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1、引言
近些年來，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(xiàn)，使得以太網(wǎng)的通信性能大為改善，原來阻礙以太網(wǎng)進入工業(yè)控制領(lǐng)域的不確定性等問題基本得到解決，以太網(wǎng)開始從不同的途徑進入到工業(yè)自動化和過程檢測等領(lǐng)域，很多組織和廠家開始開發(fā)基于以太網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)[1]。
本文所提出的繼電器可靠性檢測系統(tǒng)由服務(wù)器和多臺可靠性檢測裝置（客戶端）組成，可靠性檢測裝置是進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調(diào)用TCP協(xié)議提供的套接字傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了服務(wù)器對多臺檢測裝置的實時集中檢測和控制，在節(jié)省人力的同時有利于失效試驗數(shù)據(jù)的分析和處理。
2、可靠性檢測裝置的實現(xiàn)方法和功能
檢測裝置主要完成繼電器試品的定數(shù)截尾試驗，記錄失效信息，對檢測結(jié)果進行分析[2]。通過與服務(wù)器建立連接，實時上傳當前試驗狀態(tài)以及失效信息，并接收服務(wù)器的控制命令。
2.1 實現(xiàn)方法
為了滿足試驗環(huán)境的需要，采用工業(yè)控制計算機作為檢測裝置的核心。對觸點電壓的采集則選用兩塊高性能數(shù)據(jù)采集卡來實現(xiàn)，可同時對兩組共32對觸點進行檢測，兩組試品可以是不同型號不同廠商的繼電器，而且對檢測觸點的常開常閉不做限制。需要注意的是，當觸點電壓為交流信號時，為了保證電壓有效值的計算精度，采集卡在一個工頻周期內(nèi)要完成16個采集通道至少320次的AD轉(zhuǎn)換，這就要求采集卡的采集速率非常快，本裝置采用的是研華的PCL-818HG。每塊采集卡還提供了一個20-PIN數(shù)字輸出口,用來控制試品線圈回路的通斷電。試品觸點回路采用一塊多通道的數(shù)字量輸出卡，通過固態(tài)繼電器實現(xiàn)對兩組試品觸點回路的通斷電控制。繼電器可靠性檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 可靠性檢測裝置結(jié)構(gòu)圖
如果某個試品的全部觸點均達到了最大允許失效次數(shù),那么在接下來的試驗中此試品要被剔除，不再進行試品線圈回路和觸點回路的通斷電操作，避免故障試品因長時間通電而發(fā)生危險[3]。
2.2 實現(xiàn)功能
檢測裝置的軟件由兩大部分組成：一是實時檢測與處理程序，包括了試驗參數(shù)的設(shè)置，對試驗狀態(tài)以及失效數(shù)據(jù)的保存，對失效數(shù)據(jù)進行數(shù)學分析，打印報表等，檢測裝置記錄的失效數(shù)據(jù)有失效時間，失效試品號、觸點號，觸點失效的類型，失效時觸點電壓以及各觸點累計失效次數(shù)等；二是通訊程序，接收服務(wù)器的參數(shù)設(shè)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現(xiàn)的所有操作，文本顯示區(qū)對設(shè)置參數(shù)、試驗狀態(tài)以及失效發(fā)生時的失效信息進行顯示。軟件采用可視化編程語言VC++6.0嵌入?yún)R編語言的方法實現(xiàn)[4]。
圖2 檢測裝置操作界面
3、集中控制的實現(xiàn)
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(tǒng)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。無論是基于UDP協(xié)議或者TCP協(xié)議，都要保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊欢ǖ目煽啃院蛯崟r性。由于UDP協(xié)議具有實現(xiàn)機制簡單、傳輸效率高的特點，其較多地被應(yīng)用到高效率的實時系統(tǒng)中。但為了實現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃�，就需要在�?yīng)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。實際上，在許多實時性的系統(tǒng)中，采用TCP協(xié)議也基本可以滿足傳輸時間的要求，還避免了在應(yīng)用層進行繁瑣的處理[5]。因此在本方案中傳輸層選擇使用TCP協(xié)議。
應(yīng)用層的協(xié)議目前還沒有統(tǒng)一,本文旨在研究一個可廣泛適用于多種應(yīng)用場合和多種應(yīng)用層協(xié)議的通用的通信方案,用戶可根據(jù)需要選擇不同的應(yīng)用層協(xié)議,也可以定義自己的數(shù)據(jù)包格式。
3.1 套接字(Socket)
TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用程序是通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)編程界面套接字Socket(在Windows操作系統(tǒng)下稱之為Winsock)來實現(xiàn)的。套接字構(gòu)成了核心協(xié)議的用戶視圖，通過套接字應(yīng)用程序可訪問通信協(xié)議，套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的基本構(gòu)件。套接字是可以被命名的通信端點，應(yīng)用程序通過它在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。每個套接字都有其類型，并有一個與之相連的進程。TCP/IP提供3種類型套接字：
1)流式套接字(Stream Scoket)。該接口提供一個面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無差錯、無重復地發(fā)送，且按發(fā)送順序接收。內(nèi)設(shè)流量控制，避免數(shù)據(jù)流超限；數(shù)據(jù)被看作字節(jié)流，無長度限制。流式套接字提供了一種可靠的面向連接的數(shù)據(jù)傳輸方式，如果想發(fā)送大批量數(shù)據(jù)或想讓數(shù)據(jù)按順序無重復地到達目的地，流式套接字最為有用。
2)數(shù)據(jù)包套接字(Datagram Scoket)。該接口提供一個無連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨立包形式被發(fā)送，不提供無錯保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復，并且接收順序混亂。數(shù)據(jù)包套接字比較適用于數(shù)據(jù)包或記錄型數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)包的發(fā)送不能得到保證，而且不能排序到達。
3)原始套接字(Raw Scoket)。該接口允許對較低層協(xié)議，如IP、ICMP直接訪問，主要用于新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)的測試等[6]。
在進行網(wǎng)絡(luò)開發(fā)時，阻塞問題是網(wǎng)絡(luò)編程中十分重要的問題。由于在阻塞模式下，在I/O操作完成前，執(zhí)行操作的Winsock函數(shù)會一直等待下去，不會立即返回程序（將控制權(quán)交還給程序）。故用這種方式，服務(wù)器應(yīng)用程序?qū)⒑茈y同時通過多個建好連接的套接字進行通信。在此系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要實現(xiàn)一臺服務(wù)器同時和六個套接字進行通信，因此結(jié)合對有限硬件資源的考慮，選擇了非阻塞類型的套接字，這也是一般協(xié)議開發(fā)中通常用到的套接字通信方式。
