謝中鵬 武漢輕工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 408300

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探討嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)

謝中鵬 武漢輕工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 408300

【文章摘要】

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在電氣控制系統(tǒng)上的研究取得了新的突破。電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)在工廠中使用，常常是用來進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的管理工作。在遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)的研究中，融入了嵌入式系統(tǒng)，使遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)更科學(xué)、更方便。本文對(duì)傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)與嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，并探討如何實(shí)現(xiàn)嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢(shì)，確保機(jī)電設(shè)備的順利運(yùn)行，從而確保機(jī)電設(shè)備的順利運(yùn)行，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)企業(yè)的發(fā)展具有積極意義。

【關(guān)鍵詞】

嵌入式；遠(yuǎn)程；電氣控制；自動(dòng)化系統(tǒng)

0 前言

我國多數(shù)工廠，在機(jī)電設(shè)備管理工作中，采用了電氣化系統(tǒng)進(jìn)行管理，大大提高了機(jī)電設(shè)備的管理質(zhì)量，但是，管理控制方式使用的依然是傳統(tǒng)的分散式進(jìn)行管理，該管理方式的弊端在于管理具有一定的局限性，隨著電氣設(shè)備的發(fā)展，已經(jīng)滿足不了人們的需求。但是，若是通過局域網(wǎng)建立一個(gè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制設(shè)備，使機(jī)電設(shè)備得到遠(yuǎn)程操控，當(dāng)機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，可在第一時(shí)間里對(duì)其采取處理措施，此控制自動(dòng)化系統(tǒng)體現(xiàn)了一體化性能，是機(jī)電設(shè)備理想的控制管理系統(tǒng)。

1 傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

近年來，我國科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化有如雨后春不斷涌現(xiàn)，人們對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，工業(yè)生產(chǎn)中離不開自動(dòng)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的研發(fā)建立在多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等之上，是多種技術(shù)結(jié)合之下所衍生的產(chǎn)物，具有理想的通訊功能，將人機(jī)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的控制與管理工作。但是，隨著大型工業(yè)的發(fā)展，過程控制站的規(guī)模越來越廣泛，功能發(fā)生了改變，愈加集中，現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)、檢測(cè)信號(hào)以及控制等，一一采用的是模擬信號(hào)，已經(jīng)代替了集中監(jiān)控、分散控制的方式。迫于大型工業(yè)的需求，電氣設(shè)備研究工作依然在進(jìn)行中，將有各中類型的電氣設(shè)備推出，復(fù)雜化的電氣設(shè)備給控制管理工作增大了難度，傳統(tǒng)的DCS控制方式對(duì)其進(jìn)行管理控制，問題百出，在今天已經(jīng)不適用，太網(wǎng)的遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)解決了一系列的問題，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)控制，除了部分的儀表不能進(jìn)行有效控制之外，其他的現(xiàn)場(chǎng)儀表完完全全可以進(jìn)行高級(jí)控制，嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。

潛入式系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)結(jié)合起來的一種技術(shù)，功能強(qiáng)大，其系統(tǒng)包括了微型操作系統(tǒng)、微電子芯片、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等，系統(tǒng)軟件與硬件之間具有良好的協(xié)同性，人們可以根據(jù)實(shí)際需要，剪裁硬件與軟件系統(tǒng)，此系統(tǒng)不但降低了成本，而且可以達(dá)到系統(tǒng)對(duì)體積、功耗的相關(guān)要求。嵌入式系統(tǒng)和傳統(tǒng)的系統(tǒng)不同，其采用的是新型的技術(shù)，不但體積小、耗能低，更重要的是具有良好的性能，滿足人們的需求，嵌入式系統(tǒng)不但在大型工廠機(jī)電設(shè)備管理中得到使用，在其他領(lǐng)域也得以使用。嵌入式遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)從誕生發(fā)展到今天，已經(jīng)走過了30多年的發(fā)展歷程，最初開始該系統(tǒng)只是單片機(jī)，發(fā)展到80年代時(shí)，采用了CPU，系統(tǒng)操作簡單單一，進(jìn)入90年代時(shí)，嵌入式系統(tǒng)才正式投入使用，發(fā)展到今天，嵌入式系統(tǒng)以將計(jì)算機(jī)等多種技術(shù)相互結(jié)合，系統(tǒng)功能更強(qiáng)大，尤其是Internet技術(shù)的融入，標(biāo)志著嵌入系統(tǒng)技術(shù)邁入了遠(yuǎn)程控制時(shí)代，越來越多的服務(wù)器涌出，將其靈活的使用在嵌入式系統(tǒng)中，獲取信息更加快捷方便，在科技技術(shù)迅速發(fā)展的今天，嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)在價(jià)格上也到了人們的要求，其將在更多的領(lǐng)域上被人們使用。

