專利名稱：通信管理機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是電力及工業(yè)自動化系統(tǒng)中的通信管理裝置，負責(zé)不同廠家、 不同型號、不同通信接口的自動化設(shè)備間的通信集成。
背景技術(shù)：
目前，解決電力及工業(yè)自動化系統(tǒng)中的通信集成的問題的方法主要是通過配置工 控機及多串口卡，在工控機平臺下開發(fā)規(guī)約轉(zhuǎn)換軟件。這種方法雖然實現(xiàn)比較簡單， 但系統(tǒng)容易受病毒攻擊和操作人員誤操作而導(dǎo)致系統(tǒng)整體癱瘓，不能保證系統(tǒng)長時間 工作，甚至影響到遠方調(diào)度系統(tǒng)的監(jiān)控。而且由于各串口軟件及各規(guī)約轉(zhuǎn)換軟件均是 在同一臺工控機上運行，這樣就增加了工控機的負擔(dān)，使系統(tǒng)的通信響應(yīng)速度大大降 低，另外，由于電力系統(tǒng)的電磁干擾是非常大的，這種方案另一個缺陷是工控機不一 定能達到電力及工業(yè)系統(tǒng)所要求的電磁兼容性能。
實用新型內(nèi)容
為了概括本實用新型的目的，在這里描述了本實用新型的某些方面、優(yōu)點和新穎 特征。應(yīng)了解，無需所有這些方面、優(yōu)點和特征包含在任一特殊的實施例中。
針對現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，為了保證電力及工業(yè)自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集的不 間斷性，提高系統(tǒng)的無故障時間，本實用新型提供了一種裝置通信管理機。，'該實用新 型的主要功能是負責(zé)整個變電站系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)的采集功能，而后臺監(jiān)控系統(tǒng)只負責(zé) 和通信管理機交換數(shù)據(jù)，這樣就使系統(tǒng)的通信采集功能獨立劃分出去，由通信管理機 專門負責(zé)。即使脫離了站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，站內(nèi)數(shù)據(jù)照樣可以通過通信管理機傳送到遠方 調(diào)度系統(tǒng)。該實用新型能實現(xiàn)不同廠家、不同型號、不同通信接口的自動化設(shè)備間的 通信集成，避免了因后臺監(jiān)控系統(tǒng)故障而造成的其他遠端監(jiān)控系統(tǒng)通信癱瘓的現(xiàn)象， 可保證系統(tǒng)穩(wěn)定、持久地工作。
本實用新型配備有多種通信接口，包括串口、 CAN口、以太網(wǎng)口。支持多種通信 規(guī)約，能實現(xiàn)不同通信接口及不同通信協(xié)議的設(shè)備間的信息共享，通信規(guī)約軟件采用 動態(tài)連接庫，維護方便，支持與多主站通信，能實現(xiàn)雙機互備及單機雙端口瓦備功能， 另外本實用新型還具有自動集中報警功能，裝置能區(qū)分站內(nèi)微機設(shè)備上傳的告警信號
3和故障信號并自動驅(qū)動站內(nèi)的警鈴和汽笛等報警設(shè)備。本實用新型的軟件采用Linux 操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，對Linux裁減內(nèi)核進行了裁減，構(gòu)建小型Linux只讀文件 系統(tǒng)initrd. img. gz，只保留了通信管理機所必需的功能，裁減后的軟件體疾只有2MB 左右的空間，系統(tǒng)的中斷響應(yīng)時間為O. lms，具有極高的實時性。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是硬件采用3U， 19英寸標準工業(yè)機箱，電路板 共分為電源板、主板、人機接口板、總線板、通信板(1-3塊可選)，其中電源板、 主板、通信板采用背插式結(jié)構(gòu)，每塊背插式電路板和人機接口板通過母線板進行電氣 信號連接。本實用新型能達到電磁兼容III級標準，而且內(nèi)置看門狗能保證在無須人 工干預(yù)的情況下系統(tǒng)能自動恢復(fù)。
電源板采用開關(guān)電源模塊，輸出5V、 24V電源供通信管理機其他電路板使用，并 且，電源板配置了8路開關(guān)量輸入和2路開關(guān)量輸出接口，用于采集現(xiàn)場的開關(guān)位置 等信號和驅(qū)動站內(nèi)報警設(shè)備。
本實用新型主板采用細D的LX800系列高性能CPU,主板功耗〈2W,該CPU是基 于X86體系的，支持Lirmx操作系統(tǒng)，主板進總線板的總線是采用的PC104接口 ，其 他電路板均是通過PC104總線開發(fā)的，采用PC104接口的優(yōu)點是可以在現(xiàn)有硬件平臺 基礎(chǔ)上任意擴展所需要的功能。
