基于VC的執(zhí)行機構以太網控制系統(tǒng)的設計 2011-05-10 08:47:51來源:互聯網

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摘要：本文介紹了一種適用于過程控制領域的工業(yè)以太網監(jiān)控系統(tǒng)的架構，通過主控計算機和工業(yè)以太網，可以方便的將所設計的各種網絡化的電動執(zhí)行機構按照我們的控制需要來連成網絡，形成系統(tǒng)。通過自定義的通訊協(xié)議，保證了系統(tǒng)的實時性以及可靠性。通過通訊試驗，證明了該控制系統(tǒng)是可行的。
關鍵詞：工業(yè)以太網；執(zhí)行機構；通信協(xié)議

1　引言

在工業(yè)控制領域中，隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，集中控制系統(tǒng)已經不能滿足要求，控制網絡已經廣泛應用到工業(yè)控制中?，F場總線就是順應這一形式發(fā)展起來的技術，并在一定程度上解決了這一問題。但是，現場總線的開放性是有條件的，是不徹底的。當現場總線的發(fā)展遇到阻礙時，以太網技術卻得到了迅猛發(fā)展。如果能將以太網技術成功地用于工業(yè)控制底層網絡，就可以打破傳統(tǒng)的工業(yè)控制網絡體系，實現辦公自動化與工業(yè)自動化的無縫結合。

本課題正是在這種環(huán)境下提出。在設計中，我們選擇了傳輸速率高、實時性好，成本低的工業(yè)以太網，在繼承上一代產品中成熟技術的基礎上，將工業(yè)以太網技術融入到電動執(zhí)行機構的設計中，使它們成為新一代的數字化產品。為了配合這些網絡化的電動執(zhí)行機構的使用，我們需要構建一套適用于過程控制領域的以太網監(jiān)控系統(tǒng)。它通過工業(yè)以太網，將主控計算機和多個電動執(zhí)行機構連接起來，按照我們的需求通過計算機對底層進行各種不同的控制，形成一個完整的控制網絡。

2　控制系統(tǒng)架構

2.1　控制系統(tǒng)以太網架構

整個控制系統(tǒng)的結構如圖1所示。在此，以太網轉串口模塊相當于完成一個執(zhí)行機構網卡的作用，用于完成執(zhí)行機構與以太網之間的協(xié)議轉換和交流。電動執(zhí)行機構與以太網轉串口模塊之間通過串行TTL電平進行通訊，然后通過該模塊將電平信號以網絡數據幀的形式傳送到以太網上（此處以太網可以用HUB代替），然后進一步傳送給上位機，從而形成一條從上位機到執(zhí)行機構的可靠的信道。

本系統(tǒng)所采用的以太網轉串口模塊是國內某公司開發(fā)的一款嵌入式網絡模塊，它內部集成了TCP/IP 協(xié)議棧，用戶利用它可以實現嵌入式設備的網絡功能。該產品用于串口與以太網之間的數據傳輸，為串口設備增加以太網接口?？捎糜诖谠O備與主控計算機機之間，或者多個串口設備之間的遠程通信。

圖1 控制系統(tǒng)整體結構圖

2.2　電動執(zhí)行機構和以太網轉串口模塊通訊的實現

串行通訊采用TTL電平，占用兩個I/O口，即輸入口（RxD）和輸出口（TxD），執(zhí)行機構主控板需要提供+5V電源給以太網轉串口模塊，硬件連接如圖2所示。

圖2　底層通訊的實現原理圖

本系統(tǒng)中執(zhí)行機構所采用的主控芯片為Intel 80C196MC。圖中P2.0作為80C196MC的串行輸出，P2.1作為80C196MC的串行輸入。網卡地線應和主控制板的數字地即單片機的地連接。80C196MC與以太網轉串口模塊之間采用異步通信，一幀長度為10位，包含8位數據，1位奇偶校驗位和1位結束位。

3　　　　　　 軟件部分的實現

本系統(tǒng)采用基于VC++6.0的WinSock編程。套接字(Socket)已經成為當今最流行的網絡通信應用程序接口。套接字最初由加利福利亞大Berkeley分校為Unix操作系統(tǒng)開發(fā)的網絡通信接口, 后來它又被移植到DOS與Windows 系統(tǒng),特別是近幾年互聯網在全世界范圍內的廣泛普及, 進一步奠定了它在網絡通信程序開發(fā)領域的主宰地位。

系統(tǒng)采用Client/Server模式。通過以太網轉串口模塊的配置軟件，將該模塊設置成服務器模式，而主控計算機上的控制軟件部分為客戶端，每次啟動由主控計算機主動連接執(zhí)行機構。客戶端和服務器采用面向連接的通信協(xié)議：控制計算機和模塊之間會建立一個虛擬連接，這個連接一旦建立，客戶端和服務器之間就可以把數據當作一個雙向字節(jié)流進行交換；如果連接建立不成功，則不會發(fā)送數據。另外，面向連接傳輸的每一個報文都需要接收端確認，未確認報文被認為是出錯的報文。