CN203012478U

CN203012478U - 激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施

Info

Publication number: CN203012478U
Application number: CN2012207064388U
Authority: CN
Inventors: 李和璋; 王建军; 伍浩成; 刘志强; 魏帅; 赵灏; 谢征; 徐明阳; 陈家雄; 吕宏伟
Original assignee: CETC 34 Research Institute
Current assignee: CETC 34 Research Institute
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2022-12-19

Abstract

本实用新型为激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，本系统主控制器与多台并发代理控制器通过以太网连接，采用SNMP协议；每台并发代理控制器经串行通信总线与1～20台有源光设备连接，采用私有协议。各有源光设备单片机的设备控制器分为机箱设备或插箱业务盘。与之配合，并发代理控制器分为机箱设备和插箱业务盘控制器。主控制器经以太网交换机连接并发代理控制器。以太网交换机经光接口多级级联扩大网络规模。本设施分为主控制器与并发代理控制器以太网连接和并发代理控制器与光设备的串行总线连接，主控制器可控制上万台有源光设备，且保证信息响应及时快速可靠；以太网连接不受地域的限制，实现了分级、分布式控制。

Description

激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施

技术领域

本实用新型涉及激光装置系统的控制技术领域，具体为一种激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施。

背景技术

在大型激光装置中有着数量众多的有源光纤设备和无源光纤设备，被称作激光装置甚多路光纤系统，这些有源光纤设备需要严格的控制管理操作。随着激光装置甚多路光纤系统规模的扩大，系统内的光纤设备数量以几何倍数的剧增，有源光纤设备（以下均简称为光设备）多达万台以上是常见的，因此对光设备的自动控制管理系统的需求，显得日益突出和迫切。

传统的工业控制方式采用的是基于串行通信的计算机集中控制，在激光装置原型系统的前端光纤系统中，以计算机作为上位机，通过串行总线RS-422等与作为下位机的光设备通信，实现对光设备的控制管理。在被控光设备数量不多（30余台）、响应要求不高、通信距离不远的情况下，通常采用这种集中管理控制设施。

但在激光装置甚多路光纤系统中，基于串行通信的计算机集中控制的光设备不超过30台的情况下，已经显现出这种控制设施反应不及时、结构配置不灵活、通信效率不高、扩展性不好、抗强电磁干扰能力差等一系列等不足。更不可能满足具有上千台光设备的激光装置甚多路光纤系统的控制管理要求。

目前网络管理技术比较成熟，已成功地应用于当前电信网的管理中。现代网络管理技术包括信息的采集、处理和控制全过程，是一个复杂的信息处理系统。网络管理就是对网络的性能、运行状态进行监测和控制的过程，可为被管系统的高效、可靠运行提供重要保证。

现代网络管理技术特点是功能逻辑层次化、管理信息模型化、管理接口协议标准化。

激光装置甚多路光纤系统具有设备数量多、设备参数少、设备通信能力弱的特点，其内的光设备和一般的工业生产过程系统类似设备一样，不具备通信能力或通信能力弱，且可能出自不同的厂家，在系统中的大量光设备也没有分级结构和相互的接口软件。因此目前尚未见到应用网络管理技术的大型激光装置的具体控制设备的报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，主控制器经以太网与多台并发代理控制器连接，各并发代理控制器经串行通信总线与多台有源光设备连接。主控制器经以太网与并发代理控制器高速通信，再访问到每台有源光设备，能够及时控制管理多达万台以上的有源光设备。

激光装置甚多路光纤系统中有着数量众多的各类光设备。工控机通常作为光设备的控制器，是完成对光设备的控制管理操作较好方式，但各类光设备仅具有串行通信能力。激光装置中有大量有源光设备，而各种有源光设备通信能力又较弱，对于激光装置要进行快速、高效地控制管理，仅靠一台工控机是不行的。

如果串行通信速率S为9600bit/s，每个字节f包括数据位8bit、奇偶校验位1bit，起始位1bit和停止位1bit，即f=8+1+1+1；每帧信息包括n个字节，一帧信息的长度为nf，发送一帧信息的时间T可由下式计算：

T=1/S×f×n

=(1/9600)×11×n

当n=50，即一帧信息为50字节，

T=0.0011458×50=0.057(s)

