專利名稱：：一種本質(zhì)安全型千兆工業(yè)交換機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及工業(yè)交換機(jī)的各種特性，包括各種工業(yè)防護(hù)
技術(shù)領(lǐng)域：
、冗余保護(hù)技術(shù)、高效率開關(guān)電源技術(shù)、低等效電容濾波技術(shù)、低等效電感濾波技術(shù)、抗干擾布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)以及工業(yè)現(xiàn)場的組態(tài)等。
背景技術(shù)：
：工業(yè)現(xiàn)場以往使用各種工業(yè)現(xiàn)場總線將各種工業(yè)設(shè)備連接在一起，形成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，但隨著工業(yè)客戶需求的不斷提升，現(xiàn)場總線已經(jīng)不能滿足工業(yè)客戶日益增加的新需求。也由于各種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，限制了工業(yè)現(xiàn)場總線的進(jìn)一步發(fā)展。于是，工業(yè)客戶將目光投向了在商用行業(yè)應(yīng)用成功的以太網(wǎng)技術(shù)。在礦用技術(shù)中以往采用FSK調(diào)制技術(shù)，只能傳輸幾百波特的數(shù)據(jù)，隨著礦井自動(dòng)化的提高，對傳輸交換的帶寬提出巨大的需求，隔爆交換機(jī)開始應(yīng)用到礦井的工業(yè)現(xiàn)場，但隔爆系統(tǒng)存在著安裝不便，維護(hù)不便等缺點(diǎn)，不能滿足礦井信息化的需求。東土公司發(fā)明了一種本質(zhì)安全型千兆工業(yè)交換機(jī)，是在分析煤礦行業(yè)的各種需求后研制的具有突出創(chuàng)新性產(chǎn)品。一種本質(zhì)安全型千兆工業(yè)交換機(jī)，其特征一在于系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)方案，降低了整機(jī)的功耗；設(shè)計(jì)了一種高效率的電源,其效率高達(dá)90%以上，為系統(tǒng)提供了可靠穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)換。所述工業(yè)交換機(jī)，其特征在于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的等效電容、等效電感滿足礦用系統(tǒng)的需求，符合本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于根據(jù)礦用系統(tǒng)的特點(diǎn)為用戶提供了電源告警的I/0量的輸入。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于將該告警量TRAP到系統(tǒng)的WEB網(wǎng)管界面上。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于將該告警量TRAP發(fā)送到了基于SNMP協(xié)議的KYVISION3.0的軟件中，便于用戶系統(tǒng)的管理。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于能組成快速冗余環(huán)網(wǎng)。所述的工業(yè)交換機(jī)，三個(gè)千兆口一7采用SFP接口設(shè)計(jì)，便于用戶的靈活配置。所述的工業(yè)交換機(jī)，電源輸入及告警接口-_3采用了5.08間距的端子，位于上面板2上。便于用戶現(xiàn)場的安裝。所述的工業(yè)交換機(jī)，所有電源狀態(tài)指示，采用光生成器件一6指示，位于上面板2上。便于用戶現(xiàn)場的觀察。所述的工業(yè)交換機(jī)，所有端口的狀態(tài)指示，采用光生成器件一8指示，位于上面板2上。便于用戶現(xiàn)場的觀察。所述的工業(yè)交換機(jī)，所有端口的狀態(tài)指示，采用光生成器件指示，位于上面板3上。便于用戶現(xiàn)場的觀察。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于系統(tǒng)滿載的狀態(tài)下，其功耗小于5.6w.所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于設(shè)計(jì)了一種高效的電源轉(zhuǎn)換器，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)效率高大90%以上。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于該電路的等效電容、等效電感滿足本質(zhì)安全的要求，其短路產(chǎn)生的能量小于1.3毫焦耳所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于I/O的輸入為高低電平，高電平表示交流供電正常，低電平表示直流供電，交流供電異常。