基于VC執(zhí)行機構的以太網控制系統(tǒng)方案設計

系統(tǒng)采用Client/Server模式。通過以太網轉串口模塊的配置軟件，將該模塊設置成服務器模式，而主控計算機上的控制軟件部分為客戶端，每次啟動由主控計算機主動連接執(zhí)行機構。客戶端和服務器采用面向連接的通信協(xié)議：控制計算機和模塊之間會建立一個虛擬連接，這個連接一旦建立，客戶端和服務器之間就可以把數(shù)據(jù)當作一個雙向字節(jié)流進行交換；如果連接建立不成功，則不會發(fā)送數(shù)據(jù)。另外，面向連接傳輸?shù)拿恳粋€報文都需要接收端確認，未確認報文被認為是出錯的報文。

3.1 通信過程

Socket有同步阻塞方式和異步非阻塞方式兩種使用，本系統(tǒng)應用程序中創(chuàng)建了繼承于CAsyncSocket類的TestSocket類，它是一個異步非阻塞Socket封裝類。

由于已經將以太網轉串口模塊設置為服務器模式，所以，主控計算機段的程序是作為客戶端出現(xiàn)的，該程序的編寫大致按照以下步驟進行：

1) 首先調用WSAStartup函數(shù)來初始化套接字庫。

2) 調用socket函數(shù)來創(chuàng)建一個套接字。

3) 調用connect函數(shù)連接服務器，發(fā)出連接請求

4) 服務器響應連接請求后，與服務器開始進行交互操作（接收、發(fā)送數(shù)據(jù)等），直到請求結束。

5) 調用closesocket關閉套接字，釋放套接字資源。

6) 調用WSACleanup函數(shù)釋放相應資源。

客戶端程序與服務器的通信過程如圖3所示：

圖3：面向連接服務的socket調用模型

在以太網轉串口模塊中，服務器程序調用listen函數(shù)將此socket置于監(jiān)聽狀態(tài)，讓這個socket對進來的連接進行監(jiān)聽并確認連接請求。當服務器端監(jiān)聽到來自客戶端的連接請求后，一個正在監(jiān)聽的socket將給將給每個請求發(fā)送一個確認信息，然后調用accept函數(shù)，接著，面向連接的客戶通過調用connect函數(shù)啟動網絡對話。在客戶端和服務器端建立連接以后，雙方就可以通過send和recv或其它面向連接的Socket API函數(shù)進行網絡通信了。

3.2 通信協(xié)議

計算機和以太網轉串口模塊之間用SOCKET進行通信，模塊和執(zhí)行機構之間則采用TTL電平通信，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議。計算機為主動通訊設備，即所有的對話均由控制計算機發(fā)起，執(zhí)行機構只是被動的應答命令。

協(xié)議中信息幀主要分為兩種：數(shù)據(jù)幀與命令幀。它實現(xiàn)一般信息通信功能。數(shù)據(jù)幀包含一般的I/O信息，而命令幀則包含控制、查詢及設置等命令。為保證信息傳送的準確性，每條命令必須進行校驗（校驗和1），如果命令后有命令參數(shù)的話，要再次校驗（校驗和2）。執(zhí)行機構返回的信息也要校驗。校驗的方法可采用逐字節(jié)異或的方式。

控制計算機命令格式如下：

執(zhí)行機構返回：

數(shù)據(jù)頭一方面作為一次信息開始的標志，另一方面用作校驗命令。命令碼和命令返回碼應一致，保證控制計算機可以接收到正確的命令返回信息。

3.3 軟件初步模型

圖4是目前用于系統(tǒng)測試的客戶端軟件的初步模型，通過調試驗證，其功能已經能基本滿足當前的測試需求:

(1) 每個執(zhí)行機構都有一塊與其對應的以太網轉串口模塊，且每個模塊都有自己固定的IP地址：輸入IP可與指定執(zhí)行機構進行連接，可以與多臺執(zhí)行機構同時進行連接并操控。

(2) 通過握手指令來確認連接是否已經成功。若連接不正常，則進行握手時系統(tǒng)會收到來自執(zhí)行機構的錯誤報告。

(3) 可查詢當前執(zhí)行機構的運行位置、運行狀態(tài)、以及其參數(shù)的設置情況等。

(4) 對執(zhí)行機構的參數(shù)進行遠程設置：在執(zhí)行機構投入使用之前，都必須按照需求對其進行相應的參數(shù)設置；在使用過程中亦可通過此功能來改變設置。

(5) 可以通過指定開度百分比讓執(zhí)行機構運行到任意的目的位置。

(6) 可以指定方向讓執(zhí)行機構正反轉或者停止，也可進行自主運行。

圖4：客戶端軟件初步模型

4 總結及展望

本文作者創(chuàng)新點：給出了基于VC的執(zhí)行機構以太網監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案，實現(xiàn)了高效、快捷的遠程控制。在下一步的開發(fā)中，使本系統(tǒng)的應用軟件與市面上通用的工控組態(tài)軟件相兼容：比如一般的組態(tài)軟件都會嵌入ModBus/TCP協(xié)議，本軟件能夠在內部完成對該協(xié)議的轉換。也就是當組態(tài)軟件發(fā)出控制命令后，本軟件能夠識別命令并能夠將其轉換成執(zhí)行機構能夠識別的自定義協(xié)議，來間接的對執(zhí)行機構進行控制。這樣，系統(tǒng)就能夠與組態(tài)軟件實現(xiàn)控制上的兼容，并達到現(xiàn)場數(shù)據(jù)的共享。

總之，隨著以太網傳輸速度的不斷加快以及在確定性、實時性、可靠性方面性能的不斷改善，工業(yè)以太網無疑會在未來的控制網絡中扮演越來越重要的角色。