技术领域
[0001] 本
发明涉及车载空调控制的技术领域，具体是集成KW平台的列车空调控制器。
背景技术
[0002] 在发展非常迅速的城市轨道交通行业，乘客对乘车环境的要求越来越高，促使着车载空调扮演的
角色极其重要。车载空调机组主要由机械部分和控制部分组成，在既有的空调机械部分的
基础上，其控制系统的性能优越程度在某种意义上体现了空调机组的性能好坏。
[0003] 传统空调使用的是通用PLC控制器，虽然使用方便，但是要扩展列车级通信功能，就显得
力不从心。其无法有效支持列车专用通信网络，对于轨道交通行业内的
现场总线通信及以太网通信，在实现标准上存在较大差异。而对于普通的引入
嵌入式系统的空调控制器，虽可提供通信
接口，但空调控制逻辑编写复杂，维护成本高。
[0004] 德国科维
软件(KW-Software，以下简称KW)有限公司成立于1981年，总部位于德国雷蒙哥(Lemgo)，并在中国、日本和美国设有分支机构。德国科维软件公司是第一个开发符合IEC 61131国际标准产品的公司之一，是该标准的制定者之一，也是PLCopen国际组织的七个发起单位之一。这一点以及高度结构化的先进的系统设计使得德国科维软件公司成为全球领先的自动化系统的PLC软件供给商。KW Software解决方案，包括：
[0005] (1)MULTIPROG-IEC 61131编程系统。MULTIPROG是一个可以适配和集成到任何控制系统并答应对客户部分做个别
修改的IEC 61131编程系统。由于系统支持所有5种IEC 61131-3语言，程序员可以根据自己的偏好或者程序的要求，选择任何文本语言(IL和ST)或图形语言(LD、FBD和SFC)，来完成它的工作任务。
[0006] (2)ProConOS-IEC 61131PLC控制引擎。PLC运行系统ProConOS(Programmable Controller Operating System可编程控制器
操作系统)是基于一个标准的多任务操纵系统，支持抢占式多任务调度。能够通过其I/O接口进行功能扩展，实现与各种现场总线以及专用的I/O系统通讯，具有强大的伸缩性和灵活性。经过优化编译的本地代码，使得IEC应用程序可以具有纳秒级的运行效率。16优先级结构能够保证抢占式多任务调度的
框架里总有足够的时间来处理控制系统与编程系统、OPC
服务器以及调试等方面的通讯，保证了其卓越的运行效率和可靠性。
发明内容
[0007] 本发明的
主要发明目的是：提供一种满足IEC61131‐3标准的，具备二次逻辑开发功能的，多种网络制式以及能够实时控制的集成KW平台的列车空调控制器。
[0008] 次要目的是：本方案通过应用逻辑在线及离线仿真，能够提高空调控制器模拟的可测性，降低开发难度。
[0009] 再次要目的是：本方案通过智能
温度控制、智能滤波、机组
压缩机寿命管理以及故障诊断及时间记录，提高列车空调控制器的综合性能。
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种集成KW平台的列车空调控制器，该空调控制器采用平台化
硬件及平台化软件架构设计；
[0011] 所述平台化软件架构，包括Cortex-M4
内核处理器
固件库、应用程序处理模
块、所述ProConOS eCLR内核模块、二次开发平台以及符合IEC61131-3标准的PLC运行实时系统；
[0012] 所述Cortex-M4内核处理器固件库用于提供标准芯片外设驱动；
[0013] 所述应用程序处理模块包括实时操作系统、中断处理单元、外设操作单元以及
算法库；所述实时操作系统用于提供任务调度管理，中断处理单元用于中断操作管理，外设操作单元用于提供通用驱动
访问逻辑控制，算法库用于提供标准算法功能函数；
[0014] 所述ProConOS eCLR内核模块包括功能/功能块、实时操作系统接口、共享内存区以及I/O驱动单元；所述功能/功能块用于为应用任务提供标准功能块调用函数，实时操作系统接口用于为eCLR内核提供操作系统功能访问，共享内存区为eCLR内核提供系统数据交互，I/O驱动单元用于为eCLR内核提供系统I/O访问的驱动数据；
[0015] 所述二次开发平台包括编程开发单元及C#固件库，所述编程开发单元与C#固件库连接，所述编程开发单元用于支持功能块图、梯形图、结构化文本、指令表及顺序
流程图编程，所述C#固件库用于存储功能块的算法数据；
[0016] 所述平台化硬件包括基于Cortex-M4内核的处理器、CPLD芯片、ADC模拟量
电路、可选配的多种
通信接口以及数据存储芯片；
[0017] 所述CPLD芯片用于处理I/O驱动单元的安全逻辑判断；
[0018] 所述ADC模拟量电路负责温度的采集；
