单板健康判定方法及轨交信号控制模块健康管理系统与流程

1.本发明涉及一种单板健康判定方法及轨交信号控制模块健康管理系统。


背景技术：

2.随着轨交系统快速发展，轨交系统管辖的设备群越来越庞大，为满足系统高效可靠运行，高可靠稳定的轨交信号控制系统是其关键，同时轨交设备的管理变得越来越复杂，对设备进行管理依赖于对设备健康程度的了解，如何有效获得设备的健康程度是我们亟待解决的问题，在获取足够的数据后，可以按照策略对设备进行全生命周期监控，可以提高设备维修效率、节约维修成本、增加设备的安全可靠性，也可以为设备研发提供依据。
3.为达到全生命周期监控，采用设备运行中实时上报单板健康状态信息的方式，但是如果单板或者整个系统在运行一段时间由于故障或者需要升级检修时，导致无法上电或不具备上电条件时，如何获取设备健康信息也是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明提出一种单板健康判定方法，包括如下步骤：s1、单板模拟量采集，采集单板数个工作周期内的温度和工作电压模拟量的平均值；s2、单板模拟量判断，s1中温度平均值超过设定的正常工作范围 ，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道后，再切断本板供电；s1中温度平均值在给定阈值范围外且不超过正常工作范围内，则上报并记录异常信息；s1中电压平均值超过设定的正常工作范围 ，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道后，再切断本板供电；s1中电压平均值在给定阈值范围外且不超过正常工作范围内，则上报并记录异常信息；s3、通讯通道状态判断，分为通讯通道异常判断和故障判断，所述通讯通道故障判断情况为，网络两端连续数个工作周期无法建立传输通道，link不上；当发生通讯通道故障时，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；所述通讯通道异常判断包括两种情况，第一种异常情况为，在通道网络正常可以链接的情况下，且在工作周期内收到指令或者数据包后，进行解析，解析后无法通过校验；第二种异常情况为，在通道网络正常可以链接的情况下，在工作周期内无法收到指令或者数据包；当发生第一次通讯通道异常时，则上报并记录异常信息；在设定的整个工作周期内再次出现通讯通道异常情况发生，认定通讯通道发生故障，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；s4、表决通道状态判断，同一系两片cpu连续数个工作周期无法通过表决通道获得对方的计算结果，则表决通道故障；当发生表决通道故障时，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；同一系两片cpu通过表决通道互传经过计算得到执行结果不一致，则表决通道异
常；当发生第一次表决通道异常时，则上报并记录异常信息，若在设定的整个工作周期内再次出现表决通道异常，认定表决通道故障，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；s5、同步通道状态判断，同一系两单板的obc在连续数个工作周期内，无法获得对端同步信号，则同步通道故障；当发生同步通道故障时，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；同一系两单板的obc无法持续通过该同步通道获得对方的同步信号，造成两系任务或时钟无法同步，则该同步通道异常；当该同步通道发生第一次异常时，则上报并记录异常信息；若在设定的整个工作周期内该同步通道再次出现异常时，认定该同步通道故障，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道。
5.对本发明技术方案的进一步优选，通讯通道为单板与单板之间传递执行信息的通道。
6.对本发明技术方案的进一步优选，表决通道为单板内部两系cpu之间就计算结果进行表决验证的专用通道。
7.对本发明技术方案的进一步优选，同步通道为单板内部两系cpu之间保持时钟级同步和任务级同步的独立的专用通道。
8.本发明还提出一种轨交信号控制模块健康管理系统，轨交信号控制模块由多个单板组成，包括数据采集子系统、数据处理子系统和设备管理子系统，所述数据采集子系统实现底层设备单板状态数据的获取，上传到数据处理子系统；所述数据处理子系统保存数据采集子系统采集数据，并能够对上传数据分析和判断，输出单板状态和诊断结果；所述设备管理子系统，全流程追踪单板软件、固件版本状态与维修检修信息,在维修和维护期间，实现现场板卡管理和软件版本管理。
