1.本发明属于矿用设备网络传输技术领域，尤其是涉及一种矿用双线网络控制系统。
背景技术：2.现有煤矿井下工作面液压支架控制器多采用can级联方式，速率较低，一般不超过200kbps；只能传输控制数据，无法连入视频、音频等大数据信号。当需要连视频音频信号时，需额外铺设新的以太网链路，增加硬件成本和维护成本。如果采用普通的网络进行传输(为4线制)，速率只能达到百兆，同时增加线缆；如果为千兆，一般需要8线制，且对传输距离有一定要求。我们采用双线网络，通讯速率可达到百兆和千兆，同时可长距离通讯，对线缆质量要求较低，解决成本。
技术实现要素：3.有鉴于此，本发明旨在提出一种矿用双线网络控制系统，以解决网络交换级联设备的自动设址、检测相关的问题。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种矿用双线网络控制系统，包括以下步骤：
6.s1、给矿用双线网络传输系统供电；
7.s2、用户在控制窗口对矿用双线网络传输系统的进行配置操作；
8.s3、用户对矿用双线网络传输系统进行寻址操作；
9.s4、矿用双线网络传输系统进入正常运行态。
10.进一步的，在步骤s1中的矿用双线网络传输系统包括若干控制器，若干所述控制器从左至右依次连接，组成一号系统拓扑结构，且多个控制器之间的通信方式为百兆/千兆双线的数据传输。
11.进一步的，在步骤s1中的矿用双线网络传输系统包括若干控制器和若干数据转换设备，若干所述控制器从左至右依次连接，若干所述数据转换设备从左至右依次连接，若干控制器均匀分为若干组，每组控制器均信号连接至一个数据转换设备，若干控制器和若干数据转换设备组成二号系统拓扑结构。
12.进一步的，在步骤s2中的所述矿用双线网络传输系统配置操作包括以下步骤：
13.a1、控制器的mcu芯片管脚与控制器的交换机芯片端口进行复位；
14.a2、配置mcu芯片、交换机芯片的端口使能；
15.a3、配置mcu芯片、交换机芯片的端口模式；
16.a4、配置mcu芯片、交换机芯片的vlan模式；
17.a5、配置交换机芯片的收发寄存器；
18.a6、控制器进入正常运行模式。
19.进一步的，在步骤s3中的所述矿用双线网络传输系统寻址操作包括以下步骤：
20.b1、将控制器的控制器交换板虚拟为多条通信链路，多条通信链路的开关分别为开关s1、开关s2和开关s3，控制器控制开关s1、开关s2和开关s3的开启与关闭；
21.b2、控制器判断mcu芯片与交换机芯片是否正常数据交换，是，则进入步骤b3；否，则进入步骤b4；
22.b3、开关s1、开关s2和开关s3均打开；
23.b4、控制器判断是否需要地址连续的数据包，是，则进入步骤b5；否，则回到步骤b2；
24.b5、开关s2、开关s3打开，开关s1关闭。
25.进一步的，所述控制器包括状态数据主动上报功能、控制下发功能和参数设置功能，所述状态数据主动上报功能、控制下发功能和参数设置功能均用于实现控制器的正常运行态。
26.进一步的，所述参数设置功能包括参数检查子单元、设置参数子单元和获得参数子单元，所述参数检查子单元、设置参数子单元用于控制器结构的参数检查和参数设置，所述获得参数子单元用于控制器结构的参数获取。
27.进一步的，参数检查子单元、设置参数子单元的运行包括以下步骤：
28.e1、邻架控制器发送参数检查帧给本架控制器；
29.e2、本架控制器处理后，并应答参数检查帧给邻架控制器；
30.e3、邻架控制器接收参数检查帧后判断本架控制器的参数与其储存库里的参数是否一致，是，则进入结束状态；否，则设置本架控制器的参数帧，反馈至本架控制器，并进入步骤e4；
31.e4、本架控制器保存参数帧，并反馈给邻架控制器后进入结束状态。
32.进一步的，获得参数子单元的运行包括以下步骤：
33.f1、邻架控制器发送获得参数帧至本架控制器；
34.f2、本架控制器处理后，并应答获得参数帧给邻架控制器。
35.相对于现有技术，本发明所述的一种矿用双线网络控制系统具有以下优势：
36.(1)本发明所述的一种矿用双线网络控制系统，设计合理，案通信速率高，可达到1000mbps，且带宽大可传输大数据量信息，如工作面视频、音频等数据；采用双线千兆以太网，降低线缆复杂程度同时降低线缆制造及销售成本；提供完整的一套双线网络通信控制过程，经实验证明该控制流程效率高，控制响应实时性高。
