基于嵌入式的遠程電氣控制自動化系統的設計

摘 要：現在采用工業以太網設計了遠程電氣控制自動化系統來改善傳統集散控制模式在遠處集控系統中的缺點和問題，并且在開發的具有了遠程集控功能的電氣自動化控制系統中結合了嵌入式系統，并且將嵌入式遠程電氣集控系統的網絡構架層次、實現方式的控制以及嵌入式系統的探究設計方案。這些具體內容的給出讓我們在加強完善結合了嵌入式系統的遠程電氣控制自動化集控系統方面有許多重要的意義，可以讓我們進一步改進遠程電氣控制自動化集控系統，可以從中得到許多借鑒。

關鍵詞：嵌入式控制；電氣自動化；遠程測控；系統

一、傳統的集散控制（DCS ）方式分析

現在出現了一個隨著當今好多大型工業生產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雜，由于形式的改變出現的一種綜合的控制系統。也就是所謂的DCS系統。它是多項技術綜合的產物，它由計算機技術、系統控制技術、網絡通訊技術和多媒體技術的合體，它擁有十分里改的通訊功能，此外還可以提供窗口優秀的人機界面，它是現代科技的產物，能夠準確完成過程的管理和控制的設備。因為遠程電氣控制自動化系統的技術發展越來越好，設備的可靠性也越來越高，所以在用于控制的控制站的規模也變得越來越大，現在已經采取4mA～20mA的模擬信號來進行現場信號的監測、輸入和控制管理，這與分散控制、集中監管的觀點是相悖的。DCS控制方式在現代社會中缺點和不足隨著社會的發展顯現的越來越明顯，現在電氣的自動化管理系統也不再像從前一樣簡單，電氣設備變得越來越復雜，功能也更加多樣，所以傳統的控制方式不得不進行優化改變。不過DCS表現出的不足剛好被基于嵌入式的遠程電氣控制自動化系統彌補，，新型的控制系統做到了把控制真正的下放到現場中，先進的智能表能夠在現場對數據進行準確的采集和處理、控制運算可將數據準確輸出等許多現場作用，只有很小一部分過于高端的控制技術在現場進行不了才進一步讓上位機來進行控制。綜上可知，傳統的DCS控制技術被發展基于工業以太網的遠程控制系統取代是社會發展的必然產物，是順應時代的需求。

二、基于嵌入式的遠程電子控制自動化系統設計實現

2 .1遠程控制系統的實現方法

基于工業以太網的遠程集控系統的組成成分十分精密，它的每個節點都由一臺數字化的智能設備構成，存在這些設備的內部都含有微處理器，這些處理器的功能應用也十分廣泛，它們具有采樣、A/D轉換、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一些簡單的控制方案，就只要根據控制系統結構和策略所需要的功能區以及具備用到功能區的條件，然后將功能塊進行分配，由組態軟件將各功能塊進行連接，就實現了將真正的分散控制，將原來傳統控制站中的許多單一簡單的控制功能還原到現場。真正的遠程電氣自動化控制系統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，許多與之相關聯的設備按照正常的順序進行操作，以及設備之間的保護、連鎖和順控等聯合控制輔機的起停。除此之外，在輔助車間的工藝許多控制都是依據順序控制為主，而PLC剛好對于順序占有很特別的優勢。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場通訊協議或者看其能不能與網絡進行信息的交換的擇優原則。在進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，它們是緊密聯系在一起的，各個設備之間彼此是相互聯系的，在操作運轉的時候各個設備的運行是否正確，都會影響到整體的運作，所以整體控制系統是一個巨大的整體，要保證所有設備的正常運作，才能確保所有設備的正常運作。

2.2 遠程控制系統的構造和層次設計

1）遠程信息管理層：為了確保所有的電氣設備有能夠實現管理和控制一體化功能的實現，在底層傳輸集成和數據集成的鋪墊下，每個集成子系統的動態顯示得到了實現，其中主要的功能包括：：管控一體化“管理支撐機電運輸設備，實現了機電設備中生產自動化和管理信息化的完美結合。實行管理控制一體化系統后，在下達機電設備調度和生產中的安全操作指令是能夠及時的發現各類突發事件并及時解決突發事件。為了實現管理控制的相互聯系和及時性，控制系統做到了能夠實時的采集數據存儲在管控服務器中并集成與生產相關的各種重要信息。在現場的各個角落設置監控站并在監控中心的大屏幕上進行遠程監控，這樣就做到了對所監測的設備進行全方位的智慧和監控。

2）網絡層：為了同時可以接入不同協議的數據，在遠程控制系統中國采用光纖工業以太網結構，在數據的傳輸上現場總路的輸入線路和以太網，讓數據能夠快速準確的實現網絡傳輸。

3）設備層：設備無阻礙的與被控制的機電設備進行直接的聯系，要本地的設備的運行作用和常規保護作用能夠得到實現，隨時能夠顯示出本地的控制狀況，與此同時，還能夠與遠程信息管理的中樞系統進行雙向信息傳導，這樣就真正做到了遠程控制和本地控制的完美結合。

2.3應用軟件任務分類

在開發設計嵌入式遠程控制系統的時候，常常采用嵌入式實時操作系統Clinux以便進行系統中多個任務的同時管理和有序調度。關于實時多任務操作系統的主要決定因素是對任務以及終端進行的處理。用戶在管理過程中會調用Clinux的任務調度函數，然后從已經準備好的任務中尋找最高級的優先任務，同時進行任務的切換操作。根據任務的分配原則，以及電氣自動化遠程控制系統中的目的要求，我們將應用軟件劃分成為下面的幾個類型的任務：

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

2）保護功能任務：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。

3）人機交互功能：鍵盤響應、顯示器顯示等，這個功能的優先級最低。總體任務的實行只要有兩個不同的進程實現：當地數據的采集程序和網絡服務程序。

三、結語

嵌入式實時系統的開發是一個復雜繁瑣的過程，在開發的過程中，不僅在分析開始要求之后要對軟硬件的關系做出權衡，還要在系統的效率、成本、靈活性以及可以使用的工具之間做出比較，權衡利弊。這里所開發的基于Linux的嵌入式系統應用到遠程電氣自動化控制系統，它不僅能夠滿足現金工業制造領域對于工業控制監測系統提出的要求，也可以確保任務監測的實時性和準確性，而且在操作也很簡單，安裝和卸載都十分簡便，這樣也利于系統集成和維護。基于Linux的嵌入式系統的出現和應用是社會發展的必然產物，對于提高遠程監測的準確性有極其重要的作用，在工業控制領域有很好的應用前景。

參考文獻

[1]金真，唐明浩，蔣琳.Internet遠程監控系統的嵌入式實現方法[J].計算機工程，2006，32（1）：245 ～247.

[2]王學龍.嵌入式Linux系統設計與應用 [M ].北京：清華大學出版社，2001.

[3]沈緒榜.2001嵌入式系統及單片機國際學術流會論文集[ C ]. 北京：航空航天大學出版社，200l：230～233.

作者簡介

周永強，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，新技術開發組長，研究方向，自動化設備控制。