遠(yuǎn)程機(jī)電控制的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)研究

楊玉紅

摘要：針對(duì)現(xiàn)有的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制技術(shù)，本論文結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)詳細(xì)探討了機(jī)電設(shè)備在遠(yuǎn)程自動(dòng)控制中的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)。首先對(duì)比分析了目前幾種主流常用的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制技術(shù)，分析了其在實(shí)際應(yīng)用中的利弊，在此基礎(chǔ)上探討了工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用，重點(diǎn)詳細(xì)分析了遠(yuǎn)程機(jī)電設(shè)備接入工業(yè)以太網(wǎng)的幾種方式，并結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)的具體應(yīng)用問(wèn)題分析了機(jī)電設(shè)備在遠(yuǎn)程自動(dòng)控制應(yīng)用中應(yīng)注意的實(shí)際技術(shù)問(wèn)題，給出了相應(yīng)的解決辦法，對(duì)于進(jìn)一步提高工業(yè)以太網(wǎng)在機(jī)電自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用水平具有較好的借鑒指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制 機(jī)電控制 網(wǎng)絡(luò)接入

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0009-01

隨著機(jī)電裝備的復(fù)雜化，現(xiàn)在的機(jī)電設(shè)備，不僅體積大，規(guī)模大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且其實(shí)現(xiàn)的功能非常多，往往需要同時(shí)完成若干多項(xiàng)功能，因此對(duì)于這一類機(jī)電裝備的監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)也必須具備較為復(fù)雜的控制功能。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的發(fā)展，逐漸對(duì)于大型機(jī)電裝備的控制提出了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化和無(wú)人值守控制的要求，這就要求必須利用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電裝備的遠(yuǎn)程控制和無(wú)人值守，因此，必須要對(duì)遠(yuǎn)程機(jī)電控制中的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)加以研究，以確定最適宜的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)接入和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用。

1 遠(yuǎn)程控制技術(shù)發(fā)展概述

過(guò)去應(yīng)用最為廣泛的遠(yuǎn)程控制技術(shù)主要有以下幾種類型。

1.1集散式遠(yuǎn)程控制

集散式遠(yuǎn)程控制，是為每一個(gè)監(jiān)控對(duì)象，即每一臺(tái)機(jī)電設(shè)備都安裝監(jiān)測(cè)儀表，將所有的監(jiān)測(cè)儀表所采集到的數(shù)據(jù)全部發(fā)送到控制機(jī)上，由控制機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)全部機(jī)電設(shè)備的集中控制。這種遠(yuǎn)程控制模式應(yīng)用方式簡(jiǎn)單，組網(wǎng)成本較低，但是由于全部數(shù)據(jù)由控制機(jī)進(jìn)行操作，實(shí)際上增大了控制機(jī)的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性較低，健壯性較差。

1.2分布式遠(yuǎn)程控制

針對(duì)集散式遠(yuǎn)程控制模式在實(shí)際應(yīng)用中所出現(xiàn)的問(wèn)題，逐漸出現(xiàn)了分布式遠(yuǎn)程控制代替了過(guò)去的集散式遠(yuǎn)程控制。分布式遠(yuǎn)程控制是將所有被監(jiān)測(cè)的機(jī)電設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)，分別發(fā)送到幾個(gè)分站進(jìn)行集中控制，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分站與主站之間的數(shù)據(jù)通訊，從而完成主站對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。分布式遠(yuǎn)程控制的最大優(yōu)勢(shì)就在于客觀上降低了主站控制機(jī)的負(fù)擔(dān)，由各個(gè)分站控制機(jī)共同分擔(dān)，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(yuǎn)程控制模式在應(yīng)用中也存在一定的弊端，那就是組網(wǎng)復(fù)雜，組網(wǎng)成本較高，不適宜大規(guī)模應(yīng)用。

1.3現(xiàn)場(chǎng)總線式遠(yuǎn)程控制

現(xiàn)場(chǎng)總線式遠(yuǎn)程控制是近幾年新發(fā)展起來(lái)并得到大規(guī)模應(yīng)用的一種遠(yuǎn)程控制模式。這種控制模式能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要被監(jiān)測(cè)的機(jī)電設(shè)備的具體數(shù)據(jù)通訊接口分別設(shè)計(jì)不同的現(xiàn)場(chǎng)通訊總線，從而將集散式遠(yuǎn)程控制和分布式遠(yuǎn)程控制的優(yōu)勢(shì)集于一身。

