AutoNet数字信息平台及其应用 北京奥特奈科技发展有限公司 徐绍衡 研究员 摘 要 AutoNet是基于中国发明专利的新型数字信息平台，由于高性能免编程并能简化应 用软件编制的特点，将取代RS232、RS485、CAN等计算机通信标准，成为工业信息监 控领域里的新标准。本文介绍了AutoNet的分布数据库高速刷新、平台管理技术、工业以 太网等技术原理和技术指标，介绍了AutoNet标准接口的使用方法和设计方法。AutoNet 已成功地应用到舰船、工业等领域里几十个工程项目，促进了信息技术的发展。 关键词：AutoNet、分布数据库、高速响应、工业以太网、、嵌入式、数字信息平台。 一． 概述 工业控制、舰船监控、水利市政交通等工程、仪表、智能住宅工程等等所有监控领域几乎均应用分布式控制方式，由控制网络连接所有的分布在各处的监控点，因此控制网络的高性能是一个很关键的问题。以往采用现场总线CAN、RS485、RS232等通信标准来实现上述任务，其通信编程工作量很大，调试麻烦，占了控制工程的不少成本与工时，而且动态响应速度低，性能差。因而，选择高性能免编程的新一代嵌入式AutoNet控制网络，使分布式系统的编程被简化成与PC集中控制一样方便，整个网络的动态响应速度可达毫秒级，是设计各种监控系统的最好办法。 AutoNet是采用“分布数据库式高速响应实时控制网络”协议软件与工业以太网硬件所组成的网络系统的总称，是基于国家发明专利ZL00125634.3的创新技术。由于其容量大，响应速度高，又不需要编程，将各分布单元连成了一台大计算机，同时又能方便地管理平台的各节点，因此，AutoNet被称为数字信息平台。 AutoNet包括三个创新及应用技术： l 分布式数据库的高速刷新相等技术 l 数字信息平台管理技术 l 工业以太网技术 AutoNet在五年内已成功地应用到舰船监控、工业控制等领域里几十个工程项目，经无数次改进，是一项成熟的技术，可进入大批量推广期。 二．分布式数据库的高速刷新相等技术 AutoNet的工作原理是每个节点设立一个包括全网数据的分布式数据库，采用网络侦探、压缩、 广播的协议，使全网分布数据库在毫秒级时间内高速刷新，从而在毫秒级时间内实现全网所有分布数据库的一致相等，单个分布数据库包括了全网的动态数据，使每个节点只需与本节点数据库交换数据就完成了全网的通信功能，免除了通讯及编程，并实现了高速响应。典型实例4000个数据库网络系统动态响应达一毫秒；而且由于网络通讯全自动免编程,节省了全部通信软件编程开支,也简化了其他控制软件的编制；同时由于全网的每个数据库的数据有不同地址,实现了节点的即插即用和任意增减，网络的节点容量和通讯距离很容易无限扩展。 目前AutoNet使用的单片机的频率为12--60MC，实验测定，平台中每个IP支区有1940个(或970个)数据库流动时，任一个数据库发生变化，全平台所有节点在1--5毫秒内响应动作；任8个数据库瞬间同时发生变化时，全平台所有节点在60--100毫秒内响应动作；任64个数据库瞬间同时发生变化时，全平台所有节点在400--600毫秒内响应动作。网络数据库的非瞬间同时发生变化，全平台所有节点在1--5毫秒内响应动作。 对安全要求高的舰艇来讲，采用分布数据库技术是必需的，如采用集中式服务器，一但被打坏，网络就瘫痪，网络不安全，而用分布数据库网络有很强的生命力，是舰艇必需的。有资料表明，美国海军全部采用分布式数据库。 三．工业以太网 TCP/IP高速以太网是目前国际上最好最快的网络硬件，工业以太网是在此基础上强化元器件，使其达到工业环境要求。作为数字信息平台必须要有一个大容量高速网络，才能实现平台的任务。比较国际上现有的网络：计算机通信及现场总线容量小速度低，不能作信息平台；USB2.0及IEEE1394的标准虽然高速大容量，但传送距离太短，也不行；目前只有因特网采用的TCP/IP高速以太网是网络的最高水平，能胜任数字信息平台的任务。 1） 以太网主干网采用1000MB速率，子网采用100MB速率，高速、准确，目前最高速率可达10GB，是其他控制网络的几万倍。 2） 高速以太网容量为42.94亿个节点,可将世界上的所有计算机连成一个网络,可以满足舰船、舰 队、国防部整个网络的需要. 3） TCP/IP网络误码率为零，准确性100%。 