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基于Internet的远程测控技术(2)

基于Internet的远程测控技术(2)

点击数:7209 次   录入时间:03-04 12:01:37   整理:http://www.55dianzi.com   PLC入门
(2) 现场总线技术
作为新一代控制系统的体系结构,现场总线技术具有如下特点:                                               实现系统的全分散控制;
系统的开放性;
设备的智能化与功能自治性;
互操作与互用性;
对现场环境的适应性。
现场总线的这些特点和传统控制系统的体系结构相比,具有节省硬件数量和投资、减少安装费用、降低维护开销、用户具有高度的系统集成自主权、提高了系统准确性和可靠性、便于实现基于网络的远程监控等优点。
但目前,由于现场总线技术出现的时间还不长,仍处于发展阶段。现在应用的现场总线产品主要是低速总线产品,而高速现场总线产品正展开激烈的竞争。高速现场总线主要应用于控制网络内的互连,连接控制计算机、PLC等智能程度高、处理速度快的设备,以及实现低速现场总线网桥间的连接。以太网是高性能现场总线的最好选择,不仅保证实现现场总线与Internet的数字式互连、互操作性和开放性,还可以保证网络的实时性、可靠性等。采用Ethernet的现场总线可保证技术的持续发展,千兆Ethernet技术已走上成熟,吉比特以太网产品也推向市场,另外Ethernet受到广泛的软、硬件开发技术的支持,几乎所有的编程语言都支持Ethernet的应用开发,例如Java、Visual C++、Visual Basic等。采用Ethernet作现场总线来实现远程测控,必将推进控制领域的彻底开放,实现控制技术更加迅速的发展。
以太网采用的是一种随机访问协议——带碰撞检测的载波侦听多址访问(CSMA/CD)介质访问控制协议,一般认为它不能满足控制系统的实时性要求。目前在工业控制领域的Ethernet应用中,通过限制总线上是站点总数目,控制网络流量,使总线保持在轻负载工作条件下,以满足控制的实时性要求。近些年来出现了快速交换式以太网技术,采用全双工通信,可以完全避免CSMA/CD中的碰撞,并且可以方便地实现优先级机制,保证网络带宽的最大利用率和最好的实时性能。它完全避免了CSMA/CD、主从、令牌等可能的低效率。
(3) 远程监控网络中的延时处理技术
系统中的延时处理技术是实现基于Internet远程监控的关键,处理不好将影响整体系统的性能。系统的延时主要有数据采集延时和数据传输延时所组成,采集系统一般采用双缓冲方式,采集延时=采集间隔+缓存点数。一旦采集方式确定,系统的信号延时就主要有网络传输延时决定了。
对于采用介质访问控制协议的交换式以太网,来实现远程测控的网络系统来说,有两个有效的方法来解决时延问题。采用全双工通信快速交换式以太网不会有延迟,也不会产生延迟的不确定性,但目前已安装的以太网卡90%都只支持半双工通信方式,系统容易产生“捕获效应”,导致一个节点独占传输通道,而其它网络节点都不能传输数据。PACE交互访问技术已把最大访问延迟降低到实时应用需要的水平,典型的应用是取允许发生的最大冲突次数为6或7,此时,最大访问延迟在5ms以内。另一个方法就是努力减小通信数据量,可以按照媒体的压缩方法:按信号工程特性减少信号的冗余信息和按视觉显示原理降低信号的冗余度,对系统信号进行压缩,华中理工大学也由此进行了基于工程特征的数据压缩法的研究实践,并获得了满意的结果。
(4) 网络化仪器仪表技术
微电子技术和Internet技术的发展已使国内外许多厂家正抓紧研制和推广网络芯片,从而这样能使传统的微控制器或工控机(PLC等)在网上被直接控制。基于Internet远程测控系统采用此类现场监控设备,将更加保证信息的快捷实时性,减少不必要的通信控制器,实现系统的完全分散控制。
由武汉力源电子股份有限公司研制并具有产权的WEB接口芯片Webchip,既具有低成本、易于掌握等优点,又可以使微控制器(MCU)应用系统与Internet实现便捷连接。PS2000是WEB接口芯片中的一种,它主要由核心控制单元、UART、嵌入式Modern接口模块、标准Modern接口模块、RS485收发控制单元、LED显示控制、DS2401接口、SPI接口模块等组成。核心控制单元主要完成通信与协议转换,PS2000片内驻留有网络协议解释与网络协议编译程序模块。它与MCU应用系统的信息交换由17条指令控制;与PC机网关通信时,负责对网络协议进行规范或解释。由于PC机网关能提供HTTP服务,可杂爰扑慊��榔鹘涌冢�蔒CU应用系统通过PS2000上网十分方便。