2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程機(jī)電控制接入技術(shù)探討

2.1面向工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)

目前機(jī)電設(shè)備接入工業(yè)以太網(wǎng)有以下幾種技術(shù)模式。

（1）通過(guò)傳感儀表接入。

機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制，離不開(kāi)傳感監(jiān)測(cè)，因此很多機(jī)電控制系統(tǒng)都是通過(guò)傳感儀表實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(luò)接入接口，從而實(shí)現(xiàn)將機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)接入工業(yè)以太網(wǎng)。

（2）通過(guò)數(shù)據(jù)采集板卡接入。

在一些機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，出于數(shù)據(jù)管理的需求，也會(huì)采用數(shù)據(jù)采集板卡的方式將機(jī)電設(shè)備接入以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。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(luò)通訊接口，例如普通的TCP/IP協(xié)議接口，串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口，Modbus-TCP協(xié)議接口等等，實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)機(jī)電設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程化控制。

（3）通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊接入。

有的機(jī)電設(shè)備，其數(shù)據(jù)通訊接口不是標(biāo)準(zhǔn)接口，這個(gè)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)件，需要針對(duì)不同的機(jī)電設(shè)備的具體接口類型做有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。但是不管用哪種類型的以太網(wǎng)接口模塊，模塊內(nèi)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(shí)現(xiàn)的，再配合雙絞線驅(qū)動(dòng)器和標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)RJ45接口，從而完成由非標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)電設(shè)備接口到標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通信接口的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程化控制。

2.2實(shí)際應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題

（1）網(wǎng)絡(luò)遲延問(wèn)題。

工業(yè)以太網(wǎng)由于采用的是偵聽(tīng)發(fā)送的機(jī)制，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換傳輸?shù)臅r(shí)候，會(huì)不可避免的產(chǎn)生延時(shí)的問(wèn)題，而對(duì)于遠(yuǎn)程機(jī)電控制系統(tǒng)而言，控制的實(shí)時(shí)性要求非常嚴(yán)格，有的機(jī)電設(shè)備其控制指令甚至要求必須在千分之一秒內(nèi)完成，因此這就對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性提出了挑戰(zhàn)。而事實(shí)上，工業(yè)以太網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中，也確實(shí)暴露出了遲延問(wèn)題。為此，對(duì)于一些實(shí)時(shí)性要求較高的機(jī)電控制系統(tǒng)，必須采用合適的控制策略，比如VPN技術(shù)、流量管理策略等等，以提高工業(yè)以太網(wǎng)在機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制中的實(shí)時(shí)性。

（2）數(shù)據(jù)丟包問(wèn)題。

由于工業(yè)以太網(wǎng)的遲延問(wèn)題，所以數(shù)據(jù)丟包問(wèn)題就不可避免，這也就造成了工業(yè)以太網(wǎng)的可靠性問(wèn)題。對(duì)于此，必須要引入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)管機(jī)制，對(duì)數(shù)據(jù)丟包率進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其是對(duì)有可能會(huì)引發(fā)大規(guī)模數(shù)據(jù)丟包的網(wǎng)絡(luò)載體和流量載體，必須單獨(dú)構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)，以提高工業(yè)以太網(wǎng)在機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制中的可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程無(wú)人值守自動(dòng)化控制模式目前已經(jīng)得到了大規(guī)模應(yīng)用，盡管工業(yè)以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)通訊的實(shí)時(shí)性方面有待突破，但是就目前的技術(shù)應(yīng)用而言，工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于工礦自動(dòng)化控制是完全可行可靠的。本論文在對(duì)比分析了目前幾種主流的遠(yuǎn)程控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程機(jī)電控制中的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，詳細(xì)探討了接口技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用，對(duì)于進(jìn)一步提高機(jī)電自動(dòng)化控制的遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化水平具有很好的指導(dǎo)借鑒意義。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)將工業(yè)以太網(wǎng)完全取代現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)還有很長(zhǎng)的一段路要走，其中需要攻克很多技術(shù)難關(guān)，這有待于廣大網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)人員的共同努力，才能夠最終實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)在工礦自動(dòng)化控制領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

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