專利名稱：一種具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信設(shè)備，特別是涉及一種具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機。
背景技術(shù)：
通信管理機是一種嵌入式智能通信裝置，一般包括CPU、以太網(wǎng)通信模塊、以太網(wǎng)交換模塊、串口通信模塊、存儲模塊和電源模塊。用于采集和轉(zhuǎn)發(fā)自動化系統(tǒng)如變配電現(xiàn)場所有的設(shè)備數(shù)據(jù)，并通過用戶指定的通訊協(xié)議以及以太網(wǎng)或/和串口通訊介質(zhì)集中送往遠方監(jiān)控主機，同時將遠方監(jiān)控主機的命令傳遞給各測控裝置，實現(xiàn)監(jiān)控主機對整個現(xiàn)場的遠程控制與整定。一些CPU內(nèi)嵌有協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的通信管理機，還可以解決自動化系統(tǒng)中各種不同通信協(xié)議、不同通信標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換解析以及相應(yīng)異構(gòu)系統(tǒng)之間的設(shè)備通信互聯(lián)與互動操作。然而，在智能設(shè)備安裝比較分散或者數(shù)量比較多的變配電現(xiàn)場，需要將多個通信管 理機通過以太網(wǎng)交換機連接到監(jiān)控主機上，所述以太網(wǎng)交換機是基于以太網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)的交換機，其結(jié)構(gòu)是每個端口都直接與所述通信管理機相連，并且工作在全雙工方式，交換機能同時連通許多對端口，使每一對相互通信的所述通信管理機都能獨立進行無沖突地傳送數(shù)據(jù)，所述以太網(wǎng)是采用共享總線型傳送媒體方式的局域網(wǎng)。然而，將多個分散安裝在相應(yīng)通信節(jié)點的通信管理機的組網(wǎng)是采用如圖I所示的星型連接方式，不僅走線多，布線麻煩，施工成本和維護成本高，而且每個通信管理機只有一條線路與以太網(wǎng)交換機連接，一旦這條線路出現(xiàn)斷開故障，這個通信管理機就不能與監(jiān)控主機通信。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是彌補上述通信管理機采用星形連接方式與以太網(wǎng)交換機連接的缺陷，提供一種具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機。本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以解決。這種具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，包括內(nèi)嵌有協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的CPU、以太網(wǎng)通信模塊、以太網(wǎng)交換模塊、串口通信模塊、存儲模塊和電源模塊，用于采集和轉(zhuǎn)發(fā)自動化系統(tǒng)所有的設(shè)備數(shù)據(jù)，并通過用戶指定的通訊協(xié)議以及以太網(wǎng)或/和串口通訊介質(zhì)集中送往遠方監(jiān)控主機，同時將遠方監(jiān)控主機的命令傳遞給各測控裝置，實現(xiàn)監(jiān)控主機對整個現(xiàn)場的遠程控制與整定，并解決自動化系統(tǒng)中各種不同通信協(xié)議、不同通信標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換解析以及相應(yīng)異構(gòu)系統(tǒng)之間的設(shè)備通信互聯(lián)與互動操作，所述通信協(xié)議包括通用異步接收/發(fā)送裝置(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,縮略詞為 UART)通信協(xié)議和以太網(wǎng)通協(xié)議。這種具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機的特點是所述CPU還內(nèi)嵌有以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊和WEB配置模塊。所述以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊采用自主環(huán)網(wǎng)算法，執(zhí)行生成樹協(xié)議(Spanning TreeProtocol,縮略詞為STP)和快速生成樹協(xié)議(Rapid Spanning Tree Protocol,縮略詞為RSTP)，具有環(huán)網(wǎng)功能，使多個分散安裝在相應(yīng)通信節(jié)點的通信管理機的組網(wǎng)采用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)連接方式與所述以太網(wǎng)交換機連接，在以太網(wǎng)工作正常時，內(nèi)嵌在CPU的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊將自動阻塞一條鏈路作為備用鏈路，即斷開其中一條鏈路，在另外一條鏈路工作不正常時再啟用，以確保網(wǎng)絡(luò)正常工作。