37.(2)本发明所述的一种矿用双线网络控制系统，具备两种系统拓扑结构，其二号系统拓扑结构将控制器分组，组内级联，组间通过数据转换设备进行通信，提高了数据传输通信效率，降低控制器转发次数；组间通过千兆/万兆网络通信，提高数据带宽；实现系统内数据分层管理，将控制数据和视频数据分开，大数据通过光纤进行传输；上层数据交换(数据转换设备)可实现有线和无线数据交换、传输。
附图说明
38.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
39.图1为本发明实施例所述的一号系统拓扑结构示意图；
40.图2为本发明实施例所述的二号系统拓扑结构示意图；
41.图3为本发明实施例所述的mcu芯片与交换机芯片通信示意图；
42.图4为本发明实施例所述的芯片配置流程图；
43.图5为本发明实施例所述的芯片配置结构示意图；
44.图6为本发明实施例所述的参数设置功能流程图。
具体实施方式
45.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
49.如图1至图6所示，一种矿用双线网络控制系统，包括以下步骤：
50.s1、给矿用双线网络传输系统供电；
51.s2、用户在控制窗口对矿用双线网络传输系统的进行配置操作；
52.s3、用户对矿用双线网络传输系统进行寻址操作；
53.s4、矿用双线网络传输系统进入正常运行态，本矿用双线网络控制系统，设计合理，案通信速率高，可达到1000mbps，且带宽大可传输大数据量信息，如工作面视频、音频等数据；采用双线千兆以太网，降低线缆复杂程度同时降低线缆制造及销售成本；提供完整的一套双线网络通信控制过程，经实验证明该控制流程效率高，控制响应实时性高。
54.本发明重点保护双层网络传输系统(如光电传输介质，光电网络连接方式，信号转换方式，数据交换方式)，和其中的光电复合或者光电分离组成的网传输模型。
55.在步骤s1中的矿用双线网络传输系统包括若干控制器，若干所述控制器从左至右依次连接，组成一号系统拓扑结构，且多个控制器之间的通信方式为百兆/千兆双线的数据传输。在本实施例里，此双线传输系统拓扑采用级联形式，每台控制器之间采用百兆/千兆双线以太网通信。数据包括控制数据、转发的音频或视频数据等。在实际使用时，为了便于工作以及控制，可以将多个控制器从左至右依次标号，如图2所示，这样便于后续工作处理。需要说明的是，在本实施例里，本架控制器、邻架控制器、其他架/服务器控制器均是控制
器，后续出现本架控制器、邻架控制器、其他架控制器名词均用于区别相邻控制器之间的位置。
56.若干控制器为一号系统拓扑结构，一号系统拓扑结构区别于现有工作面液压支架控制器方案，优势如下：
57.1、传统多采用can级联，速率较低，一般不超过200kbps；此方案通信速率高，可达到1000mbps，且带宽大可传输大数据量信息，如工作面视频、音频等数据。
58.2、传统以太网为四线，此方案采用双线千兆以太网，降低线缆复杂程度同时降低线缆制造及销售成本。
59.3、每台控制器集成数据交换功能，方便外部扩展设备。
60.在步骤s1中的矿用双线网络传输系统包括若干控制器和若干数据转换设备，若干所述控制器从左至右依次连接，若干所述数据转换设备从左至右依次连接，若干控制器均匀分为若干组，每组控制器均信号连接至一个数据转换设备，若干控制器和若干数据转换设备组成二号系统拓扑结构，在本实施例里，所述控制器、数据转换设备均可以单片机。此二号系统拓扑结构为分层级联形式，第一层为数据转换设备级联，设备间采用千兆/万兆光纤通信；第二层为控制器级联，每1～8个控制器分为一组，控制器间采用级联形式，以百兆/千兆双线网络传输，组间通过数据转换设备(上层数据交换)进行通信。
61.此系统结构在拓扑1方案上进行优化，增加数据转换设备进行分层级联，优势如下：
62.1、控制器分组，组内级联，组间通过数据转换设备进行通信，提高了数据传输通信效率，降低控制器转发次数。
63.2、组间通过千兆/万兆网络通信，提高数据带宽。
64.3、实现系统内数据分层管理，将控制数据和视频数据分开，大数据通过光纤进行传输。
65.4上层数据交换(数据转换设备)可实现有线和无线数据交换、传输。
