1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 以太网技术在测控领域的应用 摘要： 本文 陈述 以太网测控的优缺点、结构、发展前景与应用方向等，使读者能够了解以太网的概念和各种以太网的测控系统在实际中的实现用途，以便根据不同领域的需要能更好地使用以太网测控系统。 关键词： 网络测控系统，以太网，实时性，数据传输与储存 1.概述 以太网是一种计算机局域网组网技术 ， 是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准 。随着以太网技术在工业测控领域的应用越来越广泛，基于以太网技术的测控软件系统的发展也日益受到重视。以太网测控系统的典型 特点 :以数据为中心，数据流量较大，对数据的实时性要求高及对
2、数据的后续处理复杂等。数据是以太网测控系统的中心，系统中的各种基本功能、扩展功能都围绕着数据展开。 1用以太网技术有以下的优点 : (1)有高的实时性和良好的时间确定性； (2)传送信息多为短帧信息 ,信息交换速度快； (3)容错能力强，可靠性、安全性好； (4)控制网络协议简单实用 ,工作效率高； (5)网络结构高度分散； (6)与信息网络之间有高效率的通信，易于实现与信息网络的集成。 由于传统测控技术有很多问题和缺陷，为此提出了采用以太网技术的测控技 术。尽管对以太网测控系统有不同的看法，但一般认为应是一种较好的解决方案，并具有很好的发展前景，是未来现场总线发展的方向。 2 一个技术的诞生
3、不是一帆风顺的，以太网进入工业控制领域，同样也存在一些问题，其中主要的是： 1.实时性问题：以太网的媒介访问控制协议 CSMA/CD 有无法预见的延迟特性，因此以太网被认为是一种实时性较差的非确定性网络。 2.可靠性问题：由于以太网一直是以办公自动化为目标设计的，并没有考虑工业现场环境的适应性需要。但经过随着网络技术的发展，这些问题也逐渐得到了解决。 基于以太网的测控系统 的结构图如下： 2 （ 1）系统的硬件结构如图 1 所示； （ 2）系统软件的结构如图 2 所示。 3 图 1 系统的硬件结构 计算机端 嵌入式控制器或 PLC 端 图 2 系统的软件结构 2.发展历史 2.1 传统的测控技
4、术及局限性 初期，总线出现后借助 S-100 或 PC 机总线形成测控系统。但由于连线过长和过多，这些总线形成的测控系统的稳定性较差，抗干扰能力较弱 ，难以实现大范围的有效测控。随后控制算法生成模块 报表、显示模块 数据构造、解析模块 通信模块 控制模块 数据采集模块 执行机构动作表模块 数据构造、解析模块 通信模块 服务器 PLC 嵌入式控制器 因特网 以太网 TCP/IP 防火墙 3 出现的是集散控制系统 (TDCS)，他由多台微处理机分散在现场的不同位置，彼此之间以高速数据通道进行连接。而 TDCS 的联网技术较为复杂，联网手段和网络结构均不灵活，并明显缺乏开放性。 接着，由两线制 4
5、20mA 标准信号发展而来的智能化现场设备和控制自动化设备之间的通信标准 现场总线与智能化测控仪器的连接，使得测控网络得以形成。 2.2 基于工业以太网的测控技术 由于传统测控技术有很多问题和缺陷，为此提出了采用以太网技术的测控技术。一个完整的以太网测控系统至少需要包括几个部分 :数 据持久层部分，主要负责系统初始化信息的保存与实时数据的存储，这里一般指关系数据库 (Relational Database);子系统业务逻辑处理程序部分，负责与远程设备间的通讯，实时数据的分析处理等主要业务逻辑功能；界面显示部分，主要负责将实时数据显示到终端用户以及解析用户操作以控制系统运行。 基于以太网的测控技
6、术在工业、远程测控（如电网等）、公司等部门的门禁及考勤还有实时数据传输的设计等从方面取得了一系列引人注目的成果。基于以太网的测控系统利用以太网为通信媒介，采用分布式控制结构，实现了对远程对象的实时监控 。基于以太网的测控技术具有良好的发展前景，是未来网络测控技术的发展方向。 4 3.应用 随着以太网技术的发展，以太网的使用面越来越多，更多地方使用了以太网的测控系统，下面例举了以太网技术下的几种系统。 3.1 基于以太网的远程电网测控系统 对多种测控系统的信息通信、数据采集、网络结构、控制模式进行了研究，在分析了各种总线网络的优缺点之后，提出了一种新型的基于以太网的远程测控系统。监控系统在电力系
7、统中的运用正朝智能化方向发展。本系统采用美国 UBICOM 公司的 8 位高速单片机 SX52BD直接驱动网络接口芯片 RTL8019AS，成为嵌入式网络化仪器。使电网监测仪通过单片机网关将监测数据发送到电网控制中心的服务器。该系统成本低，但软件设计工作量较大。 系统结构 ,主要组成部分如下： 1)电网监测仪：它采用直流采样法，各要件的主要功能为 :（ 1） 电压电流检测模块 :TV和 TA 的互感电流输入多路选择器后，电压电流模块转换电压、电流信号有效值为相应的直流信号并输出至 V/F 转换电路，进行模数转换；（ 2）功率因数检测模块 :它判别电压超前或滞后电流、功率因数大小并输出信号到 V
