摘 要：針對機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程控制和無人值守控制的要求與功能，本論文詳細(xì)探討了機(jī)電一體化設(shè)備的遠(yuǎn)程無人值守自動化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，首先對系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的功能需求分析，在此基礎(chǔ)上給出了系統(tǒng)框架的層次設(shè)計(jì)方案，并對上位機(jī)程序系統(tǒng)進(jìn)行了流程分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；無人值守；遠(yuǎn)程控制

中圖分類號：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1概述

目前我國工礦領(lǐng)域已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了自動化控制和信息化管理，這主要得益于集散式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等現(xiàn)代通信技術(shù)的應(yīng)用，尤其是現(xiàn)場總線通信，能夠根據(jù)不同的機(jī)電設(shè)備的自動化控制需求設(shè)計(jì)不同的現(xiàn)場控制模式，因此目前在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，現(xiàn)場總線應(yīng)用的十分廣泛。但是現(xiàn)場總線由于采用了專門的通訊協(xié)議，針對不同的機(jī)電設(shè)備開發(fā)不同的通訊接口，由此造成了事實(shí)上的“信息孤島”，并不利于后期設(shè)備的維護(hù)管理。工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，在很大程度上改變了這一局面，這是由于工業(yè)以太網(wǎng)幾乎能夠兼容目前所有廠商設(shè)備的TCP通訊協(xié)議，而且以太網(wǎng)組網(wǎng)方式靈活，成本低廉，后期維護(hù)方便，因此，目前基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

2系統(tǒng)功能分析與設(shè)計(jì)

（1） 在線監(jiān)測

通過布置合適的傳感器，能夠?qū)C(jī)電一體化的設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動采集和實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過所選用的變速器，將設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)采集到數(shù)據(jù)采集模塊中，通過以太網(wǎng)通信協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)客戶端，通過客戶端專門開發(fā)的上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而為生產(chǎn)過程的連續(xù)可靠實(shí)施提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)支撐。

（2） 數(shù)據(jù)查詢

依靠上位機(jī)軟件的功能開發(fā)，主要是對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲，并按照一定要去進(jìn)行顯示，如按照時(shí)間統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)生成報(bào)表，按照時(shí)間走勢生成歷史曲線，通過對數(shù)據(jù)的直觀顯示能夠提高對設(shè)備工作狀態(tài)的評估，從而為機(jī)電一體化設(shè)備的合理維修提供可靠建議。

（3） 超限報(bào)警與聯(lián)動控制

基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程無人值守自動化控制系統(tǒng)，除了要能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)之外，還要能夠自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)數(shù)據(jù)超限時(shí)實(shí)施有效的報(bào)警，或者直接參與車間生產(chǎn)聯(lián)動控制，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的聯(lián)動控制動作，例如對機(jī)電設(shè)備及閥門進(jìn)行開閉控制，對機(jī)電設(shè)備的執(zhí)行元件進(jìn)行狀態(tài)更改等等，從而確保整個(gè)車間生產(chǎn)過程的安全性與可靠性。

（4） 權(quán)限管理與系統(tǒng)管理

權(quán)限管理主要是為了防止非操作人員或者非系統(tǒng)管理人員登錄上位機(jī)軟件之后，對軟件系統(tǒng)誤操作而造成損失，因此，上位機(jī)軟件系統(tǒng)的登錄界面分配了用戶名和密碼，只有經(jīng)系統(tǒng)確認(rèn)無誤的人員才能夠登錄軟件系統(tǒng)并使用該系統(tǒng)；系統(tǒng)管理主要包含了系統(tǒng)導(dǎo)航管理、系統(tǒng)幫助管理、系統(tǒng)插件管理等部分內(nèi)容，其主要作用是為了提高上位機(jī)自動監(jiān)測軟件的穩(wěn)定性和可靠性。

3系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)框架層次設(shè)計(jì)

針對機(jī)電一體化設(shè)備開發(fā)的遠(yuǎn)程無人值守自動化控制系統(tǒng)的控制需求，整個(gè)系統(tǒng)層次劃分如下：

（1） 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要是利用現(xiàn)代傳感技術(shù)和采集技術(shù)，對機(jī)電一體化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，主要包括監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，工作參數(shù)，環(huán)境參數(shù)等，將參數(shù)采集到網(wǎng)絡(luò)通訊接口中，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

