CN201282478Y - 通信管理机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通信管理机，用于构建电力及工业自动化系统，负责不同厂家、不同型号、不同通信接口的自动化设备间的通信集成，实现数据的共享。其特征是：机箱采用高3U，长19英寸的标准工业机箱，硬件采用基于X86体系芯片，支持多串口、多CAN口、多以太网口通信。软件采用Linux操作系统，规约解释部分的软件采用Linux下动态连接库形式。可以和多个主站系统同时通信，可实现双机互备和单机双端口互备。

Description

通信管理机

技术领域

本实用新型涉及的是电力及工业自动化系统中的通信管理装置，负责不同厂家、不同型号、不同通信接口的自动化设备间的通信集成。

背景技术

目前，解决电力及工业自动化系统中的通信集成的问题的方法主要是通过配置工控机及多串口卡，在工控机平台下开发规约转换软件。这种方法虽然实现比较简单，但系统容易受病毒攻击和操作人员误操作而导致系统整体瘫痪，不能保证系统长时间工作，甚至影响到远方调度系统的监控。而且由于各串口软件及各规约转换软件均是在同一台工控机上运行，这样就增加了工控机的负担，使系统的通信响应速度大大降低，另外，由于电力系统的电磁干扰是非常大的，这种方案另一个缺陷是工控机不一定能达到电力及工业系统所要求的电磁兼容性能。

实用新型内容

为了概括本实用新型的目的，在这里描述了本实用新型的某些方面、优点和新颖特征。应了解，无需所有这些方面、优点和特征包含在任一特殊的实施例中。

针对现有技术中出现的问题，为了保证电力及工业自动化系统中的数据采集的不间断性，提高系统的无故障时间，本实用新型提供了一种装置通信管理机。该实用新型的主要功能是负责整个变电站系统的通信数据的采集功能，而后台监控系统只负责和通信管理机交换数据，这样就使系统的通信采集功能独立划分出去，由通信管理机专门负责。即使脱离了站内监控系统，站内数据照样可以通过通信管理机传送到远方调度系统。该实用新型能实现不同厂家、不同型号、不同通信接口的自动化设备间的通信集成，避免了因后台监控系统故障而造成的其他远端监控系统通信瘫痪的现象，可保证系统稳定、持久地工作。

本实用新型配备有多种通信接口，包括串口、CAN口、以太网口。支持多种通信规约，能实现不同通信接口及不同通信协议的设备间的信息共享，通信规约软件采用动态连接库，维护方便，支持与多主站通信，能实现双机互备及单机双端口互备功能，另外本实用新型还具有自动集中报警功能，装置能区分站内微机设备上传的告警信号和故障信号并自动驱动站内的警铃和汽笛等报警设备。本实用新型的软件采用Linux操作系统为软件支撑平台，对Linux裁减内核进行了裁减，构建小型Linux只读文件系统initrd.img.gz，只保留了通信管理机所必需的功能，裁减后的软件体积只有2MB左右的空间，系统的中断响应时间为0.1ms，具有极高的实时性。

本实用新型所采用的技术方案是：硬件采用3U，19英寸标准工业机箱，电路板共分为电源板、主板、人机接口板、总线板、通信板(1-3块可选)，其中电源板、主板、通信板采用背插式结构，每块背插式电路板和人机接口板通过母线板进行电气信号连接。本实用新型能达到电磁兼容III级标准，而且内置看门狗能保证在无须人工干预的情况下系统能自动恢复。

电源板采用开关电源模块，输出5V、24V电源供通信管理机其他电路板使用，并且，电源板配置了8路开关量输入和2路开关量输出接口，用于采集现场的开关位置等信号和驱动站内报警设备。

本实用新型主板采用AMD的LX800系列高性能CPU，主板功耗<2W，该CPU是基于X86体系的，支持Linux操作系统，主板进总线板的总线是采用的PC104接口，其他电路板均是通过PC104总线开发的，采用PC104接口的优点是可以在现有硬件平台基础上任意扩展所需要的功能。

本实用新型每块通信板(可选1-3块)扩展出4路串口1路CAN口。串口的驱动芯片选用MAXIM公司最新的MAX3160芯片，该芯片支持RS232、RS485、RS422等3种通信方式，理论通信速率可达10Mbps，不需要象以往使用的多种芯片组合的方式，节省了电路板的空间，提高了通信的可靠性；CAN口通信支持CAN2.0A标准帧和CAN2.0B扩展帧通信模式。通信板上所有通信口均采用光电隔离方式，每路通信口采用独立的DC/DC直流电源供电，保证每路通信口电磁兼容性能。

本实用新型人机接口板配备了320*240大屏幕液晶显示模块，LCD驱动软件支持所有汉字字库。支持汉字和图形显示模式，8键小键盘，操作方便，通信指示双色指示灯可以显示各通信口的通信状态及系统运行状态。

本实用新型的有益效果：

本实用新型软件上采用了源码开放的Linux系统平台，有效地避免了病毒的攻击，支持telnet，ftp服务器。由于标准Linux系统的实时性不高(中断响应时间为10ms)，这种响应速度是不太可能运用到工控领域的，所以我们对Linu2.4的内核进行了针对性的裁减，并运用修改Linux时钟粒度的方法对其实时性进行改造，达到中断响应时间为0.1ms的效果，大大提高了系统的实时性。

在规约解释软件模块的设计上，该实用新型采用了动态连接库的模式，将规约解释功能模块化，每个模块相对独立，使得现场编程出错的几率大大降低，减少了现场维护工作量，提高了产品的运行稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例的装置背视示意图；