9.对本发明技术方案的进一步优选，数据采集子系统包括设备侧数据采集模块和数据读取终端数据采集模块两部分，设备侧数据采集模块通过健康信息传输通道传输单板状态信息，设备侧数据采集模块包含处理器模块、存储模块、射频模块和天线模块，处理器模块负责监测本板在运行过程中出现的运行信息、告警信息以及故障信息；数据读取终端数据采集模块包括手持式的pda，pda内安装有管理模块和rfid模块，管理模块通过调用rfid模块读取设备侧信息，获得板卡状态信息，分析健康状态，便于现场运维，并把获取的数据通过串口上传到数据处理子系统中，更新设备状态信息。
10.对本发明技术方案的进一步优选，运行信息包括累计通电时间和峰值负载功率，告警信息包括温度异常、工作电压异常、表决异常、同步异常和通讯异常；故障信息包括过温、过压、欠压、表决失败、同步失败和通讯失败；处理器模块在获得以上信息后，通过健康信息传输通道将数据上传至数据处理子系统，同时写入存储模块，永久保存。
11.对本发明技术方案的进一步优选，健康信息传输通道通过设备的通信总线上传本板信息，以低优先级方式实时上报至数据处理子系统；通信总线为以太网、can或mvb。
12.对本发明技术方案的进一步优选，存储模块，采用非易失性存储，在出厂时写入板卡序列号、板卡类别、软硬件版本号，在运行时，保存运行、告警和故障信息,告警与故障信息以异常代码方式记录，维修和检修时，保存维修和检修记录，存储行为贯穿本板整个生命周期，且存储内容不可擦除，且除处理器模块外不可写入任何数据。
13.对本发明技术方案的进一步优选，rfid模块由射频模块和天线模块组成，天线模
块为插接式。
14.本发明与现有技术相比，其有益效果是：1、本发明的方法，能够实现单板级别的健康管理，能够有效分析和判断单板的健康程度，且可以在单板全生命周期内，均能够较方便获取单板关键状态信息，有助于提高系统维修维护效率并降低成本。
15.2、本发明的系统，在不具备上电条件时，通过无源rfid模块，仍然可以准确获取模块状态信息，通过数据处理系统实现板卡状态评估和故障定位。
16.3、本发明的系统，记录板卡运行状态信息、异常信息以及故障代码同时通过健康数据传输通道上传和记录在存储模块中，保证了板卡相关信息的安全性，且相关信息仅可写入，不可擦除，达到了板卡全生命周期的监控和管理。
17.4、本发明的系统，采用非接触式rfid读取板卡状态信息，rfid使用寿命长，且能够在恶劣环境下工作，电子标签内容可实时改变，且能处理多个标签。
18.5、本发明的系统，rfid无源读取单板版本信息，便于现场升级更新时确认单板版本，防止维护出错，使设备中存在不同版本的模块，导致系统故障。、6、本发明的系统，在轨交安全相关领域，能够实时监测表决结果，同时如果出现安全相关故障直接导向安全，即上级系统直接切断通讯通道，保证绝对的安全，同时有利于故障的分析与定位，具有独创性和较好的效果。
附图说明
19.图1是本实施例提出的一种轨交信号控制模块健康管理系统的框图。
20.图2是本实施例提出的一种轨交信号控制模块健康管理系统内的数据采集子系统的框图。
21.图3是本发明单板健康判定方法的主流程框图。
22.图4是本实施例的单板健康判定方法的流程图。
23.图5是本实施例的处理器模块的框图。
具体实施方式
24.下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
25.为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-附图4和具体实施方式做进一步的描述。
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.如图1和2所示，本实施例提出的一种轨交信号控制模块健康管理系统，轨交信号控制模块由多个单板组成，包括数据采集子系统、数据处理子系统和设备管理子系统。
28.如图1和2所示，数据采集子系统实现底层设备单板状态数据的获取，上传到数据处理子系统；数据处理子系统保存数据采集子系统采集数据，并能够对上传数据分析和判断，输出单板状态和诊断结果；设备管理子系统，全流程追踪单板软件、固件版本状态与维
修检修信息,在维修和维护期间，实现现场板卡管理和软件版本管理。
29.如图2所示，数据采集子系统包括设备侧数据采集模块和数据读取终端数据采集模块两部分。
30.设备侧数据采集模块通过健康信息传输通道传输单板状态信息，设备侧数据采集模块包含处理器模块、存储模块、射频模块和天线模块，处理器模块负责监测本板在运行过程中出现的运行信息、告警信息以及故障信息。
31.如图5所示，本实施例处理器模块，该模块主控制器采用一片fpga实现运行信息采集、模拟量采集、表决和同步功能，fpga的通讯通道通过一片千兆phy芯片，将单板监测信息上传，同时故障和异常信息通过uart到mcu，mcu以iic总线写入rfid存储中。在故障情况下，主控制器可以切断本板电源，达到绝对安全，本板采用24v供电，且满足带电拔插的要求。
32.进一步，图中虚线框为存储和rfid一体的模块，mcu通过iic总线写入信息，同时可在接口处接入天线，天线也很简单是固定频率的线圈，然后手持pda可读取其内部信息。