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于電源的告警信息可以顯示在WEB的頁面上，便于系統(tǒng)網(wǎng)元的維護(hù)與管理。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于電源告警信息同時(shí)可以發(fā)送到基于SNMP協(xié)議的KYVISI0N3.0管理軟件中，并在后臺(tái)顯示告警信息。便于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的整體管理所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于該發(fā)明能組成千兆的環(huán)行網(wǎng)絡(luò)，并提供另外一個(gè)千兆口上聯(lián)，組成千兆環(huán)行網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其倒換速度小于30ms.所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于該發(fā)明每個(gè)百兆端口能組成百兆的電纜環(huán)行網(wǎng)絡(luò)，組成百兆環(huán)行網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其倒換速度小于30ms.所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于工業(yè)交換機(jī)內(nèi)部嵌入兩套軟件，形成雙軟件備份，提高了軟件升級及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠性。所述工業(yè)交換機(jī)，其特征在于采用低功耗設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)可使工業(yè)交換機(jī)工作在-40'CT+75'C之間。圖1電源原理圖圖2告警硬件原理圖圖31/0告警功能結(jié)構(gòu)圖圖4結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式1.1高效率電源方案系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)，依賴選用低功耗的專業(yè)方案和高效率的電源設(shè)計(jì)；本發(fā)明的創(chuàng)新就在于高效率的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本發(fā)明主供電電源采用3.3V輸入，采用高效率的電源方案將3.3V轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)需要的2.5V、1.8V的電源。系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換效率達(dá)到90%以上。本發(fā)明設(shè)計(jì)中考慮到電源轉(zhuǎn)換的效率，采用LTC3407-2雙路輸出的電源轉(zhuǎn)換器。輸入等效電容為47U，輸出等效電容為47U，采用2.2UH的儲(chǔ)能電感。來滿足本質(zhì)安全的要求。如圖1.1.2系統(tǒng)等效電容的設(shè)計(jì)等效電容C的選擇電容C的選擇決定于兩個(gè)因素輸出的紋波電壓和容性電路的點(diǎn)燃曲線.當(dāng)變換器工作與CCM模式時(shí)，根據(jù)AVfdTI。AXV0-Vi)/R^Of，將相關(guān)參數(shù)代如入，得到最小等效濾波電容C43uf;根據(jù)GB3836.4-2000中容性電路火花放電最小點(diǎn)燃電壓實(shí)驗(yàn)曲線，取安全系數(shù)K4.5，即考察電壓為1)=3.3*1.5=4.95丫的情況可得到對應(yīng)的最大電容約為100UF。如果等效電容取100UF，此時(shí)電容的儲(chǔ)能為W^1/2化V。^1.089Mj，該能量值是滿足本質(zhì)安全需求；因此濾波電容采取47UF的電容是完全符合本質(zhì)安全設(shè)計(jì)需求的。1.3系統(tǒng)等效電感的設(shè)計(jì)電感L的選擇主要由變換器的工作模式?jīng)Q定。假如將該變換器輸出電流大于350mA(RL=50歐)的工作范圍設(shè)計(jì)在CCM模式，則最小電感為Lmin-RL(V0-Vi)*Vi2/2FV03=63Uh在本發(fā)明中輸入、輸出電感采用2.2uH是完全符合本質(zhì)安全的需求的。1.41/0告警設(shè)計(jì)1.4.11/0告警硬件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的告警信號由6芯的鳳凰端子pin2輸入，然后接到CPU的10口PC14上由CPU來檢測此Sl告警信號當(dāng)前的高低電平狀態(tài)。然后CPU通過SNMP發(fā)生告警狀態(tài)到網(wǎng)管軟件進(jìn)行顯示。如圖2.1.4.21/0告警軟件實(shí)現(xiàn)I/O電源告警管理是通過監(jiān)控I/O引腳來實(shí)現(xiàn)交、直流電源監(jiān)控管理。此模塊具有配置和監(jiān)控雙重功能。