所述WEB配置模塊用于配置串口相關(guān)參數(shù)及工作模式，以及以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)端口及環(huán)網(wǎng)類型，通信管理機通過以上參數(shù)配置按照對應(yīng)參數(shù)進行數(shù)據(jù)包的解析和打包，實現(xiàn)UART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議之間的互相轉(zhuǎn)換，所述參數(shù)包括設(shè)備名稱、型號，軟件版本和IP地址。所述以太網(wǎng)交換模塊包括至少兩個以太網(wǎng)接口，其中的任意兩個用于環(huán)網(wǎng)連接的以太網(wǎng)接口，分別與環(huán)網(wǎng)連接在依次為前后的另外兩個通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的一個以太網(wǎng)接口逐一連接呈環(huán)狀，排列在前面的一個通信管理機的第二個以太網(wǎng)接口與依次排列其后的另一個通信管理機的第一個以太網(wǎng)接口互相連接，排列在最后的一個通信管理機的第二個以太網(wǎng)接口與具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第二個通信交換用以太網(wǎng)接口連接，排列在最前面的一個通信管理機的第一個以太網(wǎng)接口與具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第一個通信交換用以太網(wǎng)接口連接；其中的第三個以太網(wǎng)接口用于直接與監(jiān)控主機互聯(lián)，或者通過以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)和監(jiān)控主機互聯(lián)。 本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下進一步的技術(shù)方案予以解決。所述以太網(wǎng)交換模塊是執(zhí)行自主冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議的以太網(wǎng)交換模塊，具有以太網(wǎng)鏈路兀余與故障快速自動恢復(fù)能力，自愈時間在20ms以內(nèi)，當(dāng)以太網(wǎng)工作不正常時，內(nèi)嵌在CPU的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊自動阻塞的備用鏈路在20ms以內(nèi)自動啟用，快速恢復(fù)鏈路通信，以確保網(wǎng)絡(luò)正常工作。優(yōu)選的是，所述以太網(wǎng)交換模塊是基于瀏覽器簡易管理的以太網(wǎng)交換模塊，用于向所述串口通信模塊進行數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換，其包括設(shè)有至少兩個PHY接口的Switch芯片，以及與至少兩個以太網(wǎng)接口分別連接的至少兩個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊，所述Switch芯片的至少兩個PHY接口分別通過至少兩個以太網(wǎng)接口與所述至少兩個RJ45和/
或光纖收發(fā)模塊--對應(yīng)連接，還通過介質(zhì)無關(guān)接口(Media Independent Interface,縮
略詞為Mil)與所述CPU連接，通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議，所述Switch芯片實現(xiàn)多個以太網(wǎng)接口的擴展，并實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包在不同以太網(wǎng)接口之間的交換。所述至少兩個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊分別與所述電源模塊連接，所述至少兩個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊和對應(yīng)的以太網(wǎng)RJ45接口或者光纖接口連接實現(xiàn)通信，其中RJ45接口通信距離約100m，光纖接口通信距離為2 120km。所述串口通信模塊包括至少兩個RS232/RS485/RS422電路，所述RS232/RS485/RS422電路的物理層接口為RS232和/或RS485和/或RS422，分別與CPU的至少兩個UART接口連接，通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)UART協(xié)議。所述串口通信模塊的物理層接口 RS232、RS485和RS422還分別與多種類型的數(shù)據(jù)采集終端連接進行通信，其中RS485和RS422的同一個串口以菊花鏈結(jié)構(gòu)與多個同類型的數(shù)據(jù)采集終端連接進行通信，用于從數(shù)據(jù)采集終端獲取數(shù)據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下再進一步的技術(shù)方案予以解決。所述CPU是采用ARM公司的Cortex_M3處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)的CPU。所述以太網(wǎng)接口是以太網(wǎng)光接口和以太網(wǎng)電接口中的一種。
