謝中鵬 武漢輕工大學電氣與電子工程學院 408300

?

探討嵌入式的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)

謝中鵬 武漢輕工大學電氣與電子工程學院 408300

【文章摘要】

隨著科學技術(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。電氣控制自動化系統(tǒng)在工廠中使用，常常是用來進行機電設備的管理工作。在遠程電氣控制自動化系統(tǒng)的研究中，融入了嵌入式系統(tǒng)，使遠程電氣控制自動化系統(tǒng)更科學、更方便。本文對傳統(tǒng)的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)與嵌入式遠程監(jiān)測系統(tǒng)進行分析，并探討如何實現(xiàn)嵌入式的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢，確保機電設備的順利運行，從而確保機電設備的順利運行，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，對企業(yè)的發(fā)展具有積極意義。

【關鍵詞】

嵌入式；遠程；電氣控制；自動化系統(tǒng)

0 前言

我國多數(shù)工廠，在機電設備管理工作中，采用了電氣化系統(tǒng)進行管理，大大提高了機電設備的管理質(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)建立一個環(huán)網(wǎng)進行遠程控制設備，使機電設備得到遠程操控，當機電設備出現(xiàn)問題時，可在第一時間里對其采取處理措施，此控制自動化系統(tǒng)體現(xiàn)了一體化性能，是機電設備理想的控制管理系統(tǒng)。

1 傳統(tǒng)的遠程控制系統(tǒng)及嵌入式遠程監(jiān)測系統(tǒng)分析

近年來，我國科學技術(shù)蓬勃發(fā)展，工業(yè)自動化有如雨后春不斷涌現(xiàn)，人們對控制系統(tǒng)提出了更高的要求，工業(yè)生產(chǎn)中離不開自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的研發(fā)建立在多媒體技術(shù)、計算機計算以及網(wǎng)絡通信技術(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，將人機有機結(jié)合，進行機電設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)場傳輸信號、檢測信號以及控制等，一一采用的是模擬信號，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，電氣設備研究工作依然在進行中，將有各中類型的電氣設備推出，復雜化的電氣設備給控制管理工作增大了難度，傳統(tǒng)的DCS控制方式對其進行管理控制，問題百出，在今天已經(jīng)不適用，太網(wǎng)的遠程集控系統(tǒng)解決了一系列的問題，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了認可，實現(xiàn)了現(xiàn)場控制，除了部分的儀表不能進行有效控制之外，其他的現(xiàn)場儀表完完全全可以進行高級控制，嵌入式的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)將成為未來的發(fā)展趨勢。

潛入式系統(tǒng)將計算機技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)結(jié)合起來的一種技術(shù)，功能強大，其系統(tǒng)包括了微型操作系統(tǒng)、微電子芯片、設備驅(qū)動等，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，而且可以達到系統(tǒng)對體積、功耗的相關要求。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)不但在大型工廠機電設備管理中得到使用，在其他領域也得以使用。嵌入式遠程電氣控制自動化系統(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，發(fā)展到80年代時，采用了CPU，系統(tǒng)操作簡單單一，進入90年代時，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)以將計算機等多種技術(shù)相互結(jié)合，系統(tǒng)功能更強大，尤其是Internet技術(shù)的融入，標志著嵌入系統(tǒng)技術(shù)邁入了遠程控制時代，越來越多的服務器涌出，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，嵌入式的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)在價格上也到了人們的要求，其將在更多的領域上被人們使用。

2 何實現(xiàn)嵌入式的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)

2.1實現(xiàn)的方式分析

嵌入式的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)，能滿足人們對機電設備進行遠程控制，在工業(yè)中，主要是使用臺網(wǎng)遠程集控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制，該系統(tǒng)之所以可進行遠程控制，主要原因是每一個節(jié)點都設置有數(shù)字智能設備，智能設備當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，每一個功能模塊均進行合理的分類，模塊的分配結(jié)核控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點、控制策略與功能模塊庫的特點做分配，分配好的模塊需要連接，連接的實現(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站中所進行的控制工程，轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場進行分散控制，分散控制更加直觀掌握到設備的情況，控制更具有時效性。遠程電氣自動化控制系統(tǒng)，設計人員在設計過程中，控制變量難度較大，需要對大量的邏輯量進行控制，輔機啟動與停止工作，這一系列的過程，有關的設備都根據(jù)程序開展相關的動作，對設備進行控制、保護等。除此之外，輔助車間的控制也不可忽視，順序控制對工程過程進行有效掌控，PLC技術(shù)的使用，使順序控制工作更獨立化。但是，設計人員要注意PLC的選型工作，不同的PLC會給控制系統(tǒng)造成不同的影響，一般情況下，選擇PLC時，多是結(jié)核縣城的通訊協(xié)議實際情況進行選擇，或者是可以和網(wǎng)絡開著那通訊交換信息為優(yōu)先選擇，根據(jù)實際情況，選擇適合的PLC。嵌入式的電氣自動化控制系統(tǒng)在實際控制當中，邏輯量控制、模擬量控制，這兩項工作緊密結(jié)合在一起，不可將其分開，設備與設備之間相互影響，設備投入與運行過程中，其他設備工作狀態(tài)的影響對其均造成一定的影響，并且受到整個系統(tǒng)的控制，整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)對其均有控制的能力。