[0019] 所述可选配的多种通信接口，包括MVB接口、RS232接口、CAN接口、以太网接口以及USB接口；
[0020] 所述数据存储芯片，用于存储运行过程中的数据及状态数据，以及空调控制的机组管理数据，还用于机组寿命均衡管理及出现异常时查询历史数据进行分析。
[0021] 本发明的有益效果在于：区别于传统的PLC控制器无法支持列车专用通信网络，以及使用常规嵌入式系统空调控制器的应用逻辑编写复杂、维护成本高的问题，本发明一种集成KW平台的列车空调控制器，在处理器中集成了ProConOS eCLR内核模块，包括功能/功能块、实时操作系统接口、内存共享区以及I/O驱动单元，通过集成ProConOS eCLR内核模块，支持Multiprog KW软件开发工具进行图形化的应用逻辑二次开发，实现统一的空调逻辑控制功能开发，满足通用性，灵活性和可扩展性等需求；该实时操作系统接口包括MVB接口、RS232接口、CAN接口、以太网等通信接口以及USB接口，能够支持MVB网络、CAN Open网络、以太网、HDLC网络以及RS485网络，确保空调控制逻辑透明度最大化，保证整个系统的安全可靠性，并在硬件上提供各种通讯接口，提高产品的信息化程度。
附图说明
[0022] 图1为本发明集成KW平台的列出空调控制器的硬件方
框图；
[0023] 图2为本发明集成KW平台的列出空调控制器的软件架构图。
[0024] 标号说明：
[0025] 1、基于CortexM4内核处理器的平台软件；
[0026] 2、Cortex-M4内核处理器固件库； 3、应用程序处理模块；
[0027] 4、ProConOS eCLR内核模块； 5、二次开发平台。
具体实施方式
[0028] 为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0029] 关键词定义：
[0030] 1、ProConOS eCLR(Programmable Controller Operating System embedded Common Language Runtime)是KW-Software开发最新一代的PLC运行系统，符合IEC61131标准，可以满足不同的自动化应用；
[0031] 2、IEC 61131-3标准：IEC 61131是国际电工委员会(IEC)制定的可编程逻辑控制器标准；
[0032] 3、MVB:多功能车辆总线(MultifunctI/On Vehicle Bus)，它是列车通信网TCN的一部分，TCN网络由MVB+WTB构成；
[0033] 4、CAN：CAN是
控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)的简称，是由研发和生产
汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准(ISO11898)。是国际上应用最广泛的现场总线之一；
[0034] 5、HMI：HMI是Human Machine Interface的缩写，“人机接口”，也叫
人机界面。人机界面(又称
用户界面或使用者界面)是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面；
[0035] 6、ETH：以太网(Ethernet)的缩写，指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的
电缆上。以太网与IEEE802.3系列标准相类似；
[0036] 7、USB：USB，是英文Universal Serial Bus(通用
串行总线)的缩写，而其中文简称为“通串线”，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯；
[0037] 8、RAM：随机存取
存储器(英文：random access memory，RAM)又称作“随机存储器”，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介；
[0038] 9、CPLD：CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂
可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路；
[0039] 10、FLASH：flash是存储芯片的一种，通过特定的程序可以修改里面的数据。FLASH在电子以及
半导体领域内往往表示Flash Memory的意思，即平时所说的“闪存”，全名叫Flash EEPROM Memory；