可见发送一个具有50字节长度的信息帧的时间为0.057秒。也就是发送一个50个字节长度的信息报文需要0.057秒，再考虑收发应答机制，一个完整的通信过程需要加倍的时间0.114秒。

通常人的等待忍受度：完好程度是＜1秒，一般程度是1～2秒，最大程度＜3秒。也就是等待3秒以上人的忍受度是难于接受的。

根据人的等待忍受度，一台并发代理控制器直接控制管理的有源光设备的数量应当小于或等于20台，才能在1～2秒完成所管理设备的一次数据轮循，管控的有源光设备大于20台，轮候等待时间将过长不能接受。

本实用新型设计的激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施包括主控制器，还有并发代理控制器，主控制器与多台并发代理控制器通过以太网连接，采用SNMP协议交换控制信息；每台并发代理控制器经串行通信总线与1～20台有源光设备连接，采用私有协议交换控制信息。

所述主控制器为个人计算机或服务器，所述并发代理控制器为嵌入式工业控制计算机或嵌入式通信处理器。

所述主控制器与并发代理控制器之间为光纤以太网连接。

所述并发代理控制器经RS-485设备总线连接1～12台有源光设备，采用私有协议交换控制信息。

各有源光设备中配有单片机作为设备控制器。

根据有源光设备的结构形式不同，设备控制器有两种不同的RS-485设备总线形式，即为机箱设备或插箱业务盘，机箱设备配有机柜形式的双绞线，插箱业务盘则配有背板总线，以配合。

与不同的有源光设备配合，并发代理控制器也分为两种，其一为与机箱设备配合的机箱设备控制器，另一为与插箱业务盘配合的插箱业务盘控制器。

所述主控制器连接以太网交换机，并发代理控制器连接在以太网交换机的电接口上。

所述以太网交换机具有2个以上的光接口，经光纤连接主控制器和下级以太网交换机，或者经光纤连接上级和下级以太网交换机，构成多级以太网交换机级联的以太网网络。根据需要多级以太网交换机可以进行级联，以扩大网络规模，即扩大本控制设施的规模。

所述级联的以太网网络中的以太网交换机理论上可以有无限多级，但在实际应用中级联的级数受很多因素影响，其中主要是传输时延。因此较佳方案中本系统级联的以太网网络中的以太网交换机为2～20级。

与现有技术相比，本实用新型激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施的优点是：

1、主控制器与并发代理控制器经以太网连接，并发代理控制器与被控有源光设备经RS-485总线连接，以太网通信速率达100M bps，在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，即网络碰撞机率大大下降，使通信效率提高；主控制器连接的并发代理控制器的数量达到1000个以上也可以满足百毫秒级响应；分布式控制方式使主控制器可控制上万台有源光设备，且保证信息响应及时、快速、可靠；

2、主控制器与并发代理控制器通过以太网进行连接，而以太网的组成和规模由以太网交换机的级联灵活实现。以太网交换机之间的级联将以太网络划分为多个网段，由于以太网交换机具有数据存储、转发的功能，使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲，不再发生碰撞；同时交换机还可对网络上传输的数据进行包过滤，使每个网段内节点间数据的传输只限在本地网段内进行，而不需经过主干网，也不占用其他网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷；以太网使用全双工通信，使得各端口间的数据分别同时接收和发送报文帧，不会发生冲突；

3、主控制器与并发代理控制器的以太网连接不受地域的限制，各并发代理控制器及其连接的设备控制器、有源光设备可根据需要分布，即主控制器可对有源光设备实现分级、分布式控制；

4、各设备控制器所接的有源光设备的数量在20台以内，保证了通信响应时间在理想范围内；

5、设备控制器可为不同的机箱设备或插箱业务盘，适合不同的激光装置灵活配置；

6、本控制设施也可用于其它检测节点数量众多，并要求传输速度快、响应时间少、巡回周期短的大规模应用场合，如企业生产设备控制系统、机械制造业检测系统、港口物流信息化管理系统等。

附图说明

图1为本激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施实施例的结构示意图。

具体实施方式

本激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施系统实施例如图1所示，包括主控制器、以太网交换机、并发代理控制器和激光装置的多台有源光设备。