66.本方案提供两种系统拓扑结构(即两种矿用双线网络传输系统)，分别采用网络设备级联和设备多层级联形式，采用千兆/万兆光纤传输，将控制数据和视频数据采用同一硬件链路传输，但实现数据的软分离。方案中的控制器和数据交换设备，均提供数据交换功能，可扩展网络设备。
67.拓扑中控制器功能：
68.1、正常的应用场景功能，如煤矿控制功能；
69.2、信号的采集、控制功能；
70.3、各控制器在网络间数据上报、互相控制、参数同步、参数设置等功能；
71.4、数据交换及转发功能，支持标准网络设备接入系统；
72.5、vlan管理、自动设址功能。
73.拓扑中数据交换设备功能：
74.1、数据交换及转发功能，支持标准网络设备接入系统；
75.2、vlan管理、自动设址功能。
76.在步骤s2中的所述矿用双线网络传输系统配置操作包括以下步骤：
77.a1、控制器的mcu芯片管脚与控制器的交换机芯片端口进行复位；
78.a2、配置mcu芯片、交换机芯片的端口使能；
79.a3、配置mcu芯片、交换机芯片的端口模式；
80.a4、配置mcu芯片、交换机芯片的vlan模式；
81.a5、配置交换机芯片的收发寄存器；
82.a6、控制器进入正常运行模式。
83.在本实施例里，控制器、数据转换设备内部均设有mcu芯片与交换机芯片，数据转换设备的配置操作与控制器的配置操作相同，交换机芯片采用博通bcm89xxx芯片，mcu通过spi和mgmt方式对交换机芯片进行配置。rgmii为标准的千兆数据通讯接口。
84.spi或mgmt如何达到复位等功能的流程：
85.通过spi配合mgmt接口给交换机芯片进行配置。硬件管脚对交换机芯片进行复位；通过spi配合mgmt接口操作芯片读写寄存器，使能芯片端口1至3；将端口模式设置为br双线模式，用于控制器间的数据传输；对芯片进行vlan划分包括主从模式进行配置；然后进入到正常工作状态。
86.在步骤s3中的所述矿用双线网络传输系统寻址操作包括以下步骤：
87.b1、将控制器的控制器交换板虚拟为多条通信链路，多条通信链路的开关分别为开关s1、开关s2和开关s3，控制器控制开关s1、开关s2和开关s3的开启与关闭；
88.b2、控制器判断mcu芯片与交换机芯片是否正常数据交换，是，则进入步骤b3；否，则进入步骤b4；
89.b3、开关s1、开关s2和开关s3均打开；
90.b4、控制器判断是否需要地址连续的数据包，是，则进入步骤b5；否，则回到步骤b2；
91.b5、开关s2、开关s3打开，开关s1关闭。
92.在本实施例里，将控制器中的“控制交换板”虚拟为多条通信链路，如s1\s2\s3，根据不同的数据包，由软件控制哪个链路的打开或关闭。如正常数据交换时各链路均打开，而当接收“设址”、“设备检测”这样需要地址连续的数据包时，需控制特殊端口的打开，即s2和s3端口打开，而s1端口关闭，保证数据单向且级联传输。
93.以设置2#控制器地址为例，系统设址简略过程如下：(控制器符号sc，数据转换器符号zh)
94.[0095][0096]
当前架由人工干预进行设址，此时当前架会向所有控制器发送进入配置模式；所有设备接收到命令后进入配置状态；当前架打开左侧s2开关向左侧发送地址，该地址为递减，然后当前架打开右侧s3开关向右侧发送地址，该侧地址递增；左右两侧控制器依次按方向传递设址令牌，并执行设址功能，同时将设址成功应答回复给当前架；当前架接收到回复后，退出自动设址模式，打开s1开关，使所有端口均能通讯，并进入正常工作模式。
[0097]
所述控制器包括状态数据主动上报功能、控制下发功能和参数设置功能，所述状态数据主动上报功能、控制下发功能和参数设置功能均用于实现控制器的正常运行态。在本实施例里，数据转换设备也包括主动上报功能、控制下发功能和参数设置功能等等这些功能。
[0098]
系统通信包括：数据主动上报、控制下发和参数设置功能。
[0099]
1)数据主动上报，其流程如下：
[0100]
所述主动上报功能的运行包括以下步骤：
[0101]
c1、本架控制器主动上报状态数据至邻架控制器；
[0102]
c2、邻架控制器选择性接收数据帧并处理，进入步骤c3；
[0103]
c3、邻架控制器发送状态数据查询给本架控制器；
[0104]
