李帶軍 祝利明

摘要：隨著我國科技的不斷發(fā)展，機(jī)電控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)中得到充分應(yīng)用，機(jī)電控制系統(tǒng)在部分高端技術(shù)中得到更多的應(yīng)用。因此，本文分析研究了機(jī)電控制系統(tǒng)的控制要求，評價分析了機(jī)電控制系統(tǒng)的控制模式，以促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。由于機(jī)電控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不一致，操作平臺不同，難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，獨(dú)立系統(tǒng)再也不能適應(yīng)時代的發(fā)展提高系統(tǒng)間的互操作性和相互組織協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)信息整合和機(jī)電系統(tǒng)規(guī)劃，以及建立一個開放和全面的監(jiān)管整合網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)代企業(yè)的迫切需要。

關(guān)鍵詞：信息集成;以太網(wǎng)管理系統(tǒng);SNMP;OPC;研究分析

前言

信息集成是一個復(fù)雜的多層面過程，其主要目標(biāo)是減少系統(tǒng)間共享的多樣性和復(fù)雜性。異構(gòu)的主要原因是系統(tǒng)協(xié)議不一致。因此，信息集成的任務(wù)是隱藏這些異構(gòu)性。因此，有必要探討信息系統(tǒng)整合的方法和機(jī)制，以及如何建立新的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)機(jī)電系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)的透明整合。

一、實(shí)現(xiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)控制的基本要求

1.對控制方式的基本要求

在機(jī)電控制系統(tǒng)中，必須按照控制對象進(jìn)行手動控制和自動控制。手動控制是指系統(tǒng)在人工環(huán)境中的行為和決策，以便能夠控制受控對象。自動控制是指基于相關(guān)控制工具和儀器的自動控制在無人干預(yù)的情況下進(jìn)行的運(yùn)行狀態(tài)。自動控制用于機(jī)電控制系統(tǒng)【1】。但是，隨著科技的發(fā)展和創(chuàng)新，在控制自動化方面仍需要改進(jìn)和創(chuàng)新，同時需要充分發(fā)展相關(guān)技術(shù)人員的能力和能力。機(jī)電控制只有在自動控制技術(shù)成熟的情況下才能應(yīng)用，進(jìn)一步解決實(shí)際應(yīng)用中一些比較復(fù)雜的控制問題，促進(jìn)共同的、基于控制的控制結(jié)構(gòu)。

2.標(biāo)準(zhǔn)化的控制要求

機(jī)電控制系統(tǒng)包含模塊的組織結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置。在控制項(xiàng)中，必須標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)定參數(shù)。如果參數(shù)信息輸入到系統(tǒng)中，則控制值必須按照相應(yīng)的參數(shù)精確。機(jī)電控制系統(tǒng)完成后，必須在操作中更改控制值。在這種情況下，必須在機(jī)電控制系統(tǒng)中進(jìn)行精確的輸出。當(dāng)機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行時，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生穩(wěn)定有效的運(yùn)行，控制系統(tǒng)也可以集成到受控運(yùn)行中，控制值的數(shù)據(jù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍，不同的控制值可以在機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行時達(dá)到所需的范圍。

3.對控制系統(tǒng)的快速性要求

機(jī)電主控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速要求，該值可以快速控制，控制值應(yīng)在短時間內(nèi)調(diào)整。準(zhǔn)確的設(shè)定值是機(jī)電控制系統(tǒng)初始階段設(shè)置的初始值，受影響人員通過各種程序和操作獲得缺省數(shù)據(jù)【2】。為了保證校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，機(jī)電控制中需要相應(yīng)的糾正措施，防止控制值與預(yù)期值不符，并實(shí)現(xiàn)對控制的充分控制，需要相應(yīng)的微觀層面的措施和動作。

