基于VC執行機構的以太網控制系統方案設計

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

1　引言

在工業控制領域中，隨著控制系統規模的不斷增大，集中控制系統已經不能滿足要求，控制網絡已經廣泛應用到工業控制中?，F場總線就是順應這一形式發展起來的技術，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。當現場總線的發展遇到阻礙時，以太網技術卻得到了迅猛發展。如果能將以太網技術成功地用于工業控制底層網絡，就可以打破傳統的工業控制網絡體系，實現辦公自動化與工業自動化的無縫結合。

本課題正是在這種環境下提出。在設計中，我們選擇了傳輸速率高、實時性好，成本低的工業以太網，在繼承上一代產品中成熟技術的基礎上，將工業以太網技術融入到電動執行機構的設計中，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控系統。它通過工業以太網，將主控計算機和多個電動執行機構連接起來，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　控制系統架構

2.1　控制系統以太網架構

整個控制系統的結構如圖1所示。在此，以太網轉串口模塊相當于完成一個執行機構網卡的作用，用于完成執行機構與以太網之間的協議轉換和交流。電動執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行機構的可靠的信道。

本系統所采用的以太網轉串口模塊是國內某公司開發的一款嵌入式網絡模塊，它內部集成了TCP/IP 協議棧，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 控制系統整體結構圖

2.2　電動執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操作系統開發的網絡通信接口, 后來它又被移植到DOS與Windows 系統,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領域的主宰地位。