专利名称：采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设备运行状态监视通讯系统，特别是涉及一种采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器。
背景技术：
通常的设备除了流程工业不论其自身自动化程度如何，都是独立工作的孤岛。一方面，人工很难对分布较广的很多设备运行状态进行监视，并对运行状态作长期记录，因此也很难获得准确的统计分析数据。另一方面，设备运行所需数据信息也很难从外部输入或从设备输出进行备份等处理。为了解决这两个方面的问题，业界提供了以下解决方案。
用多串口卡或多串口服务器实现与设备的串行通讯，这两种方案都不具有通过开关量采集实现设备状态监视的能力，因此需要另外的装置实现对应功能。此外，这两种方案还有其他缺陷对于使用多串口卡的方案，需要在设备附近提供安装多串口卡的PC，并需要在该PC上安装通讯处理软件，才能实现串行通讯处理以及与上位机的通讯连接。因此，采用该方案实现与设备的串行通讯，PC工作的可靠性直接影响通讯的可靠性，特别是这些PC还需要同时运行其他应用程序时，导致整个系统安装、维护工作量很大。
对于多串口服务器方案，由于多串口服务器只完成设备与上位机之间串行通讯的桥接，通讯对应的应用层协议处理只能在上位机进行，这样，即使设备能够通过串口输出设备状态信息，也需要将这些信息传送到上位机进行处理，再由上位机将处理后的信息反馈给设备。在这种模式，设备状态监视过程中要求整个网络不能中断，对网络要求高，对网络带宽消耗大，被监视的设备多时，会影响整个网络的运行效率。
还有一种采用PLC方式采集设备的开关量，监视设备状态。PLC的局限性在于通常不能提供与设备的串行通讯接口，并且对采集到的开关量不能本地缓存，需要实时发送到上位机，对网络的可靠性要求较高；输入端的输入阻抗不高(K级)，如果被采集设备开关量的输出阻抗与其接近，会影响设备原有的控制电路正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，它可采集设备的开关量，输入阻抗高，安装维护方便，对网络要求低。
为解决上述技术问题，本发明采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，由中央处理单元和外围电路组成，中央处理单元和外围电路通过Enet接口交换信号；外围电路包括2路串行通讯端口UART0、UART1，该端口UART0、UART1分别与被监视设备的RS232端口相连接，实现与被监视设备的串行通讯；16路开关量输入电路分别与被监视设备相连接，用于采集设备的开关量信号；所述串行通讯服务器系统控制程序由Core系统与App系统组成，对应MODE0和MODE1两种运行模式；Core系统运行在MODE0模式，具有基本控制功能(模式切换，以太网通讯)，并能完成App系统的远程更新；App系统运行在MODE1模式，执行串行通讯、I/O处理、数据处理功能；在任一时间点内，只有Core或App其中一个系统处于运行状态；在App系统内建立3个通道CHANNEL0、CHANNEL1、CHANNEL2，分别控制2路串行通讯端口UART0、UART1和16路开关量输入电路进行信号采集的处理；所述3个通道根据设定的不同优先级并行工作，完成对2路串行通讯端口UART0、UART1和16路开关量输入电路的并行处理，同时实现设备监视与设备串行通讯功能；通道CHANNEL0在设备与应用服务器之间建立起虚拟的串行通讯链路；通道CHANNEL1、CHANNEL2实现设备状态监视，通道CHANNEL1通过开关量输入电路获取设备状态，通道CHANNEL2通过串行通讯端口获取设备状态，对不同的设备，在通道CHANNEL2需要对应的协议处理代码。
本发明的有益效果是1、集成，在所述串行通讯服务器内集成了16路开关量输入电路与2路串行通讯端口，可以基本满足设备状态监视与串行通讯的需求。2、安全，高阻抗保证了设备正常运行。3、适应能力强，系统控制程序运行参数可远程配置，应用程序(App)系统也可以远程更新。
4、对网络的要求低，通过信号变化本地判断以及通讯协议本地解析，并进行信号本地缓存，本发明串行通讯服务器可以脱离上位机工作，在网络负载较低或网络恢复时将相关数据传送到上位机。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是本发明采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器原理框图；
图2是图1中16路开关量输入电路中的一路电路原理图；图3是本发明采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器控制程序框图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，由中央处理单元和外围电路组成。中央处理单元和外围电路通过Enet接口交换信号。中央处理单元采用ZILOG公司(美国公司)的“eZ80F91 EnetModule”模块，该模块以eZ80F91为中央处理器，还包含256KB内部Flash，1024KB外部Flash，16KB内部SRAM，512KB外部SRAM，一个时钟电路，一个以太网接口。
