CN101335662A

CN101335662A - 一种空调集中在线监控管理的方法

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Publication number: CN101335662A
Application number: CNA2007100761394A
Authority: CN
Inventors: 聂新民; 邹地峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2008-12-31

Abstract

本发明涉及空调远程在线监控管理实现技术，具体地说，涉及对安装在机关、厂矿、学校、酒店等机房、办公、仓储、居家场所的空调实行集中在线监控管理的实现方法。该方法采取CAN总线和嵌入式以太网技术相结合的方式，对需要监控的空调设备进行分组组网，以满足设备管理者通过专业管理控制软件对网内空调实施安全、稳定、实时、高效、可靠的在线监控和系统管理。

Description

一种空调集中在线监控管理的方法

摘要：本发明涉及空调远程在线监控管理实现技术，具体地说，涉及对安装在机关、厂矿、学校、酒店等机房、办公、仓储、居家场所的空调实行集中在线监控管理的实现方法。该方法采取CAN总线和嵌入式以太网技术相结合的方式，对需要监控的空调设备进行分组组网，以满足设备管理者通过专业管理控制软件对网内空调实施安全、稳定、实时、高效、可靠的在线监控和系统管理。

技术背景：随着设备安全运行与能源节约的需要，以及智能化技术不断提高，加强对空调等高耗能设备进行智能控制、计划管理和远程集中在线监控已越来越受到机关、团体、企业和家庭用户的高度重视和关注。目前，几乎所有家电产品(包括空调)都不带远程通讯控制模块，少数设备虽然能够进行远程通讯，但仍然沿用传统的RS-485总线模式。受控空调之间通过内置RS-485通讯模块(或外挂的RS-232转RS-485协议转换器)相互串联(或并联在RS-485Hub上)组成RS-485总线网络；运行在管理中心的监控服务器，通过轮询方式依次对受控空调的访问实现对空调的监控与管理。这种模式的缺点是：误码率高、实时性差(轮询半双工方式)、通信距离短、节点少(不超过32个)。本发明采用CAN总线与以太网结合的技术很好地解决上述问题。

到目前为止，CAN总线作为唯一有国际标准的现场总线，与一般的通信总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，其特点如下：

1、CAN采用的是非破坏总线仲裁技术实现多主方式工作，任何一个节点的位置都是平等的，在任意时刻都可以主动向网络上的其他节点发送信息；

2、CAN的直接通信距离最远可达10km(速率在5Kbps以下)；通信速率最高达1Mbps(通信距离在40m以内)；

3、一条CAN总线上的节点可多达110个；

4、CAN节点通过对报文标志符的滤波可实现单播、组播和广播收发数据，报文采用短帧结构，传输时间短，保证了数据出错率极低，且每帧都有CRC校验，具有极好的检错效果。

CAN总线上述特点，决定了它比RS-485总线更适合现场数据的采集和控制：

1、RS-485总线只能在主节点轮询到的时候才能上报，而CAN总线多主方式使节点在任何时候都可以向上汇报状态信息，实时性得到了极大的提高；

2、CAN总线的非破坏总线仲裁技术和短帧结构使数据出错的概率极低，而RS-485总线只能通过主节点和从节点间合理的轮询时序安排才能避免总线冲突，获得较好的传输效率，一旦出现总线冲突RS-485总线就处于瘫痪状态；

3、RS-485只能由主节点依次轮询从节点进行通信，而CAN总线可以使用组播或广播的方式与其它节点通信，通信效率大大提高；

4、一条CAN总线上可有110个节点，而一条RS-485总线只能有32个节点，采用CAN总线技术，监控容量可提高2倍以上。

在远程监控方面，由于RS-485总线采用主从访问方式，且网络最大传输距离只有1.2km，误码率高、传输速率低，因而很难满足以高速以太网作为主干网络传输的远程监控应用的需要。而嵌入式以太网技术可以通过预先设定地址影射转换，实现与CAN总线上所有节点之间的无缝连接，直接将CAN-E的数据转换为TCP/IP格式的数据包发送给监控中心的服务器，反之亦然。

