CN105141471A - 一种矿用环网接入器数据监测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用环网接入器数据监测方法、装置及系统，该方法包括：获取矿用环网接入器的设备监测数据，所述设备监测数据包括各个交换机的内部信息、通信接口模块以及电源的参数信息；计算所述矿用环网接入器的连接关系数据，所述连接关系数据包括以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系；通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态。本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法、装置及系统，实现了对环网运行状态的及时监测，避免了各个分系统对各自数据的分立监测，提高了监测的效率。

Description

一种矿用环网接入器数据监测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及矿用环网接入器技术领域，特别是涉及一种矿用环网接入器数据监测方法、装置及系统。

背景技术

矿用环网接入器适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境。作为一款在煤矿井下使用的数据传输设备，该设备具有千兆以太网光信号、百兆以太网光/电信号、RS-485信号之间的相互转换功能；内置后备电池及工业以太网冗余环网功能确保产品工作稳定性和网络运行可靠性；AC660/380/220/127V支持多电压等级供电提高了产品在井下取电时的便捷性。每台矿用环网接入器一般包含有一台核心工业以太网交换机，若干个RS-485模块(数量依据现场需求选配)，以及一套电源组件。矿用环网接入器的原理如图1所示。

矿用环网接入器中一般接有井下人员定位、电力监测、工业电视等子系统数据，这些子系统通过RS-485或以太网接口的形式就近接入环网接入器中后通过环网上传至地面。结合井下实际工况环境，一般将矿用环网接入器布置在煤矿井下信息接入需求较为集中的区域，如变电所、硐室、泵房等地点。这些遍布在井下各处的矿用环网接入器通过矿用光缆相互连接后形成了井下工业以太网环网传输系统，并最终汇聚到地面核心机房交换机中，实现全矿井各监测监控子系统数据的传输。如下图2所示。

从图2可以看出井下工业以太环网作为全矿井的通用数据传输高速平台，其运行情况将直接影响到所接入的各个子系统数据传输，故实时监测环网工作的状态非常必要。

井下工业以太环网主要由矿用光缆和矿用环网接入器两大类设备组成。矿用光缆可借助于光时域反射仪OTDR等设备准确把握其光功率损耗、光缆通断等参数，且井下线缆一般都有严格的质量标准化布线要求，除遇到光缆砸断，场地拓展光缆延续熔接等情况光缆会短时间中断外，其余情况可将矿用光缆作为环网中的可靠元件对待。所以对环网的数据监测最终还是通过对网络中每台矿用环网接入器的监测来实现的。

矿用环网接入器主要由以太网交换机、RS-485模块、电源三部件组成，如图1中所示。现有的矿用环网接入器数据监测通常只能通过交换机数据监测分系统、RS-485模块数据监测分系统、电源数据监测分系统分别对各自的硬件设备实现监测。

采用上述方式，最直接也是最主要的影响是用户无法从整体上准确把握设备运行情况，达不到预期对矿用环网接入器远程监测的目的。因此，提供一种能够实现对矿用环网接入器的整体运行状态进行监测的方法、装置及系统是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿用环网接入器数据监测方法、装置及系统，目的在于解决现有技术中不能对矿用环网接入器进行整体运行状态进行监测的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种矿用环网接入器数据监测方法，包括：

获取矿用环网接入器的设备监测数据，所述设备监测数据包括各个交换机的内部信息、通信接口模块以及电源的参数信息；

计算所述矿用环网接入器的连接关系数据，所述连接关系数据包括以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系；

通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态。

可选地，还包括：

对矿用环网接入器防爆腔中的端口接入情况进行监测。

可选地，获取所述电源的参数信息包括：

获取所述电源的直流供电状态参数、电池电压、电流以及电量参数。

可选地，在所述通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态之后还包括：

当监测到所述整体运行状态满足预设条件时，发出示警信息。

本发明还提供了一种矿用环网接入器数据监测装置，包括：

获取模块，用于获取矿用环网接入器的设备监测数据，所述设备监测数据包括各个交换机的内部信息、通信接口模块以及电源的参数信息；

计算模块，用于计算所述矿用环网接入器的连接关系数据，所述连接关系数据包括以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系；