2.2層次結(jié)構(gòu)合計分析

遠程控制系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)是整個系統(tǒng)中不可或缺的一部分，此部分設計是實現(xiàn)遠程控制系統(tǒng)的關鍵。系統(tǒng)層次一共分為三層，即遠程信息管理層、設備層以及網(wǎng)路層，每一層都具有其功能特點，遠程信息管理層該層是整個系統(tǒng)的核心，對所有的機電設備進行一體化控制，數(shù)據(jù)集成、底層傳輸集成為遠程信息管理層提供了管控平臺，可將集成子系統(tǒng)采用動態(tài)模式的方式顯示出來，功能健全，例如，對機電運輸裝備進行有效的管理，使機電設備管理、生產(chǎn)自動化這兩項結(jié)合在一起。使用時，采用管控一體化對機電設備進行指揮，調(diào)度操作系統(tǒng)，機電設備接收到信號之后，按照下達的指令進行操作，安全性良好，并且在操作的過程中，若是出現(xiàn)故障，可在第一時間里做出響應。另外，可將與生產(chǎn)有關的各種信息集成起來，系統(tǒng)所收集到的數(shù)據(jù)信息，均來自管控服務器中，掌握管控服務器信息的情況，具有聯(lián)動性的特點。為了掌握所有機電設備的運行情況，在現(xiàn)場設置一個監(jiān)控站、遠程管理控制中心設置一個大屏幕，對所有的機電設備進行監(jiān)控，掌握其運行工況，做出正確的指揮，確保機電設備的安全運行。設備層與網(wǎng)絡層相對于遠程信息管理層其系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)較為簡單，設備層和被控制的機電設備直接聯(lián)系在一起，可將本地控制獲取的信息顯示出來，體現(xiàn)了對本地單元設備進行控制與維護，并且，還能進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過遠程信息管理層當中的中央調(diào)度室、局域網(wǎng)，兩者協(xié)同進行數(shù)據(jù)的傳輸工作，本地控制、遠程控制化為一體進行機電設備的管理工作。而網(wǎng)絡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)場總線、太網(wǎng)提供一個有效的傳輸路徑，將數(shù)據(jù)信息進行交換、傳輸。

3.3系統(tǒng)的開發(fā)分析

在進行嵌入式遠程電氣自動化系統(tǒng)的設計中，軟件設計工作占著舉足輕重的地位，嵌入式實時操作系統(tǒng)μClinux為核心控制系統(tǒng)，可對多項任務做合理的調(diào)度工作，并進行科學的管理。實時多任務操作系統(tǒng)應用程序具有實時性，實時性主要表現(xiàn)在對任務進行中斷處理，用戶使用時，根據(jù)實際情況，采用μClinux的任務調(diào)度函數(shù)，調(diào)度函數(shù)開始工作時將最優(yōu)先、最高的任務篩選出來，成功篩選滯后于，將任務與任務之間進行切換。人們對應用軟件進行分類，分類的要求是根據(jù)任務劃分及電氣自動化遠程集控系統(tǒng)的相關要求進行劃分，將其劃分為三大類，第一是測控基本功能實現(xiàn)任務，第二是保護功能任務，第三是人機互換任務，每一項任務都具有其特點，測控基本功能實現(xiàn)任務是進行數(shù)據(jù)信息的預處理、測量以及輸出等，該任務的可靠性良好，并且任務實時性價高，測量、優(yōu)先等級都十分理想。而數(shù)據(jù)預處理的目的是根據(jù)實際需要，進行采樣數(shù)據(jù)的篩選工作，遵守的是低通濾波原則。保護功能任務顧名思義就是對設備進行保護，保護任務具有報警的功能，可以在設備出現(xiàn)問題的第一時間里接收到警報信息，安排人員進行處理。而人機交互功能是優(yōu)先級最低的一項功能，顯示器顯示，鍵盤做出相應的反應。在嵌入式遠程電氣自動化控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)系統(tǒng)任務，需要兩個進程，而且類型不同，一個是網(wǎng)絡服務程序，另外一個是本地數(shù)據(jù)采集程序，兩個程序是相互的，本地數(shù)據(jù)采集程序負責的是外部信號的采集工作，采集到數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)處理模塊對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，處理的方式是數(shù)字慮波，完成之后進行數(shù)據(jù)的保存工作，保存模塊進行數(shù)據(jù)的保存時，需要把公共緩沖區(qū)里儲存的數(shù)據(jù)，根據(jù)格式要求進行保存，保存部位為Flash。而鍵盤模塊的功能是為用戶提供在現(xiàn)場工作時進行設備的控制，并收集有效參數(shù)。而網(wǎng)絡服務程序的組成為CGI程序與Web server程序所構(gòu)成，嵌入式Web server程序，其為后臺運行服務，確保后臺設備順利運行，當客戶需要幫助發(fā)出求助信息時，網(wǎng)絡服務程序負責接收客戶的求助信息，第一時間反饋。若是用戶采用IE瀏覽器，求助信號向本地系統(tǒng)發(fā)出時，本地系統(tǒng)此時就會自動啟動CGI程序，轉(zhuǎn)換請求信號，將其轉(zhuǎn)變成為適合服務器的格式，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 嵌入式的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