優(yōu)選的是，所述以太網(wǎng)接口是和內(nèi)部電路電氣隔離的以太網(wǎng)接口，以便應(yīng)用在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中。優(yōu)選的是，所述串口通信模塊包括兩個RS232/RS485/RS422電路，且設(shè)有兩個隔離電路，所述兩個RS232/RS485/RS422電路分別通過兩個UART接口與所述兩個隔離電路連接，所述兩個隔離電路再通過CPU的兩個UART接口與所述CPU連接。所述存儲模塊包括鐵電存儲器，所述鐵電存儲器通過串行外圍接口(SerialPeripheral Interface,縮略詞為SPI)接口與所述CPU連接,還與所述電源模塊連接,用于存儲程序運行過程中的定值參數(shù)。所述電源模塊采用開關(guān)電源設(shè)計，輸入電壓范圍95VDC/AC 250VDC/AC± 10%，頻率為47Hz 440Hz。本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下進一步的技術(shù)方案予以解決。
所述UART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議的互相轉(zhuǎn)換的過程包括以下步驟I)某個具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機的串口通信模塊從終端設(shè)備獲取串口格式的數(shù)據(jù)包，由CPU分解出實際采集信號數(shù)據(jù)；2)將所述實際采集信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滿足以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包；3)將以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包依次通過環(huán)網(wǎng)連接的其它具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口實時地傳送至監(jiān)控主機；4)由監(jiān)控主機對獲取的數(shù)據(jù)包進行處理；5)在監(jiān)控主機的顯示器顯示按照以太網(wǎng)協(xié)議還原出數(shù)據(jù)采集終端得到的實際采集信號數(shù)據(jù)，或者采用預(yù)先設(shè)定的邏輯計算獲取控制信號數(shù)據(jù)；6)將獲取的控制信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滿足以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包；7)將以太網(wǎng)傳送格式數(shù)據(jù)包依次通過環(huán)網(wǎng)連接的其它具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口實時地回送至環(huán)網(wǎng)連接的某個具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機；8)某個具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機按照以太網(wǎng)協(xié)議CPU分解出實際控制信號數(shù)據(jù)，暫時存儲于其存儲模塊中，且CPU轉(zhuǎn)換成滿足串口通信格式的數(shù)據(jù)包分時、分包傳送至終端設(shè)備，實現(xiàn)控制功能。本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下再進一步的技術(shù)方案予以解決。所述UART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議的互相轉(zhuǎn)換的過程中，步驟3)是將以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包依次通過環(huán)網(wǎng)連接的其它具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口、具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第三個通信交換用以太網(wǎng)接口實時地傳送至監(jiān)控主機。步驟4)是由監(jiān)控主機對從具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第三個通信交換用以太網(wǎng)接口獲取的數(shù)據(jù)包進行處理。步驟7)是將以太網(wǎng)傳送格式數(shù)據(jù)包依次通過具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機第三個通信交換用以太網(wǎng)接口、第一個通信交換用以太網(wǎng)接口或第二個通信交換用以太網(wǎng)接口、環(huán)網(wǎng)連接的其它具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口實時地回送至環(huán)網(wǎng)連接的某個具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是
本發(fā)明的通信管理機通過內(nèi)嵌自主快速環(huán)網(wǎng)算法，增加了以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)連接的拓撲結(jié)構(gòu)，并且自主環(huán)網(wǎng)算法遵循STP和RSTP標(biāo)準(zhǔn)，具有環(huán)網(wǎng)功能。將多個分散的通信節(jié)點的通信管理機與終端組網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)連接方式，顯著簡化了工業(yè)現(xiàn)場的布線長度和通信設(shè)備數(shù)量，降低了成本，還簡化了組網(wǎng)步驟，組網(wǎng)更加靈活，施工更加方便。相比于現(xiàn)有的星形、樹形等傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，通信可靠性也有明顯提高，可以廣泛應(yīng)用于各類變配電自動化系統(tǒng)，如無人值守變電站、電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)、水電站自動化系統(tǒng)、變電站自動化系統(tǒng)、發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)、企業(yè)變配電自動化系統(tǒng)、調(diào)度/集控自動化子站系統(tǒng)、保護管理子站系統(tǒng)。