[0040] 11、DO：
数字量输出(Digital output)；
[0041] 12、DI：数字量输入(Digital input)。
[0042] 本发明最关键的构思在于:本方案通过集成ProConOS eCLR内核模块，支持Multiprog软件开发工具进行图形化的应用逻辑二次开发。通过集成专用于地
铁列车空调控制的
软件模块，以及硬件电路，并提供多种可选配的列车级通信接口，使得这款控制器在地铁空调控制应用开发与运行维护方面具有良好的应用前景。
[0043] 请参照图1及图2，一种集成KW平台的列车空调控制器，该空调控制器采用平台化硬件及平台化软件架构设计；所述平台化软件架构，包括所述平台
软件包括Cortex-M4内核处理器固件库2、应用程序处理模块3、所述ProConOS eCLR内核模块4、二次开发平台5以及符合IEC61131-3标准的PLC运行实时系统，其中，基于CortexM4内核处理器的平台软件1包括Cortex-M4内核处理器固件库2、应用程序处理模块3以及ProConOS eCLR内核模块4，基于CortexM4内核处理器的平台软件1通过开放式接口可适配多种通讯方式(如RS232/CAN/MVB/以太网等)与二次开发平台5通信连接；
[0044] 所述Cortex-M4内核处理器固件库2用于提供标准芯片外设驱动；
[0045] 所述应用程序处理模块3包括实时操作系统、中断处理单元、外设操作单元以及算法库；所述实时操作系统用于提供任务调度管理，中断处理单元用于中断操作管理，外设操作单元用于提供通用驱动访问逻辑控制，算法库用于提供标准算法功能函数；
[0046] 所述ProConOS eCLR内核模块4包括功能/功能块、实时操作系统接口、共享内存区以及I/O驱动单元；所述功能/功能块用于为应用任务提供标准功能块调用函数，实时操作系统接口用于为eCLR内核提供操作系统功能访问，共享内存区为eCLR内核提供系统数据交互，I/O驱动单元用于为eCLR内核提供系统I/O访问的驱动数据；
[0047] 所述二次开发平台5包括编程开发单元及C#固件库，所述编程开发单元与C#固件库连接，所述编程开发单元用于支持功能块图、梯形图、结构化文本、指令表及顺序流程图编程，所述C#固件库用于存储功能块的算法数据；
[0048] 所述平台化硬件包括基于Cortex-M4内核的处理器、CPLD芯片、ADC模拟量电路、可选配的多种通信接口、数据存储芯片、Flash、DI接口、DO接口、串口、电源以及HMI接口等；
[0049] 所述CPLD芯片用于处理I/O驱动单元的安全逻辑判断；
[0050] 所述ADC模拟量电路负责温度的采集；
[0051] 所述可选配的多种通信接口，包括MVB接口、RS232接口、CAN接口、以太网接口以及USB接口；
[0052] 所述数据存储芯片，用于存储运行过程中的数据及状态数据，以及空调控制的机组管理数据，还用于机组寿命均衡管理及出现异常时查询历史数据进行分析。其中，各个功能单元间相互协作，以实时操作系统为依托，通过标准库及驱动，为eCLR内核提供运行
支撑，以实现应用逻辑的正常运作。
[0053] 上述的处理器选用STM32F4处理器，将I/O驱动单元的安全处理逻辑，集成进入CPLD芯片，使其应对异常问题时更加安全可靠。
[0054] 从上述描述可知，本发明的有益效果在于：区别于传统的PLC控制器无法支持列车专用通信网络，以及使用常规嵌入式系统空调控制器的应用逻辑编写复杂、维护成本高的问题，本发明提供一种满足IEC61131标准的集成KW平台的空调控制器。该空调控制器在处理器中集成了ProConOS eCLR内核模块，包括功能/功能块、实时操作系统接口、内存共享区以及I/O驱动单元，通过集成ProConOS eCLR内核模块，支持Multiprog KW软件开发工具进行图形化的应用逻辑二次开发，实现统一的空调逻辑控制功能开发，满足通用性，灵活性和可扩展性等需求；该实时操作系统接口包括MVB接口、RS232接口、CAN接口、以太网等通信接口以及USB接口，能够支持MVB网络、CAN Open网络、以太网、HDLC网络以及RS485网络，确保空调控制逻辑透明度最大化，保证整个系统的安全可靠性，并在硬件上提供各种通讯接口，提高产品的信息化程度。
[0055] 进一步的，所述二次开发平台5还包括在线监测及仿真模块，用于对实时操作系统接口进行在线监测及仿真测试。空调控制的应用逻辑在线及离线仿真，提高空调控制的模拟的可测试性，降低开发难度。变量在线监视、强制和
覆盖功能，允许对程序设置断点和单步调试，并且支持以太网模式下的远程多点更新和仿真，便于分布式网络的软件升级[0056] 进一步的，所述二次开发平台5还包括温控模块，用于将列车内温度变化量传递给处理器，并根据的处理器的反馈数据调整机组当前的送