功能實(shí)現(xiàn)如圖3所示。1/0監(jiān)控模塊此模塊屬于系統(tǒng)內(nèi)部模塊，主要用于監(jiān)控I/O口狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)電源出現(xiàn)告警，即發(fā)送告警消息給WEB模塊和SNMP模塊。同時(shí)此模塊具有配置管理功能，可設(shè)置告警屏蔽，設(shè)置屏蔽后，即使出現(xiàn)告警也不會(huì)發(fā)送消息給其他模塊。WEB模塊此模塊為用戶接口模塊，配合告警信息的顯示及電源告警屏蔽的配置。SNMP模塊此模塊為EMS網(wǎng)管的接口模塊，當(dāng)此模塊接收到吿警信息后，將此信息發(fā)送給EMS網(wǎng)管，同時(shí)此模塊也接收來自EMS網(wǎng)管的電源告警屏蔽配置信息。1.5快速冗余倒換設(shè)計(jì)(DT-RING)DT-RING模塊是一種工業(yè)環(huán)境下的以太網(wǎng)快速、可靠冗余環(huán)網(wǎng)的倒換設(shè)計(jì)方法,其特征是指定環(huán)網(wǎng)中的主站/從站節(jié)點(diǎn)；指定每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)的環(huán)端口及環(huán)端口的Forward、Block狀態(tài)；主站節(jié)點(diǎn)通過Forward狀態(tài)端口發(fā)送TEST報(bào)文，Mock狀態(tài)的端口檢測TEST報(bào)文；主從站節(jié)點(diǎn)快速檢測被指定的環(huán)端口的LINK-UP、LINK-DO麗狀態(tài)，轉(zhuǎn)發(fā)并刷新MAC地址；從站收到主站發(fā)出的拓?fù)涓淖兊膱?bào)文后刷新MAC地址。整個(gè)拓?fù)涓淖兊街匦聵?gòu)成達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間小于30ms。主站有3種狀態(tài)，分別為起始狀態(tài)、環(huán)一開狀態(tài)和環(huán)一關(guān)狀態(tài)；由協(xié)議報(bào)文和本站環(huán)端口狀態(tài)控制協(xié)議狀態(tài)遷移。無論處于何種狀態(tài)，主站都會(huì)向主環(huán)端口發(fā)送TEST報(bào)文，用于檢測環(huán)路狀態(tài)。起始狀態(tài)當(dāng)環(huán)端口只有一個(gè)為LTM-UP時(shí)的狀態(tài)，不需要協(xié)議對協(xié)議報(bào)文進(jìn)行任何處理，只檢測環(huán)端口LINK-UP事件，當(dāng)次環(huán)端14LINK-UP后，將狀態(tài)轉(zhuǎn)到環(huán)-關(guān)狀態(tài)，同時(shí)設(shè)置次環(huán)端口為BLOCK狀態(tài)。IDEventCONDITIONACT麗NEXT-STATE1Link-up只有一個(gè)環(huán)端口Link-叩NULLSelf2Link-up有兩個(gè)環(huán)端口Link-up當(dāng)前Link-up端口設(shè)置為次環(huán)端口；狀態(tài)設(shè)置為BLOCK環(huán)-關(guān)狀態(tài)3接收到協(xié)議報(bào)文；類型為Link-upNULLNULLNULL環(huán)-關(guān)狀態(tài)DT-RING環(huán)在物理上的連接狀態(tài)；環(huán)上的每個(gè)端口狀態(tài)都為LINK-UP狀態(tài)，此時(shí)物理上已經(jīng)成環(huán)。IDEventCONDITIONACTIONNEXT-STATE1Link-down主環(huán)端口清環(huán)端口上的FDB表；設(shè)置次環(huán)端口為轉(zhuǎn)發(fā)起始狀態(tài)9<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、一種本質(zhì)安全型千兆工業(yè)交換機(jī)，其特征一在于系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)方案，降低了整機(jī)的功耗；設(shè)計(jì)了一種高效率的電源，其效率高達(dá)95％，為系統(tǒng)提供了可靠穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)換。所述工業(yè)交換機(jī)，其特征在于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的等效電容、等效電感滿足礦用系統(tǒng)的需求，符合本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于根據(jù)礦用系統(tǒng)的特點(diǎn)為用戶提供了電源告警的I/O量的輸入。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于將該告警量TRAP到系統(tǒng)的WEB網(wǎng)管界面上。