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基于互联网的远程机电控制系统与传统机电控制系统的分析
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基于互联网的远程机电控制系统与传统机电控制系统的分析

【摘要】从目前机电控制的发展现状而言,已经逐渐发展到自动化。特别是基于互联网技术的远程机电控制系统,展现出更加明显的优势。本文以基于互联网的远程机电控制系统和传统机电控制系统为研究对象,比较两者之间的不同点并在此基础上重点分析基于互联网的远程机电控制系统。

【关键词】互联网技术;远程机电控制系统;传统机电控制系统

 

0.引言 

互联网的出现很大程度上推动了社会的进步,其中互联网技术对机电控制方面更是带来了深远影响。利用互联网技术实现了远程控制,减少了人力的投入,同时也提高了工作效率。传统的现场控制变成远程控制,这种方式的改变将相关专家学者研究的重点转移到对工业界中来。

1.传统机电控制系统分析

传统机电控制系统的发展借助了技术的不断进步,因此技术在不断更新的状态下传统机电控制系统也经历了几个发展阶段。第一阶段的传统机电控制系统主要使用基地式仪表实现参数的控制[1]。第二阶段已经实现了集中监视、操作与控制[2]。第三阶段,能够实现更加复杂的控制。正是这个阶段传统机电控制系统实现了单变量过渡到多变量。在第四阶段,机电一体化技术的出现带动了大量的机电控制技术的出现。传统机电控制系统中主要的机电控制系统结构有DDC系统、SCC系统、DCS系统、FCS系统。

(1)DDC系统即直接数字控制系统,该系统最主要的特征是计算机直接控制生产过程,整个系统操作十分灵活,具有较强的抗干扰能力,缺点在于运行速度与内存容量受限明显。

(2)SCC系统即监督控制系统,该系统实现了对整个生产过程的工艺参数的巡检,并利用生产过程中的数据模型计算出最佳定值反馈到计算机中,保证整个生产过程持续处于最优良状态下。该类系统的缺陷在于系统可靠性不高[3]。

(3)DCS系统能够实现对整个生产过程的集中监视、集中操作、集中管理与分散控制,该系统的诞生是计算机技术、信号处理技术、测控技术等多项技术结合产生,优点在于控制效果良好、数据处理可靠度较高、适用性强、运行较稳定。

(4)FCS系统即现场总线控制系统,该系统主要目的是实现对现场的控制。现场总线作为该系统中最核心的部分,特点在于能够实现现场通信网络、现场设备互连等,缺点在于互操作性不强。从某种程度上而言,FCS系统成为了今后工业控制方向发展的主要方向[4]。

2.基于互联网的远程机电控制系统

2.1基于互联网的远程机电控制系统的理论基础

基于互联网的远程机电控制系统主要的组成部分为远程监控终端系统、远距离数据传输系统、现场设备检测与控制系统,三个系统的相互协作与联合实现了对设备的远程控制。远程监控终端系统主要负责的是设备状态的终端显示、控制命令与参数的输入,同时进行相关参数与数据的处理。远距离数据传输系统作为信息的传输通道,各项数据的传输目的在于将现场的设备信息传送到监控端,相关操作人员根据传送的信息了解现场的设备运行状态,决定下一步的具体操作。现场设备检测与控制系统实现了对现场设备的检测与控制,再将对现场设备控制得到的信息通过远距离数据传输系统反馈到施控端。

基于互联网的远程机电控制系统目前主要的控制方式主要有以下几种,包含保持型远程控制方式、完成型远程控制方式、安全型远程控制方式、人机交互式远程控制方式。其中从实际的应用中而言,目前比较常用的是除了完全型远程监控方式之外的另外三种。

2.2基于互联网的远程机电控制系统关键技术研究

(1)基于互联网的远程机电控制系统的数据采集。基于互联网的远程机电控制系统信息来源于现场数据的采集。由于数据采集对基于互联网的远程机电控制系统的控制效率有十分重要的意义,因此需要根据实际情况选择最佳的I/O设备与软件编程方法。