圖I是現(xiàn)有通信管理機的星型連接圖；圖2是本發(fā)明具體實施方式
的組成方框圖；圖3是本發(fā)明具體實施方式
的環(huán)網(wǎng)連接圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
并對照附圖對本發(fā)明進行說明。一種如圖2、3所示的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機2，包括內(nèi)嵌有協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊和WEB配置模塊的CPU、以太網(wǎng)通信模塊、以太網(wǎng)交換模塊、串口通信模塊、存儲模塊和電源模塊，用于采集和轉(zhuǎn)發(fā)自動化系統(tǒng)所有的設(shè)備數(shù)據(jù)，并通過用戶指定的通訊協(xié)議以及以太網(wǎng)或/和串口通訊介質(zhì)集中送往遠方監(jiān)控主機，同時將遠方監(jiān)控主機的命令傳遞給各測控裝置，實現(xiàn)監(jiān)控主機對整個現(xiàn)場的遠程控制與整定，并解決自動化系統(tǒng)中各種不同通信協(xié)議、不同通信標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換解析以及相應(yīng)異構(gòu)系統(tǒng)之間的設(shè)備通信互聯(lián)與互動操作，所述通信協(xié)議包括UART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議。CPU采用ARM公司的Cortex_M3處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)，其以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊采用自主環(huán)網(wǎng)算法，執(zhí)行STP和RSTP，具有環(huán)網(wǎng)功能，使多個分散安裝在相應(yīng)通信節(jié)點的通信管理機的組網(wǎng)采用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)連接方式與所述以太網(wǎng)交換機連接，在以太網(wǎng)工作正常時，內(nèi)嵌在CPU的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊將自動阻塞一條鏈路作為備用鏈路，即斷開其中一條鏈路，在另外一條鏈路工作不正常時再啟用，以確保網(wǎng)絡(luò)正常工作。CPU的WEB配置模塊用于配置串口相關(guān)參數(shù)及工作模式，以及以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)端口及環(huán)網(wǎng)類型，通信管理機通過以上參數(shù)配置按照對應(yīng)參數(shù)進行數(shù)據(jù)包的解析和打包，實現(xiàn)UART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議之間的互相轉(zhuǎn)換，相關(guān)參數(shù)包括設(shè)備名稱、型號，軟件版本和IP地址。以太網(wǎng)交換模塊包括五個和內(nèi)部電路電氣隔離的以太網(wǎng)光接口和/或以太網(wǎng)電接口，其中的任意兩個用于環(huán)網(wǎng)連接的以太網(wǎng)接口，分別與環(huán)網(wǎng)連接在依次為前后的另外兩個通信管理機1、3中的以太網(wǎng)交換模塊的一個以太網(wǎng)接口逐一連接呈環(huán)狀，排列在前面的一個通信管理機2的第二個以太網(wǎng)接口與依次排列其后的另一個通信管理機3的第一個以太網(wǎng)接口互相連接，排列在最后的一個通信管理機3的第二個以太網(wǎng)接口與具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第二個通信交換用以太網(wǎng)接口 2連接，排列在最前面的一個通信管理機I的第一個以太網(wǎng)接口與具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第一個通信交換用以太網(wǎng)接口 I連接；其中的第三個以太網(wǎng)接口用于直接與監(jiān)控主機互聯(lián)，或者通過以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)和監(jiān)控主機互聯(lián)。以太網(wǎng)交換模塊執(zhí)行自主冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議，具有以太網(wǎng)鏈路冗余與故障快速自動恢復(fù)能力，自愈時間在20ms以內(nèi)，當(dāng)以太網(wǎng)工作不正常時，內(nèi)嵌在CPU的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊自動阻塞的備用鏈路在20ms以內(nèi)自動啟用，快速恢復(fù)鏈路通信，以確保網(wǎng)絡(luò)正常工作。