发明内容：

针对目前基于RS-485总线的空调集中管理系统效率低、误码率高、远程监控难等缺陷，本发明提供一种全新的CAN总线和嵌入式以太网相结合的远程空调集中监控管理的实现方法，以满足用户对所有空调设备(本文称受控空调)实施远程集中在线监控和管理上实时性和可靠性的需要。

本发明所采用的技术方案是：提供一种通过CAN总线4和嵌入式以太网7相结合方式实现空调设备1远程集中在线监控管理的方法(见图1)，其中包括以下步骤：

(1)以内置方式在受控空调1内部安装CAN总线采集模块3，或者在受控空调1外部加装外置的CAN总线采集设备3；本发明中称CAN总线采集模块(设备)3为CAN总线采集单元(CU)3；

(2)在以太网7中挂接一个完成以太网7和CAN总线4协议互转的协议转换装置5，本发明中称此协议转换装置为CAN主机5(CAN-E)；

(3)多个与在受控空调1连接的CAN采集单元(CU)3和CAN主机(CAN-E)5构成一个用于对受控空调1进行在线监控的CAN总线网络4；

(4)挂接在CAN总线网络4中的受控空调1，通过所属的CAN采集单元(CU)3和CAN主机(CAN-E)5接收监控中心服务器6的管理和控制。

其中：所述步骤(1)中，采集单元CU3带有唯一地址标识ID，通过BCD拨码或旋转开关进行设置。受控空调1的UART串行口2与采集单元CU 3的CPU串口交叉相连，或与CPU的I/O口相连。总线驱动模块由CAN控制器连接在CAN物理介质双绞线上。

采集单元CU3对上出一个CAN总线4接口与CAN-E5相连，对下出一个UART口2与受控空调1相连。CU3将CAN-E5控制命令转为UART格式数据发给受控空调1，同时CU3将受控空调1自身状态信息转为CAN总线4数据发给CAN-E5。

所述步骤(2)中，主机CAN-E5对上出一个以太网口与控制中心服务器6相连，对下出一个CAN总线接口与采集单元CU3相连。CAN-E5将接收到的控制中心以太网数据包8转换为CAN总线数据包发往采集单元CU3，同时也将采集单元CU3的CAN总线数据包转换为以太网数据包8发往控制中心服务器6。

主机CAN-E5定时发送广播或组播查询数据包，查询CU3数据采集单元的状态，并通过以太网7及时反馈给管理中心服务器6。CAN-E5对CU3实行动态管理，在CAN-E5内部建立CU3的ID表，并根据这个ID表实现CU3模块在此系统的动态加入和撤出。

所述步骤(3)中，CAN总线网络4通过双绞线实现主机CAN-E5和采集单元CU3之间的网络物理连接。包括CAN-E5在内，最大连接单元可达110个。总线4内部采用非破坏总线仲裁技术，实行多主方式通讯。通过此网络4，本方法保证了对受控空调1监控的实时性。

所述步骤(4)中，管理中心服务器8可以同时管理多个CAN总线网络4。监控中，以太网7向CAN-E5发送读取受控空调1状态广播包和调整受控空调1运行状态遥控命令，实现对受控空调1远程在线监控和管理。主机CAN-E5和监控中心服务器6之间通过TCP(或UDP)包8实行数据通讯，以实现对受控空调1的监控和管理无地域限制。

本发明通过下列方法，保证监控管理的实时性和可靠性：

(1)CU3定时查询受控空调1状态。发现受控空调1异常，主动向CAN-E5发出异常数据包，CAN-E5解析数据包后向管理中心服务器6汇报具体异常类型。

(2)CAN-E5与CU3之间采用一一应答通信机制。CAN-E5发给CU3命令，CU3必须做出回应。CAN-E5多次重复向CU3发送命令，没有做出回应，则认为该CU3故障，并向监控中心服务器6发送故障信息。

(3)CAN总线4的数据包中包含源、目地址和校验和。CU3可与CAN-E5通信，同时CU3之间也可以通信。在监控中心服务器6故障时，可自动进入智能化处理，实现双机或三机备份。