确定模块，用于通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态。

可选地，还包括：

监控模块，用于对矿用环网接入器防爆腔中的端口接入情况进行监测。

可选地，所述获取模块获取所述电源的参数信息包括：

所述获取模块获取所述电源的直流供电状态参数、电池电压、电流以及电量参数。

可选地，其特征在于，还包括：

示警模块，用于在所述确定模块通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态之后当监测到所述整体运行状态满足预设条件时，发出示警信息。

本发明还提供了一种矿用环网接入器数据监测系统，包括：交换机、通信接口模块、电源以及上述任一种矿用环网接入器数据监测装置。

本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法、装置及系统，通过获取得到的矿用环网接入器的设备监测数据以及计算得到的以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系，综合得到矿用环网接入器的整体运行状态。可见，本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法、装置及系统，实现了对环网运行状态的及时监测，避免了各个分系统对各自数据的分立监测，提高了监测的效率。

附图说明

图1为矿用环网接入器的原理框图；

图2为矿用环网接入器的分布情况示意图；

图3为本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法的一种具体实施方式的示意图；

图4为本发明所提供的矿用环网接入器数据监测装置的一种具体实施方式的结构框图；

图5为矿用环网接入器的实际拓扑结构示意图；

图6为用户通过现有的三套独立软件分别管理设备后得到的结果示意图；

图7为交换机、RS-485模块以及电源之间的连接关系示意图；

图8为本发明所提供的实施例中获取交换机之间的连接关系的方法流程图；

图9为本发明所提供的实施例中获取RS-485模块和交换机之间的连接关系的方法流程图；

图10为本发明所提供的实施例中获取交换机和电源之间的连接关系的方法流程图；

图11为本发明实施例所公开的矿用环网接入器管理软件的结构层次示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法的一种具体实施方式的示意图如图3所示，该方法包括：

步骤S101：获取矿用环网接入器的设备监测数据，所述设备监测数据包括各个交换机的内部信息、通信接口模块以及电源的参数信息；

步骤S102：计算所述矿用环网接入器的连接关系数据，所述连接关系数据包括以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系；

步骤S103：通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态。

本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法，通过获取得到的矿用环网接入器的设备监测数据以及计算得到的以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系，综合得到矿用环网接入器的整体运行状态。可见，本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法，实现了对环网运行状态的及时监测，避免了各个分系统对各自数据的分立监测，提高了监测的效率。

需要指出的是，上述通信接口模块可以具体为RS-485模块。

在上一实施例中，对所述电源的参数信息进行监测可以具体包括：

对所述电源的直流供电状态、电池电压、电流以及电量参数进行检测。

此外，本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法除了常规的对直流供电状态、电池电压、电流以及电量等参数进行监测之外，还可以进一步包括：

在电池续航时间低于门限设置值时自动发出报警信息；

对电池的健康进行诊断，包括提供电池的日常维护和生命周期管理等提示信息；

记录每次电池的充、放电操作情况，以便进行历史查询；

支持远程手动放电同时具备预制周期自动放电；

电源板通过RS-485接口和开放的Modbus协议格式输出矿用环网接入器后备电源的各种电源相关信息，便于第三方软件采集和集成。

在上述实施例的基础上，本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法还可以进一步包括：

对矿用环网接入器防爆腔中的端口接入情况进行监测。

这样，地面远程能够准确把握矿用环网接入器防爆腔中的端口接入情况，为系统后期扩展提供准确参考，有效避免盲目接入。

在上述任意实施例的基础上，本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法还可以进一步包括：

当监测到所述整体运行状态满足预设条件时，发出示警信息。这样，其不仅可以提高用户对设备日常运行、维护、管理(OMA)能力，提高工作效率，还能通过告警信息第一时间知晓系统故障，及时进行故障排查处理，也可以为事后分析提供有力的支持。做到正常运行时管理人员能从全局把握系统运行情况，故障时第一时间提示，为系统稳定可靠运行提供有力保障。

本发明所提供的矿用环网接入器数据监测装置的一种具体实施方式的结构框图如图4所示，该装置包括：

获取模块100，用于获取矿用环网接入器的设备监测数据，所述设备监测数据包括各个交换机的内部信息、通信接口模块以及电源的参数信息；

计算模块200，用于计算所述矿用环网接入器的连接关系数据，所述连接关系数据包括以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系；