本實用新型每塊通信板(可選1-3塊)擴展出4路串口 1路CAN口。串口的驅(qū)動 芯片選用MAXIM公司最新的MAX3160芯片，該芯片支持RS232、 RS485、 RS422等3 種通信方式，理論通信速率可達10Mbps，不需要象以往使用的多種芯片組合的方式， 節(jié)省了電路板的空間，提高了通信的可靠性；CAN 口通信支持CAN2.0A標準幀和 CAN2.0B擴展幀通信模式。通信板上所有通信口均采用光電隔離方式，每路通信口采 用獨立的DC/DC直流電源供電，保證每路通信口電磁兼容性能。
本實用新型人機接口板配備了 320*240大屏幕液晶顯示模塊，LCD驅(qū)動軟件支持 所有漢字字庫。支持漢字和圖形顯示模式，8鍵小鍵盤，操作方便，通信指示雙色指 示燈可以顯示各通信口的通信狀態(tài)及系統(tǒng)運行狀態(tài)。
本實用新型的有益效果
本實用新型軟件上釆用了源碼開放的Linux系統(tǒng)平臺，有效地避免了病毒的攻擊， 支持telnet，ftp服務(wù)器。由于標準Linux系統(tǒng)的實時性不高(中斷響應(yīng)時間為10ms), 這種響應(yīng)速度是不太可能運用到工控領(lǐng)域的，所以我們對Linu2. 4的內(nèi)核進行了針對性的裁減，并運用修改Linux時鐘粒度的方法對其實時性進行改造，達到中斷響應(yīng)時 間為0. lms的效果，大大提高了系統(tǒng)的實時性。
在規(guī)約解釋軟件模塊的設(shè)計上，該實用新型采用了動態(tài)連接庫的模式，將規(guī)約解 釋功能模塊化，每個模塊相對獨立，使得現(xiàn)場編程出錯的幾率大大降低，減少了現(xiàn)場 維護工作量，提高了產(chǎn)品的運行穩(wěn)定性。

圖1是本實用新型實施例的裝置背視示意圖； 圖2是本實用新型實施例的主體部分硬件原理框圖； 圖3是本實用新型實施例的軟件框架圖。
具體實施方式

以下通過具體實施例對本實用新型的技術(shù)方案做進一歩的說明。 如圖1所示，本實施例的一種通信管理機，用于構(gòu)建電力及工業(yè)自動化系統(tǒng)，負 責(zé)不同廠家、不同型號、不同通信接口的自動化設(shè)備間的通信集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。
其特征是機箱采用高3U，長19英寸的標準工業(yè)機箱，硬件采用基于X86體系芯片， 支持多串口、多CAN口、多以太網(wǎng)口通信。軟件采用Linux操作系統(tǒng)，規(guī)約解釋部分 的軟件采用Linux下動態(tài)連接庫形式?？梢院投鄠€主站系統(tǒng)同時通信，可實現(xiàn)雙機切 換和單機雙通信口的自動切換。
如圖1、圖2所示，本實用新型的通信管理機，包括外殼和主體部分，所 述外殼采用3U， 19英寸標準工業(yè)機箱，所述主體部分是由液晶顯示模塊和電路板組 成，所述電路板共分為電源板、主板、人機接口板、總線板、通信板，電源板、主板、 通信板采用從機箱背后插入的方式與總線板連接，總線板在機箱中前方(人機接口板 的后面)，人機接口板固定安裝在前面板內(nèi)側(cè)，與總線板連接。主板CPU采用基于X86 的AMD公司的LX800芯片，主板引出端子與總線板連接，引出信號包括PC104總線信 號以及通信板、人機接口板、電源板的控制信號。主板配備兩個以太網(wǎng)口及一個USB 口 。配備3塊通信板，每塊通信板配備4個串行通信口和1個CAN通信口 。串行通信 口采用16C554A擴展，每片16c554A擴展4個串口 ，串行通信口驅(qū)動芯片采用MAX3160 芯片，支持RS232、 RS485、 RS422通信，CAN 口通過SJA1000擴展。
圖1中，裝置各電路板采用背部橫插方式，電源板、主板、通信板通過機箱內(nèi)前 部的母板進行電氣連接，機箱正前面的人機接口板也與母板進行電氣連接。過母板及PC104總線信號將整個系統(tǒng)的電氣信號緊密地連接起來。
如圖3所示，本實施例的通信管理機軟件對Linux2. 4內(nèi)核進行了針對性裁減， 和改造，中斷響應(yīng)時間提高到100us，并制定了只讀的文件系統(tǒng)initrd. img.gz，整 個程序架構(gòu)分為內(nèi)核層、驅(qū)動層、應(yīng)用層。應(yīng)用層負責(zé)通信軟件總調(diào)度功能，規(guī)約及 協(xié)議解釋部分的軟件采用動態(tài)連接庫與應(yīng)用層主程序?qū)谶B接。通信管理機的每個通 信接口均可作為主站和智能設(shè)備通信，也可作為子站與上位機系統(tǒng)進行通信，而且可
以使用多個通信口和上位機系統(tǒng)進行通信。本實施例的通信管理機能實現(xiàn)雙機互備及 雙端口互備的功能。對于雙機互備功能，正常情況下，主機投入運行，備機處于熱備 用狀態(tài)，當(dāng)備用機檢測到主機出現(xiàn)故障，自動將自己切換為主機投入運行，原主機自 動切換為備用機，切換過程無須人員干預(yù)；對于雙端口互備功能，正常情況下，主口 工作，備口處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)主口出現(xiàn)故障時，備口自動檢測到故障并自動切換為 主通信口投入運行，并關(guān)閉原先的主口，實現(xiàn)各通信口間的無縫切換。
