专利名称：一种副枪数据分析系统网络通讯单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种网络通讯模块，具体应用于在枪数据分析系统与PLC之间 进行数据交换。
背景技术：
副枪数据分析系统(以下简称DAS)主机与数据服务器之间通过高速以太网进行 通讯，核心数据采用可靠的TCP/IP转PROFIBUS现场总线协议实现双方的数据传输。转炉副枪数据分析系统(DAS)是一套高速嵌入式实时系统，响应时间快，具有 极高的执行速度和系统可靠性，数据的采集、分析频率等都是毫秒级的。在武钢及全国 各大钢厂转炉项目中大量投入使用。但现场大多数网络环境复杂，由于有些PLC系统没 有以太网接口只有PROFIBUS接口，导致DAS与PLC之间无法完成数据交换。因此需 要研制使用特殊的网络通讯模块，以保证大量数据在DAS主机与PLC之间顺利地进行交 换。由于DAS副枪的通讯数据在网络上是以数据包为单位传输的，数据分析系统每 一个曲线数据包由2000组长度为Ikb的数据包组成，而且以太网接口的通讯速率为100M 或1000M，PLC的PROFIBUS接口速率通常为IlM 9600k之间可调，这就造成了通讯 速率间的不匹配。如果线路好、速度快，包的损失会非常小，可如果线路条件比较差的 话，数据的损失量就会非常大，数据的传输就会出现空洞造成丢包的现象。而现场影响 线路条件的因素很多，如自然环境、硬件设备、软件质量等多方面的原因。因此在采 用普通的交换机传输主机与数据服务器之间的数据时，经常会发生数据延时甚至是丢包 的现象。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种副枪数据分析系统网络通讯单元， 他具有提供两种不同制式的网络接口，利用转换模块，支持数据在两种不同制式的接口 上转发，提供了一种专门用于转炉副枪数据分析系统(DAS)的小型通讯单元，用来在 DAS与PLC之间交换数据的特点。为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种副枪数据分析系统网络通讯单 元，其特征在于，包括格式转换模块、PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区、PROFIBUS接 口和以太网接口，所述格式转换模块中设置有用于进行数据包交换、协议分析及系统管理的交换 引擎，格式转换模块与所述PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区分别连接；所述PROFIBUS缓冲区连接所述PROFIBUS接口 ；所述以太网缓冲区连接所述以太网接口。优选的技术方案为，所述交换引擎设置有交换阵列模块，所述交换阵列模块中 设置有冗余子模块，所述交换阵列对所述各冗余子模块设置有优先级。
3[0011]更加优选的技术方案为，所述交换引擎采用高性能核心芯片，所述以太网缓冲 区及PROFIBUS缓冲区的缓冲区大小大于等于64K，所述格式转换模块与PROFIBUS缓 冲区、以太网缓冲区、PROFIBUS接口、以太网接口之间的交换线路采用统一规范。进一步优选的技术方案为，所述PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区都采用 WEFQ缓冲管理调度算法对缓冲区的数据进行调度。更进一步优选的技术方案为，所述以太网接口的交换芯片为千兆以太网交换芯 片。再进一步优选的技术方案为，PROFIBUS缓冲区大小为512K，以太网缓冲区大 小为64K。本实用新型的优点在于1.本实用新型提供了两种不同制式的网络接口，利用转换模块，支持数据在两 种不同制式的接口上转发，提供了一种专门用于转炉副枪数据分析系统(DAS)的小型通 讯单元，用来在DAS与PLC之间交换数据。2.本实用新型自带以太网接口与PROFIBUS接口，同时采用大的数据缓冲区用 来协调以太网与PROFIBUS之间的速度，还可以自动侦测网络性能和速率，保证了数据 包的完整率。3.本实用新型通过在交换引擎中设置交换阵列模块，交换阵列模块中设置冗余 子模块，交换阵列对各冗余子模块设置有优先级。当交换引擎中的数据交换子程序由于 某种原因一旦崩溃，就立即启动交换阵列模块中的冗余子模块接管。以实现冗余及自动 切换。4.本实用新型的交换引擎采用高性能核心芯片(如采用INTEL的80486、TI的 CortexTM-M3和ARM9 系列，三星的ARMll系列)，实现系统数据包交换、协议分 析、系统管理，从而实现线速转发、无阻塞交换。再将以太网缓冲区及PROFIBUS缓冲 区的缓冲区大小选择为大于等于64K，格式转换模块与PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲 区、PROFIBUS接口、以太网接口之间的交换线路采用统一规范，从而实现传输速率达 到千兆。通过以太网接口自适应来判断是千兆网络还是百兆网络，也可以满足未来网络 升级的需要。5.本实用新型采用全双工模式，同时接收和发送数据，双向数据流用来提高网 络传输的效率。6.