專利名稱：高可靠性分布式以太網(wǎng)測控系統(tǒng)的制作方法


圖1是本發(fā)明提供的一種測量光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明提供的一種測量光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的測量裝置使用光電探測器的 接收光路。
具體實施方式
以下根據(jù)圖1和圖2具體說明本發(fā)明的較佳實施方式 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種測量光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的測量裝置，包含 光源1，所述的光源1為短相干光源，通常采用短相干長度發(fā)光二極管 (LED),它具有好的空間相干性以及差的時間相干形，相干長度為20um左右； 聚焦鏡2，位于光源1下方； 針孔3，位于聚焦鏡2的下方焦距處；準(zhǔn)直透鏡4，位于針孔3下方，準(zhǔn)直透鏡具有很好的消除球差； 分光鏡5，位于準(zhǔn)直透鏡4下方；一維移動臺(在圖中未顯示)，水平設(shè)置在分光鏡5的一側(cè)，采用機(jī)械粗位 移加PZT (壓電陶瓷)^r位移的方式共同構(gòu)成，這樣既可以實現(xiàn)較大范圍內(nèi)的 移動，又能在較小范圍內(nèi)進(jìn)行精確移動；角反射鏡6，設(shè)置在所述的一維移動臺上，隨所述的一維移動臺進(jìn)行精確移動；CCD (電荷耦合器件)器件8,水平設(shè)置在分光鏡5的另一側(cè)； 可移動聚焦透鏡7，設(shè)置在所述分光鏡5和CCD器件8之間，實現(xiàn)被測面 的粗對準(zhǔn)；調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡9，位于分光鏡5的下方，所述的調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡9包含兩組鏡片， 第一組鏡片9a為負(fù)焦距透鏡組，第二組鏡片9b為正焦距透鏡組，通過移動兩 組透鏡組之間的間距實現(xiàn)不同的會聚或發(fā)散波前，由于調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡只是移動透 鏡組之間的間距，并不影響光程差，可以精確測量被測光學(xué)系統(tǒng)IO的間距，實 現(xiàn)不同曲率半徑的光學(xué)表面測量；精密旋轉(zhuǎn)臺14,位于調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡9下方，該精密旋轉(zhuǎn)臺上放置被測光學(xué)系 統(tǒng)IO,帶動被測光學(xué)系統(tǒng)IO做精密旋轉(zhuǎn)；短相干光源1經(jīng)過聚焦鏡2會聚到針孔3中，從針孔3出來的光經(jīng)過準(zhǔn)直當(dāng)檢測較大的光學(xué)系統(tǒng)時，考慮到較多鏡片測量時會帶來較大的背景光， 可以在干涉儀中心位置使用 一個光電探測器對光軸中心的條紋進(jìn)行探測，同時對一維移動平臺的PZT進(jìn)行一定頻率的調(diào)制，用于改變參考臂的光程差，這樣 在光電探測器就能接收到一個不斷變化的光強(qiáng)，對采集的電流信號進(jìn)行濾波， 濾掉相應(yīng)的直流信*號，而對交流信號進(jìn)行放大，這樣就能濾掉由于其它鏡片的 反射光對被測鏡片的干擾，光電探測器前設(shè)置小孔的目的是只讓光軸附近的光 能透過，其它部分擋掉，這是由于光學(xué)系統(tǒng)的反射表面經(jīng)過反射以后在CCD上 可能不是標(biāo)準(zhǔn)的平面，這樣表面不同位置測得的距離可能會不一樣，加上小孔 后可以保證只有光軸附近的光被測量。在上述的裝置中，使用寬度短相干光源可以消除相干噪聲，在測量多個光 學(xué)表面時，每個表面都會返回一些光，如果這些光都和參考光進(jìn)行干涉，那么 CCD上將接收到很大的相干噪聲。通過移動角反射鏡和調(diào)節(jié)可調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，讓不同的表面進(jìn)行和參考光相干， 從而確定不同表面之間的距離。為了可以進(jìn)行相移測量， 一維精密移動平臺安 裝PZT驅(qū)動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)精密的相移。使用角反射鏡對光路進(jìn)行反射，這樣當(dāng)一維 移動平臺發(fā)生旋轉(zhuǎn)和傾斜時不會帶來測量的偏心和傾斜誤差。成像CCD8和分光透鏡之間加上可移動的聚焦透鏡，可以實現(xiàn)被測面的粗 對準(zhǔn)，這樣可以方便的對所需要定心的光學(xué)表面進(jìn)行預(yù)對準(zhǔn)，另外粗對準(zhǔn)的測 量范圍較大，當(dāng)光學(xué)元件偏心太多時，可以通過旋轉(zhuǎn)精密轉(zhuǎn)臺觀察光點的變化 軌跡來計算偏心的大小。調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡可以實現(xiàn)不同曲率半徑的光學(xué)表面測量。當(dāng)進(jìn)行平行平面或球 心位置接近的光學(xué)元件表面測量時，不需要調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和精密轉(zhuǎn)臺，而是直接 移動參考光中的角反射鏡來進(jìn)行測量，這樣調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和轉(zhuǎn)臺的誤差都可以消 除，實現(xiàn)更高的測量精度。被測光學(xué)系統(tǒng)被固定在一個精密旋轉(zhuǎn)臺上，可以消除調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的光軸偏 折造成的影響，對心的基準(zhǔn)為精密旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸。本發(fā)明還提供了一種利用上述測量裝置來測量光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的測量方法， 包含以下步驟步驟1 、在精密旋轉(zhuǎn)臺上固定被測光學(xué)系統(tǒng)；面卡將數(shù)據(jù)組裝成幀并將其變?yōu)殡娖叫盘柊l(fā)送到以太網(wǎng)總線上，由工業(yè)控制計算機(jī)(主 中央控制計算機(jī))中的以太網(wǎng)界面卡接收、處理和存儲。