以太網(wǎng)交換模塊是基于瀏覽器簡易管理的以太網(wǎng)交換模塊，用于向串口通信模塊進行數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換，其包括設(shè)有五個PHYl PHY5接口的Switch芯片，以及與五個以太網(wǎng)接口分別連接的五個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊I RJ45和/或光纖收發(fā)模塊5，Switch芯片的五個PHYl PHY5接口分別通過五個以太網(wǎng)接口與五個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊I RJ45和/或光纖收發(fā)模塊5 —一對應(yīng)連接，還通過MII與CPU連接，通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議，具體參數(shù)如下標(biāo)準(zhǔn)符合10Base-T/100Base-T, IEEE 802. 3x Flow Control andBack-pressure ；協(xié)議支持TCP、UDP、HTTP、DHCP 和 DNS ； 速率10Mbps/1OOMbps；工作方式全雙工或半雙工；工作模式TCPServer, TCP Client、UDP 和 TCP Auto。Switch芯片實現(xiàn)多個以太網(wǎng)接口的擴展，并實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包在不同以太網(wǎng)接口之間的交換。五個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊I RJ45和/或光纖收發(fā)模塊5分別與電源模塊連接，五個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊I RJ45和/或光纖收發(fā)模塊5和對應(yīng)的以太網(wǎng)RJ45接口或者光纖接口連接實現(xiàn)通信，其中RJ45接口通信距離約100m，光纖接口通信距離為 2 120km。串口通信模塊包括 RS232/RS485/RS422 電路 I、RS232/RS485/RS422 電路 2，且設(shè)有隔離電路I、隔離電路2，，RS232/RS485/RS422電路1、RS232/RS485/RS422電路2的物理層接口為RS232和/或RS485和/或RS422，分別通過UART2接口、UART4接口與隔離電路I、隔離電路2連接，隔離電路I、隔離電路2再通過CPU的UARTl、UART3接口與CPU連接，通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)UART協(xié)議，具體參數(shù)如下波特率為300bps 115200bps 可選；數(shù)據(jù)位為8bit ；校驗方式為None、Even、Odd、Space、Mark 可選；停止位為I、I. 5、2bit可選。串口通信模塊的物理層接口 RS232、RS485和RS422還分別與多種類型的數(shù)據(jù)采集終端連接進行通信，其中RS485和RS422的同一個串口以菊花鏈結(jié)構(gòu)與多個同類型的數(shù)據(jù)采集終端連接進行通信，用于從數(shù)據(jù)采集終端獲取數(shù)據(jù)。存儲模塊包括鐵電存儲器，所述鐵電存儲器通過SPI接口與CPU連接，還與所述電源模塊連接，用于存儲程序運行過程中的定值參數(shù)。電源模塊采用開關(guān)電源設(shè)計，輸入電壓范圍95VDC/AC 250VDC/AC± 10%，頻率為 47Hz 440Hz οUART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議的互相轉(zhuǎn)換的過程包括以下步驟I)具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機2的串口通信模塊從終端設(shè)備獲取串口格式的數(shù)據(jù)包，由CPU分解出實際采集信號數(shù)據(jù)；2)將實際采集信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滿足以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包；3)將以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包依次通過環(huán)網(wǎng)連接的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機I中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口 2或具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機3中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口 I、具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第三個通信交換用以太網(wǎng)接口 3實時地傳送至監(jiān)控主機；4)由監(jiān)控主機對從具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第三個通信交換用以太網(wǎng)接口 3獲取的數(shù)據(jù)包進行處理；5)在監(jiān)控主機的顯示器顯示按照以太網(wǎng)協(xié)議還原出數(shù)據(jù)采集終端得到的實際采集信號數(shù)據(jù)，或者采用預(yù)先設(shè)定的邏輯計算獲取控制信號數(shù)據(jù)；
