1、引言

　　近些年來,，以太網(wǎng)" title="以太網(wǎng)">以太網(wǎng)通信" title="通信">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(jìn)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(jìn)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" title="繼電器">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(jìn)行可靠性試驗(yàn)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" title="套接字">套接字傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器對多臺檢測裝置的實(shí)時(shí)集中檢測和控制,，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、可靠性檢測裝置的實(shí)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(yàn),，記錄失效信息,，對檢測結(jié)果進(jìn)行分析[2]。通過與服務(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)作為檢測裝置的核心,。對觸點(diǎn)電壓的采集則選用兩塊高性能數(shù)據(jù)采集卡來實(shí)現(xiàn)，可同時(shí)對兩組共32對觸點(diǎn)進(jìn)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(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,，通過固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)對兩組試品觸點(diǎn)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(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，避免故障試品因長時(shí)間通電而發(fā)生危險(xiǎn)[3],。

　　2.2 實(shí)現(xiàn)功能

　　檢測裝置的軟件由兩大部分組成：一是實(shí)時(shí)檢測與處理程序,，包括了試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，對試驗(yàn)狀態(tài)以及失效數(shù)據(jù)的保存,，對失效數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,，打印報(bào)表等，檢測裝置記錄的失效數(shù)據(jù)有失效時(shí)間,，失效試品號,、觸點(diǎn)號，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言VC++6.0嵌入?yún)R編語言的方法實(shí)現(xiàn)[4],。

圖2 檢測裝置操作界面

　　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)目煽啃裕托枰趹?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(shí)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(diǎn),，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(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)無差錯(cuò)、無重復(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(fù)地到達(dá)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(gè)無連接服務(wù),。數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包形式被發(fā)送，不提供無錯(cuò)保證,，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù),，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(dá),。

 　　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(shí)現(xiàn)的測試等[6],。

 　　在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開發(fā)時(shí),，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(shí)通過多個(gè)建好連接的套接字進(jìn)行通信。在此系統(tǒng)的應(yīng)用中,，需要實(shí)現(xiàn)一臺服務(wù)器同時(shí)和六個(gè)套接字進(jìn)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,。

　　3.2 通信的實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)通信采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式，利用VC的微軟基礎(chǔ)類(MFC)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開發(fā),，MFC提供了兩種類型描述Windows Socket,，分別是CAsynSocket和CSocket。其中CAsynSocket類封裝了Windows Sockets API,，并將與Socket有關(guān)的Windows消息轉(zhuǎn)換為回調(diào)函數(shù),。CAsynSocket處于網(wǎng)絡(luò)更底層，其使用就更具靈活性,，相應(yīng)要求編程者應(yīng)熟悉網(wǎng)絡(luò)底層細(xì)節(jié),。而CSocket類是CAsynSocket類的派生類，通過MFC中的CArchive類的對象提供了更高層次的抽象,，它封裝了 Socket實(shí)現(xiàn)中的許多細(xì)節(jié),。這里我們采用CAsynSocket類實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中“一對多”的數(shù)據(jù)發(fā)送，通過在服務(wù)器中建立Winsock空間數(shù)組的方式來解決[7],。

　　首先,，構(gòu)造CAsyncSocket類型的對象，然后利用該對象創(chuàng)建內(nèi)嵌的Socket句柄,。例如:

CAsyncSocket m_listen;
m_listen.Create(nPort);//服務(wù)器指定端口

　　若是客戶端,，需要用CAsyncSocket::Connect()函數(shù)連接服務(wù)器端的套接字,。

　　其次，若是服務(wù)器端的套接字,，創(chuàng)建完成就可以偵聽端口,，以便接收試圖連接到此端口的客戶端的套接字。接收了一個(gè)連接請求后就可以進(jìn)行口令驗(yàn)證或直接建立連接等工作,。服務(wù)器偵聽的函數(shù)是CAsyncSocket::Listen(),，接收客戶端套接字的函數(shù)是 CAsyncSocket::Accept()。

　　繼而采用CAsyncSocket類的成員函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā),。發(fā)送的函數(shù)是CAsyncSocket::send(),，接收的函數(shù)是CAsyncSocket::Receive()。

　　最后,，通信結(jié)束后,，通過CAsyncSocket::Close()函數(shù)銷毀對象。服務(wù)器與檢測裝置的通訊流程見圖3,。

圖 3 服務(wù)器與檢測裝置通信流程圖

　　CAsyncSocket類對網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù)做了較好的封裝,。當(dāng)有連接請求時(shí)，服務(wù)器端的套接字就會收到OnAccept消息,，此消息觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù) OnAccept()；當(dāng)服務(wù)器接收了連接后,，客戶端的套接字就會收到OnConnect消息,，此消息觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù)OnConnect()；當(dāng)有數(shù)據(jù)傳來時(shí),，套接字會收到OnReceive消息,，此消息觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù)OnReceive()。程序員也可以在CAsyncSocket類的派生類中重載以上回調(diào)函數(shù),，實(shí)現(xiàn)特定的功能,。

　　3.3 數(shù)據(jù)傳輸及服務(wù)器功能

　　服務(wù)器與檢測裝置在不同的狀態(tài)下需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)所代表的含義也各不相同,，例如服務(wù)器通過以太網(wǎng)對檢測裝置的操作：簡單的有開始試驗(yàn),、暫停試驗(yàn)等，復(fù)雜的有設(shè)置檢測裝置工作參數(shù),、對號設(shè)置,、讀取失效信息等。因此需要對服務(wù)器和檢測裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的定義,，這里采?。?/p>

Command＋Length＋Content
Command：通信命令號，Length：文本字節(jié)長度,，Content：文本字節(jié)內(nèi)容,。

　　如果傳輸內(nèi)容為簡單的控制數(shù)據(jù),，則文本字節(jié)長度和文本字節(jié)內(nèi)容都為零，否則應(yīng)按具體的通信內(nèi)容進(jìn)行添加,。

　　服務(wù)器內(nèi)部配置一預(yù)先定義的超時(shí)時(shí)間間隔,，這個(gè)時(shí)間要足夠長，以使檢測裝置能夠作出正常的反應(yīng),，超時(shí)事件將觸發(fā)服務(wù)器來處理錯(cuò)誤,。

　　服務(wù)器操作界面的菜單項(xiàng)和檢測裝置基本一致，在文本顯示區(qū)顯示所有建立連接的檢測裝置的試驗(yàn)狀態(tài)和數(shù)據(jù),。建立連接后,，通過服務(wù)器對檢測裝置進(jìn)行操作和在現(xiàn)場直接操作檢測裝置的效果是一樣的。

　　4,、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　為了驗(yàn)證本方案的可行性,，整個(gè)檢測系統(tǒng)在宏發(fā)公司進(jìn)行了長期的運(yùn)行，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視軟件的分析,，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率極低,，在同一局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐禃r(shí)間大部分集中在100ms以內(nèi)，達(dá)到了傳輸時(shí)間的要求,，網(wǎng)絡(luò)傳輸中斷的情況基本沒有出現(xiàn),。

　　因此,本文所提出的基于以太網(wǎng)的繼電器可靠性檢測系統(tǒng)的通信方案,實(shí)時(shí)性較好,可靠性較高,能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)器對現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的功能,是切實(shí)可行的。且其開放性,、可操作性也較高能夠適用于很多數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控場合,。