嵌入式的遠程電氣控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，其具有體積小、功能大等特點，在民用、軍用等各種領域被廣泛使用，現(xiàn)在正慢慢走近人們的家庭、辦公室當中。日常生活中，家用電器、工業(yè)中的數(shù)控 裝置、測量儀表、控制機、現(xiàn)場總線儀表以及商業(yè)當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，隨著我國科學技術(shù)的快速發(fā)展，對嵌入式的遠程控制系統(tǒng)進行了深入研究，并取得了新的突破，嵌入式的遠程控制系統(tǒng)隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，慢慢走向成熟，嵌入式的遠程控制系統(tǒng)使用領域也在慢慢擴大，一直以來，人們要掌握到現(xiàn)場設備的信息，必須要開通專門的通信路線才可掌握到現(xiàn)場設備的實施情況，現(xiàn)在，嵌入式的遠程控制技術(shù)，只需要采用網(wǎng)絡就可對現(xiàn)場設備進行有效的控制，不受到距離的影響，只要有網(wǎng)絡就可實現(xiàn)遠程控制。嵌入式網(wǎng)路接入技術(shù)更方便，更快捷，將會成為未來發(fā)展的方向。在信息網(wǎng)絡時代的今天，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)絡就可實現(xiàn)遠程控制，掌握現(xiàn)場的實際情況。

5 結(jié)束語

我國科學技術(shù)發(fā)展快速，但是，在對嵌入式實時系統(tǒng)的研究上，與發(fā)展國家相比依然存在一定的差距。價值嵌入式實時系統(tǒng)的研究難度大，開發(fā)過程中十分復雜，設計師在研究中，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，都需要進行一一的考慮，確保設計出來的系統(tǒng)能滿足人們提出的要求，確保測控任務具有可靠性、安全性等，能順利和太網(wǎng)連接，進行遠程控制，結(jié)構(gòu)簡潔操作方便，便于維修，在軟件設計上，要滿足用戶可根據(jù)需要進行刪除、修改。要達到這一要求，還需要做做深入的研究，力爭在不遠的將來，能打造出人們滿意的嵌入式實時系。

【參考文獻】

[1]霍志成,任廣旭,程彥禮. 基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠程電氣控制系統(tǒng)設計[A].吉林省科學技術(shù)協(xié)會.創(chuàng)新驅(qū)動，加快戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展——吉林省第七屆科學技術(shù)學術(shù)年會論文集（上）[C].吉林省科學技術(shù)協(xié)會:,2012:2.

[2]孫啟順.基于嵌入式的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)的設計[A]. 吉林省科學技術(shù)協(xié)會.低碳經(jīng)濟與科學發(fā)展——吉林省第六屆科學技術(shù)學術(shù)年會論文集[C].吉林省科學技術(shù)協(xié)會:,2010:2.

[3]鄭躍飛.基于嵌入式的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)的設計[J].科技資訊,2009,26(12):22.

[4]馬慧，陳陽平謝強基于終端的短信系統(tǒng)研宄與實現(xiàn)南京航空航天大學、信息科學與技術(shù)學院年月，中國制造業(yè)信息化第卷第11期.

[5]金真,唐明浩,蔣琳.Internet遠程監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式實現(xiàn)方法[J].計算機工程,2014,32(1):245～ 247.

[6]沈緒榜.2001嵌入式系統(tǒng)及單片機國際學術(shù)流會論文集[C].北京:航空航天大學出版社,2011:230- 233.