图2是本实用新型实施例的主体部分硬件原理框图；

图3是本实用新型实施例的软件框架图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，本实施例的一种通信管理机，用于构建电力及工业自动化系统，负责不同厂家、不同型号、不同通信接口的自动化设备间的通信集成，实现数据的共享。其特征是：机箱采用高3U，长19英寸的标准工业机箱，硬件采用基于X86体系芯片，支持多串口、多CAN口、多以太网口通信。软件采用Linux操作系统，规约解释部分的软件采用Linux下动态连接库形式。可以和多个主站系统同时通信，可实现双机切换和单机双通信口的自动切换。

如图1、图2所示，本实用新型的通信管理机，包括外壳和主体部分，所述外壳采用3U，19英寸标准工业机箱，所述主体部分是由液晶显示模块和电路板组成，所述电路板共分为电源板、主板、人机接口板、总线板、通信板，电源板、主板、通信板采用从机箱背后插入的方式与总线板连接，总线板在机箱中前方(人机接口板的后面)，人机接口板固定安装在前面板内侧，与总线板连接。主板CPU采用基于X86的AMD公司的LX800芯片，主板引出端子与总线板连接，引出信号包括PC104总线信号以及通信板、人机接口板、电源板的控制信号。主板配备两个以太网口及一个USB口。配备3块通信板，每块通信板配备4个串行通信口和1个CAN通信口。串行通信口采用16C554A扩展，每片16c554A扩展4个串口，串行通信口驱动芯片采用MAX3160芯片，支持RS232、RS485、RS422通信，CAN口通过SJA1000扩展。

图1中，装置各电路板采用背部横插方式，电源板、主板、通信板通过机箱内前部的母板进行电气连接，机箱正前面的人机接口板也与母板进行电气连接。

图2中，主板上集成有CPU、RAM、CF卡、看门狗、PCI总线、PC104总线等模块，主板除完成系统软件的运行功能外，还向母板提供PC104总线信号，电源版、通信板、人机接口板通过母板及PC104总线信号将整个系统的电气信号紧密地连接起来。

如图3所示，本实施例的通信管理机软件对Linux2.4内核进行了针对性裁减，和改造，中断响应时间提高到100us，并制定了只读的文件系统initrd.img.gz，整个程序架构分为内核层、驱动层、应用层。应用层负责通信软件总调度功能，规约及协议解释部分的软件采用动态连接库与应用层主程序对口连接。通信管理机的每个通信接口均可作为主站和智能设备通信，也可作为子站与上位机系统进行通信，而且可以使用多个通信口和上位机系统进行通信。本实施例的通信管理机能实现双机互备及双端口互备的功能。对于双机互备功能，正常情况下，主机投入运行，备机处于热备用状态，当备用机检测到主机出现故障，自动将自己切换为主机投入运行，原主机自动切换为备用机，切换过程无须人员干预；对于双端口互备功能，正常情况下，主口工作，备口处于热备用状态。当主口出现故障时，备口自动检测到故障并自动切换为主通信口投入运行，并关闭原先的主口，实现各通信口间的无缝切换。

图3中，整个软件框架可分为驱动层、内核层、用户层，将软件分层设计的思想有利于软件的维护和移植。驱动层软件负责维维护各硬件模块的工作，内核层负责整个操作系统的调度和工作，并提供给API函数接口供用户层调用，用户层是处于最上层，可以通过内核层直接访问驱动层的数据，编写的主通信程序就处于用户层，主通信程序部分负责提供友好的人机界面，通信程序的调度等工作，其中使用了一项比较关键的技术：动态连接库，将动态连接库嵌入到主通信程序框架中就可以实现对各种协议的解析，而且各动态连接库互相独立。使用这种分层次的软件框架可以有效减少软件出错的几率，目前市场上的嵌入式产品很少使用这种技术，因为这种技术必须靠强大的操作系统支撑。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (7)

1、一种通信管理机，包括外壳和主体部分，所述外壳采用3U，19英寸标准工业机箱，其特征在于：所述主体部分是由液晶显示模块和电路板组成，所述电路板共分为电源板、主板、人机接口板、总线板、通信板，其中电源板、主板、通信板采用背插式结构，每块背插式电路板和人机接口板通过母线板进行电气信号连接。

2、根据权利要求1所述的通信管理机，其特征在于：所述电源板采用开关电源，输出5V、24V电源供其他电路板使用，并且，电源板配置了8路开关量输入和2路开关量输出接口，用于采集现场的开关位置等信号和驱动站内报警设备。

3、根据权利要求1所述的通信管理机，其特征在于：电源板、主板、通信板采用从机箱背后插入的方式与总线板连接，总线板在机箱中前方，人机接口板的后面，人机接口板固定安装在前面板内侧，与总线板连接。

4、根据权利要求1所述的通信管理机，其特征在于：所述主板采用AMD的LX800系列高性能CPU，主板进总线板的总线是采用的PC104接口，其他电路板均是通过PC104总线开发的。

5、根据权利要求4所述的通信管理机，其特征在于：采用基于X86的AMD公司的LX800CPU，主板引出端子与总线板连接，引出信号包括PC104总线信号以及通信板、人机接口板、电源板的控制信号，主板配备两个以太网口及一个USB口。

6、根据权利要求1所述的通信管理机，其特征在于：所述通信板可选1-3块，每块通信板配备4个串行通信口和1个CAN通信口，串行通信口采用16C554A扩展，每片16C554A扩展4个串口，串行通信口驱动芯片采用MAX3160芯片，支持RS232、RS485、RS422通信，CAN口通过SJA1000扩展，CAN口通信支持CAN2.0标准帧和扩展帧通信模式。

7、根据权利要求6所述的通信管理机，其特征在于：所述通信板上每路通信口均采用光电隔离方式，每路通信口采用独立的DC/DC直流电源供电，保证每路通信口电磁兼容性能。

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