高可靠工業乙太網交換機的製作方法

2023-04-27 17:43:21 2

本實用新型屬於工業乙太網通信技術領域，具體涉及一種工業乙太網現場通信的換機。

背景技術：

現有的高可靠性乙太網交換機都是通過機架安裝的主從備份式(即在機架上安裝多臺交換機，並且交換機的型號配置完全一樣，設置成主從備份模式，在其中一臺發生故障時，另一臺繼續工作而不影響網絡通信)，但主從備份式交換機都只適合在機房環境下的工作。而在現場安裝型的交換機，都不具備主從備份能力。

現場安裝型的交換機，因為沒有主從備份能力，在掉電的情況下，交換機將停止工作，導致通過其連接的所有乙太網設備掉線，嚴重影響現場設備的通信、工作，帶來嚴重的直接、間接後果。同時，因為現有交換機在不具備簡單網管協議的通信系統中是以透明型式存在，在其掉電以後，在設備監視系統，只能看到其連接的設備掉線，不知道具體原因，導致故障檢修周期長。

技術實現要素：

為解決上述問題，本實用新型公開一種高可靠工業乙太網交換機，通過安裝的備用超級電容和電源檢測模塊配合使用，使現場交換機在掉電時還能正常工作，保證連接的現場設備的正常通信，提高現場交換機運行的可靠性。

本實用新型所公開的高可靠工業乙太網交換機，包括電源檢測模塊超級電容、告警提示模塊、以及DCDC變換電路，其中，電源檢測模塊和超級電容的輸入端均連接外部供電的輸入端，超級電容的輸出端連接電源檢測模塊，電壓測量模塊的第一輸出端連接DCDC變換電路。

進一步的，超級電容布置在超級電容安裝槽內並插入安裝基座，為可拔插式。

進一步的，電源檢測模塊可採用電壓比較器或AD採樣電路進行判斷。

進一步的，電壓比較器具有電壓檢測單元與電壓比較單元，用於檢測電壓的有無和比較電壓的大小。

進一步的，工業乙太網交換機還包括告警提示模塊，告警提示模塊的輸入端連接電壓測量模塊的第二輸出端，用於當交換機出現故障或者掉電、電壓不正確時發生告警提示。

進一步的，告警提示模塊包括告警指示燈，當交換機出現故障或者掉電、電壓不正確時以一定方式閃爍。

進一步的，告警提示模塊包括蜂鳴器，當交換機出現故障或者掉電、電壓不正確時進行發聲提示。

進一步的，告警提示模塊還具有運行指示燈和/或鏈路指示燈,其中，運行指示燈用於提示系統是否在正常工作，鏈路指示燈用於指示是否有數據在交互。

進一步的，告警模塊是基於SNMP協議，在交換機監視到供電電源電壓低於警戒線後，通過SNMP協議的通用錯誤碼2向上級管理員主機發出掉電告警。

進一步的，告警模塊還能通過SNMP協議的專用錯誤碼6定期向管理員主機報告目前超級電容的電壓情況。

進一步的，工業乙太網交換機還包括網絡接口，用於與外部網絡設備的連接通訊。

本實用新型所公開的高可靠工業乙太網交換機具有的有益效果如下：

(1)通過電源檢測模塊和備用的超級電容的使用，在突然掉電的情況下，現場交換機還能維持一段時間的正常工作，能保證連接的現場設備的正常通信，為設備檢修、維護爭取了時間，提高現場交換機運行的可靠性。

(2)超級電容器可設計為可拔插式，這樣可以在設備安裝前提前充好電，安裝時直接插入設備使用，立即開啟掉電保護，而不需要等待超級電容器的充電；對於不需要掉電保護，用戶也可以選擇不購買，以節省成本，使用靈活。

(3)因為超級電容器是免維護的，所以在設備生命周期內，不需要特殊維護。

(4)具備本地告警燈提示，通過閃爍紅色告警燈或蜂鳴器，可以提醒維護人員，及時排除故障，恢復交換機供電。

(5)基於遠程SNMP協議告警，交換機在檢測到掉電後，交換機通過通用的、標準化的、被廣泛支持的簡單網管協議(SNMP)向管理員主機發出告警信息及當前超級電容器的電壓情況，遠程提醒系統維護人員採取必要的措施，還估計現場交換機可繼續工作的時長，從而實現了遠程告警與反饋，提高了維護效率，適用性也更廣。

附圖說明

圖1：高可靠工業乙太網交換機的電路框圖

圖2：電壓檢測與比較電路電路圖

圖3：超級電容安裝示意

圖4：帶有超級電容安裝槽的交換機示意圖

具體實施方式

如圖1所示，實施例中的高可靠工業乙太網交換機包括：電源檢測模塊(電壓檢測與比較電路)、告警提示模塊、DCDC變換電路、以及安裝在超級電容安裝槽內的超級電容，電源檢測模塊和超級電容的輸入端均連接外部供電輸入端，超級電容的輸出端也連接電壓測量模塊，電源檢測模塊第一輸出端連接DCDC變換電路、第二輸出端連接告警提示模塊。