确定模块300，用于通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态。

本发明所提供的矿用环网接入器数据监测装置，通过获取得到的矿用环网接入器的设备监测数据以及计算得到的以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系，综合得到矿用环网接入器的整体运行状态。可见，本发明所提供的矿用环网接入器数据监测装置，实现了对环网运行状态的及时监测，避免了各个分系统对各自数据的分立监测，提高了监测的效率。

本发明所提供的矿用环网接入器数据监测装置，其他设置与方法相对应，在此不再赘述。

本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法及装置可以具体用于矿用环网接入器管理软件中。由于不同厂商、不同品牌、不同功能的模块或交换机管理软件各不相同；加之矿用环网接入器在进行集成时，更多的关注点是在产品的硬件集成及功能实现上，软件集成及用户体验感考虑的并不多。再加上上技术上的一些限制因素，例如各品牌交换机所提供的软件二次开发SDK、MIB、OPC等方式互不兼容，甚至某些品牌交换机不提供二次开发接口。诸多因素等导致了目前矿用环网接入器的网管现状是只能通过交换机管理软件、RS-485模块管理软件、电源管理软件共3套软件分别对各自的硬件设备实现管理。

用户通过互无任何关系的三款软件实现对一个产品的管理，加之系统中有若干台这样的产品。采用该网管方式后，最直接也是最主要的影响是用户无法从整体上准确把握设备运行情况，达不到预期对矿用环网接入器远程管理的目的。一般情况下，矿用环网接入器的实际拓扑结构示意图如下图5所示。其中，11，22，33，44，55，66分别代表交换机；11-A～11-E代表每台交换机下接入的RS-485模块(数量1～5，至少1个；每台交换机中有一个电源监管模块。

而用户通过现有的三套独立软件分别管理设备后得到的结果示意图却如下图6所示。图中，A表示为交换机；B表示为RS-485模块；C表示为电源。很显然，矿用环网接入器中的以太网交换机、RS-485模块、电源三者之间的有机融合及连接关系被现有的软件管理方式展示成了互无关系的堆叠关系，这将直接影响到用户对系统运行状态的把控及故障时的判断和处理。若将矿用环网接入器的全网管功能比例成3的话，这种分立式的网管显然达不到1+1+1等于3的效果。如对RS-485模块的故障进行处理时，需判断原因是RS-485模块自身问题，或是交换机(网络)问题，还是供电电源问题等等。显然此时仅靠单单一套RS-485模块的管理软件，或一套交换机管理软件对问题的处理显得力不从心。可见仅对其中某一功能组件的管理，并不能达到对设备整体运行状态进行远程管理的目的。

加之煤矿井下特殊性，矿用环网接入器中的设备均密闭于防爆腔内，设备自下井安装后不能像地面机房设备一样，可一目了然知晓当前设备的接入状态。当系统后期需要进行扩展或新子系统接入时，由于无法从全局知晓设备端口状态及信息，以及现有网络设备间的连接关系等网管数据。只能下井在设备断电情况下逐个打开防爆腔进行手工检查和确认，设备停电将直接影响矿井生产安全，且这种逐设备查看的方式效率低下、费时费力，降低了生产效率。

另外，目前的这种网管方式还存在如下问题：

用户为了使用和管理矿用环网接入器及环网系统需分别学习和使用交换机网管软件、RS-485以太网联网模块管理软件、电源管理软件。提高了用户对系统运维的难度，工作效率大大降低。

目前工业级交换机厂家多采用交换机专用管理软件付费方式(或所需管理的交换机数量大于某数量级后收费)，增加了用户的使用成本。且其中的许多专业功能及严格繁琐的操作步骤并不被煤矿用户所接收。

厂商或品牌之间的私有通讯协议使得甲品牌交换机管理软件在面对系统中的乙品牌交换机时无法较好地实现统一管理，限制了品牌之间的互联互通。用户在后期新增及系统扩展时只能选用同一品牌设备，无形中也增加了企业成本。

