工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在繼電器可靠性檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)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(xiàn)，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)開始從不同的途徑進(jìn)入到工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程檢測(cè)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)。

本文所提出的繼電器可靠性檢測(cè)系統(tǒng)由服務(wù)器和多臺(tái)可靠性檢測(cè)裝置(客戶端)組成，可靠性檢測(cè)裝置是進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的必要手段。服務(wù)器和可靠性檢測(cè)裝置通過(guò)調(diào)用TCP協(xié)議提供的套接字傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器對(duì)多臺(tái)檢測(cè)裝置的實(shí)時(shí)集中檢測(cè)和控制，在節(jié)省人力的同時(shí)有利于失效試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理。

2、可靠性檢測(cè)裝置的實(shí)現(xiàn)方法和功能

檢測(cè)裝置主要完成繼電器試品的定數(shù)截尾試驗(yàn)，記錄失效信息，對(duì)檢測(cè)結(jié)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(dāng)前試驗(yàn)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(xiàn)方法

為了滿足試驗(yàn)環(huán)境的需要，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為檢測(cè)裝置的核心。對(duì)觸點(diǎn)電壓的采集則選用兩塊高性能數(shù)據(jù)采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)，可同時(shí)對(duì)兩組共32對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，兩組試品可以是不同型號(hào)不同廠商的繼電器，而且對(duì)檢測(cè)觸點(diǎn)的常開常閉不做限制。需要注意的是，當(dāng)觸點(diǎn)電壓為交流信號(hào)時(shí)，為了保證電壓有效值的計(jì)算精度，采集卡在一個(gè)工頻周期內(nèi)要完成16個(gè)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?？?，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(shù)字輸出口,用來(lái)控制試品線圈回路的通斷電。試品觸點(diǎn)回路采用一塊多通道的數(shù)字量輸出卡，通過(guò)固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)兩組試品觸點(diǎn)回路的通斷電控制。繼電器可靠性檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。


圖1 可靠性檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

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

2.2 實(shí)現(xiàn)功能

檢測(cè)裝置的軟件由兩大部分組成：一是實(shí)時(shí)檢測(cè)與處理程序，包括了試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，對(duì)試驗(yàn)狀態(tài)以及失效數(shù)據(jù)的保存，對(duì)失效數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，打印報(bào)表等，檢測(cè)裝置記錄的失效數(shù)據(jù)有失效時(shí)間，失效試品號(hào)、觸點(diǎn)號(hào)，觸點(diǎn)失效的類型，失效時(shí)觸點(diǎn)電壓以及各觸點(diǎn)累計(jì)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(yàn)狀態(tài)及失效信息。圖2為檢測(cè)裝置的操作界面，菜單項(xiàng)代表了所能實(shí)現(xiàn)的所有操作，文本顯示區(qū)對(duì)設(shè)置參數(shù)、試驗(yàn)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?yún)R編語(yǔ)言的方法實(shí)現(xiàn)[4]。


圖2 檢測(cè)裝置操作界面

3、集中控制的實(shí)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(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?shù)囊欢ǖ目煽啃院蛯?shí)時(shí)性。由于UDP協(xié)議具有實(shí)現(xiàn)機(jī)制簡(jiǎn)單、傳輸效率高的特點(diǎn)，其較多地被應(yīng)用到高效率的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。但為了實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?，就需要在?yīng)用層采用一些差錯(cuò)控制機(jī)制，而這些措施與TCP協(xié)議中自帶的傳輸機(jī)制非常相似。實(shí)際上，在許多實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)中，采用TCP協(xié)議也基本可以滿足傳輸時(shí)間的要求，還避免了在應(yīng)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(yīng)用層的協(xié)議目前還沒(méi)有統(tǒng)一,本文旨在研究一個(gè)可廣泛適用于多種應(yīng)用場(chǎng)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。套接字構(gòu)成了核心協(xié)議的用戶視圖，通過(guò)套接字應(yīng)用程序可訪問(wèn)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(diǎn)，應(yīng)用程序通過(guò)它在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。每個(gè)套接字都有其類型，并有一個(gè)與之相連的進(jìn)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(gè)面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)、無(wú)重復(fù)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(wú)長(zhǎng)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(wú)重復(fù)地到達(dá)目的地，流式套接字最為有用。