楊玉紅

摘要：針對現(xiàn)有的遠程自動化控制技術，本論文結合工業(yè)以太網(wǎng)詳細探討了機電設備在遠程自動控制中的網(wǎng)絡接入技術。首先對比分析了目前幾種主流常用的遠程自動控制技術，分析了其在實際應用中的利弊，在此基礎上探討了工業(yè)以太網(wǎng)的應用，重點詳細分析了遠程機電設備接入工業(yè)以太網(wǎng)的幾種方式，并結合工業(yè)以太網(wǎng)的具體應用問題分析了機電設備在遠程自動控制應用中應注意的實際技術問題，給出了相應的解決辦法，對于進一步提高工業(yè)以太網(wǎng)在機電自動控制領域中的應用水平具有較好的借鑒指導意義。

關鍵詞：遠程控制 機電控制 網(wǎng)絡接入

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0009-01

隨著機電裝備的復雜化，現(xiàn)在的機電設備，不僅體積大，規(guī)模大，內部結構復雜，而且其實現(xiàn)的功能非常多，往往需要同時完成若干多項功能，因此對于這一類機電裝備的監(jiān)測，其監(jiān)測控制系統(tǒng)也必須具備較為復雜的控制功能。隨著網(wǎng)絡技術和遠程控制技術的發(fā)展，逐漸對于大型機電裝備的控制提出了遠程網(wǎng)絡化和無人值守控制的要求，這就要求必須利用網(wǎng)絡控制技術實現(xiàn)對機電裝備的遠程控制和無人值守，因此，必須要對遠程機電控制中的網(wǎng)絡接入技術加以研究，以確定最適宜的遠程網(wǎng)絡接入和遠程控制技術的應用。

1 遠程控制技術發(fā)展概述

過去應用最為廣泛的遠程控制技術主要有以下幾種類型。

1.1集散式遠程控制

集散式遠程控制，是為每一個監(jiān)控對象，即每一臺機電設備都安裝監(jiān)測儀表，將所有的監(jiān)測儀表所采集到的數(shù)據(jù)全部發(fā)送到控制機上，由控制機實現(xiàn)對全部機電設備的集中控制。這種遠程控制模式應用方式簡單，組網(wǎng)成本較低，但是由于全部數(shù)據(jù)由控制機進行操作，實際上增大了控制機的負擔，導致整個系統(tǒng)的可靠性較低，健壯性較差。

1.2分布式遠程控制

針對集散式遠程控制模式在實際應用中所出現(xiàn)的問題，逐漸出現(xiàn)了分布式遠程控制代替了過去的集散式遠程控制。分布式遠程控制是將所有被監(jiān)測的機電設備的相關參數(shù)進行采集與監(jiān)測，分別發(fā)送到幾個分站進行集中控制，通過通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)分站與主站之間的數(shù)據(jù)通訊，從而完成主站對各個監(jiān)測對象的遠程監(jiān)測與控制。分布式遠程控制的最大優(yōu)勢就在于客觀上降低了主站控制機的負擔，由各個分站控制機共同分擔，從而在一定程度上提高了系統(tǒng)的可靠性和健壯性。但是分布式遠程控制模式在應用中也存在一定的弊端，那就是組網(wǎng)復雜，組網(wǎng)成本較高，不適宜大規(guī)模應用。

1.3現(xiàn)場總線式遠程控制

現(xiàn)場總線式遠程控制是近幾年新發(fā)展起來并得到大規(guī)模應用的一種遠程控制模式。這種控制模式能夠根據(jù)現(xiàn)場需要被監(jiān)測的機電設備的具體數(shù)據(jù)通訊接口分別設計不同的現(xiàn)場通訊總線，從而將集散式遠程控制和分布式遠程控制的優(yōu)勢集于一身。

2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠程機電控制接入技術探討

2.1面向工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡接入技術

目前機電設備接入工業(yè)以太網(wǎng)有以下幾種技術模式。

（1）通過傳感儀表接入。

機電設備的自動化控制，離不開傳感監(jiān)測，因此很多機電控制系統(tǒng)都是通過傳感儀表實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)的采集傳輸，利用傳感儀表的輸出接口，為其配置合適的網(wǎng)絡接入接口，從而實現(xiàn)將機電設備的狀態(tài)參數(shù)接入工業(yè)以太網(wǎng)。