其工作方式是：外部供電進入交換機之後，首先經過電壓測量模塊，同時給超級電容充電，經電壓測量模塊檢測，若電壓符合工作要求，則控制電晶體導通，使得交換機獲得電源輸入。當外部供電斷開時，由超級電容負責向交換機供電，同樣需要先經過電源檢測模塊，如符合工作要求則導通電晶體為交換機供電。如果電源檢測模塊檢測出電壓不符合交換機工作要求，電晶體關斷，交換機處於非工作狀態，同時，告警提示模塊觸發工作，進行告警提示。其中，告警提示模塊可採用告警指示燈進行閃爍提示，也可採用蜂鳴器發聲提示，或者兩者結合。

如圖2所示的具體電路圖，在乙太網交換機的供電電路上接入一組超級電容與電源檢測模塊，其中，電源檢測模塊本實施例中採用電壓比較器方式，包括電壓檢測單元與電壓比較單元，其電路主要包括有運算放大器、阻容器件、電晶體等元器件。

值得注意的，供電電源電壓低於警戒線的判斷方式並不唯一，可採用如電壓比較器、AD採樣判斷等方式進行。AD採樣判斷相對成本較高，實施例中電源檢測模塊採用的是這種電壓比較器方式。

DCDC變換電路(直流直流變換器)用於將外部供電電壓(一般採用24V，抗幹擾好會一些)直流轉換成內部晶片相應的供電電壓，如內部晶片的供電一般為5V、3.3V、1.0V等。

如圖3所示，實施例中的高可靠工業乙太網交換機還包括運行指示燈、鏈路指示燈、告警指示燈、網絡接口以及超級電容安裝槽，其中，運行指示燈用於提示系統是否在正常工作，鏈路指示燈用於指示是否有數據在交互；告警指示燈用於當交換機出現故障或者掉電、電壓不正確時以一定方式閃爍；網絡接口是外部網絡設備連接至交換機的通訊接口，為標準接口；超級電容安裝槽用於安裝超級電容，其內部觸點和交換機24V供電電路並聯，正常工作時作為超級電容充電迴路，外部掉電時作為超級電容放電迴路。

圖3所示有3個告警燈，可根據需求對以下幾種情況進行閃爍提示，如電源掉電，電容掉電，電源欠電壓，電容欠電壓，交換機自身故障等。

超級電容採用可拔插式設計，其大小與耐壓的選擇由掉電保護所需要的時長決定。在交換機正常工作中，超級電容通過系統供電電路進行充電。維持在滿電電壓，當外部供電中斷時，由超級電容進行放電。同時，電源檢測與比較電路進行電量檢測，如果符合供電要求，則進入DCDC變換器給交換機電路供電，如不符合要求，則告警燈以一定方式告警。採用的可拔插式超級電容，可以輕易更換。當超級電容損壞或者系統維護時不需要拆卸交換機整體，而只需針對超級電容進行拔插即可。

如圖4所示，更換時只需要順著超級電容安裝槽插入安裝基座或從安裝基座順著超級電容安裝槽拔出即可。當然，用戶也可根據需要對超級電容採用其它方式進行固定和連接。通過超級電容的設計，在交換機供電電壓低於警戒線時，由超級電容進行供電，保證交換機的能正常工作一段時間，在此期間，所有通過該交換機連接的設備的通信能保持不變，為設備維護、檢修提供了時間。

進一步的，帶有超級電容安裝槽的交換機還可以包括基於遠程簡單網絡管理協議(SNMP協議)的告警模塊，用於與遠程管理員的通訊。在交換機監視到供電電源電壓低於警戒線以後，會在交換機自帶的閃爍紅色告警燈，提醒維護人員。此時，交換機通過SNMP協議的通用錯誤碼2(含義為連接中斷)向上級管理員主機發出掉電告警，同時，交換機還能通過SNMP協議的專用錯誤碼6(含義為企業專用)向管理員主機定期報告目前超級電容的電壓情況，即，通過交換機的CPU定期發送超級電容的剩餘電量提示給遠端，以供系統維護人員估計交換機能繼續工作的時長，簡化了維護。

當然，如果若交換機不具備簡單網管協議，也可以通過其它方式來傳遞信號，如通過紅色告警燈以不同頻率閃爍，對應不同的故障，以幫助現場人員快速準確定位故障。

儘管以上結合附圖對本實用新型的實施方案進行了描述，但本實用新型並不局限於上述的具體實施方案和應用領域，上述的具體實施方案僅僅是示意性的、指導性的，而不是限制性的。本領域的普通技術人員在本說明書的啟示下，在不脫離本實用新型權利要求所保護的範圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬於本實用新型保護之列。