（2） 數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸層主要是由工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建的環(huán)網(wǎng)，可采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是因?yàn)榄h(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)成本低廉，組網(wǎng)方式靈活，便于系統(tǒng)的后期擴(kuò)展和升級。以太網(wǎng)采用目前通用的TCP協(xié)議或者M(jìn)odbus-TCP協(xié)議，這能夠兼容目前99%的機(jī)電設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通訊接口協(xié)議。

數(shù)據(jù)傳輸層主要由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，路由器，服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，在實(shí)現(xiàn)由傳感器采集到的數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的廣播和轉(zhuǎn)發(fā)，從而滿足工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)的任一用戶對數(shù)據(jù)的需求，這也為數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸及遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

（3） 數(shù)據(jù)監(jiān)控層

數(shù)據(jù)監(jiān)控層主要是由數(shù)據(jù)顯示客戶端構(gòu)成，負(fù)責(zé)對底層采集到的機(jī)電設(shè)備的相關(guān)參數(shù)、數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并通過設(shè)計(jì)組態(tài)程序可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)監(jiān)控的相應(yīng)動作，如超限報(bào)警、故障報(bào)警等等；而在安全警報(bào)之內(nèi)的數(shù)據(jù)則進(jìn)行數(shù)據(jù)存盤，以防其他部門的調(diào)用。

（4） 動作執(zhí)行層

當(dāng)由控制中心發(fā)出某控制指令時(shí)，經(jīng)過工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)的傳輸，傳輸至驅(qū)動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)將控制中心發(fā)出的控制指令轉(zhuǎn)換為開關(guān)量，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制模擬量，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的控制動作，從而確保整個(gè)機(jī)電設(shè)備的正常穩(wěn)定可靠工作。

3.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

利用工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建4層遠(yuǎn)程無人值守自動化控制網(wǎng)絡(luò)，并且能夠與現(xiàn)有的Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無縫集成，這就為上位機(jī)軟件系統(tǒng)的開發(fā)帶來了極大的便利，同時(shí)也有利于對上位機(jī)軟件系統(tǒng)后期的維護(hù)和管理。

上位機(jī)軟件系統(tǒng)采用組態(tài)軟件，按照機(jī)電一體化設(shè)備的實(shí)際控制需求和控制功能進(jìn)行組態(tài)，設(shè)計(jì)好以太網(wǎng)通訊接口，將數(shù)據(jù)采集器的位地址和上位機(jī)組態(tài)軟件的寄存器地址一一對應(yīng)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)通訊和傳輸。具體的上位機(jī)程序執(zhí)行步驟如下：

系統(tǒng)初始化，與負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行通訊測試，確保網(wǎng)絡(luò)通訊連接成功；

上位機(jī)發(fā)送傳送指令，讀取相應(yīng)寄存器地址的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；

讀取到數(shù)據(jù)的同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲，并按設(shè)計(jì)好的時(shí)間節(jié)點(diǎn)生成報(bào)表；

實(shí)時(shí)將檢測到的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)預(yù)置的臨界警戒值進(jìn)行對比，一旦數(shù)據(jù)異常或者超出警戒值，上位機(jī)組態(tài)軟件即發(fā)出報(bào)警信息，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令，驅(qū)動相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成聯(lián)動動作的控制；

當(dāng)報(bào)警解除后，系統(tǒng)正常運(yùn)作，實(shí)時(shí)記錄機(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)。

結(jié)語

隨著現(xiàn)代化制造業(yè)和加工業(yè)的逐步發(fā)展，對機(jī)電一體化設(shè)備的控制要求越來越高，其控制功能也逐漸復(fù)雜，遠(yuǎn)程控制和無人值守是現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，因此，本論文在這樣的背景下探討了基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程無人值守控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，給出了具體的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，對于進(jìn)一步提高機(jī)電一體化設(shè)備的自動化控制水平和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守具有較好的指導(dǎo)借鑒意義。對于機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程無人值守控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，具體的技術(shù)問題還有很多，本論文只是一次粗淺的嘗試，更多具體的技術(shù)問題的實(shí)現(xiàn)有待于廣大電氣工程技術(shù)人員的共同努力，才能夠最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化自動控制技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用。

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