專利名稱：激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光裝置系統(tǒng)的控制技術領域，具體為一種激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施。
背景技術：
在大型激光裝置中有著數(shù)量眾多的有源光纖設備和無源光纖設備，被稱作激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)，這些有源光纖設備需要嚴格的控制管理操作。隨著激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)規(guī)模的擴大，系統(tǒng)內(nèi)的光纖設備數(shù)量以幾何倍數(shù)的劇增，有源光纖設備(以下均簡稱為光設備)多達萬臺以上是常見的，因此對光設備的自動控制管理系統(tǒng)的需求，顯得日益突出和迫切。傳統(tǒng)的工業(yè)控制方式采用的是基于串行通信的計算機集中控制，在激光裝置原型系統(tǒng)的前端光纖系統(tǒng)中，以計算機作為上位機，通過串行總線RS-422等與作為下位機的光設備通信，實現(xiàn)對光設備的控制管理。在被控光設備數(shù)量不多(30余臺)、響應要求不高、通信距離不遠的情況下，通常采用這種集中管理控制設施。但在激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)中，基于串行通信的計算機集中控制的光設備不超過30臺的情況下，已經(jīng)顯現(xiàn)出這種控制設施反應不及時、結構配置不靈活、通信效率不高、擴展性不好、抗強電磁干擾能力差等一系列等不足。更不可能滿足具有上千臺光設備的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的控制管理要求。目前網(wǎng)絡管理技術比較成熟，已成功地應用于當前電信網(wǎng)的管理中?，F(xiàn)代網(wǎng)絡管理技術包括信息的采集、處理和控制全過程，是一個復雜的信息處理系統(tǒng)。網(wǎng)絡管理就是對網(wǎng)絡的性能、運行狀態(tài)進行監(jiān)測和控制的過程，可為被管系統(tǒng)的高效、可靠運行提供重要保證?，F(xiàn)代網(wǎng)絡管理技術特點是功能邏輯層次化、管理信息模型化、管理接口協(xié)議標準化。激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)具有設備數(shù)量多、設備參數(shù)少、設備通信能力弱的特點，其內(nèi)的光設備和一般的工業(yè)生產(chǎn)過程系統(tǒng)類似設備一樣，不具備通信能力或通信能力弱，且可能出自不同的廠家，在系統(tǒng)中的大量光設備也沒有分級結構和相互的接口軟件。因此目前尚未見到應用網(wǎng)絡管理技術的大型激光裝置的具體控制設備的報道。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設計一種激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，主控制器經(jīng)以太網(wǎng)與多臺并發(fā)代理控制器連接，各并發(fā)代理控制器經(jīng)串行通信總線與多臺有源光設備連接。主控制器經(jīng)以太網(wǎng)與并發(fā)代理控制器高速通信，再訪問到每臺有源光設備，能夠及時控制管理多達萬臺以上的有源光設備。激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)中有著數(shù)量眾多的各類光設備。工控機通常作為光設備的控制器，是完成對光設備的控制管理操作較好方式，但各類光設備僅具有串行通信能力。激光裝置中有大量有源光設備，而各種有源光設備通信能力又較弱，對于激光裝置要進行快速、高效地控制管理，僅靠一臺工控機是不行的。如果串行通信速率S為9600bit/s，每個字節(jié)f包括數(shù)據(jù)位8bit、奇偶校驗位lbit，起始位Ibit和停止位lbit，即f=8+l+l+l ;每幀信息包括η個字節(jié)，一幀信息的長度為nf，發(fā)送一幀信息的時間T可由下式計算:T=l/SXfXn=(1/9600) XllXn當n=50，即一幀信息為50字節(jié)，T=0.0011458X50=0.057 (s)可見發(fā)送一個具有50字節(jié)長度的信息巾貞的時間為0.057秒。