本实用新型支持存储转发与直通转发两种交换方式，两种方式的选择主要通 过通讯数据包的的大小自动判断，当2ms内通过的数据包大于50个的时候使用存储转发 方式(首先把接收到的整个数据包暂存在该端口的高速缓存中排队，当高速缓存中该数 据包前面所有的数据包被千兆芯片处理完后，随即把该数据包转发)。若小于则使用直通 转发方式(不缓存，直接发送。)。以此来满足不同的数据传输需要，既可以保证主机 端监测数据实时响应的要求，减少延时，也可以保证服务器端数据传送的准确性。7.选用千兆以太网交换芯片的以太网接口能够使本实用新型的总带宽达到 32GbpSo8.本实用新型将PROFIBUS缓冲区大小设为512K，以太网缓冲区大小设为 64K，刚好可以满足数据交换的需求，不会因为太大，导致读取数据缓冲区的时间过长，而导致通讯速度变慢；也不会因为缓冲区的尺寸过小导致接口上的数据因缓冲区满发生 拥塞，而导致数据发生丢包的现象。9.本实用新型大大提高了系统的网络通讯能力，使网络传输吞吐量 (Throughput)、时延(Latency)、丢包率(Frame loss rate)、抖动等性能指标均明显提高。在进行吞吐量测试时，考虑不同负载下的性能状况，在正常负载压力、较大负 载压力、最大负载压力下对被测设备进行性能测试，测试包长包括了最短(64byte)、中 间(128byte、512byte…..)、最长(1518byte)。使用效果良好。目前在多家钢厂19座转 炉上使用至今数据传输没有发生任何传输问题。本实用新型提供了一种专门用于转炉副枪数据分析系统(DAS)的小型通讯单 元，采用两种不同制式的网络接口，利用转换模块，支持数据在两种不同制式的接口上 转发，用来在DAS与PLC之间交换数据，能够保证数据包的完整率，实现冗余及自动切 换，总之，本实用新型结构简单，易于制作，工作稳定，使用效果好。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
图1为本实用新型的结构示意图。其中，I-PLC的PR0FIBUS接口，2_本实用新型中的PR0FIBUS接口， 3-PR0FIBUS缓冲区，4-格式转换模块，5-以太网缓冲区，6-以太网接口，7-DAS系统 以太网接口，8-本实用新型。
具体实施方式
结合图1对本实用新型的各组成部件及连接方式进行介绍如图1所示的本实用 新型结构示意图，本实用新型包括格式转换模块、PR0FIBUS缓冲区、以太网缓冲区、 PR0FIBUS接口和以太网接口。格式转换模块中设置有用于进行数据包交换、协议分析及系统管理的交换引 擎·’格式转换模块与PR0FIBUS缓冲区、以太网缓冲区分别连接；PR0FIBUS缓冲区连 接PR0FIBUS接口；以太网缓冲区连接所述以太网接口。对于格式转换模块，优选的， 采用6层PCB板的的格式转换模块。本实用新型的交换引擎采用高性能的核心芯片(如采用INTEL的80486、TI的 Cortex -M3和ARM9 系列，三星的ARMll系列)实现系统数据包交换、协议分析、 系统管理，以实现线速转发、无阻塞交换。本实用新型满足以下性能参数传输速率通过采用高性能核心芯片交换引擎，以太网缓冲区及PROFIBUS 缓冲区的缓冲区大小选择大于等于64K，更加优选的，将PROFIBUS缓冲区大小设为 512K，以太网缓冲区大小设为64K。格式转换模块与PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲 区、PROFIBUS接口、以太网接口之间的交换线路采用统一规范，实现传输速率达到 千兆，能够通过网络自动判断、自适应运行，也可以满足未来网络升级的需要。传输模式采用全双工模式，同时接收和发送数据，双向数据流用来提高网络 传输的效率。交换方式本实用新型通过通讯数据包的的大小自动判断是进行转发还是进行直通转发两种交换方式，当2ms内通过的数据包大于50个的时候使用存储转发方式(首 先把接收到的整个数据包暂存在该端口的高速缓存中排队，当高速缓存中该数据包前面 所有的数据包被千兆芯片处理完后，随即把该数据包转发)。若小于则使用直通转发方 式(不缓存，直接发送。)。以此来满足不同的数据传输需要，既可以保证主机端监测 数据实时响应的要求，减少延时，也可以保证服务器端数据传送的准确性。交换矩阵交换矩阵一个重要的技术指标就是交换引擎上的总交换带宽，它是 网络通讯模块接口处理器和数据总线之间所能吞吐的最大数据量。如果这个带宽大于各 端口带宽之和，那么就可以实现线速转发了。本实用新型采用千兆以太网交换芯片的以 太网接口，使得总带宽可以达到32Gbps，提供了强大的网络数据处理能力和快速的传输 速率。缓冲区大小缓冲区大小要适度，过大的缓冲空间会影响正常通信状态下数据 包的转发速度，因为过大的缓冲空间需要相对多一点的寻址时间，并增加设备的成本。 而过小的缓冲空间在发生拥塞时又容易丢包出错。每个端口享有独立的缓冲空间，不 影响其它端口的缓冲状态，本实用新型选择缓冲区大小大于等于64K的以太网缓冲区及 PROFIBUS缓冲区，同时采用先进的WEFQ缓冲管理调度算法，采用这种方式是解决缓 冲问题的合理方式。安全性及VLAN支持在底层通过MAC地址过滤或将MAC地址与固定端口绑 定把非法的客户隔离在网络之外，同时VLAN是基于逻辑连接而不是物理连接，一个广 播域可以是一组任意选定的MAC地址组成的虚拟网段，将局域网上的一组设备配置成好 象在同一线路上进行通信，而实际上它们处于不同的网段，一个VLAN是一个独立的广 播域，可以有效的防止广播风暴。冗余支持本实用新型在运行过程中可能会出现不同的故障，为了能够使网络 正常运行，对提供关键服务的交换引擎设置交换阵列模块，交换阵列模块中设置冗余子 模块，优选的，设置5个冗余子模块，交换阵列对各个冗余子模块设置有优先级。以保 证设备冗余的完整性，当有一块这样的部件失效时，冗余部件能够接替工作，以保障设 备的可靠性。下面介绍本实用新型的工作过程PLC的PROFIBUS接口 1的数据通过本实用新型的PROFIBUS接口 2发送/接