8、/F 转换电路；（ 3）有效值转换模块 :它用 2 个 AD5364 电路分别 对电压、电流的互感交流信号进行有效值转换；（ 4） V/F 转换电路 :它转变电压信号为频率信，主芯片采用 LM331；（ 5）微处理器采用 ATMEC 公司的 89C52 芯片。它除了完成数据处理、数据显示外，还要与单片 机网关完成 RS2232 通讯功能号，主芯片采用 LM331。 2)单片机网关它是本系统的核心，主要由微处理器 SX52BD、以太网接口芯片 8019AS 和EE2PROM(24C256)组成。 介绍了对电网监测仪网络化改造的方案，该系统适用于监控中小型配电网，成本低，运行稳定。 5 3.2 以
9、太网测控系统在门禁考勤中的 应用 以太网测控系统是新一代的分布式网络测控系统，它基于以太网络，有别于传统的基于现场总线的分布式测控系统。 6本文以以太网 IC 卡门禁考勤系统为例，探讨以太网测控系统的实现。 单片微机加以太网接口芯片的网关设备“网络通”来取代工控机 +网卡 +采集卡，使普通测控设备能通过“网络通”直接接入以太网 ,从而组成基于以太网的分布式测控系统。同时我们利用现成的以太网、“网络通”和 IC 卡读写器为某单位组建了一套基于以太网的 IC 卡门禁考勤系统。 7 利用单片微机加上以太网接口芯片就可以做成“网络通”。这是一种小巧、廉价、 方便的以太网与测控设备通信接口装置。“网络通
10、”使用 RJ-45 插口 ,可以直接连接到以太网上。以太网接口芯片选用的是符合 IEEE802.3 协议的 10Base-T 通用接口芯片，它们完成和以太网物理层通信的任务。单片微机可选用普通的单片机，单片微机内用汇编语言写入 TCP/IP通信协议，以及 RS-232、 RS-485、 CAN 等通信协议。它负责完成数据链路层、网络层的协议转换、数据交换任务。它将从以太网接收来的 IP包进行拆包，取出数据，再按 RS-232， RS-485，CAN 等通信协议重新组成，发送给测控设备；或者将测控 设备发送来的数据包向以太网发送。8 由于“网络通”具有 RJ-45， RS-232， RS- 48
11、5， CAN 等多种接口，是异型网互联，协议转换的网关，所以使用“网络通”可以很容易将具有 RS-232， RS-485， CAN 接口的测控设备联接到以太网上，构建基于以太网的分布式测控系统。我们就这样利用具有 RS-485 口的 IC卡读写器，组成了以太网 IC 卡门禁考勤系统。 9 4.结论 以太网是未来控制网络的一种选择，随着现代生产规模的扩大。要求对企业的各种信息5 （如生产过程、销售、财务以及重点设备实时监控信息）进行及时全 面的了解。 10这就要求把控制网络工厂信息网络融为一体，构成一个统一网络平台。基于以太网技术构建的通信网络平台，可以广泛应用在各种现场测控网络通信中，具有广阔
12、的应用前景。 11以太网技术是一项成熟的技术，它以其操作简单，使用灵活、方便 ,安全性、可靠性高等特点，越来越受到广大用户的青睐。以太网的资源又特别丰富，现在成熟、稳定、廉价、标准的以太网已经普及深入到了机关、工厂、车间、大楼、住户等。如何利用这丰富廉价的资源构建大型企业自动化系统，这时已没有必要再采用现场总线、通信 PC 机和多级结构，可直接利用廉价 的以太网接口模块“网络通” ,将各种测控设备直接接入以太网，形成现代化的以太网络控制系统。 12 参考文献 1 杨伟冬，陈启军 . 以太网测控系统的架构设计与研究 J.现代科学仪器， 2009,12，（ 6）：3538. 2 黄征 ,杨洋 ,伯
13、绍波 .基于工业以太网的远程测控系统 J.现代电子技术， 2007，（ 17）：143148. 3 刘东雷，赵英俊 .一种基于以太网的测控系统的设计与实现 J.工业控制计算机，2003,16（ 3）： 4244. 4 Matteo Bertocco, Fran co Ferraris , Carl o O ffell, i andM arco Parvis . A Client Server Arch i tecture for D i s tri buted M easure men t Syste ms J I EEE T rans . Instrum.Meas.,Oc.t1998,47(
14、5):11431147. 5 朱正伟 ,王昌明 .基于以太网的远程电网测控系统的设计与实现 J.高压电技术，2005,2， 31（ 2）： 7072. 6 习友宝， 古军，分布式网络化测试技术综述 EB/OL. http:/ 7 潘仕彬，何铮，何为民 . 以太网测控系统在门禁考勤中的应用 J.计算机测量与控制，2002,5,10（ 7）： 465467. 8 习友宝，古天祥 . 以太网测控系统中实时数据传输的技术措施 J.自动化仪表，2006,5,27:122124. 9 阳宪惠 .现场总线技术及其应用 M.北京：清华出版社， 2000. 10 陈积明，王智，孙优贤 .以太网在工业应用中的实时
15、能力分析 C/Proceed i ngs ofThe 6 4thWorl d Congress on Intelligen tCon tro l and Auto mation , Sh angha, i Ch i na , 2002:22272230. 11 王威，缪学勤 .论工业以太网实时通信技术 J.自动化仪表， 2003， 24(2)： 14. 12 Rick Hofstede， Idilio Drago， Anna Sperotto， Aiko Pras.Flow Monitoring Experiences at the Ethernet-LayerJ.Springer Berlin/Heidelberg.