就电源管理功能而言，目前矿用环网接入器电源管理软件只能做到交直流供电状态、远程充放电功能。对于电池的实际运行健康状态，操作记录等无有效管理。

针对上述情况，本发明所提供的矿用环网接入器数据监测方法及装置可以具体运用于矿用环网接入器管理软件中。

应用于矿用环网接入器管理软件中的具体实施例可包括：

通过分析矿用接入器内部硬件连接实际情况，结合以太网交换机、RS-485模块及内置电源工作原理。采用所提出的矿用环网接入器拓扑结构算法，简洁明了地获取到交换机之间、交换机与485模块、以及内置电源与交换机之间的关系情况。

系统的数据库中包含有原始初始的一些设置，当第一次运行时通过加载初始设置来完成系统的初始化。通过telnet，snmp以及SDK等不同方式获取交换机、RS-485模块以及电源之间的连接关系数据，如图7所示。

本实施例中获取交换机之间的连接关系可以具体为：

基于.net平台，采用c#语言开发的telnet通信库，连接telnet服务器并解析交换机相应的回送命令后获取到交换机连接关系信息。先通过查看交换机中的lldp信息，获取到交换机之间的连接情况；再通过环网状态查看命令获取到端口转发/阻塞/down的具体状态，最终获取到交换机之间的连接关系，如图8所示。该方法有效避免了不同品牌交换机的私有通信协议、专用MIB库或SDK以及OPC等方式不兼容，无法通用的问题，也有效避免了软件重复的开发。以较低的开销和成本准确获取到了交换机间的拓扑信息，方法通用且简洁高效。

本实施例获取RS-485模块和交换机之间的连接关系可以具体通过下面方式：

通过snmp协议获取到交换机中指定OID节点信息后，检索每一台交换机的CAM表。若交换机某端口下有且只有1个RS-485模块的MAC地址，则该RS-485模块连接在交换机的该端口下。反之，RS-485模块一定不是直接由当前交换机接入。按照此算法检索网络中所有交换机的CAM表即可获取到RS-485模块与交换机的端口之间的连接对应关系，如图9所示。

本实施例中获取交换机和电源之间的连接关系可具体为：

上位机采用采用轮询的方式，通过巡检RS-485模块通道下挂接的电源设备。向每个设置为TCPSever工作模式的RS-485模块发送指定的Modbus电源巡检信息。有正确返回帧则表明该RS-485模块下挂接了电源监管模块，反之则忽略，如图10所示。

本发明实施例所公开的矿用环网接入器管理软件，针对性强、操作简单、兼容性高，能够实现对矿用环网接入器及环网运行状态全局一体式把控，能够真正解决用户对矿用环网接入器网管的需求。

除了拓扑结构获取外，本实施例所公开的矿用环网接入器管理软件还可以对交换机，RS-485模块以及电源进行搜索和设置等操作，并将设备信息保存到数据库中，其结构层次示意图如图11所示。

其中，对交换机的监测主要包括对交换机工作电压、工作电流、工作温度及端口状态等参数监测，此外还可以对交换机IP地址、子网掩码、网关及安装地点进行配置。

对RS-485模块采用托管调用非托管的方式，用.net托管平台调用非托管RS-485模块管理sdk开发包，实现对RS-485模块的搜索和配置。主要包括配置RS-485模块的IP地址、子网掩码、网关、工作模式、波特率等参数；以及监测RS-485模块的接入状态。

对电源管理采用巡检方式，通过发送指定Modbus命令对环网接入器的电源实现如下远程管理，具体包括：

对交、直流供电状态、后备电池电压/电流及电池容量进行监测；放电时，准确剩余续航时间，并能对电池健康状态做出评估；准确记录后备电源已投入使用时间；对后备电源剩余工作时间不足及超期未进行电池维护自动报警；支持远程手动电池放电；具备周期性自动维护放电功能。

本发明还提供了一种矿用环网接入器数据监测系统，其包括：交换机、通信接口模块、电源以及如上述矿用环网接入器数据监测装置。

本发明所提供的矿用环网接入器数据监测系统，基于.net平台采用c#语言开发的telnet通信库，能够连接telnet服务器并解析相应的telnet回送命令。实现了对交换机内部信息的准确获取。这种设置有效避免了私有MIB库、SDK、以及OPC等方式软件重复开发的问题，提升了软件开发的通用性。

