第一章 ECM3000-PTU分站监控单元1概述 在电力通信网管与监测系统中，要监测的远端通信站既有一些智能设备也有需要直接采集的信号。智能设备一般可以通过RS232接口输出监测数据，而多台智能设备就需要多个RS232接口，可是网管中心和远端站之间却只有一条通道，这样就需要串口复用器。需要直接采集的信号可以通过DQU系列采集器来完成。我们研制的ECM3000-PTU分站监控单元正是为了这样的应用而设计的，它的全新设计集成了串口复用器和DQU系列采集器功能，使得结构更加紧凑美观，也便于操作人员操作和维护。根据不同应用有两种结构可以选择，一种19英寸2U结构，一种19英寸5U结构。2组成及工作原理 最小系统配置为：串口复用功能板一块，DQUK数据采集板一块，电源板一块。根据需要监测的信号的多少和种类，可以扩展数据采集板。系统工作原理如下图所视。系统电源采用双路电源供电，系统上电后数据采集板独立完成数据采集工作，通过内部总线和串口复用功能板的串口6连接，经过串口复用器与上位机进行通信。串口复用器和DQUK数据采集器的详细说明请参阅第二章和第三章的内容。3接线说明 ECM3000-PTU的接线简单，所有接线都有后面出线。见下图。第二章 串口复用器功能板1. 功能目前，在电力通信网管理与监测系统中，大量地存在这样一种情况：除了要监测远端通信站的机房环境以外，还要监测通信站中的多台智能设备，这些智能设备通常用RS232接口输出监测数据，而网管中心和远端站之间却只有一条可用通道，不能满足同时监测多台设备的需要。使用串口复用器，可以解决这个问题，图示如下：串口复用器DQU数据采集器温度湿度门磁智能电源PCM去网管中心串口2串口3串口4串口1网口串口复用器能提供多个串行接口，在上图中，用串口1和网管中心的计算机相连，用其它串口分别连接多台被监测设备。串口复用器接收所有被监测设备的数据，以分时传送的方式将各台设备的监测数据依次从串口1上送往网管中心。同时，串口复用器还从串口1上接收网管中心的轮询和控制命令，将相关的命令转发到对应的被监测设备去。另外，串口复用器还支持通道集群的能力，这种能力在要求高可靠性的场合下特别有用，在这种场合中，串口复用器和网管中心通过两条通道传送监测数据，一条为主通道，一条为备通道。平时，串口复用器和网管中心通过主通道传送数据，主通道中断以后，自动启用备通道传送数据，当主通道恢复正常以后，再自动切换回用主通道传送数据。值得注意的是，在网管中心，也要有相对应的设备才能接收串口复用器送来的数据。目前，DOS前置机（QZJ8.0以上）、WIN32前置机（FEP系列），以及串口复用器都可以放在网管中心，和远端通信站的串口复用器进行数据通信。2. 组成及工作原理串口复用器的组成示意图如下：以太网接口10BASE-TRS232RS485转换器串口6串口5串口4串口3串口2串口1控制模块编程口串口复用器由控制模块、6个串行口、1个以太网口和1个RS232/RS485转换器组成。除了控制模块完成串行口的复用/解复用功能以外，其它部分都用来进行输入输出。串口复用器的输入输出特性为： 以太网接口采用10BASE-T的RJ45接口形式，支持TCP/IP协议。 6个串行口都符合RS232C电平接口标准。 串口1是全功能的串口，支持RS232C规定的所有控制线。其它串口都是5线串口, 有收、发、地3根通信线和RTS、CTS控制线。 串口6是多功能的，在开发的时候用于编程，在生产的时候用于向控制模块写入程序，在运行的时候能当普通的串口用。 串口5具有两种接口形式：RS232C和RS485，运行的时候可以根据实际需要选用其中的一种，但是两者不能同时使用。 每个串口的波特率范围从30019200，数据位可以是7bit或者8bit，校验方式可以是无校验、奇校验和偶校验。 串口1、2、3、4、5支持RTS/CTS流控，串口6不支持。串口复用器的逻辑框图如下：复用器集群通道切换器 上联接口1上联接口2下联接口1下联接口2下联接口n串口复用器一般放在远端通信站中，上联接口1和上联接口2用来连接网管中心的前置机或协议转换器，多个下联接口连接通信站中的被监测设备，一般是智能设备和数据采集器（DQU）。在逻辑上，串口复用器有两个基本功能部件：复用器和集群通道切换器（以下简称为切换器）。如上图所示，下联接口都连在复用器上，每个下联接口都有一个唯一的序号相互区分，称为复用端口号。向网管中心发送数据时，复用器从下联接口接收数据，将数据和复用端口号经过软件复用以后形成复用包，送到切换器，切换器在上联接口1和2中选择一个可用的接口，将复用包发送出去。接收网管中心下行数据的工作流程是：切换器从上联接口1或者上联接口2接收数据包，送到复用器，复用器先对数据包进行软件解复用，得到两部分结果：数据和复用端口号，然后，复用器再将数据发送到复用端口号所对应的下联接口去。上联接口2是可选的，如果网管中心和通信站之间只有1条通道，则将上联接口1连接到该条通道，通过配置文件将上联接口2禁止。集群通道切换器仅在有2个上联接口的时候才工作，上联接口2被禁止以后，它就只通过上联接口1发送和接收数据。网管中心定时向串口复用器的每个上联接口发送通断检测数据包，供后者判定上联接口是否中断，如果串口复用器从某个上联接口上接收不到检测包，则认为该接口发生了中断。