也就是發(fā)送一個50個字節(jié)長度的信息報文需要0.057秒，再考慮收發(fā)應答機制，一個完整的通信過程需要加倍的時間0.114秒。通常人的等待忍受度:完好程度是< I秒，一般程度是I 2秒，最大程度< 3秒。也就是等待3秒以上人的忍受度是難于接受的。根據(jù)人的等待忍受度，一臺并發(fā)代理控制器直接控制管理的有源光設備的數(shù)量應當小于或等于20臺，才能在I 2秒完成所管理設備的一次數(shù)據(jù)輪循，管控的有源光設備大于20臺，輪候等待時間將過長不能接受。本實用新型設計的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施包括主控制器，還有并發(fā)代理控制器，主控制器與多臺并發(fā)代理控制器通過以太網(wǎng)連接，采用SNMP協(xié)議交換控制信息；每臺并發(fā)代理控制器經(jīng)串行通信總線與I 20臺有源光設備連接，采用私有協(xié)議交換控制信息。所述主控制器為個人計算機或服務器，所述并發(fā)代理控制器為嵌入式工業(yè)控制計算機或嵌入式通信處理器。所述主控制器與并發(fā)代理控制器之間為光纖以太網(wǎng)連接。所述并發(fā)代理控制器經(jīng)RS-485設備總線連接I 12臺有源光設備，采用私有協(xié)議交換控制信息。各有源光設備中配有單片機作為設備控制器。根據(jù)有源光設備的結構形式不同，設備控制器有兩種不同的RS-485設備總線形式，即為機箱設備或插箱業(yè)務盤，機箱設備配有機柜形式的雙絞線，插箱業(yè)務盤則配有背板總線，以配合。與不同的有源光設備配合，并發(fā)代理控制器也分為兩種，其一為與機箱設備配合的機箱設備控制器，另一為與插箱業(yè)務盤配合的插箱業(yè)務盤控制器。所述主控制器連接以太網(wǎng)交換機，并發(fā)代理控制器連接在以太網(wǎng)交換機的電接口上。所述以太網(wǎng)交換機具有2個以上的光接口，經(jīng)光纖連接主控制器和下級以太網(wǎng)交換機，或者經(jīng)光纖連接上級和下級以太網(wǎng)交換機，構成多級以太網(wǎng)交換機級聯(lián)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡。根據(jù)需要多級以太網(wǎng)交換機可以進行級聯(lián)，以擴大網(wǎng)絡規(guī)模，即擴大本控制設施的規(guī)模。所述級聯(lián)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡中的以太網(wǎng)交換機理論上可以有無限多級，但在實際應用中級聯(lián)的級數(shù)受很多因素影響，其中主要是傳輸時延。因此較佳方案中本系統(tǒng)級聯(lián)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡中的以太網(wǎng)交換機為2 20級。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施的優(yōu)點是:1、主控制器與并發(fā)代理控制器經(jīng)以太網(wǎng)連接，并發(fā)代理控制器與被控有源光設備經(jīng)RS-485總線連接，以太網(wǎng)通信速率達100M bps，在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡負荷的減輕和網(wǎng)絡傳輸延時的減小，即網(wǎng)絡碰撞機率大大下降，使通信效率提高；主控制器連接的并發(fā)代理控制器的數(shù)量達到1000個以上也可以滿足百毫秒級響應；分布式控制方式使主控制器可控制上萬臺有源光設備，且保證信息響應及時、快速、可靠；2、主控制器與并發(fā)代理控制器通過以太網(wǎng)進行連接，而以太網(wǎng)的組成和規(guī)模由以太網(wǎng)交換機的級聯(lián)靈活實現(xiàn)。