探討嵌入式的遠程電氣控制自動化系統

謝中鵬 武漢輕工大學電氣與電子工程學院 408300

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探討嵌入式的遠程電氣控制自動化系統

謝中鵬 武漢輕工大學電氣與電子工程學院 408300

【文章摘要】

隨著科學技術的快速發展，在電氣控制系統上的研究取得了新的突破。電氣控制自動化系統在工廠中使用，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的研究中，融入了嵌入式系統，使遠程電氣控制自動化系統更科學、更方便。本文對傳統的遠程電氣控制自動化系統與嵌入式遠程監測系統進行分析，并探討如何實現嵌入式的遠程電氣控制自動化系統及其發展趨勢，確保機電設備的順利運行，從而確保機電設備的順利運行，提高企業的經濟效益，對企業的發展具有積極意義。

【關鍵詞】

嵌入式；遠程；電氣控制；自動化系統

0 前言

我國多數工廠，在機電設備管理工作中，采用了電氣化系統進行管理，大大提高了機電設備的管理質量，但是，管理控制方式使用的依然是傳統的分散式進行管理，該管理方式的弊端在于管理具有一定的局限性，隨著電氣設備的發展，已經滿足不了人們的需求。但是，若是通過局域網建立一個環網進行遠程控制設備，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，此控制自動化系統體現了一體化性能，是機電設備理想的控制管理系統。

1 傳統的遠程控制系統及嵌入式遠程監測系統分析

近年來，我國科學技術蓬勃發展，工業自動化有如雨后春不斷涌現，人們對控制系統提出了更高的要求，工業生產中離不開自動化控制系統，該系統的研發建立在多媒體技術、計算機計算以及網絡通信技術等之上，是多種技術結合之下所衍生的產物，具有理想的通訊功能，將人機有機結合，進行機電設備的控制與管理工作。但是，隨著大型工業的發展，過程控制站的規模越來越廣泛，功能發生了改變，愈加集中，現場傳輸信號、檢測信號以及控制等，一一采用的是模擬信號，已經代替了集中監控、分散控制的方式。迫于大型工業的需求，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，傳統的DCS控制方式對其進行管理控制，問題百出，在今天已經不適用，太網的遠程集控系統解決了一系列的問題，在工業生產中得到了認可，實現了現場控制，除了部分的儀表不能進行有效控制之外，其他的現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將成為未來的發展趨勢。

潛入式系統將計算機技術、控制技術以及通訊技術結合起來的一種技術，功能強大，其系統包括了微型操作系統、微電子芯片、設備驅動等，系統軟件與硬件之間具有良好的協同性，人們可以根據實際需要，剪裁硬件與軟件系統，此系統不但降低了成本，而且可以達到系統對體積、功耗的相關要求。嵌入式系統和傳統的系統不同，其采用的是新型的技術，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從誕生發展到今天，已經走過了30多年的發展歷程，最初開始該系統只是單片機，發展到80年代時，采用了CPU，系統操作簡單單一，進入90年代時，嵌入式系統才正式投入使用，發展到今天，嵌入式系統以將計算機等多種技術相互結合，系統功能更強大，尤其是Internet技術的融入，標志著嵌入系統技術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中，獲取信息更加快捷方便，在科技技術迅速發展的今天，嵌入式的遠程電氣控制自動化系統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 何實現嵌入式的遠程電氣控制自動化系統

2.1實現的方式分析

嵌入式的遠程電氣控制自動化系統，能滿足人們對機電設備進行遠程控制，在工業中，主要是使用臺網遠程集控系統實現遠程控制，該系統之所以可進行遠程控制，主要原因是每一個節點都設置有數字智能設備，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，模塊的分配結核控制系統結構特點、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，連接的實現采用到的是組態軟件，組態軟件將其連接之后，便可執行常規控制，將原來在DCS站中所進行的控制工程，轉移到現場進行分散控制，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，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會給控制系統造成不同的影響，一般情況下，選擇PLC時，多是結核縣城的通訊協議實際情況進行選擇，或者是可以和網絡開著那通訊交換信息為優先選擇，根據實際情況，選擇適合的PLC。嵌入式的電氣自動化控制系統在實際控制當中，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，其他設備工作狀態的影響對其均造成一定的影響，并且受到整個系統的控制，整個系統的運行狀態對其均有控制的能力。