工業(yè)控制計算機(jī)的CPU將某個節(jié)點執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令打包成IP數(shù)據(jù)報并發(fā)送到工 業(yè)控制計算機(jī)的以太網(wǎng)界面卡中，該以太網(wǎng)界面卡將數(shù)據(jù)組裝成幀并將其變?yōu)殡娖叫?號廣播到以太網(wǎng)總線上，由節(jié)點機(jī)的以太網(wǎng)界面卡接收后，將幀拆開，分離出IP數(shù)據(jù) 報，再將IP數(shù)據(jù)報拆開，分離出指令，節(jié)點機(jī)的中央控制器通過PC104總線將指令送 往AD/DA板，該AD/DA板將指令送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動器來執(zhí)行。
上述的高可靠性分布式以太網(wǎng)測控系統(tǒng)中，可以將兩臺工業(yè)控制計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò) 傳輸介質(zhì)組成的心跳線連接，該心跳線分別插入每臺工業(yè)控制計算機(jī)的一個網(wǎng)絡(luò)界面 卡中，每隔一定時間互相發(fā)送一對ping包，并等待一定時間，如果未收到對方的應(yīng)答 信號則認(rèn)為對方機(jī)器工作異常，備份機(jī)及時進(jìn)行記錄和報警，并接替主機(jī)的工作，繼 續(xù)接收傳感器發(fā)送的測試量并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送指令。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上也可以通過雙冗余 通道連接備份交換機(jī)，當(dāng)主交換機(jī)失效時，備份交換機(jī)通過冗余的物理線路自動接替 工作。
實施例。本發(fā)明高可靠性分布式以太網(wǎng)測控系統(tǒng)含有雙冗余中央控制計算機(jī)、 心跳線及支持心跳線的網(wǎng)絡(luò)適配器、雙冗余工業(yè)以太網(wǎng)總線交換機(jī)、具有AD/DA轉(zhuǎn)換 功能的節(jié)點機(jī)若干臺、雙環(huán)冗余工業(yè)以太網(wǎng)光纖或雙絞線。上述每臺中央控制計算機(jī) 和節(jié)點機(jī)均具有自己的網(wǎng)絡(luò)界面卡、操作系統(tǒng)和IP地址，有Socks編程界面的支持。
中央控制計算機(jī)負(fù)責(zé)總體測量和控制信息的匯總和發(fā)送，在操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件 的控制下，完成人機(jī)界面顯示、數(shù)據(jù)分析和處理、數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)控、報警、打印等功 能。
中央控制機(jī)是由2臺高可靠性嵌入式32位計算機(jī)(研華UNO-2053E)組成，板 上集成AMD GX2-400MHz CPU， 2個RS-232和1個DB-15VGA接口 ， 2個Realtek RTL8139CL 10/100Base-T RJ-45端口網(wǎng)卡，2個USB接口 1個Type I/II PC卡插槽，采 用嵌入式Linux操作系統(tǒng)和Xwindows圖形用戶界面。
心跳線采用普通5類或6類以太網(wǎng)雙絞線，分別插入每臺中央控制機(jī)的一個 RTL8139CL網(wǎng)絡(luò)接口卡中，在系統(tǒng)軟件的控制下，每隔一定時間(一般為100毫秒， 應(yīng)根據(jù)不同的系統(tǒng)確定最小響應(yīng)時間)互相發(fā)送一對ping包，并等待一定時間(一般為100毫秒，應(yīng)根據(jù)不同的系統(tǒng)確定最小響應(yīng)時間)，如果未收到對方的應(yīng)答信號則 認(rèn)為對方機(jī)器工作異常，本機(jī)及時進(jìn)行記錄和報警，并接替對方的工作，繼續(xù)接收傳 感器發(fā)送的測試量并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送指令。節(jié)點機(jī)是體積較小，耗電很少并能耐受惡劣環(huán)境的的嵌入式計算機(jī)(藍(lán)天 BS-PCC-3359)，并在其上插入了具有標(biāo)準(zhǔn)PC104總線的多功能AD/DA板，具體的測 控點數(shù)由不同的系統(tǒng)確定。輸入使用具有標(biāo)準(zhǔn)PC104總線的多功能AD/DA板(研華PCM-3718H/HG)，插 入節(jié)點機(jī)的PC104總線中。傳感器將測量的數(shù)字量或模擬量(比如加速度傳感器測 量到的振動、位移傳感器測量到的移動等)變?yōu)?