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于將該告警量TRAP發(fā)送到了基于SNMP協(xié)議的KYVISION3.0的軟件中，便于用戶系統(tǒng)的管理。所述的工業(yè)交換機(jī)，其特征在于能組成快速冗余環(huán)網(wǎng)。所述的工業(yè)交換機(jī)，三個(gè)千兆口--7采用SFP接口設(shè)計(jì)，便于用戶的靈活配置。所述的工業(yè)交換機(jī)，電源輸入及告警接口--3采用了5.08間距的端子，位于上面板2上。便于用戶現(xiàn)場的安裝。所述的工業(yè)交換機(jī)，所有電源狀態(tài)指示，采用光生成器件--6指示，位于上面板2上。便于用戶現(xiàn)場的觀察。所述的工業(yè)交換機(jī)，所有端口的狀態(tài)指示，采用光生成器件--8指示，位于上面板2上。便于用戶現(xiàn)場的觀察。所述的工業(yè)交換機(jī)，所有端口的狀態(tài)指示，采用光生成器件指示，位于上面板3上。便于用戶現(xiàn)場的觀察。2、根據(jù)權(quán)利要求l，其特征在于系統(tǒng)滿載的狀態(tài)下，其功耗小于5.6w。3、根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于設(shè)計(jì)了一種高效的電源轉(zhuǎn)換器，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)效率高大90%。4、根據(jù)權(quán)利要求1,其特征在于該電路的等效電容、等效電感滿足本質(zhì)安全的要求，其短路產(chǎn)生的能量小于1.3毫焦耳。5、根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于I/O的輸入為高低電平，高電平表示交流供電正常，低電平表示直流供電，交流供電異常。6、根據(jù)權(quán)利要求l,其特征在于電源的告警信息可以顯示在WEB的頁面上，便于系統(tǒng)網(wǎng)元的維護(hù)與管理。7、根據(jù)權(quán)利要求l，其特征在于電源告警信息同時(shí)可以發(fā)送到基于SNMP協(xié)議的KYVISI0N3.0管理軟件中，并在后臺(tái)顯示告警信息。便于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的整體管理。8、根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于該發(fā)明能組成千兆的環(huán)行網(wǎng)絡(luò)，并提供另外一個(gè)千兆口上聯(lián)，組成千兆環(huán)行網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其倒換速度小于30ms。9、根據(jù)權(quán)利要求1，其特征在于該發(fā)明每個(gè)百兆端口能組成百兆的電纜環(huán)行網(wǎng)絡(luò)，組成百兆環(huán)行網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其倒換速度小于30ms。10、根據(jù)權(quán)利要求l，其特征在于工業(yè)交換機(jī)內(nèi)部嵌入兩套軟件，形成雙軟件備份，提高了軟件升級及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠性。全文摘要本發(fā)明是一種本質(zhì)安全型千兆工業(yè)交換機(jī)的實(shí)施例，其特征一在于系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)方案，降低了整機(jī)的功耗；設(shè)計(jì)了一種高效率的電源，其效率高達(dá)95％，為系統(tǒng)提供了可靠穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)換。其特征二在于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的等效電容、等效電感滿足礦用系統(tǒng)的需求，符合本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)。其特征三在于根據(jù)礦用系統(tǒng)的特點(diǎn)為用戶提供了電源告警的I/O量的輸入，并將該告警量TRAP到系統(tǒng)的WEB網(wǎng)管界面上，同時(shí)發(fā)送到了基于SNMP協(xié)議的KYVISION3.0的軟件中，便于用戶系統(tǒng)的管理。本發(fā)明支持DT-RING協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)快速冗余千兆、百兆環(huán)網(wǎng)。三個(gè)千兆口的設(shè)計(jì)滿足用戶千兆組網(wǎng)、千兆上聯(lián)的業(yè)務(wù)特性。文檔編號H04L12/04GK101252447SQ20071012165公開日2008年8月27日申請日期2007年9月12日優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日發(fā)明者劉分良,張洪雁,薛百華,陳凡民,馬化一申請人:北京東土科技股份有限公司