根據VC的執行機構以太網(wǎng)控制系統的設計策略

摘要：本文介紹了一種適用于過(guò)程控制領(lǐng)域的工業(yè)以太網(wǎng)監控系統的架構，通過(guò)主控計算機和工業(yè)以太網(wǎng)，可以方便的將所設計的各種網(wǎng)絡(luò )化的電動(dòng)執行機構按照我們的控制需要來(lái)連成網(wǎng)絡(luò )，形成系統。通過(guò)自定義的通訊協(xié)議，保證了系統的實(shí)時(shí)性以及可靠性。通過(guò)通訊試驗，證明了該控制系統是可行的。

1　引言

在工業(yè)控制領(lǐng)域中，隨著(zhù)控制系統規模的不斷增大，集中控制系統已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，控制網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)廣泛應用到工業(yè)控制中?，F場(chǎng)總線(xiàn)就是順應這一形式發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，并在一定程度上解決了這一問(wèn)題。但是，現場(chǎng)總線(xiàn)的開(kāi)放性是有條件的，是不徹底的。當現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展遇到阻礙時(shí)，以太網(wǎng)技術(shù)卻得到了迅猛發(fā)展。如果能將以太網(wǎng)技術(shù)成功地用于工業(yè)控制底層網(wǎng)絡(luò )，就可以打破傳統的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )體系，實(shí)現辦公自動(dòng)化與工業(yè)自動(dòng)化的無(wú)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(shí)時(shí)性好，成本低的工業(yè)以太網(wǎng)，在繼承上一代產(chǎn)品中成熟技術(shù)的基礎上，將工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)融入到電動(dòng)執行機構的設計中，使它們成為新一代的數字化產(chǎn)品。為了配合這些網(wǎng)絡(luò )化的電動(dòng)執行機構的使用，我們需要構建一套適用于過(guò)程控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)監控系統。它通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，將主控計算機和多個(gè)電動(dòng)執行機構連接起來(lái)，按照我們的需求通過(guò)計算機對底層進(jìn)行各種不同的控制，形成一個(gè)完整的控制網(wǎng)絡(luò )。

2　控制系統架構

2.1　控制系統以太網(wǎng)架構

整個(gè)控制系統的結構如圖1所示。在此，以太網(wǎng)轉串口模塊相當于完成一個(gè)執行機構網(wǎng)卡的作用，用于完成執行機構與以太網(wǎng)之間的協(xié)議轉換和交流。電動(dòng)執行機構與以太網(wǎng)轉串口模塊之間通過(guò)串行TTL電平進(jìn)行通訊，然后通過(guò)該模塊將電平信號以網(wǎng)絡(luò )數據幀的形式傳送到以太網(wǎng)上（此處以太網(wǎng)可以用HUB代替），然后進(jìn)一步傳送給上位機，從而形成一條從上位機到執行機構的可靠的信道。

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

圖1 控制系統整體結構圖

2.2　電動(dòng)執行機構和以太網(wǎng)轉串口模塊通訊的實(shí)現

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

圖2　底層通訊的實(shí)現原理圖

本系統中執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(wǎng)卡地線(xiàn)應和主控制板的數字地即單片機的地連接。80C196MC與以太網(wǎng)轉串口模塊之間采用異步通信，一幀長(cháng)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(shí)現

本系統采用基于VC++6.0的WinSock編程。套接字(Socket)已經(jīng)成為當今最流行的網(wǎng)絡(luò )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操作系統開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò )通信接口, 后來(lái)它又被移植到DOS與Windows 系統,特別是近幾年互聯(lián)網(wǎng)在全世界范圍內的廣泛普及, 進(jìn)一步奠定了它在網(wǎng)絡(luò )通信程序開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的主宰地位。