6)將獲取的控制信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滿足以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包；7)將以太網(wǎng)傳送格式數(shù)據(jù)包依次通過具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機第三個通信交換用以太網(wǎng)接口 3、第一個通信交換用以太網(wǎng)接口 I或第二個通信交換用以太網(wǎng)接口 2、環(huán)網(wǎng)連接的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機I中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口2或具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機3中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口I實時地回送至環(huán)網(wǎng)連接的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機2;8)具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機2按照以太網(wǎng)協(xié)議CPU分解出實際控制信號數(shù)據(jù)，暫時存儲于其存儲模塊中，且CPU轉(zhuǎn)換成滿足串口通信格式的數(shù)據(jù)包分時、分包傳送至終端設(shè)備，實現(xiàn)控制功能。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，包括內(nèi)嵌有協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的CPU、以太網(wǎng)通信模塊、以太網(wǎng)交換模塊、串口通信模塊、存儲模塊和電源模塊，用于采集和轉(zhuǎn)發(fā)自動化系統(tǒng)所有的設(shè)備數(shù)據(jù)，并通過用戶指定的通訊協(xié)議以及以太網(wǎng)或/和串口通訊介質(zhì)集中送往遠方監(jiān)控主機，同時將遠方監(jiān)控主機的命令傳遞給各測控裝置，實現(xiàn)監(jiān)控主機對整個現(xiàn)場的遠程控制與整定，并解決自動化系統(tǒng)中各種不同通信協(xié)議、不同通信標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換解析以及相應(yīng)異構(gòu)系統(tǒng)之間的設(shè)備通信互聯(lián)與互動操作，所述通信協(xié)議包括通用異步接收/發(fā)送裝置UART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議，其特征在于 所述CPU還內(nèi)嵌有以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊和WEB配置模塊； 所述以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊采用自主環(huán)網(wǎng)算法，執(zhí)行生成樹協(xié)議STP和快速生成樹協(xié)議RSTP，具有環(huán)網(wǎng)功能，使多個分散安裝在相應(yīng)通信節(jié)點的通信管理機的組網(wǎng)采用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)連接方式與所述以太網(wǎng)交換機連接，在以太網(wǎng)工作正常時，內(nèi)嵌在CPU的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊將自動阻塞一條鏈路作為備用鏈路，即斷開其中一條鏈路，在另外一條鏈路工作不正常時再啟用，以確保網(wǎng)絡(luò)正常工作； 所述WEB配置模塊用于配置串口相關(guān)參數(shù)及工作模式，以及以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)端口及環(huán)網(wǎng)類型，通信管理機通過以上參數(shù)配置按照對應(yīng)參數(shù)進行數(shù)據(jù)包的解析和打包，實現(xiàn)UART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議之間的互相轉(zhuǎn)換，所述參數(shù)包括設(shè)備名稱、型號，軟件版本和IP地址； 所述以太網(wǎng)交換模塊包括至少兩個以太網(wǎng)接口，其中的任意兩個用于環(huán)網(wǎng)連接的以太網(wǎng)接口，分別與環(huán)網(wǎng)連接在依次為前后的另外兩個通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的一個以太網(wǎng)接口逐一連接呈環(huán)狀，排列在前面的一個通信管理機的第二個以太網(wǎng)接口與依次排列其后的另一個通信管理機的第一個以太網(wǎng)接口互相連接，排列在最后的一個通信管理機的第二個以太網(wǎng)接口與具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第二個通信交換用以太網(wǎng)接口連接，排列在最前面的一個通信管理機的第一個以太網(wǎng)接口與具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第一個通信交換用以太網(wǎng)接口連接；其中的第三個以太網(wǎng)接口用于直接與監(jiān)控主機互聯(lián)，或者通過以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)和監(jiān)控主機互聯(lián)。