2 何實(shí)現(xiàn)嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)

2.1實(shí)現(xiàn)的方式分析

嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)，能滿足人們對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在工業(yè)中，主要是使用臺(tái)網(wǎng)遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，該系統(tǒng)之所以可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，主要原因是每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都設(shè)置有數(shù)字智能設(shè)備，智能設(shè)備當(dāng)中均安裝有微處理器，微處理器具有校正、采樣、線性化以及A/D轉(zhuǎn)換等控制功能，每一個(gè)功能模塊均進(jìn)行合理的分類，模塊的分配結(jié)核控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、控制策略與功能模塊庫的特點(diǎn)做分配，分配好的模塊需要連接，連接的實(shí)現(xiàn)采用到的是組態(tài)軟件，組態(tài)軟件將其連接之后，便可執(zhí)行常規(guī)控制，將原來在DCS站中所進(jìn)行的控制工程，轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分散控制，分散控制更加直觀掌握到設(shè)備的情況，控制更具有時(shí)效性。遠(yuǎn)程電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，控制變量難度較大，需要對(duì)大量的邏輯量進(jìn)行控制，輔機(jī)啟動(dòng)與停止工作，這一系列的過程，有關(guān)的設(shè)備都根據(jù)程序開展相關(guān)的動(dòng)作，對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制、保護(hù)等。除此之外，輔助車間的控制也不可忽視，順序控制對(duì)工程過程進(jìn)行有效掌控，PLC技術(shù)的使用，使順序控制工作更獨(dú)立化。但是，設(shè)計(jì)人員要注意PLC的選型工作，不同的PLC會(huì)給控制系統(tǒng)造成不同的影響，一般情況下，選擇PLC時(shí)，多是結(jié)核縣城的通訊協(xié)議實(shí)際情況進(jìn)行選擇，或者是可以和網(wǎng)絡(luò)開著那通訊交換信息為優(yōu)先選擇，根據(jù)實(shí)際情況，選擇適合的PLC。嵌入式的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在實(shí)際控制當(dāng)中，邏輯量控制、模擬量控制，這兩項(xiàng)工作緊密結(jié)合在一起，不可將其分開，設(shè)備與設(shè)備之間相互影響，設(shè)備投入與運(yùn)行過程中，其他設(shè)備工作狀態(tài)的影響對(duì)其均造成一定的影響，并且受到整個(gè)系統(tǒng)的控制，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)其均有控制的能力。

