专利名称：：一种本质安全型千兆工业交换机的制作方法
技术领域：
：本发明涉及工业交换机的各种特性，包括各种工业防护
技术领域：
、冗余保护技术、高效率开关电源技术、低等效电容滤波技术、低等效电感滤波技术、抗干扰布线技术、网络交换技术以及工业现场的组态等。
背景技术：
：工业现场以往使用各种工业现场总线将各种工业设备连接在一起，形成工业控制网络，但随着工业客户需求的不断提升，现场总线已经不能满足工业客户日益增加的新需求。也由于各种现场总线标准的不统一，限制了工业现场总线的进一步发展。于是，工业客户将目光投向了在商用行业应用成功的以太网技术。在矿用技术中以往采用FSK调制技术，只能传输几百波特的数据，随着矿井自动化的提高，对传输交换的带宽提出巨大的需求，隔爆交换机开始应用到矿井的工业现场，但隔爆系统存在着安装不便，维护不便等缺点，不能满足矿井信息化的需求。东土公司发明了一种本质安全型千兆工业交换机，是在分析煤矿行业的各种需求后研制的具有突出创新性产品。一种本质安全型千兆工业交换机，其特征一在于系统采用低功耗设计方案，降低了整机的功耗；设计了一种高效率的电源,其效率高达90%以上，为系统提供了可靠稳定的电源转换。所述工业交换机，其特征在于该系统设计的等效电容、等效电感满足矿用系统的需求，符合本质安全标准。所述的工业交换机，其特征在于根据矿用系统的特点为用户提供了电源告警的I/0量的输入。所述的工业交换机，其特征在于将该告警量TRAP到系统的WEB网管界面上。所述的工业交换机，其特征在于将该告警量TRAP发送到了基于SNMP协议的KYVISION3.0的软件中，便于用户系统的管理。所述的工业交换机，其特征在于能组成快速冗余环网。所述的工业交换机，三个千兆口一7采用SFP接口设计，便于用户的灵活配置。所述的工业交换机，电源输入及告警接口-_3采用了5.08间距的端子，位于上面板2上。便于用户现场的安装。所述的工业交换机，所有电源状态指示，采用光生成器件一6指示，位于上面板2上。便于用户现场的观察。所述的工业交换机，所有端口的状态指示，采用光生成器件一8指示，位于上面板2上。便于用户现场的观察。所述的工业交换机，所有端口的状态指示，采用光生成器件指示，位于上面板3上。便于用户现场的观察。所述的工业交换机，其特征在于系统满载的状态下，其功耗小于5.6w.所述的工业交换机，其特征在于设计了一种高效的电源转换器，电源转换系统效率高大90%以上。所述的工业交换机，其特征在于该电路的等效电容、等效电感满足本质安全的要求，其短路产生的能量小于1.3毫焦耳所述的工业交换机，其特征在于I/O的输入为高低电平，高电平表示交流供电正常，低电平表示直流供电，交流供电异常。所述的工业交换机，其特征在于电源的告警信息可以显示在WEB的页面上，便于系统网元的维护与管理。所述的工业交换机，其特征在于电源告警信息同时可以发送到基于SNMP协议的KYVISI0N3.0管理软件中，并在后台显示告警信息。便于系统网络的整体管理所述的工业交换机，其特征在于该发明能组成千兆的环行网络，并提供另外一个千兆口上联，组成千兆环行网络时，其倒换速度小于30ms.所述的工业交换机，其特征在于该发明每个百兆端口能组成百兆的电缆环行网络，组成百兆环行网络时，其倒换速度小于30ms.所述的工业交换机，其特征在于工业交换机内部嵌入两套软件，形成双软件备份，提高了软件升级及网络设备的可靠性。所述工业交换机，其特征在于采用低功耗设计，该系统可使工业交换机工作在-40'CT+75'C之间。图1电源原理图图2告警硬件原理图图31/0告警功能结构图图4结构图具体实施方式1.1高效率电源方案系统的低功耗设计，依赖选用低功耗的专业方案和高效率的电源设计；本发明的创新就在于高效率的电源系统设计。