（2）通過數(shù)據(jù)采集板卡接入。

在一些機電設備的自動化控制系統(tǒng)中，出于數(shù)據(jù)管理的需求，也會采用數(shù)據(jù)采集板卡的方式將機電設備接入以太網(wǎng)網(wǎng)絡。將傳感儀表所采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸至數(shù)據(jù)采集板卡，由數(shù)據(jù)采集板卡的輸出接口，根據(jù)工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸規(guī)范，為其配置合適的網(wǎng)絡通訊接口，例如普通的TCP/IP協(xié)議接口，串口轉以太網(wǎng)接口，Modbus-TCP協(xié)議接口等等，實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)對機電設備的網(wǎng)絡遠程化控制。

（3）通過以太網(wǎng)接口模塊接入。

有的機電設備，其數(shù)據(jù)通訊接口不是標準接口，這個時候就需要為其配置專用的以太網(wǎng)接口模塊，而這種以太網(wǎng)接口模塊并不是標準件，需要針對不同的機電設備的具體接口類型做有針對性的開發(fā)設計。但是不管用哪種類型的以太網(wǎng)接口模塊，模塊內部的以太網(wǎng)電路都是一樣的，目前基本上都是采用RTL8019AS以太網(wǎng)通信控制器實現(xiàn)的，再配合雙絞線驅動器和標準的以太網(wǎng)RJ45接口，從而完成由非標準的機電設備接口到標準的以太網(wǎng)通信接口的轉換，實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)對機電設備的遠程化控制。

2.2實際應用中需要注意的問題

（1）網(wǎng)絡遲延問題。

工業(yè)以太網(wǎng)由于采用的是偵聽發(fā)送的機制，因此在進行數(shù)據(jù)交換傳輸?shù)臅r候，會不可避免的產生延時的問題，而對于遠程機電控制系統(tǒng)而言，控制的實時性要求非常嚴格，有的機電設備其控制指令甚至要求必須在千分之一秒內完成，因此這就對工業(yè)以太網(wǎng)的實時性提出了挑戰(zhàn)。而事實上，工業(yè)以太網(wǎng)在實際應用中，也確實暴露出了遲延問題。為此，對于一些實時性要求較高的機電控制系統(tǒng)，必須采用合適的控制策略，比如VPN技術、流量管理策略等等，以提高工業(yè)以太網(wǎng)在機電設備自動化控制中的實時性。

（2）數(shù)據(jù)丟包問題。

由于工業(yè)以太網(wǎng)的遲延問題，所以數(shù)據(jù)丟包問題就不可避免，這也就造成了工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性問題。對于此，必須要引入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)監(jiān)管機制，對數(shù)據(jù)丟包率進行嚴格控制，尤其是對有可能會引發(fā)大規(guī)模數(shù)據(jù)丟包的網(wǎng)絡載體和流量載體，必須單獨構建傳輸網(wǎng)絡，以提高工業(yè)以太網(wǎng)在機電設備自動化控制中的可靠性。

3 結語

基于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)的遠程無人值守自動化控制模式目前已經(jīng)得到了大規(guī)模應用，盡管工業(yè)以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)通訊的實時性方面有待突破，但是就目前的技術應用而言，工業(yè)以太網(wǎng)應用于工礦自動化控制是完全可行可靠的。本論文在對比分析了目前幾種主流的遠程控制技術的基礎上，重點探討了基于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)的遠程機電控制中的網(wǎng)絡接入技術，詳細探討了接口技術在實際中的應用，對于進一步提高機電自動化控制的遠程化、網(wǎng)絡化、信息化水平具有很好的指導借鑒意義。當然，要實現(xiàn)將工業(yè)以太網(wǎng)完全取代現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術還有很長的一段路要走，其中需要攻克很多技術難關，這有待于廣大網(wǎng)絡通信技術人員的共同努力，才能夠最終實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)在工礦自動化控制領域的大規(guī)模應用。

參考文獻

[1] 顏建軍，宋執(zhí)環(huán)，韓波.基于嵌入式Internet的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].機電工程，2003，20（5）：55-57.

[2] 安娜.基于互聯(lián)網(wǎng)的恒壓供水遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[D].武漢：武漢理工大學，2007.

[3] 王宣銀，陶國良，陳鷹.機電一體化的創(chuàng)新及發(fā)展方向[J].機電一體化，2000（6）：5-8.