2.2層次結構合計分析

遠程控制系統層次結構是整個系統中不可或缺的一部分，此部分設計是實現遠程控制系統的關鍵。系統層次一共分為三層，即遠程信息管理層、設備層以及網路層，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的核心，對所有的機電設備進行一體化控制，數據集成、底層傳輸集成為遠程信息管理層提供了管控平臺，可將集成子系統采用動態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、生產自動化這兩項結合在一起。使用時，采用管控一體化對機電設備進行指揮，調度操作系統，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，若是出現故障，可在第一時間里做出響應。另外，可將與生產有關的各種信息集成起來，系統所收集到的數據信息，均來自管控服務器中，掌握管控服務器信息的情況，具有聯動性的特點。為了掌握所有機電設備的運行情況，在現場設置一個監控站、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。設備層與網絡層相對于遠程信息管理層其系統層次結構較為簡單，設備層和被控制的機電設備直接聯系在一起，可將本地控制獲取的信息顯示出來，體現了對本地單元設備進行控制與維護，并且，還能進行數據傳輸，數據傳輸經過遠程信息管理層當中的中央調度室、局域網，兩者協同進行數據的傳輸工作，本地控制、遠程控制化為一體進行機電設備的管理工作。而網絡成則是使用到了光纖技術，其功能是將各種協議的數據信息全部接入，為現場總線、太網提供一個有效的傳輸路徑，將數據信息進行交換、傳輸。

3.3系統的開發分析

在進行嵌入式遠程電氣自動化系統的設計中，軟件設計工作占著舉足輕重的地位，嵌入式實時操作系統μClinux為核心控制系統，可對多項任務做合理的調度工作，并進行科學的管理。實時多任務操作系統應用程序具有實時性，實時性主要表現在對任務進行中斷處理，用戶使用時，根據實際情況，采用μClinux的任務調度函數，調度函數開始工作時將最優先、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，分類的要求是根據任務劃分及電氣自動化遠程集控系統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，測控基本功能實現任務是進行數據信息的預處理、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、優先等級都十分理想。而數據預處理的目的是根據實際需要，進行采樣數據的篩選工作，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中，實現系統任務，需要兩個進程，而且類型不同，一個是網絡服務程序，另外一個是本地數據采集程序，兩個程序是相互的，本地數據采集程序負責的是外部信號的采集工作，采集到數據之后，數據處理模塊對采集到的數據進行處理，處理的方式是數字慮波，完成之后進行數據的保存工作，保存模塊進行數據的保存時，需要把公共緩沖區里儲存的數據，根據格式要求進行保存，保存部位為Flash。而鍵盤模塊的功能是為用戶提供在現場工作時進行設備的控制，并收集有效參數。而網絡服務程序的組成為CGI程序與Web server程序所構成，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，當客戶需要幫助發出求助信息時，網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發出時，本地系統此時就會自動啟動CGI程序，轉換請求信號，將其轉變成為適合服務器的格式，經過處理之后，CGI再做處理，轉化成適合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的未來發展趨勢

嵌入式的遠程電氣控制系統與傳統的系統相比，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、工業中的數控 裝置、測量儀表、控制機、現場總線儀表以及商業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。近年來，隨著我國科學技術的快速發展，對嵌入式的遠程控制系統進行了深入研究，并取得了新的突破，嵌入式的遠程控制系統隨著互聯網技術的發展，慢慢走向成熟，嵌入式的遠程控制系統使用領域也在慢慢擴大，一直以來，人們要掌握到現場設備的信息，必須要開通專門的通信路線才可掌握到現場設備的實施情況，現在，嵌入式的遠程控制技術，只需要采用網絡就可對現場設備進行有效的控制，不受到距離的影響，只要有網絡就可實現遠程控制。嵌入式網路接入技術更方便，更快捷，將會成為未來發展的方向。在信息網絡時代的今天，通信技術已經得到普遍，而未來通信技術的普及面將更加廣泛，只需要網絡就可實現遠程控制，掌握現場的實際情況。

5 結束語

我國科學技術發展快速，但是，在對嵌入式實時系統的研究上，與發展國家相比依然存在一定的差距。價值嵌入式實時系統的研究難度大，開發過程中十分復雜，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衡，還需要考慮到整個系統的成本、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，能順利和太網連接，進行遠程控制，結構簡潔操作方便，便于維修，在軟件設計上，要滿足用戶可根據需要進行刪除、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。

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