网络化技术迅猛发展给仪表技术产生的巨大冲击,将使远程测控系统有坚实的基础。网络化仪表的发展出现了强大势头:测控仪表提供网络接口,允许通过TCP/IP协议进行远程控制和信息共事,将成为仪表性能的重要指标之一,中国国防科技大学设计研究的虚拟数字示波器已充分体现新时代仪表的特性;网络化智能传感器已开始投入研究阳,也将使测控现场产生深刻的变化。
(5) 故障诊断技术
传统故障诊断技术采用的专家系统的知识库是封闭的或半封闭的,其知识库的构造和知识的输入与修改均需由设计者来进行。而适合远程测控系统的故障诊断专家数据库必须基于WEB数据库开发式的体系结构,专家系统的设计者只需要完成一个简单实用的专家系统框架,不需要设计者去填充专家系统的知识库,知识库的填充是由系统的维护和使用者在使用的过程中不断去充实,从故障诊断的成功经验中提取相关的知识。                                                      (6) 网络安全技术
随着Internet应用普及,网络安全问题日益突出。基于Internet的远程测控必须把网安全问题放在重要的位置。网络通信的数据安全主要包括:数据传输的安全性,即保证在Internet上传输的数据不被第三方窃取;数据的完整性,即数据传输过程中不被篡改;身份验证,保证交换数据时确认对方的真实身份。
目前,网络安全已成为数据通信领域的一个重要研究方向,人们研究开发了各种各样的网络安全技术来保证网络通信的安全,采取的安全措施主要有防火墙技术、数据加密技术和身份确认技术等。远程测控可根据不同的网络安全要求采取不同的安全措施,对安全有特殊要求的系统,可以采用专用的网络;对网络安全要求一般的系统,可使用网络防火墙,并对数据进行加密。无论采用何种安全措施,最重要要加强网络安全管理意识。
3、基于Internet远程测控的应用与前景
Internet和工业控制技术的结合,给控制技术带来了飞速的发展。国内外已积极地开展了远程控制的应用与研究,并取得良好的效益。
中国科学院等离子体物理研究所的HT-7超导托卡马克装置规模大、参数多。整个系统采用不同类型的计算机,操作系统也不同,而且各个子系统的控制计算机分布在不同的实验现场,相距甚远。实验的特殊性要求控制系统能完成实时控制,而且各功能子系统间的数据传输量也大。为实现整个系统的实时监控及诊断保护,系统采用了基于交换式快速以太网的网络技术,利用基于TCP/IP协议的Socket网络编程,不仅实现了数据共享、高速可靠的数据传输,而且系统具有组网简单、升级方便和高的性能价格比等优点。
由西安交通大学开发的基于Internet的快速成型和快速加工技术,只要用户安装WWW浏览器,就可以通过HTTP获得远程服务部TSB(Tele-Service Bureau)在线技术支持和数据交换。比如提供3D CAD文件和物理模型,加工测试数据反馈给TSB等。另外此项目得到国家863计划的资助。1998年,Swiss Federal技术学院的P。Saucy博士进行了基于Internet的移动机器人的远程控制实验。
现在,基于Internet的远程测控系统已投人到实际的应用领域,并取得很好的经济效益,其应用前景是十分广阔的。在广泛的工业领域中,可实现数据网络和控制网络的集成,即现场总线和计算机网络融为一体,实现真正的虚拟工厂(Virtual Plant)和虚拟制造(Virtual Manufacture)。远程测控技术的成熟也将促进其在环境监测、电网监控上巨大作用。另外,基于Internet的远程测控将使机器人完成更多更复杂的任务,如深海探测、井下作业和空间探测等。
结束语
基于Internet的远程测控技术已逐渐走向成熟,必将推进远程测控系统更广泛的应用。利用远程测控系统进行监控,它将实现实时控制、及时消除隐患、提高系统的可靠性,还可以节省人力和财力、消除一些人的不确定因素。另外远程测控系统将与企业网融合在一起,使企业的生产、管理、销售和科研真正实现在一个大系统中,使企业的内部资源达到优化配置和外部条件达到最佳利用,在竞争中处于有利位置。

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