二、機(jī)電控制系統(tǒng)中的基本控制方式

1.機(jī)電控制系統(tǒng)的開環(huán)控制

開環(huán)控制是基于值的。此控制方法用于測量指定的值，以允許控制。原理是機(jī)電控制系統(tǒng)首先分析某一特定值的計算，并根據(jù)結(jié)果將受控對象的控制和計算應(yīng)用于受控對象。工作精度的控制主要受校準(zhǔn)和原始零件的影響。雖然這種控制方法具有易于使用的優(yōu)點(diǎn)，但抗干擾性不如校準(zhǔn)功能好，因此在操作過程中容易受到特征參數(shù)或外部因素的變化的影響，從而導(dǎo)致控制量偏離某個特定值，并且無法保證控制精度。例如，在外部干擾較低或控制精度較低的情況下，當(dāng)成本較低、易于調(diào)整且結(jié)構(gòu)簡單時，尤其是在外部干擾較弱且系統(tǒng)樹相對穩(wěn)定的情況下，此功能非常有用。第二種選擇是基于擾動控制。該控制方法通過測量電壓波動得到補(bǔ)償，輸出偏差已經(jīng)達(dá)到。工作過程中，系統(tǒng)測量、分析、計算和補(bǔ)償控制系統(tǒng)的干擾，因此也稱為預(yù)控制和正向反饋?？刂菩盘栐诳刂茖ο蠛褪芸貙ο笾g單獨(dú)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)整個控制。

2.反饋式控制模式

機(jī)電控制系統(tǒng)偏差的閉環(huán)控制方法與轉(zhuǎn)速控制器一起使用。稅捐制度會測量指定值與控制項(xiàng)之間的差異，并根據(jù)差異來控制控制控制項(xiàng)。也就是說，當(dāng)系統(tǒng)偵測到指定值與控制項(xiàng)之間的差異時，會持續(xù)調(diào)整控制項(xiàng)。因此，控制是以反饋原理為基礎(chǔ)的【3】?？刂破鲗⒅付ǖ闹蹬c控制器進(jìn)行比較，使控制信號向前和向后傳遞，形成閉環(huán)、反饋或閉環(huán)。如果從指定值中減去計數(shù)點(diǎn)信號，則控件為負(fù);否則為正。反饋控制具有特殊的特點(diǎn)。無論影響系數(shù)如何，如果金額與特定值不同，都會生成相應(yīng)的控件以解決或減小差異，從而使金額接近指定的值。負(fù)反饋是實(shí)現(xiàn)基于偏差的控制系統(tǒng)的信號傳輸和結(jié)構(gòu)連通性的重要標(biāo)志。此類控制可實(shí)現(xiàn)較高的控制精度，而不管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化或干擾。如果驅(qū)動變量與指定的值不匹配，則會自動更正這些變量。但是，該控制包括許多零件，電路的復(fù)雜性，特別是在系統(tǒng)性能的設(shè)計和分析過程中，并且可能導(dǎo)致受控制的對象在系統(tǒng)發(fā)生故障時擺動。但是，作為機(jī)電控制中最基本、最重要的控制方式，閉環(huán)控制在現(xiàn)實(shí)世界中仍有較高的應(yīng)用率。

3.復(fù)合式控制方式

復(fù)合控制的類型本質(zhì)上是閉環(huán)控制和開環(huán)控制的組合，即進(jìn)一步提高控制精度，更好地滿足生產(chǎn)要求，在閉環(huán)中添加前端輸送通道或輸入信號。反饋控制的正常運(yùn)行需要外部干擾，否則無法糾正。擾動控制比基于偏差的控制簡單，但不能在不能測量擾動時應(yīng)用。補(bǔ)償單元只能補(bǔ)償一個干擾因素，不能補(bǔ)償其他干擾。考慮到上述控制，基于擾動的控制應(yīng)與差分控制相結(jié)合，通過補(bǔ)償補(bǔ)償彌補(bǔ)最大擾動，消除擾動引起的偏差。

三、基于以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò)