2.2層次結(jié)構(gòu)合計(jì)分析

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，此部分設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。系統(tǒng)層次一共分為三層，即遠(yuǎn)程信息管理層、設(shè)備層以及網(wǎng)路層，每一層都具有其功能特點(diǎn)，遠(yuǎn)程信息管理層該層是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)所有的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行一體化控制，數(shù)據(jù)集成、底層傳輸集成為遠(yuǎn)程信息管理層提供了管控平臺(tái)，可將集成子系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)模式的方式顯示出來，功能健全，例如，對(duì)機(jī)電運(yùn)輸裝備進(jìn)行有效的管理，使機(jī)電設(shè)備管理、生產(chǎn)自動(dòng)化這兩項(xiàng)結(jié)合在一起。使用時(shí)，采用管控一體化對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行指揮，調(diào)度操作系統(tǒng)，機(jī)電設(shè)備接收到信號(hào)之后，按照下達(dá)的指令進(jìn)行操作，安全性良好，并且在操作的過程中，若是出現(xiàn)故障，可在第一時(shí)間里做出響應(yīng)。另外，可將與生產(chǎn)有關(guān)的各種信息集成起來，系統(tǒng)所收集到的數(shù)據(jù)信息，均來自管控服務(wù)器中，掌握管控服務(wù)器信息的情況，具有聯(lián)動(dòng)性的特點(diǎn)。為了掌握所有機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置一個(gè)監(jiān)控站、遠(yuǎn)程管理控制中心設(shè)置一個(gè)大屏幕，對(duì)所有的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，掌握其運(yùn)行工況，做出正確的指揮，確保機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行。設(shè)備層與網(wǎng)絡(luò)層相對(duì)于遠(yuǎn)程信息管理層其系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)較為簡單，設(shè)備層和被控制的機(jī)電設(shè)備直接聯(lián)系在一起，可將本地控制獲取的信息顯示出來，體現(xiàn)了對(duì)本地單元設(shè)備進(jìn)行控制與維護(hù)，并且，還能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過遠(yuǎn)程信息管理層當(dāng)中的中央調(diào)度室、局域網(wǎng)，兩者協(xié)同進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸工作，本地控制、遠(yuǎn)程控制化為一體進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的管理工作。而網(wǎng)絡(luò)成則是使用到了光纖技術(shù)，其功能是將各種協(xié)議的數(shù)據(jù)信息全部接入，為現(xiàn)場(chǎng)總線、太網(wǎng)提供一個(gè)有效的傳輸路徑，將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交換、傳輸。

3.3系統(tǒng)的開發(fā)分析

在進(jìn)行嵌入式遠(yuǎn)程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，軟件設(shè)計(jì)工作占著舉足輕重的地位，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μClinux為核心控制系統(tǒng)，可對(duì)多項(xiàng)任務(wù)做合理的調(diào)度工作，并進(jìn)行科學(xué)的管理。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)應(yīng)用程序具有實(shí)時(shí)性，實(shí)時(shí)性主要表現(xiàn)在對(duì)任務(wù)進(jìn)行中斷處理，用戶使用時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，采用μClinux的任務(wù)調(diào)度函數(shù)，調(diào)度函數(shù)開始工作時(shí)將最優(yōu)先、最高的任務(wù)篩選出來，成功篩選滯后于，將任務(wù)與任務(wù)之間進(jìn)行切換。人們對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行分類，分類的要求是根據(jù)任務(wù)劃分及電氣自動(dòng)化遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的相關(guān)要求進(jìn)行劃分，將其劃分為三大類，第一是測(cè)控基本功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)，第二是保護(hù)功能任務(wù)，第三是人機(jī)互換任務(wù)，每一項(xiàng)任務(wù)都具有其特點(diǎn)，測(cè)控基本功能實(shí)現(xiàn)任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的預(yù)處理、測(cè)量以及輸出等，該任務(wù)的可靠性良好，并且任務(wù)實(shí)時(shí)性價(jià)高，測(cè)量、優(yōu)先等級(jí)都十分理想。而數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的是根據(jù)實(shí)際需要，進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的篩選工作，遵守的是低通濾波原則。保護(hù)功能任務(wù)顧名思義就是對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)任務(wù)具有報(bào)警的功能，可以在設(shè)備出現(xiàn)問題的第一時(shí)間里接收到警報(bào)信息，安排人員進(jìn)行處理。而人機(jī)交互功能是優(yōu)先級(jí)最低的一項(xiàng)功能，顯示器顯示，鍵盤做出相應(yīng)的反應(yīng)。在嵌入式遠(yuǎn)程電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)任務(wù)，需要兩個(gè)進(jìn)程，而且類型不同，一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序，另外一個(gè)是本地?cái)?shù)據(jù)采集程序，兩個(gè)程序是相互的，本地?cái)?shù)據(jù)采集程序負(fù)責(zé)的是外部信號(hào)的采集工作，采集到數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理的方式是數(shù)字慮波，完成之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存工作，保存模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存時(shí)，需要把公共緩沖區(qū)里儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，根據(jù)格式要求進(jìn)行保存，保存部位為Flash。而鍵盤模塊的功能是為用戶提供在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)進(jìn)行設(shè)備的控制，并收集有效參數(shù)。而網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序的組成為CGI程序與Web server程序所構(gòu)成，嵌入式Web server程序，其為后臺(tái)運(yùn)行服務(wù)，確保后臺(tái)設(shè)備順利運(yùn)行，當(dāng)客戶需要幫助發(fā)出求助信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序負(fù)責(zé)接收客戶的求助信息，第一時(shí)間反饋。若是用戶采用IE瀏覽器，求助信號(hào)向本地系統(tǒng)發(fā)出時(shí)，本地系統(tǒng)此時(shí)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)CGI程序，轉(zhuǎn)換請(qǐng)求信號(hào)，將其轉(zhuǎn)變成為適合服務(wù)器的格式，經(jīng)過處理之后，CGI再做處理，轉(zhuǎn)化成適合Web瀏覽器的格式，最終以HTTP的方式回饋給客戶，順利完成本地系統(tǒng)與客戶端兩者之間的相互操作。