所述主控制器经光纤连接以太网交换机，本例有14级级联的以太网交换机。各级以太网交换机连接一个网段，本例第一级以太网交换机连接一台机箱设备控制器和一台插箱业务盘控制器，机箱设备控制器和插箱业务盘控制器分别连接基准脉冲组件的配有机箱设备或插箱业务盘的各有源光设备，构成基准脉冲组件网段，第一级以太网交换机还连接一台第二级以太网交换机；第二级以太网交换机与第一级类似，连接一台机箱设备控制器和三台插箱业务盘控制器（图1中只画出一台，以点虚线表示多台），各机箱设备控制器和插箱业务盘控制器分别连接脉冲整形组件的配有机箱设备或插箱业务盘的各有源光设备，构成脉冲整形组件各网段，第二级以太网交换机还连接六台以太网交换机，即第三级至第八级以太网交换机（传输放大组件）；第三级至第八级以太网交换机各连接一台机箱设备控制器和三台插箱业务盘控制器（图1中只画出一台，以点虚线表示多台），各机箱设备控制器和插箱业务盘控制器分别连接传输放大组件的配有机箱设备或插箱业务盘的各有源光设备，构成传输放大组件各网段，传输放大组件的第八级以太网交换机还连接六台、第九级至第十四级以太网交换机（功率放大组件）；第九级至第十四级以太网交换机各连接一台机箱设备控制器和三台插箱业务盘控制器（图中只画出一台，以点虚线表示多台），各机箱设备控制器和插箱业务盘控制器分别连接功率放大组件的配有机箱设备或插箱业务盘各有源光设备，构成功率放大组件各网段。

本例的以太网交换机配有两个光接口。本例主控制器与第一级以太网交换机在同一机架上，可用电接口连接。当主控制器与第一级以太网交换机在不同机架上，则经光纤连接。第一级至第四级以太网交换机之间经光纤级联连接，扩大以太网规模。经光接口光纤连接的各网段机架之间的抗电磁干扰能力更强。通常每个机架配备至少一台以太网交换机，以太网交换机的电接口连接1台或多台并发代理控制器。

本例各机架中的并发代理控制器分为机箱设备控制器和插箱业务盘控制器，经RS-485设备总线分别连接8台（套）具有机箱设备和插箱业务盘的有源光设备。

各机架的并发代理控制器数量和其所接的有源光设备数量可根据需要灵活配置，一台并发代理控制器所接有源光设备数量控制在20台以内。

本例设施并发代理控制器达60台以上，所接有源光设备数量达480台以上。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，包括主控制器，其特征在于：

还包括有并发代理控制器，所述主控制器与多台并发代理控制器通过以太网连接，采用SNMP协议交换控制信息；每台并发代理控制器经串行通信总线与1～20台有源光设备连接，采用私有协议交换控制信息。

2.根据权利要求1所述的激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，其特征在于：

3.根据权利要求1或2所述的激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，其特征在于：

所述主控制器与并发代理控制器之间为光纤以太网连接。

4.根据权利要求1或2所述的激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，其特征在于：

所述并发代理控制器经RS-485设备总线连接1～12台有源光设备。

5.根据权利要求1或2所述的激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，其特征在于：

所述各有源光设备中配有单片机作为设备控制器。

6.根据权利要求5所述的激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，其特征在于：

不同有源光设备的设备控制器有两种不同的RS-485设备总线形式，即为机箱设备或插箱业务盘，机箱设备配有机柜形式的双绞线，插箱业务盘则配有背板总线；

与不同的有源光设备配合，并发代理控制器也分为两种，一种为与机箱设备配合的机箱设备控制器，另一种为与插箱业务盘配合的插箱业务盘控制器。

7.根据权利要求1或2所述的激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，其特征在于：

所述主控制器连接以太网交换机，以太网交换机每个电接口连接一台并发代理控制器。

8.根据权利要求7所述的激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，其特征在于：

所述以太网交换机具有2个以上的光接口，经光纤连接主控制器和下级以太网交换机，或者经光纤连接上级和下级以太网交换机，构成多级以太网交换机级联的以太网网络。

9.根据权利要求8所述的激光装置甚多路光纤系统的分布式控制设施，其特征在于：

所述级联的以太网网络中的以太网交换机为2～20级。