基于以太控制网络的智能测控系统

1、基于以太控制网络的智能测控系统        摘要：介绍了工业以太控制网络与现有现场总线相比所具有的优势，并建立起完整的以太控制网络体系架构。基于以太控制网络，实现了电动机测控模拟系统，详细介绍了其中测控节点和监控软件的设计，并对系统存在的问题进行了分析。     关键词：现场总线；以太控制网络；TCP/IP；测控系统 An intelligent measurement control system based on Ethernet control network LI Yuguo

2、，QIAN Zhibo (Schoolof Marine Engineering，Northwestern Polytechnical University，Shaanxi Xian 710072，China)Abstract：This paper introduces the advantages that an industrial Ethernet control network is equipped with over those of the present fieldbus.In the paper，a complete structure of Ethernet control

3、 network is set up and a measurement and control model system for electromotors based on such control network is established.The paper describes in details the design of measurement and control nodes as well as the software for measuring and control.It analyzes the related problems that exist. Keywo

4、rds：fieldbus；Ethernet control network；TCP/IP；measurement and control system0引言为了适应现代化工农业甚至战争的新需求，对电子测量技术和测量系统、控制系统都提出了越来越高的要求，测试的项目和范围不断扩展，测试的速度和精确度的要求与日俱增，而测试的复杂程度也相应加大，这些都使得“测试自动化”变得必不可少，并且迫切需要采用更先进的技术。现场总线的出现。标志着工业控制技术领域一个新时代的开始。近些年来，随着网络技术的开展，以太网进入了控制领域，形成了新型的以太控制网络技术。1基于Ethernet的开放工业控制网络由于嵌入式技术

5、使Ethernet能到达传感器和执行器，这使得整个网络的瓶颈效应集中在现场总线设备层上的问题得以解决，构成如图1所示的新型工业控制网络体系结构。2基于以太控制网络的电动机测控模拟实施方案基于以太控制网络体系结构，笔者开发了电动机测控模拟试验系统，如图2所示。系统包括6个通用的测控节点、1台数据库服务器、2台(或更多)本地监控计算机、1个防火墙/代理服务器和2台(或更多)远程监控计算机。除远程监控计算机外，各部分通过以太网组成总线型拓扑结构。以太网是整个系统的“生命线”，它的通信容量、传输距离、可靠性、实时性、抗干扰性都是设计中所要关注的。由于局域网是为商业应用而开发的，在实际应用中，需要使用改

6、进的局域网接入介质，才能达到现场总线的要求。Ethernet测控系统通过防火墙/代理服务器接入Internet，远程的监控计算机可以通过Internet监控Ethernet测控系统的运行情况。3测控节点实现测控节点的主要功能是对要测量的参数进行数据采集，经ADC送到MCU进行数据处理，并通过Ethernet传送到监控计算机和数据服务器；或通过Internet传送给远程的监控计算机，同时处理来自监控计算机或远程监控计算机的命令。3.1硬件设计该测控节点系统从结构上共分为4大部分： CPU单元、网卡控制器单元、数据采集单元、串行通信单元，系统实现框图如图3所示。3.2软件设计  

7、;  测控节点的软件程序是以查询方式对各个功能单元进行控制。系统上电并延时一定时间后，对MCU的系统工作方式初始化，设定定时器的工作方式和定时时间，设定串行通信的工作方式、数据传送格式、波特率等，对中断向量进行初始化，对网卡控制器进行初始化，读取网卡控制器的物理地址并存储在数据存储器中。系统把自己的IP地址和物理地址以广播报的方式向服务器发送，以使服务器得到本机的IP地址和物理地址。系统对各部分完成初始化后，便以循环性任务处理方式控制各个功能单元的运行。测控节点的软件程序由C51编写，主程序流程图参见图4。4监控软件实现4.1网络通信    网络通信主要

8、是指通过TCP/IPSocket API来完成通信功能，这是因为TCP/IPSocket API通信速度快，且可以跨平台、跨网络。为了应用程序能够捕获并响应Socket事件，应该创建用户自己的从CasyncSocket类继承的派生类，这是所有WinSock的基础，因为所有的WinSock应用程序都是间接的利用MFC的WinSock类。在套接字类中添加了所有必要的事件处理函数以后，应该向程序的对话框类中添加套接字类的变量对象，然后调用Creat()方法创建一个数据报Socket。由于系统数据传输采用数据报格式，因此套接字建立后，便可进行数据的传输，其具体的过程如图5所示。4.2人机界面实现监控计

9、算机软件人机界面主要由控件、组件、ActiveX控件构成，程序开发工具可以选择VisualC。监控计算机人机界面主要由3部分组成：第1部分用于控制测控节点；第2部分用模拟仪表实时显示测控节点传输给监控计算机的采集数据；第3部分用趋势图显示在最近1 min内测控节点所采集数据的趋势图。4.3数据库操作首先利用SQLServer 2000数据库设计工具设计系统的后台数据库结构，并为每个被测参数建立一个表。每个表里面包含被测各参数的信息，包括测量的时间、参数数值大小、所执行的命令、备注等。前端利用ADO数据库访问技术实现对数据库的操作，整个应用基于C/S结构。5结束语从整个系统运行结果分析，基于以太控制网络的测控系统运行状况较好，但还存在一定的问题。为了保证系统数据传输的实时性，系统采用面向无连接的UDP协议。由于系统在学校的商用局域网上运行，在调试过程中发现，当局域网的负荷较大时，会出现数据包的丢失现象。即便如此，工业以太控制网络进入现场级毋庸置疑。随着科技的发展，阻碍以太控制网络发展的问题将会被一一攻破，以太网应用于现场设备控制层是控制网络的发展趋势，是信息发展进程的必然结果。参考文献1Gary A.Mintchell，EthernetsJ.Control Engineering，2000，(5).2赵怀林，赵静.Ethernet控制网络及其应用J.自动化与仪表，2002，(3