以太網(wǎng)交換機之間的級聯(lián)將以太網(wǎng)絡劃分為多個網(wǎng)段，由于以太網(wǎng)交換機具有數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，使各端口之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)幀能夠得到緩沖，不再發(fā)生碰撞；同時交換機還可對網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行包過濾，使每個網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點間數(shù)據(jù)的傳輸只限在本地網(wǎng)段內(nèi)進行，而不需經(jīng)過主干網(wǎng)，也不占用其他網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡負荷；以太網(wǎng)使用全雙工通信，使得各端口間的數(shù)據(jù)分別同時接收和發(fā)送報文幀，不會發(fā)生沖突；3、主控制器與并發(fā)代理控制器的以太網(wǎng)連接不受地域的限制，各并發(fā)代理控制器及其連接的設備控制器、有源光設備可根據(jù)需要分布，即主控制器可對有源光設備實現(xiàn)分級、分布式控制；4、各設備控制器所接的有源光設備的數(shù)量在20臺以內(nèi)，保證了通信響應時間在理想范圍內(nèi)；5、設備控制器可為不同的機箱設備或插箱業(yè)務盤，適合不同的激光裝置靈活配置；6、本控制設施也可用于其它檢測節(jié)點數(shù)量眾多，并要求傳輸速度快、響應時間少、巡回周期短的大規(guī)模應用場合，如企業(yè)生產(chǎn)設備控制系統(tǒng)、機械制造業(yè)檢測系統(tǒng)、港口物流
信息化管理系統(tǒng)等。

圖1為本激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施實施例的結構示意圖。
具體實施方式
本激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施系統(tǒng)實施例如圖1所示，包括主控制器、以太網(wǎng)交換機、并發(fā)代理控制器和激光裝置的多臺有源光設備。所述主控制器經(jīng)光纖連接以太網(wǎng)交換機，本例有14級級聯(lián)的以太網(wǎng)交換機。各級以太網(wǎng)交換機連接一個網(wǎng)段，本例第一級以太網(wǎng)交換機連接一臺機箱設備控制器和一臺插箱業(yè)務盤控制器，機箱設備控制器和插箱業(yè)務盤控制器分別連接基準脈沖組件的配有機箱設備或插箱業(yè)務盤的各有源光設備，構成基準脈沖組件網(wǎng)段，第一級以太網(wǎng)交換機還連接一臺第二級以太網(wǎng)交換機；第二級以太網(wǎng)交換機與第一級類似，連接一臺機箱設備控制器和三臺插箱業(yè)務盤控制器(圖1中只畫出一臺，以點虛線表示多臺)，各機箱設備控制器和插箱業(yè)務盤控制器分別連接脈沖整形組件的配有機箱設備或插箱業(yè)務盤的各有源光設備，構成脈沖整形組件各網(wǎng)段，第二級以太網(wǎng)交換機還連接六臺以太網(wǎng)交換機，即第三級至第八級以太網(wǎng)交換機(傳輸放大組件)；第三級至第八級以太網(wǎng)交換機各連接一臺機箱設備控制器和三臺插箱業(yè)務盤控制器(圖1中只畫出一臺，以點虛線表示多臺)，各機箱設備控制器和插箱業(yè)務盤控制器分別連接傳輸放大組件的配有機箱設備或插箱業(yè)務盤的各有源光設備，構成傳輸放大組件各網(wǎng)段，傳輸放大組件的第八級以太網(wǎng)交換機還連接六臺、第九級至第十四級以太網(wǎng)交換機(功率放大組件)；第九級至第十四級以太網(wǎng)交換機各連接一臺機箱設備控制器和三臺插箱業(yè)務盤控制器(圖中只畫出一臺，以點虛線表示多臺)，各機箱設備控制器和插箱業(yè)務盤控制器分別連接功率放大組件的配有機箱設備或插箱業(yè)務盤各有源光設備，構成功率放大組件各網(wǎng)段。本例的以太網(wǎng)交換機配有兩個光接口。本例主控制器與第一級以太網(wǎng)交換機在同一機架上，可用電接口連接。當主控制器與第一級以太網(wǎng)交換機在不同機架上，則經(jīng)光纖連接。第一級至第四級以太網(wǎng)交換機之間經(jīng)光纖級聯(lián)連接，擴大以太網(wǎng)規(guī)模。經(jīng)光接口光纖連接的各網(wǎng)段機架之間的抗電磁干擾能力更強。通常每個機架配備至少一臺以太網(wǎng)交換機，以太網(wǎng)交換機的電接口連接I臺或多臺并發(fā)代理控制器。本例各機架中的并發(fā)代理控制器分為機箱設備控制器和插箱業(yè)務盤控制器，經(jīng)RS-485設備總線分別連接8臺(套)具有機箱設備和插箱業(yè)務盤的有源光設備。各機架的并發(fā)代理控制器數(shù)量和其所接的有源光設備數(shù)量可根據(jù)需要靈活配置，一臺并發(fā)代理控制器所接有源光設備數(shù)量控制在20臺以內(nèi)。本例設施并發(fā)代理控制器達60臺以上，所接有源光設備數(shù)量達480臺以上。