c4、本架控制器应答状态查询，并回复状态数据至邻架控制器。
[0105]
本架产生传感器等状态数据变化后，将数据主动上报给旁边架或网络中指定的任意架，它架接收到数据后进行数据处理；同时支持数据查询功能，它架可以查询本架状态信息，本架给出应答。
[0106]
2)控制下发，其流程如下：
[0107]
所述控制下发功能的运行包括以下步骤：
[0108]
d1、邻架控制器控制下发命令给至本架控制器；
[0109]
d2、本架控制器接收后处理控制指令，并将控制结果应答至邻架控制器。
[0110]
它架需要控制本架执行某一命令时，会下发控制指令，本架执行，并给出应答。
[0111]
3)参数设置，其流程如下：
[0112]
如图6所示，所述参数设置功能包括参数检查子单元、设置参数子单元和获得参数子单元(参数检查子单元即图中的“1)参数检查”，设置参数子单元即图中的“2)设置参数”，获得参数子单元即图中的“3)获得参数”)，在本实施例中，控制器若只运行参数检查子单元、设置参数子单元这两步骤(设置参数子单元这一步需要基于参数检查子单元，当参数检查子单元这一步骤不一致才会运行设置参数子单元，否则不运行设置参数子单元)，不运行获得参数子单元这一步骤，说明控制器没有存在设备故障问题，不用换机器；而运行获得参数子单元这一步骤说明控制器存在设备故障问题，已经换了机器，故获得参数子单元这一步骤需要运行，但无论机器是否更换，都需要运行参数检查子单元、设置参数子单元这两步骤(设置参数子单元这一步需要基于参数检查子单元，当参数检查子单元这一步骤不一致才会运行设置参数子单元，否则不运行设置参数子单元)。
[0113]
其中参数检查子单元、设置参数子单元的运行包括以下步骤：
[0114]
e1、邻架控制器发送参数检查帧给本架控制器；
[0115]
e2、本架控制器处理后，并应答参数检查帧给邻架控制器；且应答参数检查帧包含目标参数区域crc，在本实施例里，本架控制器处理后，并应答参数检查帧给邻架控制器，其中“处理”具体是指本架控制器接收参数检查帧后，调取自身的参数放至在参数检查帧内后，再将参数检查帧应答至邻架控制器。
[0116]
e3、邻架控制器接收参数检查帧后判断本架控制器的参数与其储存库里的参数是否一致，是，则进入结束状态；否，则设置本架控制器的参数帧，反馈至本架控制器，并进入步骤e4，在本实施例里，邻架控制器接收参数检查帧后判断本架控制器的参数与其储存库里的参数是否一致，其中，其储存库里的参数既包括邻架控制器事先存储的本架控制器的参数，也包括邻架控制器自身的参数，只有本架控制器应答过来的参数与邻架控制器自身的参数以及邻架控制器事先存储的本架控制器的参数均一致，才能判断本架控制器参数与邻架控制器的参数一致，此外，若邻架控制器接收不到本架控制器的应答参数检查帧，则会触发邻架控制器进行报警，提醒工作人员人工进行参数设置；
[0117]
e4、本架控制器保存参数帧，并反馈给邻架控制器后进入结束状态。
[0118]
其中获得参数子单元的运行包括以下步骤：
[0119]
f1、邻架控制器发送获得参数帧至本架控制器；
[0120]
f2、本架控制器处理后，并应答获得参数帧给邻架控制器；且本架控制器应答获得参数帧时数据包括目标参数区数据。在本实施例里，所述邻架控制器即为图6中其他架/服务器。
[0121]
系统中有时会需要大家参数保持一致，这样需要参数检查机制，它架发送参数检查命令，本架将自己的参数进行算法校验，如crc校验或md5校验，将校验结果回复给它架。它架接收到进行判断是否与自己参数一致，如果不一致进行报警或提示。如果需要进行参数设置，发送参数设置帧，由本架进行应答。它架有时想获得某一架参数，发送参数获得帧，本架将自身参数打包发送给它架。
[0122]
在其他实施例中，系统还可以包括控制器管理功能
[0123]
系统控制器管理包括：控制器时间同步、相邻控制器检测、控制器主动发现、通信故障排查功能。
[0124]
控制器定时下发时间同步信息，其他设备进行校准；
[0125]
由首尾控制器定时触发“相邻控制器检测”，该功能手拉手依次级联传输，每一控制器检测左右两侧控制器是否发生过改动，并上报给系统内其他设控制器；
[0126]
系统内由指定控制器维护心跳，每一控制器会应答心跳，当某一控制器长时间没有心跳时，认为该控制器通信故障，并进行信息上报和处理。