为了证明以太网的优越性，我们对网络最重要的电磁兼容性能作了试验台测试比较试验，在有权威的上海工业自动化所的试验台上，分别对RS232、CAN、以太网三种网络作群脉冲干扰试验，三种网线分别被夹到1.2米宽的干扰架上，试验报告结果如下： 网 络 名 称 干 扰 脉 冲 电 压 结 果 RS232 500 V 样机被干扰不能工作 CAN 1000 V（GJB标准） 样机有干扰但能工作 TCP/IP以太网 2000 V 样机一切正常 试验证明，TCP/IP能耐受高于GJB标准二倍以上的干扰，性能的确是最好的，因此AutoNet最后选用TCP/IP网络硬件。 在某些军用等要求高的场合，使用双套工业以太网并用冗余设计，可靠性很高。 以太网为树形结构，AutoNet仅使用IP地址的第三第四区，可有256个单网络级联运行，每个单网络最多有254个节点，每个单网络有数据库最多为1940个(二字节定点数)或970个(四字节浮点数),每个节点所占的数据库可设置,数据库无论多少其响应速度差不多;256个单网络级联,数据库可有50万个,最多节点数为65024个，足以满足超大系统的需要. AutoNet接口为以太网，可以免编程地在高速局域网、ISDN电话网、光纤网、无线宽带网、因特网、卫星通道网等等多种网络上传送，可在很大范围内构成控制管理系统，是局域网，也是广域网。 四．数字信息平台管理技术 作为数字信息平台必须能管理全平台所有节点，AutoNet的每一个节点分布数据库里均包括所有节点的运行自检库，每个节点均能管理全平台，管理功能主要有二点： l 当平台上某个节点出现故障时，平台上所有节点能在10秒内报警，进行应急处理。 l 在使用双套工业以太网时，当某个网络有故障时自动切换到正确的网络数据。 五．数字平台基本构架 1． AutoNet仅有一种嵌入式接口，近期采用5 X 6 cm六层印刷板集成，远期发展成32脚PLCC单片集成电路。此接口嵌入到所有的用户节点中，节点插入平台即可，工业PC机直接用RJ45网口插入平台，不需要附加硬件，传统的RS232等信号需要时也可用接口附加板转换插入平台。平台构成简单方便。由于用户的数据库有四字节浮点数和二字节定点数二种，因此接口的软件也有二种规格，定点数规格的单支网数据库有2048个，浮点规格的单支网数据库有1024个。 2． 网络线的组成 由多个交换机串联组成网线，设备网线与交换机连：如下图： 接各设备 网线平台 交换机 3． 双网络平台布置 平台上 连接无限多的各种设备 六．数字信息平台主要技术指标 l 高速响应：平台中任一个数据库发生变化，全平台所有节点在1--5毫秒内响应动作；任8个数据库瞬间同时发生变化，全平台所有节点在60--100毫秒内响应动作。 l 平台容量：AutoNet仅使用IP地址的第三第四区，可有256个单网络级联运行，每个单网络最多有254个节点，每个单网络有数据库最多为1940个(二字节定点数)或970个(四字节浮点数),256个单网络级联,数据库可有50万个,最多节点数为65024个. l 工作距离：二节点之间的距离一般为100米，最大200米，通过树型可无限延伸。 l 网络管理：每个节点的数据库内，具有全平台节点的自检数据库，平台任一个节点发生故障，所有的节点在10秒内均响应报警。 l 平台介质：电缆或光纤。 l 环境适应性：GJB标准 l 平均无故障间隔时间MTBF： 大于100000小时 七．嵌入式接口使用方法 1． AutoNet对用户机的接口为24个插针，与用户机的接口逻辑是一个标准的4K静态RAM储存 器，地址线A0-A11共12根，数据线D0-D7共8根，读写线WR及RD共2根，地址选通线CE，1根共用地线，4KRAM地址由用户选定。 2． 嵌入的4KRAM是一个分布数据库，数据库格式有2字节定点及4字节浮点二种格式。2字节 数据库每个库二字节，高字节在前，按RAM地址顺序排列共2048个数据库，定义为itte1—itte2048.，其中itte1—itte1940为数据库，itte1952—itte2046为全网自检标志库；4字节数据库每个库为 4字节，按浮点数格式排列，按RAM地址顺序定义itte1—itte970为数据库，itte976—itte1023为自检标志库。每个数据库均为双向的，可读可写。 3． 自检标志库的顺序按节点IP地址的第四区号码定义，IP地址=XXX。XXX。