外围电路包括2路串行通讯端口UART0、UART1，该串行通讯端口UART0、UART1分别与被监视设备的RS232端口相连接，实现与被监视设备的串行通讯；16路开关量输入电路用于采集设备的开关量信号；ZDI端口实现本发明串行通讯服务器系统控制程序的写入；电源电路提供所述串行通讯服务器所需电源。2块MAX3245串口驱动芯片构成2路串行通讯端口UART0、UART1，完成RS232端口电平与所述串口驱动芯片逻辑电平的驱动转换，相关信号连接到Enet接口，输入到图1中的中央处理单元。Enet接口由中央处理单元和外围电路上的一组接插件组成。
图2所示是图1中16路开关量输入电路中的一路电路原理图，在本发明中各路开关量输入电路结构完全相同，因此，仅给出了其中一路开关量输入电路的电路图。设备开关量信号经过所述16路开关量输入电路连接到Enet接口，输入到图1中的中央处理单元。开关量输入电路中的光耦模块U1实现电路隔离，隔绝了被监视设备电路与本发明串行通讯服务器内部电路之间的相互影响。在光耦模块U1的输入端，以CMOS三极管TR1为中心，在被监视设备电路与光耦模块U1之间，建立了高阻抗的输入电路，等效电阻接近1050千欧。这种输入阻抗绝大多数情况下不会对被监视设备电路产生影响，保证了设备运行的安全。CMOS三极管TR1采用2SK1062(一种包括多路CMOS三极管的芯片)，它除了具有普通CMOS三极管的高阻抗特性外，还有较大的导通电压范围，加上三极管TR1输入端电阻电路(电阻R61、R62、R59)的分压作用，能够保证采集到9.5VDC-24VDC的设备状态信号。由于本发明的开关量输入电路具有较大的输入阻抗，在信号浪涌可控情况下，能够在设备状态信号电压48V情况下正常工作。
本发明采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器系统控制程序由核心程序系统(Core)与应用程序系统(App)组成(结合图3)，对应MODE0和MODE1两种运行模式。Core系统运行在MODE0模式，具有基本控制功能(模式切换，以太网通讯)，并能完成App系统的远程更新。App系统运行在MODE1模式，执行串行通讯、I/O处理、数据处理等功能。在任一时间点内，只有Core或App其中一个系统处于运行状态。Core系统只能通过ZDI端口写入，App系统可以根据需要进行远程更新，这样，极大方便了系统控制程序升级、维护等工作。在App系统内，建立了3个通道CHANNEL0、CHANNEL1、CHANNEL2，分别控制2路串行通讯端口UART0、UART1和16路开关量输入电路进行信号采集的处理工作。所述3个通道根据设定的不同优先级并行工作，完成对2路串行通讯端口UART0、UART1和16路开关量输入电路的并行处理，同时实现设备监视与设备串行通讯功能。通道CHANNEL0在设备与上位机的应用服务器(该应用服务器包含上位机以太网通讯管理、数据处理等功能)之间建立了虚拟的串行通讯链路，通道CHANNEL1、CHANNEL2实现设备状态监视。通道CHANNEL1通过开关量输入电路获取设备状态，通道CHANNEL2通过串行通讯端口获取设备状态，对不同的设备，在通道CHANNEL2需要对应的协议处理代码。通道CHANNEL1、CHANNEL2都具有本地处理功能，只有在设备状态信号发生变化时，才将有变化的状态量保存在本地缓存中，同时保存对应的系统时间，这样，即使上位机、网络不能正常工作，设备状态监视工作还能正常进行。系统时间在本发明的串行通讯服务器启动时，完成与上位机的同步，并定期更新。如果本发明的串行通讯服务器启动时，由于上位机或网络故障等原因，系统时间无法与上位机同步，在本发明的串行通讯服务器与上位机建立下一个通讯连接的同时，上位机将对已经保存在本地缓存中的数据进行时间补偿。在MODE0模式下，能对系统控制程序的IP地址、上位机IP地址等参数进行更新，在MODE1模式下，除了MODE0模式对应的参数外还能对串行通讯端口UART参数、开关量输入电路I/O处理参数等进行更新，相关参数都保存在中央处理单元的Flash中，不会丢失。由于App系统可以通过网络远程更新，因此，所述3个通道CHANNEL0、CHANNEL1、CHANNEL2的工作模式可以任意切换，例如，在CHANNEL0中添加相应的通讯协议处理代码，也可以通过该通道实现设备状态监视，相应的处理方法也可以随需应变。在一个设备存在多样性的环境下，远程App系统更新极大降低了初始安装、调试的工作量，也方便了后序的系统扩展、维护工作。
