基于嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制自動化系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：現(xiàn)在采用工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)計了遠(yuǎn)程電氣控制自動化系統(tǒng)來改善傳統(tǒng)集散控制模式在遠(yuǎn)處集控系統(tǒng)中的缺點和問題，并且在開發(fā)的具有了遠(yuǎn)程集控功能的電氣自動化控制系統(tǒng)中結(jié)合了嵌入式系統(tǒng)，并且將嵌入式遠(yuǎn)程電氣集控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架層次、實現(xiàn)方式的控制以及嵌入式系統(tǒng)的探究設(shè)計方案。這些具體內(nèi)容的給出讓我們在加強(qiáng)完善結(jié)合了嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程電氣控制自動化集控系統(tǒng)方面有許多重要的意義，可以讓我們進(jìn)一步改進(jìn)遠(yuǎn)程電氣控制自動化集控系統(tǒng)，可以從中得到許多借鑒。

關(guān)鍵詞：嵌入式控制；電氣自動化；遠(yuǎn)程測控；系統(tǒng)

一、傳統(tǒng)的集散控制（DCS ）方式分析

現(xiàn)在出現(xiàn)了一個隨著當(dāng)今好多大型工業(yè)生產(chǎn)的自動化不斷興起并且對于過程控制要求也變得越來越復(fù)雜，由于形式的改變出現(xiàn)的一種綜合的控制系統(tǒng)。也就是所謂的DCS系統(tǒng)。它是多項技術(shù)綜合的產(chǎn)物，它由計算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)的合體，它擁有十分里改的通訊功能，此外還可以提供窗口優(yōu)秀的人機(jī)界面，它是現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，能夠準(zhǔn)確完成過程的管理和控制的設(shè)備。因為遠(yuǎn)程電氣控制自動化系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展越來越好，設(shè)備的可靠性也越來越高，所以在用于控制的控制站的規(guī)模也變得越來越大，現(xiàn)在已經(jīng)采取4mA～20mA的模擬信號來進(jìn)行現(xiàn)場信號的監(jiān)測、輸入和控制管理，這與分散控制、集中監(jiān)管的觀點是相悖的。DCS控制方式在現(xiàn)代社會中缺點和不足隨著社會的發(fā)展顯現(xiàn)的越來越明顯，現(xiàn)在電氣的自動化管理系統(tǒng)也不再像從前一樣簡單，電氣設(shè)備變得越來越復(fù)雜，功能也更加多樣，所以傳統(tǒng)的控制方式不得不進(jìn)行優(yōu)化改變。不過DCS表現(xiàn)出的不足剛好被基于嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制自動化系統(tǒng)彌補(bǔ)，，新型的控制系統(tǒng)做到了把控制真正的下放到現(xiàn)場中，先進(jìn)的智能表能夠在現(xiàn)場對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的采集和處理、控制運算可將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確輸出等許多現(xiàn)場作用，只有很小一部分過于高端的控制技術(shù)在現(xiàn)場進(jìn)行不了才進(jìn)一步讓上位機(jī)來進(jìn)行控制。綜上可知，傳統(tǒng)的DCS控制技術(shù)被發(fā)展基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)取代是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物，是順應(yīng)時代的需求。

二、基于嵌入式的遠(yuǎn)程電子控制自動化系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

2 .1遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的組成成分十分精密，它的每個節(jié)點都由一臺數(shù)字化的智能設(shè)備構(gòu)成，存在這些設(shè)備的內(nèi)部都含有微處理器，這些處理器的功能應(yīng)用也十分廣泛，它們具有采樣、A/D轉(zhuǎn)換、校正、線性化、處理運算以及PID控制等諸多功能。我們要順利簡單的實現(xiàn)一些簡單的控制方案，就只要根據(jù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和策略所需要的功能區(qū)以及具備用到功能區(qū)的條件，然后將功能塊進(jìn)行分配，由組態(tài)軟件將各功能塊進(jìn)行連接，就實現(xiàn)了將真正的分散控制，將原來傳統(tǒng)控制站中的許多單一簡單的控制功能還原到現(xiàn)場。真正的遠(yuǎn)程電氣自動化控制系統(tǒng)要實行起來還存在一些問題，有許多的邏輯量控制變量組成真正的控制變量，許多與之相關(guān)聯(lián)的設(shè)備按照正常的順序進(jìn)行操作，以及設(shè)備之間的保護(hù)、連鎖和順控等聯(lián)合控制輔機(jī)的起停。除此之外，在輔助車間的工藝許多控制都是依據(jù)順序控制為主，而PLC剛好對于順序占有很特別的優(yōu)勢。我們在對PLC的型號選擇的時候最好的選擇對象就是要遵循現(xiàn)場通訊協(xié)議或者看其能不能與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的交換的擇優(yōu)原則。在進(jìn)行真正的控制的時候我們要牢記模擬量的控制和邏輯量的控制是不能夠分開的，它們是緊密聯(lián)系在一起的，各個設(shè)備之間彼此是相互聯(lián)系的，在操作運轉(zhuǎn)的時候各個設(shè)備的運行是否正確，都會影響到整體的運作，所以整體控制系統(tǒng)是一個巨大的整體，要保證所有設(shè)備的正常運作，才能確保所有設(shè)備的正常運作。

