基于嵌入式Web的实时以太网分布式控制系统

基于嵌入式 Web的实时以太网分布式控制系统

梁栋 张健 李玉琳 凡兆龙 郭鑫宇

北方自动控制技术研究所 030006

摘  要：互联网的概念现如今大家已经非常熟悉，过去使用的传呼机演变到现在的微信电话，过去大人们要是想给远方的亲戚联系，还会使用信件，现在一个在线聊天就能解决，互联网拉近了距离。当提到以太网的时候，大家可能就会感觉陌生了，其实以太网就是互联网中的一个小部分的称呼，无数个以太网汇聚在一起就成了互联网，在网络刚兴起之前的时候其实是局域网的作为主流，以太网可以通过达到一定数量在通过数据连接形成局域性的网络，局域性的网路连接就成了互联网，本文将讲解基于以嵌入方式Web，具有时间上的急速性的一种新型分布控住以太网的系统。

关键词：分布式控制; 交换式以太网; 嵌入式Web Server;

今年来新型的行业就是互联网+。互联网改变了过去行业布局，也颠覆了很多传统行业，加速升级或者消失成为了当代的旋律，随着这场变革浪潮，我们很多公司都要求在当下控制系统到看管系统能高效全面的对接起来达到集成化，并且这种集成化要做到能够形成一系列的较为基本的开放单元，过去企业所使用的以太网已经逐步的从使用性达到了控制层面，并且现在的科技水平的提高，各种标准化的完善，已经使得自动控制变得更加容易^[1]，目前Web Server在传统工业企业中已经出现的新的研究点，下面我将开始讲解以嵌入方式Web，具有时间上的急速性的一种新型分布控住以太网的系统。

1. 分布控制系统的整体架构

分布控制是指多个子小项通过一个集中地处理器进行控制，使得子小项能够用最少的时间和最少的成本来整体运行，并且这样的系统还具有一定的稳定性。以太网也是如此，它的处理器就是交换机，一台交换机就算雨伞的伞顶，而所有的小以太网相当于伞尖一样牢牢地控制在一起。交换机上有很多的接口，每一个接口都可以连接一个电子设备，每个电子设备都有一条伞骨一样的通道，提供完整的直接的带宽路线，不会出现与其他端口的设备出现干涉的现象，在传输这些数据的时候会急速的提升效率^[2]。交换机还有一个非常好的特性，它能随之扩展自身的带宽，交换机的端口可以连接较大的服务器，可以使得在多台电子设备上同时使用而不受影响。工作站的价值在于它能设定各种数据，还可以查看这些设备的记录，只需要打开软件，通过软件观看就可以完成控制的检验。工作站还有其他功能，能够监督端口的是否工作。以太网的端口可以将控制器完美的嵌入其中，可以根据需求，单独的控制单个或者多个的端口运转^[3]。这样一个以交换机为主体的系统通过光纤连接到其他的网络中后，可以根据端口获取到其在使用期间的所有数据。

2. 以太网的实效性

以太网最早获得世界的认可是在于其商业中无可替代的价值，基于其超高的价值，目前已经在工业领域起到了开始兴起，大众对于以太网的认识还是比较片面的，很多人认为其使用在工业领域根本就是一种错误，以太网的访问方式不适用与工业化发展。但是随着一部分工业企业的尝试，发现以太网应用在工业化中是一种非常准确，高效的联络系统。这种网络搭建离不开交换机，交换机可以根据端口保证每个连接设备不会因为干涉，造成信号中断，并且每个交换机都会在工作站中清楚标识，很轻松的就能获取状态信息。共享介质影响着通信的状态，目前使用最多的就是双工通信模式，这种模式可以有效避免因为半双工的通信缺点，半双工是在接受信息后，在发出信息需要等待接受完后才可以执行。目前还有一项非常先进的技术，是将局域网记性虚拟化，这种技术会将管理权限分割出来，不会与控制权限影响，这样可以使得带宽不会受到影响，每个端口都能根据自己的需求，什么时间都可以使用网络，这会使得成本降低很多，需要维护的时间也会减少^[4]。

3. 对嵌入式Web Server的合理设计方案

在硬件方面应该使用现在成熟的模块系统，很多公司都已经生产出合格的控制器，如果企业不使用现在现有的成熟硬件，那只好去自主研发新的硬件，新的硬件研发周期会很长，也会消耗很多的财力以及人力，得不偿失，现在的硬件已经做到了顶尖水平，无需在自主研发。软件上则不同，需要根据自身的应用方式结合实际来编辑，服务器需要做到能够监听到每个端口的请求，并且会自动的分析请求中需要提供的服务内容，并且在处理完这些请求后还能够及时的反馈给端口。HTTP协议是一个非常规范使用很久的协议，在HTTP协议中已经写好了端口发送需求，以及端口接收需求的规则，同时也规定了服务器回复消息的格式等，通过规定所有的路径来规定这个wed框架基础。B/S结构应用到系统中，可以使得在设计系统的参数的时候，可以有效的判断与其相匹配的控制器，发送到控制器，控制器根据架构的任务内容，在网络上找到内容，再返回到端口中。

4. 总结

传统的以太网冲突性还是很轻的，在工业领域来说，一旦出现任何一次冲突，就会造成所上传或者下载的数据存在偏差，这一点点的偏差没在工业领域中就会造成系统性的问题，所以工业上的以太网搭建一直较为缓慢和谨慎，而且传输上也会出现很长的延迟，而在工业中一点点的延迟就会造成不可估量的损失，以太网一般可以传送数据16次，可想而知延迟是多么的巨大，工业的条件也相对来说比较差，工业中的各种线路也比较多，容易造成很多的干扰，这些都是传统以太网的缺点，但是本文中已经对这些缺点通过合理化设计已经解决，并且充分发挥了以太网的交互能力，没有降低以太网的抗负载的能力，这种嵌入的方式可以得到推广，我们也会不余遗力的继续研究出更好的以太网嵌入方式，为我们国家生产建设添砖加瓦。

参考文献:

1. 徐明,柴志雷.基于TCP/IP套接口的嵌入式Web服务器实现.华东船舶工业学院学报(自然科学版),2001,15(5)

2. 沈志伟.基于以太网的工业控制网络研究.[硕士学位论文].浙江大学,2001

3. 陈积明,王智,孙优贤.工业以太网的研究现状及展望.化工自动化及仪表,2001,28(6):1～4

4. 王洵.基于嵌入式PC和EtherCAT实时以太网的分布式光学组件控制系统研制[J].中国仪器仪表,2010(S1):158-161.