1.變電站自動化系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)模式

變電站自動化系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)外設(shè)備的控制、監(jiān)控和保護(hù)。變電站自動化系統(tǒng)與其他機(jī)動系統(tǒng)信息集成的關(guān)鍵問題是將智能機(jī)電設(shè)備納入網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)實(shí)時性。變電站自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可分為三類：正常運(yùn)行時循環(huán)數(shù)據(jù)、故障狀態(tài)時自發(fā)數(shù)據(jù)和命令時隨機(jī)數(shù)據(jù)【4】。周期性數(shù)據(jù)穩(wěn)定、連續(xù)、可變，隨機(jī)數(shù)據(jù)流較少。對于自動化的高功率系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)控制功能的實(shí)時請求通常定義為4毫秒。電氣研究所（EPRI）驗(yàn)證了以太網(wǎng)能否滿足電力系統(tǒng)的實(shí)時要求。以太網(wǎng)和12mb/s令牌在特定“最壞”形式的Profibus網(wǎng)絡(luò)傳輸中的性能比較。研究表明，具有共享集線器連接的100 Mbps以太網(wǎng)和具有交換機(jī)集線器連接的10 Mbps以太網(wǎng)滿足了4毫秒網(wǎng)絡(luò)通信時間的要求。如前所述，以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于變電站自動化系統(tǒng)是可行的。

2.進(jìn)入現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

由于數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和介質(zhì)依賴于不同的現(xiàn)場總線技術(shù)，因此根據(jù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接原則，網(wǎng)絡(luò)連接有不同的方式：中繼、橋接、路由器和數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)?，F(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一般不同于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，如實(shí)時日志和簡單日志【5】。TCP/IP協(xié)議上以太網(wǎng)ISO/OSI文件中的TCP和IP層對應(yīng)用程序透明，應(yīng)用程序?qū)佑沙绦蛘{(diào)整。為此，最好通過應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，允許通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為不同的協(xié)議，根據(jù)特定規(guī)則為不同的總線執(zhí)行信息指引，并將各個總線系統(tǒng)就地集成到基于以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò)中。

3.以太網(wǎng)技術(shù)

以太網(wǎng)是在商業(yè)領(lǐng)域設(shè)計的最初階段使用的。工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用需要實(shí)時解決問題?？赏ㄟ^CSMA/ CD協(xié)議訪問以太網(wǎng)介質(zhì)。對于實(shí)時要求很高的引擎系統(tǒng)，如果以太網(wǎng)響應(yīng)時間不確定且無法實(shí)時交換信息，則可能會延遲關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸。因此，基于以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò)必須滿足穩(wěn)定性和可靠性要求。CSM A/CD協(xié)議（多磁帶備份問題的梁檢測）可在工作時監(jiān)控電纜，以防其中一個工作站需要傳輸數(shù)據(jù)。如果該鏈接正被另一個工作站使用，則該工作站將在發(fā)送之前等待一個自由鏈接。如果連接是空閑的，則立即傳輸該連接。如果兩個工作站的數(shù)據(jù)傳輸在自由連接上同時開始，則會發(fā)生沖突，因此所有工作站的數(shù)據(jù)傳輸都會停止，執(zhí)行二進(jìn)制算法，等待隨機(jī)時間，然后重復(fù)該過程【6】。CSMA/ CD的工作方式可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)不可預(yù)知的延遲，即使數(shù)據(jù)傳輸可能會長時間無法發(fā)送。交換以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提高了以太網(wǎng)技術(shù)中CSMA/ CD介質(zhì)使用方式的不確定性?？焖僖蕴W(wǎng)技術(shù)的結(jié)合極大地提高了以太網(wǎng)的實(shí)時性能。

4.控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)是基于交換機(jī)的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，主要由現(xiàn)場總線、RTU、服務(wù)器、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成。中心和分支拓?fù)涫沁B接到服務(wù)器100 mbit以上的中央網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)系統(tǒng)。該服務(wù)器主要由監(jiān)視服務(wù)器、控制服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成。監(jiān)視計算機(jī)監(jiān)視受控網(wǎng)絡(luò)上的運(yùn)行狀況和各種數(shù)據(jù)底層設(shè)備可以遠(yuǎn)程控制或設(shè)置參數(shù)，數(shù)據(jù)庫可以管理和備份數(shù)據(jù)。