另外一方面，串口复用器也定时向每个上联接口发送检测包，供网管中心判定上联通道中断与否。如果所有的上联通道都正常，则切换器使用上联接口1发送数据，从两个上联接口并行接收数据。下联接口都是串行口，上联接口既可以是串行口，也可以是以太网口。上联接口使用以太网口时，串口复用器用UDP协议和网管中心传送数据。3. 用途3.1. 功能3.1.1. 串口数据复用和解复用串口复用器能接收多路下联接口的数据，将数据复用成复用包。同时，还能从上联接口接收数据包，进行解复用，然后将数据发送到对应的下联接口去。3.1.2. 集群通道（主备通道）切换串口复用器能检测上联通道中断与否，并且自动使用未中断的上联接口发送复用数据包。如果所有上联接口都未中断，则使用上联接口1发送数据，同时，从所有上联接口并行接收数据。3.1.3. 接口配置功能串口复用器有6个串行口和1个以太网口，这些串行口中的每一个既可以用作上联接口，也可以用作下联接口，或者什么也不用。当串行口用做下联接口时，小于255的任意一个自然数都可以作为它的复用端口号，前提是这个自然数没有被用作其它下联接口的复用端口号。串口复用器使用的每个串行口，它的波特率、数据位、校验方式都可以根据实际需要自由配置。以太网口可以用作上联接口，也可以不用。当以太网口用作上联接口时，用UDP协议和网管中心进行通信，UDP端口号、网管中心主机的IP地址和端口号必须事先配置好。所有这些运行时的配置信息，都存贮在文本文件mux.ini文件中，当串口复用器启动的时候，首先要从该文件中读取配置信息，然后再进行初始化和运行。串口复用器本身不提供用户操作界面，因此，使用者无法直接对配置文件mux.ini进行修改。但是，串口复用器提供FTP服务，用户可以用FTP协议来下载和上传配置文件，以间接的方式达到更改配置的目的。3.1.4. 事件记录功能配置文件mux.ini用文本编辑器进行修改，在修改的过程中可能会发生错误，例如操作者少敲了一个字符等等，串口复用器读带有错误的配置文件时，将发现语法错误或者配置信息自相矛盾，因而不能正常工作。发生这种情况时，串口复用器将错误信息记录到内存中，供用户诊断错误的时候进行查询。3.1.5. 错误恢复功能串口复用器在初始化和运行的时候，如果发现了软件或者硬件错误而不能正常工作，它将立即进入维护状态，停止对串口数据进行复用/解复用，停止集群通道切换，等待人工干预来排除错误。在维护状态下，操作者可以登录到串口复用器上，查询错误事件记录，也可以用FTP协议上传和下载配置文件。等到故障排除以后，操作者可以对串口复用器进行软件复位，使它恢复正常运行。3.1.6. 远程维护和监测功能串口复用器的以太网口不仅能用作上联接口，还能提供远程终端的功能。操作者可以通过telnet登录到串口复用器上，查看事件记录，并且能控制串口复用器的运行。另外，操作者还可以在联网的PC机上，运行一个专用的监测程序，察看每个接口的配置信息、接口的发送/接收状态、接口发送和接收的字符数据等信息。该监测程序通过一个专用的监测协议和串口复用器进行通信，它可以运行在Windows 95/98/NT/2000操作系统下，通过观测发送和接收的字符数据，操作者可以判断系统的哪个部位出现了故障，举例说明如下：序号现象故障原因1下联接口接收不到数据1. 下联接口损坏2. 下联通道中断（电缆断，或者接插件接触不好）3. 被监测设备的接口坏2下联接口接收到乱码下联接口的波特率或者数据位长度设置得不对3上联接口接收不到数据1. 上联接口损坏2. 上联通道中断3. 配置文件不正确4上联接口接收到乱码上联接口的波特率或者数据位长度设置得不对3.2. 性能3.2.1. 复用和传输效率从下联接口输入的数据，首先被复用器打成复用包，然后再经过切换器成帧，最后再从上联接口发送出去，其流程如下图所示：打包输入数据复用端口号复用包成帧链路帧控制字符上联接口下联接口复用和传输效率定义为输入数据总长度和传输数据总长度之比值。假设从下联接口连续输入数据，处理器的处理速度足够快，则每8个输入字符被打成一帧，平均帧长度为16个字符，所以复用和传输效率为50%。值得注意的是，这并不意味着上联接口的波特率要达到下联接口波特率的2倍才能保证不丢失数据。因为，串口复用器在打包和成帧的时候采用自适应算法，如果发现上联接口来不及传送，则大于8个的输入字符被打成一帧，若每32个字符被打成一帧，则效率将提高到90%。3.2.2. 传输时延如下图所示，将两个串口复用器的上联接口直接连接起来：串口复用器A输入数据上联接口串口复用器B输出数据上联接口下联接口下联接口传输时延定义为从数据开始输入到数据开始输出之间的时间差。假设数据连续输入，处理速度足够快，则每8个输入字符被打成一帧，平均帧长度为16个字符，则传输延时取决于接口的波特率大小，总时延值为：下联接口传送8个字符的时间 + 上联接口传送16个字符的时间，图示如下：816输入数据8帧数据输出数据3.2.3. 上联通道中断检测时间网管中心定时向串口复用器发送通断检测数据包，在5秒内至少发送一个检测包，串口复用器以10秒为单位检查是否接收到检测包，若在10秒之内接收不到检测包，则认为通道中断，因此，通道中断的检出时间为10秒。3.3. 安全保密当操作者用telnet登录到串口复用器上，或者用FTP协议上传和下载配置文件时，都需要输入用户名称和口令，这保证