风量、制冷量或制热量。该温控模块完全符合UIC553标准的自动温控设定，温控模块可以根据温度变化趋势，及时调整机组当前制冷量或制热量。并可根据温度
传感器网络，实时
感知区域温差，及时调整送风量与制冷量或制热量，为旅客制造一个舒适的乘坐环境。
[0057] 进一步的，所述二次开发平台5还包括乘客与
环境温度综合决策模块，用于根据获取的载客量信息并结合列车内温度变化量数据补偿温控值。乘客与环境温度综合决策模块可以根据获取载客量信息。结合温度传感器网络采集的数据，适时对温控值进行补偿，以到达预测温度变化趋势，并提前调整的效果。极大地减少客室温度的大幅变化，满足客户对于舒适度的要求。除此之外，对于风量的控制，在此过程也进行了补偿。在保持客室空气清洁度与节能控制间，达到一个良好的平衡点。
[0058] 进一步的，所述二次开发平台5还包括故障诊断模块，用于动态监测反馈
信号并送入处理器进行
数据处理得到三个故障等级数据，根据严重故障等级数据直接封
锁对应的输出通道，根据中度故障及低度故障限次尝试启动机组。动态监测所有机组的反馈信号，将
接触器动作状态，压缩机高低压异常，各辅机过载，通信等信号源，分别送入专用处理器进行计算得出故障等级。根据故障等级，对于严重故障等级，直接封锁相应的输出通路，使其影响范围不会继续扩大。对于中度及低度故障等级，则采取限次尝试启动的原则，尽量维持机组工作，以减少对乘客的影响。
[0059] 进一步的，所述二次开发平台5还包括事件记录模块，用于记录故障发生时间、事件代码、故障发生的环境变量、I/O变量以及控制变量。针对机组故障的发生与消失均进行记录。包括故障发生时间，事件代码，故障发生的环境变量，I/O变量，以及重要控制参数。并且根据地铁列车的特殊情况，加入了故障发生前后30秒控制数据的连续记录。通过维护软件，可以离线回溯当时的状况。这些数据为后期故障分析与产品
质量提升提供了坚实的数据基础。
[0060] 进一步的，所述二次开发平台5还包括压缩机寿命管理模块，用于对压缩机的工作时间进行累积记录，动态均衡所有压缩机的工作时间。对于多压缩机系统，均衡各台压缩机的累积工作时间，变得尤为重要。以往的系统没有对压缩机的工作时间进行累积记录，导致压缩机按照固定的时序进行启停，这种做法导致了多台压缩机间，工作时间的严重不均衡，使得部分压缩机使用寿命提前到限。通过此管理模块，控制器可以动态均衡所有压缩机的工作时间，此策略应用于所有的压缩机启停工况，为机组有效降低了运维成本。
[0061] 进一步的，所述二次开发平台5还包括温度传感器智能
滤波器，用于滤除温度变化量的
干扰信号并结合采信值进行偏差补偿，得到的温度数据的漂移范围为-0.1-0.1摄氏度。地铁车辆运行过程中，由于空调机组置于客室顶部，控制器与机组及传感器相距较远。各种干扰信号通过
导线会传输至检测回路。不可避免的在检测端，接收到
扰动信号，有时这种扰动是持续的，无规律的。这样，就需要一个强大的滤波器，对干扰信号进行有效过滤，以防其影响控制效果。系统集成的智能滤波器，根据温控特性，及干扰信号性质，准确识别干扰信号并结合采信值，进行偏差补偿，使得干扰情况下温度漂移限制在±0.1度。
[0062] 综上所述，本发明提供的一种满足IEC61131标准的集成KW平台的空调控制器。该控制器采用平台化硬件及平台化软件架构设计；基于Cortex-M4内核的处理器、CPLD芯片、ADC模拟量电路、可选配的多种通信接口、数据存储芯片等构成了空调控制器的硬件。软件方面，包括Cortex-M4内核处理器固件库、应用程序处理模块以及ProConOS eCLR内核模块等，实现了对空调核心功能的实时控制。上述的可选配多种列车通信网络接口，能够有效支持MVB网络、CAN Open网络、以太网、HDLC网络以及RS485网络，能够适应列车网络多样化的需求，并提高产品的信息化程度。通过集成eroConOS eCLR内核模块，支持Multiprog KW软件开发工具进行图形化的应用逻辑二次开发，支持应用逻辑的在线监控、离线仿真及单步调试，将应用逻辑的透明度最大化，并通过ProConPS实时引擎提供的事件及周期任务接口，可以快速建立实时的、多线程的，符合IEC 61131标准的高可靠性与可用性的控制任务，为客户独立进行空调控制应用逻辑的二次开发提供条件。并且本方案的控制系统具备良好的灵活性与可扩展性，可以广泛应用于各型地铁列车。
[0063] 以上所述仅为本发明的
实施例，并非因此限制本发明的
专利范围，凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