[0127]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种矿用双线网络控制系统，其特征在于：包括以下步骤：s1、给矿用双线网络传输系统供电；s2、用户在控制窗口对矿用双线网络传输系统的进行配置操作；s3、用户对矿用双线网络传输系统进行寻址操作；s4、矿用双线网络传输系统进入正常运行态。2.根据权利要求1所述的一种矿用双线网络控制系统，其特征在于：在步骤s1中的矿用双线网络传输系统包括若干控制器，若干所述控制器从左至右依次连接，组成一号系统拓扑结构，且多个控制器之间的通信方式为百兆/千兆双线的数据传输。3.根据权利要求1所述的一种矿用双线网络控制系统，其特征在于：在步骤s1中的矿用双线网络传输系统包括若干控制器和若干数据转换设备，若干所述控制器从左至右依次连接，若干所述数据转换设备从左至右依次连接，若干控制器均匀分为若干组，每组控制器均信号连接至一个数据转换设备，若干控制器和若干数据转换设备组成二号系统拓扑结构。4.根据权利要求2或3所述的一种矿用双线网络控制系统，其特征在于：在步骤s2中的所述矿用双线网络传输系统配置操作包括以下步骤：a1、控制器的mcu芯片管脚与控制器的交换机芯片端口进行复位；a2、配置mcu芯片、交换机芯片的端口使能；a3、配置mcu芯片、交换机芯片的端口模式；a4、配置mcu芯片、交换机芯片的vlan模式；a5、配置交换机芯片的收发寄存器；a6、控制器进入正常运行模式。5.根据权利要求2或3所述的一种矿用双线网络控制系统，其特征在于：在步骤s3中的所述矿用双线网络传输系统寻址操作包括以下步骤：b1、将控制器的控制器交换板虚拟为多条通信链路，多条通信链路的开关分别为开关s1、开关s2和开关s3，控制器控制开关s1、开关s2和开关s3的开启与关闭；b2、控制器判断mcu芯片与交换机芯片是否正常数据交换，是，则进入步骤b3；否，则进入步骤b4；b3、开关s1、开关s2和开关s3均打开；b4、控制器判断是否需要地址连续的数据包，是，则进入步骤b5；否，则回到步骤b2；b5、开关s2、开关s3打开，开关s1关闭。6.根据权利要求2或3所述的一种矿用双线网络控制系统，其特征在于：所述控制器包括状态数据主动上报功能、控制下发功能和参数设置功能，所述状态数据主动上报功能、控制下发功能和参数设置功能均用于实现控制器的正常运行态。7.根据权利要求6所述的一种矿用双线网络控制系统，其特征在于：所述参数设置功能包括参数检查子单元、设置参数子单元和获得参数子单元，所述参数检查子单元、设置参数子单元用于控制器结构的参数检查和参数设置，所述获得参数子单元用于控制器结构的参数获取。8.根据权利要求7所述的一种矿用双线网络控制系统，其特征在于：参数检查子单元、设置参数子单元的运行包括以下步骤：e1、邻架控制器发送参数检查帧给本架控制器；
e2、本架控制器处理后，并应答参数检查帧给邻架控制器；e3、邻架控制器接收参数检查帧后判断本架控制器的参数与其储存库里的参数是否一致，是，则进入结束状态；否，则设置本架控制器的参数帧，反馈至本架控制器，并进入步骤e4；e4、本架控制器保存参数帧，并反馈给邻架控制器后进入结束状态。9.根据权利要求7所述的一种矿用双线网络控制系统，其特征在于：获得参数子单元的运行包括以下步骤：f1、邻架控制器发送获得参数帧至本架控制器；f2、本架控制器处理后，并应答获得参数帧给邻架控制器。
技术总结本发明提供了一种矿用双线网络控制系统，包括以下步骤：S1、给矿用双线网络传输系统供电；S2、进行配置操作；S3、进行寻址操作；S4、进入正常运行态。本发明所述的一种矿用双线网络控制系统，具备两种系统拓扑结构，将控制器分组，组内级联，组间通过数据转换设备进行通信，提高了数据传输通信效率，降低控制器转发次数；组间通过千兆/万兆网络通信，提高数据带宽；实现系统内数据分层管理，将控制数据和视频数据分开，大数据通过光纤进行传输；上层数据交换(数据转换设备)可实现有线和无线数据交换、传输。传输。传输。
技术研发人员：边婷 翟菲菲 郭伟伟 李彦青
受保护的技术使用者：天津华宁电子有限公司
技术研发日：2022.03.31
技术公布日：2022/7/5