同时，利用交换机的telnet回送、OID节点等信息，结合矿用环网接入器实际硬件连接特点，并通过使用适合矿用环网接入器的拓扑算法，简洁准确地计算出井下工业以太环网中的交换机连接关系、以及每台矿用环网接入器中的交换机、RS-485模块及电源之间的连接关系。

另外，本发明能够整体把握系统及设备运行状态。大到整个环网的全局状态，小到系统中某台设备中的某个RS-485总线模块或电源的具体参数都能做到准确把控。用户不再需要分别学习和使用交换机网管软件、RS-485模块管理和配置软件、电池监测软件等各种软件。降低软件使用门槛，便于更多的用户使用和维护系统。

地面远程准确把握矿用环网接入器防爆腔中的端口接入情况，能够为系统后期扩展提供准确参考，有效避免盲目接入。

本发明告别了专用软件及软硬件不兼容问题。软件能兼容目前主流工业以太网交换机(MOXA，Hirschmann)以及MOXA-485总线联网模块。融入了多年煤矿使用习惯及现场需求调研，操作习惯及使用性更适合煤矿最终用户。采用安装注册式，没有交换机数量限制。

此外，本发明采用无死角监测监控矿用环网接入器后备电源，为设备及系统健康稳定运行提供有力保障和支持。除了常规的直流供电状态/电池电压/电流/电量参数等电源远程监测功能外，还具有：

电池续航时间低于门限设置值时自动报警功能；

电池的健康诊断功能，包括提供电池的日常维护和生命周期管理等提示信息；

记录每次电池的充、放电操作log，以便进行历史查询；

即支持远程手动放电又具备预制周期自动放电功能；

电源板通过RS-485接口和开放的Modbus协议格式输出KJJ58后备电源的各种电源相关信息，便于第三方软件采集和集成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种矿用环网接入器数据监测方法，其特征在于，包括：

获取矿用环网接入器的设备监测数据，所述设备监测数据包括各个交换机的内部信息、通信接口模块以及电源的参数信息；

计算所述矿用环网接入器的连接关系数据，所述连接关系数据包括以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系；

通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态。

2.如权利要求1所述的矿用环网接入器数据监测方法，其特征在于，还包括：

对矿用环网接入器防爆腔中的端口接入情况进行监测。

3.如权利要求1所述的矿用环网接入器数据监测方法，其特征在于，获取所述电源的参数信息包括：

获取所述电源的直流供电状态参数、电池电压、电流以及电量参数。

4.如权利要求1至3任一项所述的矿用环网接入器数据监测方法，其特征在于，在所述通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态之后还包括：

当监测到所述整体运行状态满足预设条件时，发出示警信息。

5.一种矿用环网接入器数据监测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取矿用环网接入器的设备监测数据，所述设备监测数据包括各个交换机的内部信息、通信接口模块以及电源的参数信息；

计算模块，用于计算所述矿用环网接入器的连接关系数据，所述连接关系数据包括以太环网中的交换机的连接关系，以及每台矿用环网接入器中的交换机、通信接口模块与电源的连接关系；

确定模块，用于通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态。

6.如权利要求5所述的矿用环网接入器数据监测装置，其特征在于，还包括：

监控模块，用于对矿用环网接入器防爆腔中的端口接入情况进行监测。

7.如权利要求5所述的矿用环网接入器数据监测装置，其特征在于，所述获取模块获取所述电源的参数信息包括：

所述获取模块获取所述电源的直流供电状态参数、电池电压、电流以及电量参数。

8.如权利要求5至7任一项所述的矿用环网接入器数据监测装置，其特征在于，还包括：

示警模块，用于在所述确定模块通过所述设备监测数据以及所述连接关系数据，确定所述矿用环网接入器的整体运行状态之后当监测到所述整体运行状态满足预设条件时，发出示警信息。

9.一种矿用环网接入器数据监测系统，其特征在于，包括：交换机、通信接口模块、电源以及如权利要求5至8任一项所述的矿用环网接入器数据监测装置。