工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在繼電器可靠性檢測系統中的應用

1、引言

近些年來(lái)，工業(yè)以太網(wǎng)通信速率的提高及交換式以太網(wǎng)技術(shù)的出現，使得工業(yè)以太網(wǎng)的通信性能大為改善，原來(lái)阻礙以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的不確定性等問(wèn)題基本得到解決，以太網(wǎng)開(kāi)始從不同的途徑進(jìn)入到工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程檢測等領(lǐng)域，很多組織和廠(chǎng)家開(kāi)始開(kāi)發(fā)基于以太網(wǎng)的監控系統。

本文所提出的繼電器可靠性檢測系統由服務(wù)器和多臺可靠性檢測裝置(客戶(hù)端)組成，可靠性檢測裝置是進(jìn)行可靠性試驗的必要手段。服務(wù)器和可靠性檢測裝置通過(guò)調用TCP協(xié)議提供的套接字傳送數據，實(shí)現了服務(wù)器對多臺檢測裝置的實(shí)時(shí)集中檢測和控制，在節省人力的同時(shí)有利于失效試驗數據的分析和處理。

2、可靠性檢測裝置的實(shí)現方法和功能

檢測裝置主要完成繼電器試品的定數截尾試驗，記錄失效信息，對檢測結果進(jìn)行分析[2]。通過(guò)與服務(wù)器建立連接，實(shí)時(shí)上傳當前試驗狀態(tài)以及失效信息，并接收服務(wù)器的控制命令。

2.1 實(shí)現方法

為了滿(mǎn)足試驗環(huán)境的需要，采用工業(yè)控制計算機作為檢測裝置的核心。對觸點(diǎn)電壓的采集則選用兩塊高性能數據采集卡來(lái)實(shí)現，可同時(shí)對兩組共32對觸點(diǎn)進(jìn)行檢測，兩組試品可以是不同型號不同廠(chǎng)商的繼電器，而且對檢測觸點(diǎn)的常開(kāi)常閉不做限制。需要注意的是，當觸點(diǎn)電壓為交流信號時(shí)，為了保證電壓有效值的計算精度，采集卡在一個(gè)工頻周期內要完成16個(gè)采集通道至少320次的AD轉換，這就要求采集卡的采集速率非?？?，本裝置采用的是研華的PCL-818HG。每塊采集卡還提供了一個(gè)20-PIN數字輸出口,用來(lái)控制試品線(xiàn)圈回路的通斷電。試品觸點(diǎn)回路采用一塊多通道的數字量輸出卡，通過(guò)固態(tài)繼電器實(shí)現對兩組試品觸點(diǎn)回路的通斷電控制。繼電器可靠性檢測裝置的結構框圖如圖1所示。


圖1 可靠性檢測裝置結構圖

如果某個(gè)試品的全部觸點(diǎn)均達到了最大允許失效次數,那么在接下來(lái)的試驗中此試品要被剔除，不再進(jìn)行試品線(xiàn)圈回路和觸點(diǎn)回路的通斷電操作，避免故障試品因長(cháng)時(shí)間通電而發(fā)生危險[3]。

2.2 實(shí)現功能

檢測裝置的軟件由兩大部分組成：一是實(shí)時(shí)檢測與處理程序，包括了試驗參數的設置，對試驗狀態(tài)以及失效數據的保存，對失效數據進(jìn)行數學(xué)分析，打印報表等，檢測裝置記錄的失效數據有失效時(shí)間，失效試品號、觸點(diǎn)號，觸點(diǎn)失效的類(lèi)型，失效時(shí)觸點(diǎn)電壓以及各觸點(diǎn)累計失效次數等;二是通訊程序，接收服務(wù)器的參數設置、基本操作，并上傳試驗狀態(tài)及失效信息。圖2為檢測裝置的操作界面，菜單項代表了所能實(shí)現的所有操作，文本顯示區對設置參數、試驗狀態(tài)以及失效發(fā)生時(shí)的失效信息進(jìn)行顯示。軟件采用可視化編程語(yǔ)言VC++6.0嵌入匯編語(yǔ)言的方法實(shí)現[4]。


圖2 檢測裝置操作界面

3、集中控制的實(shí)現

以太網(wǎng)只定義了物理層和鏈路層，但目前在傳輸層和網(wǎng)絡(luò )層已基本上統一，TCP/IP協(xié)議被普遍采用。傳輸層協(xié)議包括UDP協(xié)議和TCP協(xié)議。無(wú)論是基于 UDP協(xié)議或者TCP協(xié)議，都要保證網(wǎng)絡(luò )傳輸的一定的可靠性和實(shí)時(shí)性。由于UDP協(xié)議具有實(shí)現機制簡(jiǎn)單、傳輸效率高的特點(diǎn)，其較多地被應用到高效率的實(shí)時(shí)系統中。但為了實(shí)現傳輸的可靠性，就需要在應用層采用一些差錯控制機制，而這些措施與TCP協(xié)議中自帶的傳輸機制非常相似。實(shí)際上，在許多實(shí)時(shí)性的系統中，采用TCP協(xié)議也基本可以滿(mǎn)足傳輸時(shí)間的要求，還避免了在應用層進(jìn)行繁瑣的處理[5]。因此在本方案中傳輸層選擇使用TCP協(xié)議。

應用層的協(xié)議目前還沒(méi)有統一,本文旨在研究一個(gè)可廣泛適用于多種應用場(chǎng)合和多種應用層協(xié)議的通用的通信方案,用戶(hù)可根據需要選擇不同的應用層協(xié)議,也可以定義自己的數據包格式。

3.1 套接字(Socket)

TCP/IP網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的應用程序是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )系統編程界面套接字Socket(在Windows操作系統下稱(chēng)之為Winsock)來(lái)實(shí)現的。套接字構成了核心協(xié)議的用戶(hù)視圖，通過(guò)套接字應用程序可訪(fǎng)問(wèn)通信協(xié)議，套接字是網(wǎng)絡(luò )通信的基本構件。套接字是可以被命名的通信端點(diǎn)，應用程序通過(guò)它在網(wǎng)絡(luò )上發(fā)送和接收數據。每個(gè)套接字都有其類(lèi)型，并有一個(gè)與之相連的進(jìn)程。TCP/IP提供3種類(lèi)型套接字：

1)流式套接字(Stream Scoket)。該接口提供一個(gè)面向連接、可靠的數據傳輸服務(wù)，數據無(wú)差錯、無(wú)重復地發(fā)送，且按發(fā)送順序接收。內設流量控制，避免數據流超限;數據被看作字節流，無(wú)長(cháng)度限制。流式套接字提供了一種可靠的面向連接的數據傳輸方式，如果想發(fā)送大批量數據或想讓數據按順序無(wú)重復地到達目的地，流式套接字最為有用。