(4)CAN-E5与监控中心服务器6之间采用UDP方式8通信时，应用层采用超时重发机制保证监控通讯的可靠性。

本发明根据上述方法通过构建多个CAN总线网络4，以满足系统总量超过CAN总线网络容量监控时的需要。即将受控空调1按地域、用途、类型等属性划分为不超过CAN总线网络容量的多个群组，每个群组单独组建为独立的CAN总线网络4，分别通过相应的CAN主机5接入到以太网监控网络中。

本发明采用的CAN总线4与以太网7相结合的技术很好地解决了通过RS-485网络实行监控管理效率低、误码率高、远程监控困难等缺陷，从而保证受控空调1远程在线监控的实时性、可靠性和可操作性。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明，附图中

图1：本发明的原理示意图

Claims

1、一种空调集中在线监控管理方法，其特征在于，通过CAN总线和嵌入式以太网相结合实现空调设备远程集中在线监控和管理，包括以下步骤：

(1)以内置方式在空调设备内部安装CAN总线采集单元模块(CU)，或者在空调设备外部加装外置的CAN总线采集设备(CU)；

(2)在以太网中挂接一个完成以太网和CAN总线协议互转的CAN总线主机(CAN-E)；

(3)多个与受控空调连接的CAN采集单元(CU)和CAN主机(CAN-E)构成一个用于空调集中在线监控的CAN总线网络；

(4)运行在监控中心的服务器，通过以太网向CAN-E发送读取设备状态广播包和调整设备运行状态遥控命令，实现对受控空调远程在线监控和管理。

其中，在所述步骤(1)中，采集单元CU对上出一个CAN总线接口与CAN-E相连，对下出一个UART口与受控空调相连。CU将CAN-E控制命令转为UART格式数据发给受控空调，同时CU将受控空调自身状态信息转为CAN总线数据发给CAN-E；在所述步骤(2)中，CAN-E对上出一个以太网口与控制中心服务器相连，对下出一个CAN总线接口与采集单元CU相连，CAN-E将控制中心的以太网数据包转换为CAN总线数据包发往采集单元CU，同时也将采集单元CU的CAN总线数据包转换为以太网数据包发往控制中心。

2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，主机CAN-E定时发送广播或组播查询数据包，查询CU数据采集单元的状态，并通过以太网及时反馈给管理中心。CAN-E对CU实行动态管理，在CAN-E内部建立CU的ID表，并根据ID表实现CU模块在系统中的动态加入和撤出。

3、根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，主机CAN-E和采集单元CU之间通过双绞线实现物理连接，组成CAN总线网络。网络内部采用非破坏总线仲裁技术，实行多主方式通讯，以保证对受控空调监控的实时性。

4、根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，主机CAN-E和监控中心服务器之间通过TCP(或UDP)包进行数据通讯，实现对受控空调监控和管理无地域限制。

5、根据权利要求1所述方法，其特征在于，采用下列方法保证监控管理实时性和可靠性：

(1)CU定时查询受控空调状态。发现受控空调异常，主动向CAN-E发出异常数据包，CAN-E解析数据包后向管理中心汇报具体异常类型。

(2)CAN-E与CU之间采用一一应答通信机制。CAN-E发给CU命令，CU必须做出回应。CAN-E多次重复向CU发送命令，没有做出回应，认为该CU故障，并向监控中心服务器发送故障信息。

(3)CAN总线的数据包中包含源、目地址和校验和。CU可与CAN-E通信，CU之间也可通信。监控中心服务器故障时，自动进入智能化处理，实现双机或三机备份。

(4)CAN-E与监控中心服务器之间采用UDP方式通信时，应用层采用超时重发机制保证监控通讯的可靠性。

6、根据权利要求1所述方法，其特征在于，按地域、用途、类型等属性将受控空调划分为不超过CAN总线网络容量的多个群组，每个群组建成独立的CAN总线网络，分别通过相应CAN主机接入到以太网监控网络，以满足系统监控总量超过CAN总线网络容量时监控的需要。