2.如權(quán)利要求I所述的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，其特征在于 所述以太網(wǎng)交換模塊是執(zhí)行自主冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議的以太網(wǎng)交換模塊，具有以太網(wǎng)鏈路冗余與故障快速自動恢復(fù)能力，自愈時間在20ms以內(nèi)，當(dāng)以太網(wǎng)工作不正常時，內(nèi)嵌在CPU的以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊自動阻塞的備用鏈路在20ms以內(nèi)自動啟用，快速恢復(fù)鏈路通信，以確保網(wǎng)絡(luò)正常工作。
3.如權(quán)利要求I或2所述的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，其特征在于 所述以太網(wǎng)交換模塊是基于瀏覽器簡易管理的以太網(wǎng)交換模塊，用于向所述串口通信模塊進行數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換，其包括設(shè)有至少兩個PHY接口的Switch芯片，以及與至少兩個以太網(wǎng)接口分別連接的至少兩個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊，所述Switch芯片的至少兩個PHY接口分別通過至少兩個以太網(wǎng)接口與所述至少兩個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊——對應(yīng)連接，還通過介質(zhì)無關(guān)接口 MII與所述CPU連接，所述至少兩個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊分別與所述電源模塊連接，所述至少兩個RJ45和/或光纖收發(fā)模塊和對應(yīng)的以太網(wǎng)RJ45接口或者光纖接口連接實現(xiàn)通信，通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議，所述Switch芯片實現(xiàn)多個以太網(wǎng)接口的擴展，并實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包在不同以太網(wǎng)接口之間的交換。
4.如權(quán)利要求3所述的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，其特征在于 所述串口通信模塊包括至少兩個RS232/RS485/RS422電路，所述RS232/RS485/RS422電路的物理層接口為RS232和/或RS485和/或RS422，分別與所述CPU的至少兩個UART接口連接，通信協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)UART協(xié)議。
5.如權(quán)利要求4所述的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，其特征在于 所述串口通信模塊的物理層接口 RS232、RS485和RS422還分別與多種類型的數(shù)據(jù)采集終端連接進行通信，其中RS485和RS422的同一個串口以菊花鏈結(jié)構(gòu)與多個同類型的數(shù)據(jù)采集終端連接進行通信，用于從數(shù)據(jù)采集終端獲取數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，其特征在于 所述CPU是采用ARM公司的Cortex-M3處理器內(nèi)核結(jié)構(gòu)的CPU。
7.如權(quán)利要求6所述的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，其特征在于 所述以太網(wǎng)接口是以太網(wǎng)光接口和以太網(wǎng)電接口中的一種，是和內(nèi)部電路電氣隔離的以太網(wǎng)接口。
8.如權(quán)利要求7所述的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，其特征在于 所述串口通信模塊包括兩個RS232/RS485/RS422電路，且設(shè)有兩個隔離電路，所述兩個RS232/RS485/RS422電路分別通過兩個UART接口與所述兩個隔離電路連接，所述兩個隔離電路再通過CPU的兩個UART接口與所述CPU連接； 所述存儲模塊包括鐵電存儲器，所述鐵電存儲器通過串行外圍接口 SPI接口與所述CPU連接，還與所述電源模塊連接，用于存儲程序運行過程中的定值參數(shù)； 所述電源模塊采用開關(guān)電源設(shè)計，輸入電壓范圍95VDC/AC 250VDC/AC±10%，頻率為 47Hz 440Hz ο