收数据，数据通过PROFIBUS缓冲区3缓冲发送/接收数据。数据在PROFIBUS缓冲区 3排队通过格式转换模块4进行PROFIBUS格式/以太网RJ45格式转换，转换后的数据 通过以太网缓冲区5进行以太网接口发送/接收数据，然后通过以太网RJ45接口 6将数 据发送到DAS系统以太网RJ45接口 7，从而完成一个传输过程，反之数据流向也是同一 个流程。最后所应说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本实用新型的技术方案而非 限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当 理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术 方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种副枪数据分析系统网络通讯单元，其特征在于，包括格式转换模块、 PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区、PROFIBUS接口和以太网接口，所述格式转换模块中设置有用于进行数据包交换、协议分析及系统管理的交换引 擎，格式转换模块与所述PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区分别连接；所述PROFIBUS缓冲区连接所述PROFIBUS接口 ；所述以太网缓冲区连接所述以太网接口。
2.如权利要求1所述的一种副枪数据分析系统网络通讯单元，其特征在于，所述交换 引擎设置有交换阵列模块，所述交换阵列模块中设置有冗余子模块，所述交换阵列对所 述各冗余子模块设置有优先级。
3.如权利要求1或2所述的一种副枪数据分析系统网络通讯单元，所述交换引擎采用 高性能核心芯片，所述以太网缓冲区及PROFIBUS缓冲区的缓冲区大小大于等于64K， 所述格式转换模块与PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区、PROFIBUS接口、以太网接口 之间的交换线路采用统一规范。
4.如权利要求1或2所述的一种副枪数据分析系统网络通讯单元，其特征在于，所述 PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区都采用WEFQ缓冲管理调度算法对缓冲区的数据进行 调度。
5.如权利要求3所述的一种副枪数据分析系统网络通讯单元，其特征在于，所述 PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区都采用WEFQ缓冲管理调度算法对缓冲区的数据进行调度。
6.如权利要求1或2所述的一种副枪数据分析系统网络通讯单元，其特征在于，所述 以太网接口的交换芯片为千兆以太网交换芯片。
7.如权利要求3所述的一种副枪数据分析系统网络通讯单元，其特征在于，所述以太 网接口的交换芯片为千兆以太网交换芯片。
8.如权利要求4所述的一种副枪数据分析系统网络通讯单元，其特征在于，所述以太 网接口的交换芯片为千兆以太网交换芯片。
9.如权利要求5所述的一种副枪数据分析系统网络通讯单元，其特征在于，所述以太 网接口的交换芯片为千兆以太网交换芯片。
10.如权利要求1或2所述的一种副枪数据分析系统网络通讯单元，其特征在于， PROFIBUS缓冲区大小为512K,以太网缓冲区大小为64K。
专利摘要本实用新型涉及一种网络通讯模块，公开了一种副枪数据分析系统网络通讯单元，包括格式转换模块、PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区、PROFIBUS接口和以太网接口，格式转换模块中设置有交换引擎，格式转换模块与PROFIBUS缓冲区、以太网缓冲区分别连接；PROFIBUS缓冲区连接PROFIBUS接口；以太网缓冲区连接以太网接口。本实用新型提供了一种专门用于转炉副枪数据分析系统(DAS)的小型通讯单元，采用两种不同制式的网络接口，利用转换模块，支持数据在两种不同制式的接口上转发，用来在DAS与PLC之间交换数据，能够保证数据包的完整率，实现冗余及自动切换，结构简单、易于制作、工作稳定、使用效果好。
文档编号H04L12/56GK201805440SQ20102052812
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者万煜峰, 万莉, 张永隽, 竹怀江, 郑传虎, 陈东, 陈军, 陈宏桥, 高振鹰, 鲁宝华 申请人:武汉钢铁(集团)公司