将上周期电子单元执行部分发送的、缓存在执行网关中的状态数据，转换成网络协议数据转发给联锁机，然后将转化为CAN协议数据转发给电子单元。若执行网关接收到控制命令，则直接转发给电子单元。执行网关向电子单元发送请求数据，并根据需要向电子单元发送控制命令。电子单元的执行部分收到执行网关发送的请求数据后，将电子单元的状态数据回复至执行网关，执行网关将电子单元回复的数据缓存至下一周期再发送至联锁机，联锁机每个周期处理上个周期执行网关收到的数据。参见图4，监测机每隔3s向监测网关发送请求命令，监测网关将上周期电子单元监测部分发送的、缓存在监测网关中的状态数据发送至监测机。监测网关每隔400ms向电子单元监测部分发送请求，电子单元的各电子模块将其监测数据排队发送到监测网关，存于监测网关的缓存区，监测网关将电子单元发送的数据缓存至下一周期再发送至监测机。联锁机与执行网关的通信方法联锁机与执行网关之间的通信主要有3种形式：即实时安全数据(RSD)、时序校正请求(SSE)和时序校正答复(SSR)。如图5所示，正常通信情况下，联锁机向执行网关发送请求数据，执行网关向联锁机回复状态数据，均属于RSD。当通信的一方发现接收时序错误时，由接收方向发送方发起时序校正请求SSE，触发时序校正机制，发送方再对来自接收方的时序校正请求，进行时序校正答复SSR，对接收方的请求反馈报文。时序校正过程中，联锁机不向执行网关发送请求数据，直至时序校正完成后，联锁机重新向执行网关发送请求数据，开始实时安全数据请求。另外，为了降低本实用新型提供的全电子计算机联锁系统的网关模块在运行过程中可能出现的如下威胁：数据帧的重复、数据帧的丢失、数据帧的插入、数据帧次序混乱、数据帧错误、数据帧传输超时等，本网关模块采用从接收方角度设计的保护算法，要求接收方必须对接收到的信息做真实性、完整性、实时性以及有序性检查，具体选用如表1所示防护措施。表1、网关模块接收方对接收到的信息的校验危险情形序列号与时间戳时间戳超时源标识反馈报文双重校验重复√丢失√插入√√√错序√错码√延时√√√本实用新型提供的全电子计算机联锁系统的网关模块充分利用现场总线响应实时性与确定性的优势，CAN状态数据采用安全码距，并采用CRC16校验；CAN协议符合En50159安全通信规范，如检查报文的重复，过时等。并通过网络通信使用序列号、时间戳、源标识、超时、反馈报文等检验方法；以及网络通信采用双重校验，保证通信数据的正确性，以实现以太网较高的通讯速率和系统延展性的优势，能同时保证数据传输的速度和准确性。以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。当前第1页1 2 3