一種通信電源監控系統組網(wǎng)方案的設計

1　引言

《通信電源和空調集中監控系統技術(shù)要求》中規定監控系統在結構上是一個(gè)多級的分布式計算機監控網(wǎng)絡(luò )[2],一般可分為三級,即監控中心（SC—SupervisiON Center）、監控站（SS—Supervision STaTIon）和監控單元（SU—Supervision Unit）。對于通信電源監控系統來(lái)說(shuō)，沒(méi)有必要設置監控中心，因此可以簡(jiǎn)化為兩級集散式結構，由上位機和下位機組成[1-2]。

2　通信電源監控系統組網(wǎng)方案探討

通信電源監控系統的組網(wǎng)目前主要可以考慮采用以下幾種方案：

第一種是目前仍然廣泛使用的主從式總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，這種網(wǎng)絡(luò )結構以上位機為中心，通過(guò)RS485或RS422接口將各種具有通信功能的下位機連接起來(lái)，采用查詢(xún)方式來(lái)實(shí)現遙測、遙信和遙控功能，下位機與智能設備之間則可以采用點(diǎn)對點(diǎn)的串行通信（RS232）。這種結構的優(yōu)點(diǎn)是可以十分方便的實(shí)現小規模監控系統，缺點(diǎn)是組網(wǎng)受到通信距離的限制。

第二種是現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，它放棄了傳統的主從式網(wǎng)絡(luò )結構，實(shí)現了真正意義上的全分布式結構，使得每一個(gè)下位機都可以當作網(wǎng)絡(luò )中一個(gè)對等的節點(diǎn)。同時(shí)它

還提供了到上一層網(wǎng)絡(luò )的接口，可以方便的接入SCADA系統，實(shí)現遠程通信及遠程下載功能。其缺點(diǎn)是在與計算機互聯(lián)時(shí)，還需要專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)關(guān)，而且標準眾多，難以普及。

第三種是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，目前在有些通信電源監控系統中應用了以太網(wǎng)技術(shù)。這里的以太網(wǎng)是指由下位機和上位機直接通過(guò)以太網(wǎng)互連而生成的對等網(wǎng)絡(luò )，在這種結構中，不僅下位機之間是對等的，而且計算機作為 “上位機”的概念也變得非常模糊。與前兩種方案相比較而言，它具有較高的速度，但其缺點(diǎn)是造價(jià)不菲，難以適用于通信電源監控系統。

通過(guò)上述分析可以看出，傳統的主從式網(wǎng)絡(luò )最適合于通信電源監控系統的組網(wǎng)，但由于受到距離限制，因此必須加以改進(jìn)。本系統利用現有的PSTN網(wǎng)解決了這一問(wèn)題，即下位機與上位機之間的通信通過(guò)PSTN網(wǎng)實(shí)現，下位機與智能設備之間的通信則通過(guò)RS485構成主從式網(wǎng)絡(luò )實(shí)現。

3　通信模塊硬件電路設計

下位機作為直接面向設備的從機需要與上位機進(jìn)行遠程通信，同時(shí)下位機還要作為主機與各種智能設備通信。因此在本系統中同時(shí)采用了RS232和RS485 兩種通信方式，其中下位機與上位機之間的通信通過(guò)RS232接入PSTN網(wǎng)實(shí)現，完成獲取參數、傳輸數據以及遠程報警等功能；下位機與各種智能設備之間的通信則通過(guò)RS485組網(wǎng)實(shí)現，獲取數據及其工作狀態(tài)[4]。

在本系統中，通信模塊采用了單獨的微處理器DS80C320，它在普通單片機基礎上為P1口也定義了第二功能，從而擁有四個(gè)全雙工串行通信口、六個(gè)外部中斷、三個(gè)定時(shí)/計數器，而且在指令上與8051完全兼容，對于監控系統的通信單元來(lái)說(shuō)十分適用。

3.1 下位機與上位機之間的通信

下位機與上位機之間的通信采用了PSTN網(wǎng)作為媒介，可以通過(guò)以下三種方案實(shí)現：第一種方案是采用專(zhuān)用Modem芯片，將Modem的功能直接在下位機中實(shí)現；第二種方案是擴展一個(gè)類(lèi)似PCI或ISA的插槽，通過(guò)內置Modem連至PSTN網(wǎng)；第三種是擴展一個(gè)標準的全雙工RS232通信接口，通過(guò)外置 Modem連至PSTN網(wǎng)。以上三種方案中，第一種方案具有成本低、便于集成化設計的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是軟硬件的設計較為復雜，系統可靠性不高；第二種方案與內置Modem和擴展槽的硬件設計密切相關(guān)，不利于維護和升級；第三種方案具有通用性好、可靠性高、維護方便的優(yōu)點(diǎn)，因此在本系統中采用第三種方案來(lái)實(shí)現下位機與上位機之間的通信。其具體實(shí)現電路如圖1所示：

圖1　DS80C320與Modem硬件接口圖

圖1中，8251是通用同步/異步收發(fā)器，它具有獨立的接收器和發(fā)送器，通過(guò)編程可以以單工、半雙工或全雙工的方式進(jìn)行通信。同時(shí)它還提供了多個(gè)控制信號，可以方便的實(shí)現與Modem之間的互聯(lián)。由DS80C320的ALE、、組合產(chǎn)生2MHz脈沖作為8251的時(shí)鐘信號，同時(shí)這一脈沖經(jīng)過(guò)CD4024組成的分頻器進(jìn)行64分頻后作為8251的接收、發(fā)送時(shí)鐘。8251的片選信號 與地址譯碼器74LS138的 相連，控制/數據端接地址線(xiàn)A0，因此，8251的控制字寄存器和狀態(tài)字寄存器的地址為BFFFH，數據緩沖地址為BFFEH。RXD和TXD完成數據的接收和發(fā)送，其他控制信號完成單片機與Modem之間的狀態(tài)控制和檢測：振鈴指示信號RI經(jīng)電平轉換以后接至DS80C320的外部中斷；載波檢測信號CD經(jīng)電平轉換以后接至DS80C320的P1.1。當上位機撥號呼叫下位機時(shí)，振鈴指示信號RI產(chǎn)生振鈴，作為外部中斷源產(chǎn)生中斷，通信處理器復位P1.1輸出有效DTR信號，摘機進(jìn)入應答通信狀態(tài)。