-20毫安電流或0-10V電壓的標(biāo)準(zhǔn)信 號后輸入AD/DA板進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，AD芯片以不小于2倍輸入信號頻率的采樣頻率進(jìn) 行采樣、分級后將模擬信號變成數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號通過PC104總線送入中央 控制器，中央控制器按程序?qū)Υ诵盘栠M(jìn)行標(biāo)識和封裝，形成帶有源IP地址和目的IP 地址的數(shù)據(jù)報，然后將此數(shù)據(jù)報再次封裝，加上本機(jī)MAC地址，和目的MAC地址， 即上位機(jī)MAC地址后通過PC104總線送往以太網(wǎng)界面卡，以太網(wǎng)界面卡將數(shù)據(jù)組裝 成幀并將其變?yōu)殡娖叫盘柊l(fā)送到以太網(wǎng)總線上，由主中央控制計算機(jī)中的另一個RealtekRTL8139CL 10/100Base-TRJ-45端口網(wǎng)卡接收、處理和存儲。輸出使用具有標(biāo)準(zhǔn)PC104總線的多功能AD/DA板(研華PCM-3718H/HG)，插 入節(jié)點機(jī)的PC104總線中。CPU將給以某個節(jié)點執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令打包成IP數(shù)據(jù)報并通 過PC104總線發(fā)送到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)界面卡Realtek RTL8139CL中，以太網(wǎng)界面卡將數(shù)據(jù) 組裝成幀并將其變?yōu)殡娖叫盘枏V播到以太網(wǎng)總線上，由節(jié)點機(jī)接收后，將幀拆開，分 離出IP數(shù)據(jù)報，再將IP數(shù)據(jù)報拆開，分離出數(shù)據(jù)指令，節(jié)點機(jī)將指令送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)或 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動器來執(zhí)行。雙冗余工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)為工業(yè)以太網(wǎng)交換(美國科動工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī) EICP8M-100T)，處于網(wǎng)絡(luò)交換中心的地位，用于在最短的時間內(nèi)傳輸正確的網(wǎng)絡(luò)幀并 保證盡量少的幀沖突和丟包。雙冗余交換機(jī)內(nèi)部之間和各節(jié)點與交換機(jī)之間通過雙冗 余物理線路(光纖或雙絞線)連接，并監(jiān)控對方交換機(jī)的通信， 一旦發(fā)生除線路物理 層損壞的通信故障情況，交換機(jī)可以在l-2毫秒內(nèi)取代對方并恢復(fù)通信。中心控制計算機(jī)、雙冗余工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、節(jié)點機(jī)之間的接口均使用標(biāo)準(zhǔn)的RJ-45插頭和插座，總線電纜使用5類、5類增強(qiáng)或6類雙絞線，為避免電磁輻射的影 響，總線電纜在布線施工時放入密封金屬槽內(nèi)，并使金屬槽良好接地。 本發(fā)明高可靠性分布式以太網(wǎng)測控系統(tǒng)的應(yīng)用實例
在無錫錫通瀝青攪拌測控系統(tǒng)上，使用溫度傳感器測量的干燥筒溫度信號、重量 傳感器測量進(jìn)料重量信號為模擬信號，分別接入距離它們最近的節(jié)點機(jī)l，加速度傳感 器測量振動篩的振動信號、攪拌缸缸門門開關(guān)信號分別接入距離它們最近的節(jié)點機(jī)2， 熱料缸門驅(qū)動信號、冷骨料傳送帶啟動信號為數(shù)字信號，分別接入距離它們最近的節(jié) 點機(jī)3。
中央控制計算機(jī)主機(jī)和備份機(jī)位于控制室內(nèi)的控制臺上，同時工作，雙冗余工業(yè)
以太網(wǎng)交換機(jī)位于位于攪拌機(jī)配電箱中心，顯示人機(jī)界面，等待工人輸入?yún)?shù)，存儲
參數(shù)并自動計算原料的比例。
此方案通過以太網(wǎng)總線將各種傳感器信號和控制信號傳輸?shù)街行目刂茩C(jī)或執(zhí)行機(jī)
構(gòu)的控制板。由于具備這種總線型的體系結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)的線纜數(shù)量由傳感器到中央
控制機(jī)逐步下降，直至最后只需要一根電纜通到中央控制計算機(jī)，并具有抗強(qiáng)電磁干
擾、高可靠性和高速度的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1、一種高可靠性分布式以太網(wǎng)測控系統(tǒng)，包括具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的主中央控制計算機(jī)，其特征在于該主中央控制計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)線與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，該網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)線與節(jié)點機(jī)連接，該節(jié)點機(jī)通過AD/DA板分別與多路傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接；多路傳感器將測量的數(shù)字量或模擬量變?yōu)?