33.运行信息包括累计通电时间和峰值负载功率，告警信息包括温度异常、工作电压异常、表决异常、同步异常和通讯异常；故障信息包括过温、过压、欠压、表决失败、同步失败和通讯失败；处理器模块在获得以上信息后，通过健康信息传输通道将数据上传至数据处理子系统，同时写入存储模块，永久保存。
34.健康信息传输通道，通过设备的通信总线，包括但不限于以太网、can、mvb等，上传本板信息，以低优先级方式实时上报至数据处理子系统，不影响设备数据通道传输性能。
35.存储模块，采用非易失性存储，在出厂时写入板卡序列号、板卡类别、软硬件版本号，在运行时，保存运行、告警和故障信息,告警与故障信息以异常代码方式记录，维修和检修时，保存维修和检修记录，存储行为贯穿本板整个生命周期，且存储内容不可擦除，且除处理器模块外不可写入任何数据。
36.本实施例中提及的存储模块，为本领域技术内的已知技术，本领域技术人员已知。
37.数据读取终端数据采集模块包括手持式的pda，pda内安装有管理模块和rfid模块，管理模块通过调用rfid模块读取设备侧信息，获得板卡状态信息，分析健康状态，便于现场运维，并把获取的数据通过串口上传到数据处理子系统中，更新设备状态信息。
38.本实施例中提及的管理模块，是pda内部模块，成熟产品，本领域技术内的已知技术，本领域技术人员已知。
39.rfid模块由射频模块和天线模块组成，该模块使板卡存储的所有状态信息可在无源条件下读取，即在板卡掉电的情况下，能够将存储模块内的状态信息传输到数据处理子系统，能够更新和补充本板健康数据。天线模块是可拆卸式，即插即用不占用板卡面积，现场维护过程中，设备中所有板卡可以复用同一个天线，导出状态信息。
40.本实施例的rfid模块是射频模块是和存储一体的，也就是可以实现控制器写入内容和通过天线读出信息。，本领域技术内的已知技术，本领域技术人员已知。
41.如图3所示，本实施例提出的一种单板健康判定方法，包括如下步骤：步骤1、单板模拟量采集和判断；步骤2、通讯通道状态判断；步骤3、表决通道状态判断；步骤4、同步通道状态判断。
42.如图4所示，本实施例提出的一种单板健康判定方法，包括如下具体步骤：s1、单板模拟量采集，采集单板数个工作周期内的温度和工作电压模拟量的平均值；s2、单板模拟量判断，s1中温度平均值超过设定的正常工作范围 ，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道后，再切断本板供电；s1中温度平均值在给定阈值范围外且不超过正常工作范围内，则上报并记录异常信息；s1中电压平均值超过给定的阈值，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道后，再切断本板供电；s3、通讯通道状态判断，分为通讯通道异常判断和故障判断，所述通讯通道故障判断情况为，网络两端连续数个工作周期无法建立传输通道，link不上；当发生通讯通道故障时，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；所述通讯通道异常判断包括两种情况，第一种异常情况为，在通道网络正常可以链接的情况下，且在工作周期内收到指令或者数据包后，进行解析，解析后无法通过校验；第二种异常情况为，在通道网络正常可以链接的情况下，在工作周期内无法收到指令或者数据包；当发生第一次通讯通道异常时，则上报并记录异常信息；在设定的整个工作周期内再次出现通讯通道异常情况发生，认定通讯通道发生故障，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；s4、表决通道状态判断，同一系两片cpu连续数个工作周期无法通过表决通道获得对方的计算结果，则表决通道故障；当发生表决通道故障时，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；同一系两片cpu通过表决通道互传经过计算得到执行结果不一致，则表决通道异常；当发生第一次表决通道异常时，则上报并记录异常信息，若在设定的整个工作周期内再次出现表决通道异常，认定表决通道故障，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；s5、同步通道状态判断，同一系两单板的obc在连续数个工作周期内，无法获得对端同步信号，则同步通道故障；当发生同步通道故障时，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；同一系两单板的obc无法持续通过该同步通道获得对方的同步信号，造成两系任务或时钟无法同步，则该同步通道异常；当该同步通道发生第一次异常时，则上报并记录异常信息；若在设定的整个工作周期内该同步通道再次出现异常时，认定该同步通道故障，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道。