圖3中，整個軟件框架可分為驅(qū)動層、內(nèi)核層、用戶層，將軟件分層設(shè)計的思想 有利于軟件的維護和移植。驅(qū)動層軟件負責(zé)維維護各硬件模塊的工作，內(nèi)核層負責(zé)整 個操作系統(tǒng)的調(diào)度和工作，并提供給API函數(shù)接口供用戶層調(diào)用，用戶層是處于最上 層，可以通過內(nèi)核層直接訪問驅(qū)動層的數(shù)據(jù)，編寫的主通信程序就處于用戶層，主通 信程序部分負責(zé)提供友好的人機界面，通信程序的調(diào)度等工作，其中使用了一項比較 關(guān)鍵的技術(shù)動態(tài)連接庫，將動態(tài)連接庫嵌入到主通信程序框架中就可以實現(xiàn)對各種 協(xié)議的解析，而且各動態(tài)連接庫互相獨立。使用這種分層次的軟件框架可以有效減少 軟件出錯的幾率，目前市場上的嵌入式產(chǎn)品很少使用這種技術(shù)，因為這種技術(shù)必須靠 強大的操作系統(tǒng)支撐。
雖然本實用新型己以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本實用新型， 任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本實用新型之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾， 因此本實用新型的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求保護范圍所界定的為準。
權(quán)利要求1、一種通信管理機，包括外殼和主體部分，所述外殼采用3U，19英寸標準工業(yè)機箱，其特征在于所述主體部分是由液晶顯示模塊和電路板組成，所述電路板共分為電源板、主板、人機接口板、總線板、通信板，其中電源板、主板、通信板采用背插式結(jié)構(gòu)，每塊背插式電路板和人機接口板通過母線板進行電氣信號連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信管理機，其特征在于所述電源板采用開關(guān)電源，輸出5V、 24V電源供其他電路板使用，并且，電源板配置了8路開關(guān)量輸入和2路開 關(guān)量輸出接口，用于采集現(xiàn)場的開關(guān)位置等信號和驅(qū)動站內(nèi)報警設(shè)備。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信管理機，其特征在于電源板、主板、通信板釆 用從機箱背后插入的方式與總線板連接，總線板在機箱中前方，人機接口板的后面， 人機接口板固定安裝在前面板內(nèi)側(cè)，與總線板連接。 ，
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信管理機，其特征在于所述主板釆用AMD的LX800 系列高性能CPU,主板進總線板的總線是采甩的PC104接口，其他電路板均是通過 PC104總線開發(fā)的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的通信管理機，其特征在于采用基于X86的AMD公司 的LX800 CPU，主板引出端子與總線板連接，引出信號包括PC104總線信號以及通信 板、人機接口板、電源板的控制信號，主板配備兩個以太網(wǎng)口及一個USB口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信管理機，其特征在于所述通信板可選l-3塊， 每塊通信板配備4個串行通信口和1個CAN通信口 ，串行通信口采用16C554A擴展， 每片16C554A擴展4個串口，串行通信口驅(qū)動芯片采用MAX3160芯片，支持RS232、 RS485、 RS422通信，CAN 口通過SJA1000擴展，CAN 口通信支持CAN2. 0標準幀和擴 展幀通信模式。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的通信管理機，其特征在于所述通信板上每路通信口 均采用光電隔離方式，每路通信口釆用獨立的DC/DC直流電源供電，保證每路通信口 電磁兼容性能。
專利摘要本實用新型公開了一種通信管理機，用于構(gòu)建電力及工業(yè)自動化系統(tǒng)，負責(zé)不同廠家、不同型號、不同通信接口的自動化設(shè)備間的通信集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。其特征是機箱采用高3U，長19英寸的標準工業(yè)機箱，硬件采用基于X86體系芯片，支持多串口、多CAN口、多以太網(wǎng)口通信。軟件采用Linux操作系統(tǒng)，規(guī)約解釋部分的軟件采用Linux下動態(tài)連接庫形式?？梢院投鄠€主站系統(tǒng)同時通信，可實現(xiàn)雙機互備和單機雙端口互備。
文檔編號H04L12/28GK201282478SQ200820186938
公開日2009年7月29日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者杭 張, 王俊峰, 趙新明 申請人:南京因泰萊電器股份有限公司