9.如權(quán)利要求8所述的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，其特征在于 所述UART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議的互相轉(zhuǎn)換的過程包括以下步驟 1)某個具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機的串口通信模塊從終端設(shè)備獲取串口格式的數(shù)據(jù)包，由CPU分解出實際采集信號數(shù)據(jù)； 2)將所述實際采集信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滿足以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包； 3)將以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包依次通過環(huán)網(wǎng)連接的其它具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口實時地傳送至監(jiān)控主機； 4)由監(jiān)控主機對獲取的數(shù)據(jù)包進行處理； 5)在監(jiān)控主機的顯示器顯示按照以太網(wǎng)協(xié)議還原出數(shù)據(jù)采集終端得到的實際采集信號數(shù)據(jù)，或者采用預(yù)先設(shè)定的邏輯計算獲取控制信號數(shù)據(jù)； 6)將獲取的控制信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滿足以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包； 7)將以太網(wǎng)傳送格式數(shù)據(jù)包依次通過環(huán)網(wǎng)連接的其它具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口實時地回送至環(huán)網(wǎng)連接的某個具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機； 8)某個具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機按照以太網(wǎng)協(xié)議CPU分解出實際控制信號數(shù)據(jù)，暫時存儲于其存儲模塊中，且CPU轉(zhuǎn)換成滿足串口通信格式的數(shù)據(jù)包分時、分包傳送至終端設(shè)備，實現(xiàn)控制功能。
10.如權(quán)利要求9所述的具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，其特征在于所述UART通信協(xié)議和以太網(wǎng)通信協(xié)議的互相轉(zhuǎn)換的過程中， 步驟3)是將以太網(wǎng)傳送格式的數(shù)據(jù)包依次通過環(huán)網(wǎng)連接的其它具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口、具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第三個通信交換用以太網(wǎng)接口實時地傳送至監(jiān)控主機； 步驟4)是由監(jiān)控主機對從具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機的第三個通信交換用以太網(wǎng) 接口獲取的數(shù)據(jù)包進行處理； 步驟7)是將以太網(wǎng)傳送格式數(shù)據(jù)包依次通過具有環(huán)網(wǎng)功能的以太網(wǎng)交換機第三個通信交換用以太網(wǎng)接口、第一個通信交換用以太網(wǎng)接口或第二個通信交換用以太網(wǎng)接口、環(huán)網(wǎng)連接的其它具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機中的以太網(wǎng)交換模塊的以太網(wǎng)接口實時地回送至環(huán)網(wǎng)連接的某個具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機。
全文摘要
一種具有環(huán)網(wǎng)功能的通信管理機，包括內(nèi)嵌有協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的CPU、以太網(wǎng)通信模塊、以太網(wǎng)交換模塊、串口通信模塊、存儲模塊和電源模塊，其特征在于CPU還內(nèi)嵌有以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)算法模塊和WEB配置模塊，以太網(wǎng)交換模塊包括至少兩個以太網(wǎng)接口。通過內(nèi)嵌自主快速環(huán)網(wǎng)算法，增加了以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)連接的拓撲結(jié)構(gòu)，并且自主環(huán)網(wǎng)算法遵循STP和RSTP標(biāo)準(zhǔn)，具有環(huán)網(wǎng)功能。將多個分散的通信節(jié)點的通信管理機與終端組網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)連接方式，顯著簡化了工業(yè)現(xiàn)場的布線長度和通信設(shè)備數(shù)量，降低了成本，還簡化了組網(wǎng)步驟，組網(wǎng)更加靈活，施工更加方便。相比于現(xiàn)有的星形、樹形等傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，通信可靠性也有明顯提高，可以廣泛應(yīng)用于各類變配電自動化系統(tǒng)。
文檔編號H04L12/24GK102833112SQ201210317169
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者曾磊, 孫梓鋒, 朱元國, 曾偉, 文湘暉, 劉健, 胡雪嬌, 鄒雄, 楊玉婷 申請人:深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司