本发明能够对设备状态联网监视，同时为设备提供联网串行通讯服务。将本发明添加到传统的设备上，可以实现设备的远程监视，设备状态数据的长期记录，统计分析；可以实现设备运行所需的程序、参数的远程调用、更新、备份，减少设备运行准备时间，提高相关数据的安全性。
权利要求
1.一种采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，其特征在于由中央处理单元和外围电路组成，中央处理单元和外围电路通过Enet接口交换信号；外围电路包括2路串行通讯端口UART0、UART1，该端口UART0、UART1分别与被监视设备的RS232端口相连接，实现与被监视设备的串行通讯；16路开关量输入电路分别与被监视设备相连接，用于采集设备的开关量信号；所述串行通讯服务器系统控制程序由Core系统与App系统组成，对应MODE0和MODE1两种运行模式；Core系统运行在MODE0模式，具有基本控制功能，并能完成App系统的远程更新；App系统运行在MODE1模式，执行串行通讯、I/O处理、数据处理功能；在任一时间点内，只有Core或App其中一个系统处于运行状态；在App系统内建立3个通道CHANNEL0、CHANNEL1、CHANNEL2，根据设定的不同优先级并行工作，分别控制2路串行通讯端口UART0、UART1和16路开关量输入电路并行进行信号采集的处理，同时实现设备监视与设备串行通讯功能；通道CHANNEL0在设备与应用服务器之间建立起虚拟的串行通讯链路；通道CHANNEL1、CHANNEL2实现设备状态监视，通道CHANNEL1通过开关量输入电路获取设备状态，通道CHANNEL2通过串行通讯端口获取设备状态，对不同的设备，在通道CHANNEL2需要对应的协议处理代码。
2.如权利要求1所述的采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，其特征在于所述2路串行通讯端口UART0、UART1由2块MAX3245串口驱动芯片构成，完成RS232端口电平与所述串口驱动芯片逻辑电平的驱动转换。
3.如权利要求1所述的采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，其特征在于所述开关量输入电路包括光耦模块，与光耦模块输入端连接的CMOS三极管，与该三极管输入端连接的电阻分压电路，具有大于1000千欧的等效输入阻抗。
4.如权利要求1所述的采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，其特征在于所述通道CHANNEL1、CHANNEL2具有本地处理功能，只有在设备状态信号发生变化时，才将有变化的状态量保存在所述串行通讯服务器的本地缓存中，同时保存对应的系统时间。
5.如权利要求4所述的采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，其特征在于所述系统时间在所述串行通讯服务器启动时，完成与上位机的同步，并定期更新；如果所述的串行通讯服务器启动时，由于上位机或网络故障原因，系统时间无法与上位机同步，在所述串行通讯服务器与上位机建立下一个通讯连接的同时，上位机将对已经保存在所述串行通讯服务器的本地缓存中的数据进行时间补偿。
6.如权利要求1所述的采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，其特征在于在MODE0模式下，能对系统控制程序的IP地址、上位机IP地址参数进行更新；在MODE1模式下，可更新MODE0模式下对应的参数，还能对串行通讯端口UART参数、开关量输入电路I/O处理参数进行更新，相关参数都保存在中央处理单元的Flash中。
7.如权利要求1所述的采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器，其特征在于所述App系统的3个通道CHANNEL0、CHANNEL1、CHANNEL2的工作模式可以任意切换，相应的处理方法也可以随需应变。
全文摘要
本发明公开了一种采用以太网对设备状态进行监视的串行通讯服务器。由中央处理单元和外围电路组成，外围电路包括2路串行通讯端口UART0、UART1，该端口UART0、UART1分别与被监视设备的RS232端口相连接，实现与被监视设备的串行通讯。16路开关量输入电路分别与被监视设备相连接，用于采集设备的开关量信号。所述串行通讯服务器系统控制程序由Core系统与App系统组成，Core系统运行在MODE0模式，具有基本控制功能，并能完成App系统的远程更新，App系统运行在MODE1模式，执行串行通讯、I/O处理、数据处理功能。本发明可采集设备的开关量，输入阻抗高，安装维护方便，对网络要求低。
文档编号H04L12/28GK1983998SQ200510111410
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月13日 优先权日2005年12月13日
发明者叶英德 申请人:上海三菱电梯有限公司