四、以太控制網(wǎng)絡(luò)管理

1.簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議已成為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。SNMP由一組協(xié)議組和規(guī)范組成，提供了一種收集網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理信息的方法【7】。SNMP主要由四部分組成：網(wǎng)絡(luò)管理控制臺（NMS）、分散在網(wǎng)絡(luò)管理對象上的代理、管理資料檔案庫MIS和帶有描述受管理對象狀態(tài)的代理的SNMP（管理信息庫）。NMS通過SNMP管理網(wǎng)絡(luò)中的每個設(shè)備。管理系統(tǒng)由一組變數(shù)組成，這些變數(shù)代表物件屬性管理的一個方面。代理位于托管對象上，收集本地信息，并將值分配給本地托管信息系統(tǒng)中的相應(yīng)變量。所有控件都在“檢索-保存”模式下運(yùn)行。NMS是整個網(wǎng)絡(luò)的中心控制點(diǎn)。管理托管對象信息系統(tǒng)的變量值由代理使用原始語言Get、GetNext等讀取。以獲取和集成網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀態(tài)，并確定所需的控制行為。然后，使用源語言設(shè)置命令，代理將采取相應(yīng)的操作來有效地管理設(shè)備。

2.控制網(wǎng)絡(luò)管理軟件的總體結(jié)構(gòu)

SNMP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義了管理和代理管理之間可以匯總的功能：Get允許管理站從代理設(shè)置相關(guān)對象的值。Set允許網(wǎng)絡(luò)管理站在代理上設(shè)置相應(yīng)的值。陷阱允許代理通知管理工作站重要事件，例如對代理管理存儲庫中MIS值的重大更改。HP openview平臺的系統(tǒng)設(shè)計是一個開放、模塊化、分布式的基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)平臺，支持基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，為用戶提供了基于SNMP的設(shè)計模板和應(yīng)用程序環(huán)境。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計開發(fā)，其中管理站主要由SNMP管理模塊、代理模塊和MIS更新模塊組成【8】?！腹芾泶沓淌健故窍到y(tǒng)上的處理作業(yè)。管理也是一種模塊化設(shè)計，包括代理響應(yīng)模塊和管理信息系統(tǒng)更新模塊。

3.現(xiàn)場信息的獲取

以太網(wǎng)中的每個節(jié)點(diǎn)都連接到一系列外部設(shè)備，這些設(shè)備構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)，用于獲取這些外部設(shè)備的配置數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)。從底層設(shè)備通過高級應(yīng)用程序檢索信息的方式是一個非常重要的問題。DDE和OPC模式可用于獲取字段信息。DDE模式下的應(yīng)用程序共享共享內(nèi)存信息，即監(jiān)視計算機(jī)是控制網(wǎng)絡(luò)的工作站和提供信息網(wǎng)絡(luò)的工作站。C/S系統(tǒng)通過兩個程序運(yùn)行：一個接收實(shí)時信息的通信程序;信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的實(shí)時數(shù)據(jù)，作為DDEServer;，第二個是DDE客戶端的應(yīng)用程序界面，它接受DDE服務(wù)器的實(shí)時數(shù)據(jù)并將其寫入信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。對于此方法，應(yīng)用程序平臺必須支持windows功能。其優(yōu)勢在于靈活性、實(shí)時性能和易于實(shí)施。缺點(diǎn)是軟件成本高昂，數(shù)據(jù)點(diǎn)效率低下。

結(jié)束語

綜上所述可以知道，機(jī)電控制系統(tǒng)之間的不兼容使公司的生產(chǎn)管理更為復(fù)雜。將以太網(wǎng)引入基于多套總線和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)動控制系統(tǒng)集成控制域，并對其可行性進(jìn)行了分析。對機(jī)電側(cè)管理系統(tǒng)的監(jiān)控和管理是通過基于SNMP的以太網(wǎng)管理系統(tǒng)進(jìn)行的。

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