2.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的構(gòu)造和層次設(shè)計

1）遠(yuǎn)程信息管理層：為了確保所有的電氣設(shè)備有能夠?qū)崿F(xiàn)管理和控制一體化功能的實現(xiàn)，在底層傳輸集成和數(shù)據(jù)集成的鋪墊下，每個集成子系統(tǒng)的動態(tài)顯示得到了實現(xiàn)，其中主要的功能包括：：管控一體化“管理支撐機(jī)電運輸設(shè)備，實現(xiàn)了機(jī)電設(shè)備中生產(chǎn)自動化和管理信息化的完美結(jié)合。實行管理控制一體化系統(tǒng)后，在下達(dá)機(jī)電設(shè)備調(diào)度和生產(chǎn)中的安全操作指令是能夠及時的發(fā)現(xiàn)各類突發(fā)事件并及時解決突發(fā)事件。為了實現(xiàn)管理控制的相互聯(lián)系和及時性，控制系統(tǒng)做到了能夠?qū)崟r的采集數(shù)據(jù)存儲在管控服務(wù)器中并集成與生產(chǎn)相關(guān)的各種重要信息。在現(xiàn)場的各個角落設(shè)置監(jiān)控站并在監(jiān)控中心的大屏幕上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這樣就做到了對所監(jiān)測的設(shè)備進(jìn)行全方位的智慧和監(jiān)控。

2）網(wǎng)絡(luò)層：為了同時可以接入不同協(xié)議的數(shù)據(jù)，在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中國采用光纖工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)的傳輸上現(xiàn)場總路的輸入線路和以太網(wǎng)，讓數(shù)據(jù)能夠快速準(zhǔn)確的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

3）設(shè)備層：設(shè)備無阻礙的與被控制的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行直接的聯(lián)系，要本地的設(shè)備的運行作用和常規(guī)保護(hù)作用能夠得到實現(xiàn)，隨時能夠顯示出本地的控制狀況，與此同時，還能夠與遠(yuǎn)程信息管理的中樞系統(tǒng)進(jìn)行雙向信息傳導(dǎo)，這樣就真正做到了遠(yuǎn)程控制和本地控制的完美結(jié)合。

2.3應(yīng)用軟件任務(wù)分類

在開發(fā)設(shè)計嵌入式遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的時候，常常采用嵌入式實時操作系統(tǒng)Clinux以便進(jìn)行系統(tǒng)中多個任務(wù)的同時管理和有序調(diào)度。關(guān)于實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的主要決定因素是對任務(wù)以及終端進(jìn)行的處理。用戶在管理過程中會調(diào)用Clinux的任務(wù)調(diào)度函數(shù)，然后從已經(jīng)準(zhǔn)備好的任務(wù)中尋找最高級的優(yōu)先任務(wù)，同時進(jìn)行任務(wù)的切換操作。根據(jù)任務(wù)的分配原則，以及電氣自動化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中的目的要求，我們將應(yīng)用軟件劃分成為下面的幾個類型的任務(wù)：

1）測控基本功能實現(xiàn)任務(wù)：這個任務(wù)中包括了測算、數(shù)據(jù)的提前處理、驅(qū)動輸出等。這些類型的任務(wù)實時性和可靠性都比較高，因此他的優(yōu)先級也最高，測量優(yōu)先級也是和最高的。數(shù)據(jù)的提前處理要按照要求對采樣的數(shù)據(jù)做低通濾波處理。

2）保護(hù)功能任務(wù)：這里主要值得是報警功能，要求盡可能快的完成之前指定的任務(wù)。

3）人機(jī)交互功能：鍵盤響應(yīng)、顯示器顯示等，這個功能的優(yōu)先級最低?？傮w任務(wù)的實行只要有兩個不同的進(jìn)程實現(xiàn)：當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)的采集程序和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序。

三、結(jié)語

嵌入式實時系統(tǒng)的開發(fā)是一個復(fù)雜繁瑣的過程，在開發(fā)的過程中，不僅在分析開始要求之后要對軟硬件的關(guān)系做出權(quán)衡，還要在系統(tǒng)的效率、成本、靈活性以及可以使用的工具之間做出比較，權(quán)衡利弊。這里所開發(fā)的基于Linux的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到遠(yuǎn)程電氣自動化控制系統(tǒng)，它不僅能夠滿足現(xiàn)金工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)τ诠I(yè)控制監(jiān)測系統(tǒng)提出的要求，也可以確保任務(wù)監(jiān)測的實時性和準(zhǔn)確性，而且在操作也很簡單，安裝和卸載都十分簡便，這樣也利于系統(tǒng)集成和維護(hù)?；贚inux的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物，對于提高遠(yuǎn)程監(jiān)測的準(zhǔn)確性有極其重要的作用，在工業(yè)控制領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

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作者簡介

周永強(qiáng)，男，浙江杭州人，浙江安費諾飛鳳通信部品有限公司，自動化課，新技術(shù)開發(fā)組長，研究方向，自動化設(shè)備控制。