本发明主供电电源采用3.3V输入，采用高效率的电源方案将3.3V转换成系统需要的2.5V、1.8V的电源。系统的电源转换效率达到90%以上。本发明设计中考虑到电源转换的效率，采用LTC3407-2双路输出的电源转换器。输入等效电容为47U，输出等效电容为47U，采用2.2UH的储能电感。来满足本质安全的要求。如图1.1.2系统等效电容的设计等效电容C的选择电容C的选择决定于两个因素输出的纹波电压和容性电路的点燃曲线.当变换器工作与CCM模式时，根据AVfdTI。AXV0-Vi)/R^Of，将相关参数代如入，得到最小等效滤波电容C43uf;根据GB3836.4-2000中容性电路火花放电最小点燃电压实验曲线，取安全系数K4.5，即考察电压为1)=3.3*1.5=4.95丫的情况可得到对应的最大电容约为100UF。如果等效电容取100UF，此时电容的储能为W^1/2化V。^1.089Mj，该能量值是满足本质安全需求；因此滤波电容采取47UF的电容是完全符合本质安全设计需求的。1.3系统等效电感的设计电感L的选择主要由变换器的工作模式决定。假如将该变换器输出电流大于350mA(RL=50欧)的工作范围设计在CCM模式，则最小电感为Lmin-RL(V0-Vi)*Vi2/2FV03=63Uh在本发明中输入、输出电感采用2.2uH是完全符合本质安全的需求的。1.41/0告警设计1.4.11/0告警硬件实现本发明的告警信号由6芯的凤凰端子pin2输入，然后接到CPU的10口PC14上由CPU来检测此Sl告警信号当前的高低电平状态。然后CPU通过SNMP发生告警状态到网管软件进行显示。如图2.1.4.21/0告警软件实现I/O电源告警管理是通过监控I/O引脚来实现交、直流电源监控管理。此模块具有配置和监控双重功能。功能实现如图3所示。1/0监控模块此模块属于系统内部模块，主要用于监控I/O口状态，如果发现电源出现告警，即发送告警消息给WEB模块和SNMP模块。同时此模块具有配置管理功能，可设置告警屏蔽，设置屏蔽后，即使出现告警也不会发送消息给其他模块。WEB模块此模块为用户接口模块，配合告警信息的显示及电源告警屏蔽的配置。SNMP模块此模块为EMS网管的接口模块，当此模块接收到吿警信息后，将此信息发送给EMS网管，同时此模块也接收来自EMS网管的电源告警屏蔽配置信息。1.5快速冗余倒换设计(DT-RING)DT-RING模块是一种工业环境下的以太网快速、可靠冗余环网的倒换设计方法,其特征是指定环网中的主站/从站节点；指定每个交换节点的环端口及环端口的Forward、Block状态；主站节点通过Forward状态端口发送TEST报文，Mock状态的端口检测TEST报文；主从站节点快速检测被指定的环端口的LINK-UP、LINK-DO丽状态，转发并刷新MAC地址；从站收到主站发出的拓扑改变的报文后刷新MAC地址。整个拓扑改变到重新构成达到稳态时间小于30ms。主站有3种状态，分别为起始状态、环一开状态和环一关状态；由协议报文和本站环端口状态控制协议状态迁移。无论处于何种状态，主站都会向主环端口发送TEST报文，用于检测环路状态。起始状态当环端口只有一个为LTM-UP时的状态，不需要协议对协议报文进行任何处理，只检测环端口LINK-UP事件，当次环端14LINK-UP后，将状态转到环-关状态，同时设置次环端口为BLOCK状态。IDEventCONDITIONACT丽NEXT-STATE1Link-up只有一个环端口Link-叩NULLSelf2Link-up有两个环端口Link-up当前Link-up端口设置为次环端口；状态设置为BLOCK环-关状态3接收到协议报文；类型为Link-upNULLNULLNULL环-关状态DT-RING环在物理上的连接状态；环上的每个端口状态都为LINK-UP状态，此时物理上已经成环。