4 嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)

嵌入式的遠(yuǎn)程電氣控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，其具有體積小、功能大等特點(diǎn)，在民用、軍用等各種領(lǐng)域被廣泛使用，現(xiàn)在正慢慢走近人們的家庭、辦公室當(dāng)中。日常生活中，家用電器、工業(yè)中的數(shù)控 裝置、測(cè)量儀表、控制機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線儀表以及商業(yè)當(dāng)中使用到的條形碼閱讀器等，均涉及到了嵌入式軟件技術(shù)。近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)嵌入式的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，并取得了新的突破，嵌入式的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，慢慢走向成熟，嵌入式的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)使用領(lǐng)域也在慢慢擴(kuò)大，一直以來，人們要掌握到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息，必須要開通專門的通信路線才可掌握到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)施情況，現(xiàn)在，嵌入式的遠(yuǎn)程控制技術(shù)，只需要采用網(wǎng)絡(luò)就可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行有效的控制，不受到距離的影響，只要有網(wǎng)絡(luò)就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。嵌入式網(wǎng)路接入技術(shù)更方便，更快捷，將會(huì)成為未來發(fā)展的方向。在信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的今天，通信技術(shù)已經(jīng)得到普遍，而未來通信技術(shù)的普及面將更加廣泛，只需要網(wǎng)絡(luò)就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，掌握現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。

5 結(jié)束語

我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展快速，但是，在對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的研究上，與發(fā)展國家相比依然存在一定的差距。價(jià)值嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的研究難度大，開發(fā)過程中十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)師在研究中，不但要考慮到初始要求、硬件與軟件之間的權(quán)衡，還需要考慮到整個(gè)系統(tǒng)的成本、靈活性以及投入使用之后的速度等，都需要進(jìn)行一一的考慮，確保設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)能滿足人們提出的要求，確保測(cè)控任務(wù)具有可靠性、安全性等，能順利和太網(wǎng)連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，結(jié)構(gòu)簡潔操作方便，便于維修，在軟件設(shè)計(jì)上，要滿足用戶可根據(jù)需要進(jìn)行刪除、修改。要達(dá)到這一要求，還需要做做深入的研究，力爭在不遠(yuǎn)的將來，能打造出人們滿意的嵌入式實(shí)時(shí)系。

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