43.如图3和4所示，本实施例的一种单板健康判定方法，步骤s1中，温度和工作电压模拟量采集数个工作周期内的数值的平均值，降低了判定时刻的数值剧烈波动引起误判的可能性，温度和工作电压涉及多个关键器件和多个品种，具体可根据单板种类不同调整。
44.单板模拟量判断，包括温度和工作电压的判断，单板温度设正常和异常两种状态，如果超过设定的正常工作范围，则上报并记录故障信息，上级系统采取相应措施，切断通讯通道后，再切断本板供电；如果在正常工作范围内，若在给定阈值范围外且不超过正常工作范围，则上报并记录异常信息。
45.工作电压设定为正常和故障两种状态，如果采集到的电压值超过给定的阈值，则上报并记录故障信息，上级系统采取相应措施，切断通讯通道后，再切断本板供电。
46.如图3和4所示，本实施例的一种单板健康判定方法，步骤s3中，通讯通道为单板与单板之间传递执行信息的通道。该通讯通道状态设定为异常和故障两种状态，如果通讯通道故障，则上报并记录故障信息；如果通讯通道异常，则上报并记录异常信息，同时在设定的整个工作周期内再次出现通讯通道异常，则上报并记录故障信息。上级系统采取相应措施，切断通讯通道。
47.本实施例中，通讯通道异常判断条件为：（1）在通道网络正常可以链接的情况下，且在工作周期内收到指令或者数据包后，解析后无法通过校验；（2）在通道网络正常可以链接的情况下，在工作周期内无法收到指令或数据包。
48.通讯通道故障判断条件为：网络两端连续数个工作周期无法建立传输通道，link不上，则判定为通讯通道故障。
49.如图3和4所示，本实施例的一种单板健康判定方法，步骤s4中，表决通道为单板内部两系cpu之间就计算结果进行表决验证的专用通道。该通道状态设定为异常和故障两种状态，如果表决通道故障，则上报并记录故障信息；如果表决通道异常，则上报并记录异常信息，同时在设定的整个工作周期内再次出现表决通道异常，则上报并记录故障信息。上级系统采取相应措施，切断通讯通道。
50.本实施例中，表决通道异常判断条件为：同一系两片cpu通过表决通道互传经过计算得到执行结果时，得到了不一致的结果，判定为表决通道异常。
51.表决通道故障判断条件为：同一系两片cpu连续数个工作周期无法通过表决专用通道获得对方的计算结果。
52.如图3和4所示，本实施例的一种单板健康判定方法，步骤s5中，同步通道为单板内部两系cpu之间保持时钟级同步和任务级同步的独立的专用通道。该通道状态设定为异常和故障两种状态，如果同步通道故障，则上报并记录故障信息；如果同步通道异常，则上报并记录异常信息，同时在设定的整个工作周期内再次出现同步通道异常，则上报并记录故障信息。上级系统采取相应措施，切断通讯通道。
53.本实施例中，同步通道异常判断条件：同一系两单板的obc无法持续通过该通道获得对方的同步信号，造成两系任务或时钟无法同步。
54.同步通道故障判断条件：同一系两单板的obc在连续数个同步周期内，无法获得对端同步信号，则认定为同步通道故障。
55.本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
56.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

技术特征：
1.一种单板健康判定方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、单板模拟量采集，采集单板数个工作周期内的温度和工作电压模拟量的平均值；s2、单板模拟量判断，s1中温度平均值超过设定的正常工作范围 ，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道后，再切断本板供电；s1中温度平均值在给定阈值范围外且不超过正常工作范围内，则上报并记录异常信息；s1中电压平均值超过设定的正常工作范围 ，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道后，再切断本板供电；s1中电压平均值在给定阈值范围外且不超过正常工作范围内，则上报并记录异常信息；s3、通讯通道状态判断，分为通讯通道异常判断和故障判断，所述通讯通道故障判断情况为，网络两端连续数个工作周期无法建立传输通道，link不上；当发生通讯通道故障时，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；所述通讯通道异常判断包括两种情况，第一种异常情况为，在通道网络正常可以链接的情况下，且在工作周期内收到指令或者数据包后，进行解析，解析后无法通过校验；第二种异常情况为，在通道网络正常可以链接的情况下，在工作周期内无法收到指令或者数据包；当发生第一次通讯通道异常时，则上报并记录异常信息；在设定的整个工作周期内再次出现通讯通道异常情况发生，认定通讯通