(2)数据访问与交换重点放在受控端、设备层与控制层、受控端与施控端三个方式上。其中受控端就是一个机电控制系统,该系统中的设备层、控制层与信息层实现了相互之间的数据交换。设备层与控制层数据交换的过程是将设备信息传输给现场监控相关人员,相关人员再将控制指令传达至设备。控制层内部之间的数据访问与交换目的是满足统一显示的要求。控制层与信息层的数据访问与交换利用到的是ODBC技术。受控端与施控端实现数据访问与交换的媒介就是互联网[5]。

(3)基于互联网的远程机电控制系统中一个目前比较明显的控制问题就是网络存在传输延迟,并且这种延迟无规律可循。由于通讯过程中存在系统延迟导致控制性能下降。目前主要表现出来的延迟性问题有两种,关于固定延迟,目前主要采用双向主从控制系统,使用到的双向主从控制技术是利用估计器识别环境,同时利用力反馈和共享阻抗的方式有效改善控制性能,试验证明即使延迟时间达到4s仍然能够保证良好的控制性能。关于随机延迟,目前并没有一个能够有效解决的方法。比较有效的解决方法是分析目前现有的数据找出其中的规律使用n步预测器有效抵消延迟变化。这种方法理论上可行,但是应用到实际中还存在一定技术难度。

(4)从安全性的角度而言,由于互联网环境变得越来越复杂。基于互联网的远程机电控制系统开放程度越来越高,如何在日益复杂的网络环境中保证系统的安全是一个亟需解决的问题。如果基于互联网的远程机电控制系统在运行过程中遭受到病毒、黑客的侵入,导致生产过程中断或者出现问题,将会造成十分严重的后果。因此针对安全性问题需要针对性解决。第一,加强对操作人员的身份问题与访问权限的控制。第二,严格保证在操纵过程中相关操作信息与生产信息在传输过程中不被外泄或者窃取。第三,实现所有信息的备份与加密。第四,加强网络漫游功能,有权限的工作人员能够不限时间不限空间实现远程监视。第五,投入资金、人力设置防火墙、防止网络病毒入侵。目前更高安全效率是申请数字证书加上定义安全控制表,同时使用安全套接字层协议。该协议能够保证应用层的数据安全、信息完整,该协议涉及到对称加密、公用密钥加密等。

(5)OPC技术目的在于优化数据交换标准,使得工控系统更加具有开发性。OPC技术建立一个接口标准,在控制设备与控制软件中建立一个统一的数据存取规范,保证通信规范。在OPC服务器中建立一个设备监控物理I/O端口与OPC服务项的对应关系,再建立一个映射关系就能够实现对现场设备的控制。DDE(动态数据交换)技术能够实现内存的共享从而实现进程与进程之间的数据交换以及使用DDE协议或者传递数据的同步。目前关于DDE协议存在一种基于消息的DDE,另一种是基于动态数据交换管理库应用程序。DDE技术的应用能够实现与Web服务器之间的数据通信,更好的实现了基于互联网的控制。

3.结语

总而言之,本文关于对传统机电控制系统与基于互联网的远程机电控制系统进行了分析与研究,基于互联网的远程机电控制系统的发展与广泛应用离不开传统机电控制系统在长期发展过程中不断累积与更新的理论知识与科学技术。针对目前基于互联网的远程机电控制系统中存在的安全性与延迟问题本文提出了一些参考意见,最终目的是希望基于互联网的远程机电控制系统能够发展的更加稳定、控制性能更加稳定。

 

【参考文献】

[1]郭梅,张立新,黄庆林.基于 GTS-400 运动控制卡钻铣平台结构与控制系统的设计[J]. 石河子大学学报(自然科学版),2015,12(02):127-128.

[2]曹家骏,林科,叶怀汉,刘宝华.3d布置与9点布置对发动机声功率测量的不确定度影响[J].内燃机工程,2011,17(13):168.

[3]陈荣军.基于台达机电产品的并条机自调匀整控制系统设计[J].自动化技术与应用,2013,17(03):153.

[4]郭志冬,张翔,周民法.基于单片机的家用电器电话远程控制系统设计[J].河南机电高等专科学校学报,2014,33(20):186.

[5]张晓艳,王铁勇,袁卫平.基于机载机电控制与管理计算机(USMC)容错技术的研究[J].微电子学与计算机,2014,31(10):133.

 

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