IDEventCONDITIONACTIONNEXT-STATE1Link-down主环端口清环端口上的FDB表；设置次环端口为转发起始状态9<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种本质安全型千兆工业交换机，其特征一在于系统采用低功耗设计方案，降低了整机的功耗；设计了一种高效率的电源，其效率高达95％，为系统提供了可靠稳定的电源转换。所述工业交换机，其特征在于该系统设计的等效电容、等效电感满足矿用系统的需求，符合本质安全标准。所述的工业交换机，其特征在于根据矿用系统的特点为用户提供了电源告警的I/O量的输入。所述的工业交换机，其特征在于将该告警量TRAP到系统的WEB网管界面上。所述的工业交换机，其特征在于将该告警量TRAP发送到了基于SNMP协议的KYVISION3.0的软件中，便于用户系统的管理。所述的工业交换机，其特征在于能组成快速冗余环网。所述的工业交换机，三个千兆口--7采用SFP接口设计，便于用户的灵活配置。所述的工业交换机，电源输入及告警接口--3采用了5.08间距的端子，位于上面板2上。便于用户现场的安装。所述的工业交换机，所有电源状态指示，采用光生成器件--6指示，位于上面板2上。便于用户现场的观察。所述的工业交换机，所有端口的状态指示，采用光生成器件--8指示，位于上面板2上。便于用户现场的观察。所述的工业交换机，所有端口的状态指示，采用光生成器件指示，位于上面板3上。便于用户现场的观察。2、根据权利要求l，其特征在于系统满载的状态下，其功耗小于5.6w。3、根据权利要求1，其特征在于设计了一种高效的电源转换器，电源转换系统效率高大90%。4、根据权利要求1,其特征在于该电路的等效电容、等效电感满足本质安全的要求，其短路产生的能量小于1.3毫焦耳。5、根据权利要求1，其特征在于I/O的输入为高低电平，高电平表示交流供电正常，低电平表示直流供电，交流供电异常。6、根据权利要求l,其特征在于电源的告警信息可以显示在WEB的页面上，便于系统网元的维护与管理。7、根据权利要求l，其特征在于电源告警信息同时可以发送到基于SNMP协议的KYVISI0N3.0管理软件中，并在后台显示告警信息。便于系统网络的整体管理。8、根据权利要求1，其特征在于该发明能组成千兆的环行网络，并提供另外一个千兆口上联，组成千兆环行网络时，其倒换速度小于30ms。9、根据权利要求1，其特征在于该发明每个百兆端口能组成百兆的电缆环行网络，组成百兆环行网络时，其倒换速度小于30ms。10、根据权利要求l，其特征在于工业交换机内部嵌入两套软件，形成双软件备份，提高了软件升级及网络设备的可靠性。全文摘要本发明是一种本质安全型千兆工业交换机的实施例，其特征一在于系统采用低功耗设计方案，降低了整机的功耗；设计了一种高效率的电源，其效率高达95％，为系统提供了可靠稳定的电源转换。其特征二在于该系统设计的等效电容、等效电感满足矿用系统的需求，符合本质安全标准。其特征三在于根据矿用系统的特点为用户提供了电源告警的I/O量的输入，并将该告警量TRAP到系统的WEB网管界面上，同时发送到了基于SNMP协议的KYVISION3.0的软件中，便于用户系统的管理。本发明支持DT-RING协议可以实现快速冗余千兆、百兆环网。三个千兆口的设计满足用户千兆组网、千兆上联的业务特性。文档编号H04L12/04GK101252447SQ20071012165公开日2008年8月27日申请日期2007年9月12日优先权日2007年9月12日发明者刘分良,张洪雁,薛百华,陈凡民,马化一申请人:北京东土科技股份有限公司