道发生故障，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；s4、表决通道状态判断，同一系两片cpu连续数个工作周期无法通过表决通道获得对方的计算结果，则表决通道故障；当发生表决通道故障时，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；同一系两片cpu通过表决通道互传经过计算得到执行结果不一致，则表决通道异常；当发生第一次表决通道异常时，则上报并记录异常信息，若在设定的整个工作周期内再次出现表决通道异常，认定表决通道故障，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；s5、同步通道状态判断，同一系两单板的obc在连续数个工作周期内，无法获得对端同步信号，则同步通道故障；当发生同步通道故障时，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道；同一系两单板的obc无法持续通过该同步通道获得对方的同步信号，造成两系任务或时钟无法同步，则该同步通道异常；当该同步通道发生第一次异常时，则上报并记录异常信息；若在设定的整个工作周期内该同步通道再次出现异常时，认定该同步通道故障，则上报并记录故障信息，上级切断通讯通道。2.根据权利要求1所述的单板健康判定方法，其特征在于，通讯通道为单板与单板之间传递执行信息的通道。3.根据权利要求1所述的单板健康判定方法，其特征在于，表决通道为单板内部两系cpu之间就计算结果进行表决验证的专用通道。4.根据权利要求1所述的单板健康判定方法，其特征在于，同步通道为单板内部两系cpu之间保持时钟级同步和任务级同步的独立的专用通道。5.根据权利要求1-4所述的一种轨交信号控制模块健康管理系统，轨交信号控制模块由多个单板组成，其特征在于，包括数据采集子系统、数据处理子系统和设备管理子系统，所述数据采集子系统实现底层设备单板状态数据的获取，上传到数据处理子系统；所
述数据处理子系统保存数据采集子系统采集数据，并能够对上传数据分析和判断，输出单板状态和诊断结果；所述设备管理子系统，全流程追踪单板软件、固件版本状态与维修检修信息,在维修和维护期间，实现现场板卡管理和软件版本管理。6.根据权利要求5所述的轨交信号控制模块健康管理系统，其特征在于，数据采集子系统包括设备侧数据采集模块和数据读取终端数据采集模块两部分，设备侧数据采集模块通过健康信息传输通道传输单板状态信息，设备侧数据采集模块包含处理器模块、存储模块、射频模块和天线模块，处理器模块负责监测本板在运行过程中出现的运行信息、告警信息以及故障信息；数据读取终端数据采集模块包括手持式的pda，pda内安装有管理模块和rfid模块，管理模块通过调用rfid模块读取设备侧信息，获得板卡状态信息，分析健康状态，便于现场运维，并把获取的数据通过串口上传到数据处理子系统中，更新设备状态信息。7.根据权利要求6所述的轨交信号控制模块健康管理系统，其特征在于，运行信息包括累计通电时间和峰值负载功率，告警信息包括温度异常、工作电压异常、表决异常、同步异常和通讯异常；故障信息包括过温、过压、欠压、表决失败、同步失败和通讯失败；处理器模块在获得以上信息后，通过健康信息传输通道将数据上传至数据处理子系统，同时写入存储模块，永久保存。8.根据权利要求7所述的轨交信号控制模块健康管理系统，其特征在于，健康信息传输通道通过设备的通信总线上传本板信息，以低优先级方式实时上报至数据处理子系统；通信总线为以太网、can或mvb。9.根据权利要求6所述的轨交信号控制模块健康管理系统，其特征在于，存储模块，采用非易失性存储，在出厂时写入板卡序列号、板卡类别、软硬件版本号，在运行时，保存运行、告警和故障信息,告警与故障信息以异常代码方式记录，维修和检修时，保存维修和检修记录，存储行为贯穿本板整个生命周期，且存储内容不可擦除，且除处理器模块外不可写入任何数据。10.根据权利要求6所述的轨交信号控制模块健康管理系统，其特征在于，rfid模块由射频模块和天线模块组成，天线模块为插接式。

技术总结
本发明公开一种单板健康判定方法，包括如下步骤：步骤1、单板模拟量采集和判断；步骤2、通讯通道状态判断；步骤3、表决通道状态判断；步骤4、同步通道状态判断。本发明还公开一种轨交信号控制模块健康管理系统，轨交信号控制模块由多个单板组成，包括数据采集子系统、数据处理子系统和设备管理子系统。优点：本发明，能够实现单板级别的健康管理，能够有效分析和判断单板的健康程度，且可以在单板全生命周期内，均能够较方便获取单板关键状态信息，有助于提高系统维修维护效率并降低成本。于提高系统维修维护效率并降低成本。于提高系统维修维护效率并降低成本。


技术研发人员：齐坤 郑宇 王悦 齐永
受保护的技术使用者：江苏华创微系统有限公司
技术研发日：2022.10.09
技术公布日：2023/1/17