上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本實用新型并非限定于此。凡在本實用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，包括主控制器，其特征在于: 還包括有并發(fā)代理控制器，所述主控制器與多臺并發(fā)代理控制器通過以太網(wǎng)連接，采用SNMP協(xié)議交換控制信息；每臺并發(fā)代理控制器經(jīng)串行通信總線與I 20臺有源光設備連接，采用私有協(xié)議交換控制信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，其特征在于: 所述主控制器為個人計算機或服務器，所述并發(fā)代理控制器為嵌入式工業(yè)控制計算機或嵌入式通信處理器。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，其特征在于: 所述主控制器與并發(fā)代理控制器之間為光纖以太網(wǎng)連接。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，其特征在于: 所述并發(fā)代理控制器經(jīng)RS-485設備總線連接I 12臺有源光設備。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，其特征在于: 所述各有源光設備中配有單片機作為設備控制器。
6.根據(jù)權利要求5所述的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，其特征在于: 不同有源光設備的設備控制器有兩種不同的RS-485設備總線形式，即為機箱設備或插箱業(yè)務盤，機箱設備配有機柜形式的雙絞線，插箱業(yè)務盤則配有背板總線； 與不同的有源光設備配合，并發(fā)代理控制器也分為兩種，一種為與機箱設備配合的機箱設備控制器，另一種為與插箱業(yè)務盤配合的插箱業(yè)務盤控制器。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，其特征在于: 所述主控制器連接以太網(wǎng)交換機，以太網(wǎng)交換機每個電接口連接一臺并發(fā)代理控制器。
8.根據(jù)權利要求7所述的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，其特征在于: 所述以太網(wǎng)交換機具有2個以上的光接口，經(jīng)光纖連接主控制器和下級以太網(wǎng)交換機，或者經(jīng)光纖連接上級和下級以太網(wǎng)交換機，構成多級以太網(wǎng)交換機級聯(lián)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡。
9.根據(jù)權利要求8所述的激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，其特征在于: 所述級聯(lián)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡中的以太網(wǎng)交換機為2 20級。
專利摘要本實用新型為激光裝置甚多路光纖系統(tǒng)的分布式控制設施，本系統(tǒng)主控制器與多臺并發(fā)代理控制器通過以太網(wǎng)連接，采用SNMP協(xié)議；每臺并發(fā)代理控制器經(jīng)串行通信總線與1～20臺有源光設備連接，采用私有協(xié)議。各有源光設備單片機的設備控制器分為機箱設備或插箱業(yè)務盤。與之配合，并發(fā)代理控制器分為機箱設備和插箱業(yè)務盤控制器。主控制器經(jīng)以太網(wǎng)交換機連接并發(fā)代理控制器。以太網(wǎng)交換機經(jīng)光接口多級級聯(lián)擴大網(wǎng)絡規(guī)模。本設施分為主控制器與并發(fā)代理控制器以太網(wǎng)連接和并發(fā)代理控制器與光設備的串行總線連接，主控制器可控制上萬臺有源光設備，且保證信息響應及時快速可靠；以太網(wǎng)連接不受地域的限制，實現(xiàn)了分級、分布式控制。
文檔編號H04L29/06GK203012478SQ201220706438
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權日2012年12月19日
發(fā)明者李和璋, 王建軍, 伍浩成, 劉志強, 魏帥, 趙灝, 謝征, 徐明陽, 陳家雄, 呂宏偉 申請人:中國電子科技集團公司第三十四研究所