-20毫安電流或0-10V電壓的標(biāo)準(zhǔn)信號后輸入AD/DA板進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，AD芯片以不小于2倍輸入信號頻率的采樣頻率進(jìn)行采樣、分級后將模擬信號變成數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號通過PC104總線送入節(jié)點機(jī)的中央控制器，該中央控制器對此信號進(jìn)行標(biāo)識和封裝，形成帶有源IP地址和目的IP地址的數(shù)據(jù)報，然后將此數(shù)據(jù)報再次封裝，加上本機(jī)網(wǎng)卡地址，和目的網(wǎng)卡地址，即上位機(jī)網(wǎng)卡MAC地址后通過PC104總線送往節(jié)點機(jī)的以太網(wǎng)界面卡，該以太網(wǎng)界面卡將數(shù)據(jù)組裝成標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)絡(luò)幀并將其變?yōu)殡娖叫盘柊l(fā)送到以太網(wǎng)總線上，由主中央控制計算機(jī)中的以太網(wǎng)界面卡接收、處理和存儲；所述的主中央控制計算機(jī)的CPU將給某個節(jié)點執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令打包成IP數(shù)據(jù)報并發(fā)送到工業(yè)控制計算機(jī)的以太網(wǎng)界面卡中，該以太網(wǎng)界面卡將數(shù)據(jù)加入目的節(jié)點機(jī)的MAC地址并組裝成標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)絡(luò)幀并將其變?yōu)殡娖叫盘枏V播到以太網(wǎng)總線上，由節(jié)點機(jī)的以太網(wǎng)界面卡接收后，將幀拆開，分離出IP數(shù)據(jù)報，再將IP數(shù)據(jù)報拆開，分離出指令，節(jié)點機(jī)的中央控制器通過PC104總線將指令送往AD/DA板，該AD/DA板將指令變?yōu)槟M信號送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動器來執(zhí)行。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性分布式測控系統(tǒng)，其特征在于執(zhí)行機(jī)構(gòu)為可 以接收模擬或數(shù)字信號的電機(jī)、液壓系統(tǒng)或氣動系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性分布式測控系統(tǒng)，其特征在于兩臺工業(yè)控制 計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)組成的心跳線連接，該心跳線分別插入每臺工業(yè)控制計算機(jī) 的一個網(wǎng)絡(luò)界面卡中，每隔一定時間互相發(fā)送一對ping包，并等待一定時間，如果未 收到對方的應(yīng)答信號則認(rèn)為對方機(jī)器工作異常，備份機(jī)及時進(jìn)行記錄和報警，并接替 主機(jī)的工作，繼續(xù)接收傳感器發(fā)送的測試量并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送指令。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性分布式測控系統(tǒng)，其特征在于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及 所有節(jié)點機(jī)上通過雙冗余通道連接備份交換機(jī)，當(dāng)主交換機(jī)失效時，備份交換機(jī)自動 接替工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高可靠性分布式以太網(wǎng)測控系統(tǒng)。該測控系統(tǒng)包括具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的主中央控制計算機(jī)，該主中央控制計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)線與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，該網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)線與節(jié)點機(jī)連接，該節(jié)點機(jī)通過AD/DA板分別與多路傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。本發(fā)明將各個傳感器的信號輸出和對于執(zhí)行裝置的控制命令經(jīng)轉(zhuǎn)換后在公共數(shù)據(jù)總線上傳輸，這樣有以下幾點技術(shù)效果數(shù)據(jù)在公共總線上傳輸使得布線數(shù)量大大減少；數(shù)字化的信號不易受外界電磁信號干擾，即使受到了干擾，也可以用以太網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)糾錯機(jī)制重發(fā)；本系統(tǒng)的冗余機(jī)制為系統(tǒng)提供了較高的可靠性；傳出、傳入信號共用一條總線，可以降低系統(tǒng)成本。
文檔編號G05B19/418GK101226397SQ200810020529
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日
發(fā)明者任建軍, 孟振軍, 徐亞棟, 劍 江, 王顯會, 石秀東, 賴長纓, 昕 鄧, 錢林方, 晏 陸, 陸元明, 陸國彥, 陳龍淼 申請人:南京理工大學(xué);無錫錫通工程機(jī)械有限公司