機電控制系統的信息集成研究

李帶軍 祝利明

摘要：隨著我國科技的不斷發展，機電控制系統在現代工業建設中得到充分應用，機電控制系統在部分高端技術中得到更多的應用。因此，本文分析研究了機電控制系統的控制要求，評價分析了機電控制系統的控制模式，以促進現代工業的發展。由于機電控制系統通信網絡協議不一致，操作平臺不同，難以實現互聯互通。隨著信息技術的發展，獨立系統再也不能適應時代的發展提高系統間的互操作性和相互組織協調，實現信息整合和機電系統規劃，以及建立一個開放和全面的監管整合網絡，是現代企業的迫切需要。

關鍵詞：信息集成;以太網管理系統;SNMP;OPC;研究分析

前言

信息集成是一個復雜的多層面過程，其主要目標是減少系統間共享的多樣性和復雜性。異構的主要原因是系統協議不一致。因此，信息集成的任務是隱藏這些異構性。因此，有必要探討信息系統整合的方法和機制，以及如何建立新的系統，以實現企業機電系統和信息管理系統的透明整合。

一、實現機電控制系統控制的基本要求

1.對控制方式的基本要求

在機電控制系統中，必須按照控制對象進行手動控制和自動控制。手動控制是指系統在人工環境中的行為和決策，以便能夠控制受控對象。自動控制是指基于相關控制工具和儀器的自動控制在無人干預的情況下進行的運行狀態。自動控制用于機電控制系統【1】。但是，隨著科技的發展和創新，在控制自動化方面仍需要改進和創新，同時需要充分發展相關技術人員的能力和能力。機電控制只有在自動控制技術成熟的情況下才能應用，進一步解決實際應用中一些比較復雜的控制問題，促進共同的、基于控制的控制結構。

2.標準化的控制要求

機電控制系統包含模塊的組織結構和參數設置。在控制項中，必須標準化設定參數。如果參數信息輸入到系統中，則控制值必須按照相應的參數精確。機電控制系統完成后，必須在操作中更改控制值。在這種情況下，必須在機電控制系統中進行精確的輸出。當機電控制系統運行時，該系統可以產生穩定有效的運行，控制系統也可以集成到受控運行中，控制值的數據達到標準范圍，不同的控制值可以在機電控制系統運行時達到所需的范圍。

3.對控制系統的快速性要求

機電主控制系統中的轉速要求，該值可以快速控制，控制值應在短時間內調整。準確的設定值是機電控制系統初始階段設置的初始值，受影響人員通過各種程序和操作獲得缺省數據【2】。為了保證校準數據的準確性，機電控制中需要相應的糾正措施，防止控制值與預期值不符，并實現對控制的充分控制，需要相應的微觀層面的措施和動作。

二、機電控制系統中的基本控制方式

1.機電控制系統的開環控制

開環控制是基于值的。此控制方法用于測量指定的值，以允許控制。原理是機電控制系統首先分析某一特定值的計算，并根據結果將受控對象的控制和計算應用于受控對象。工作精度的控制主要受校準和原始零件的影響。雖然這種控制方法具有易于使用的優點，但抗干擾性不如校準功能好，因此在操作過程中容易受到特征參數或外部因素的變化的影響，從而導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，當成本較低、易于調整且結構簡單時，尤其是在外部干擾較弱且系統樹相對穩定的情況下，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償，輸出偏差已經達到。工作過程中，系統測量、分析、計算和補償控制系統的干擾，因此也稱為預控制和正向反饋。控制信號在控制對象和受控對象之間單獨傳輸，從而實現整個控制。

2.反饋式控制模式

機電控制系統偏差的閉環控制方法與轉速控制器一起使用。稅捐制度會測量指定值與控制項之間的差異，并根據差異來控制控制控制項。也就是說，當系統偵測到指定值與控制項之間的差異時，會持續調整控制項。因此，控制是以反饋原理為基礎的【3】。控制器將指定的值與控制器進行比較，使控制信號向前和向后傳遞，形成閉環、反饋或閉環。如果從指定值中減去計數點信號，則控件為負;否則為正。反饋控制具有特殊的特點。無論影響系數如何，如果金額與特定值不同，都會生成相應的控件以解決或減小差異，從而使金額接近指定的值。負反饋是實現基于偏差的控制系統的信號傳輸和結構連通性的重要標志。此類控制可實現較高的控制精度，而不管系統結構參數的變化或干擾。如果驅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，電路的復雜性，特別是在系統性能的設計和分析過程中，并且可能導致受控制的對象在系統發生故障時擺動。但是，作為機電控制中最基本、最重要的控制方式，閉環控制在現實世界中仍有較高的應用率。

3.復合式控制方式

復合控制的類型本質上是閉環控制和開環控制的組合，即進一步提高控制精度，更好地滿足生產要求，在閉環中添加前端輸送通道或輸入信號。反饋控制的正常運行需要外部干擾，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用。補償單元只能補償一個干擾因素，不能補償其他干擾。考慮到上述控制，基于擾動的控制應與差分控制相結合，通過補償補償彌補最大擾動，消除擾動引起的偏差。

三、基于以太網的控制網絡

1.變電站自動化系統的接入網絡模式

變電站自動化系統主要實現變電站內外設備的控制、監控和保護。變電站自動化系統與其他機動系統信息集成的關鍵問題是將智能機電設備納入網絡并實現實時性。變電站自動化系統中的數據可分為三類：正常運行時循環數據、故障狀態時自發數據和命令時隨機數據【4】。周期性數據穩定、連續、可變，隨機數據流較少。對于自動化的高功率系統，通過局域網控制功能的實時請求通常定義為4毫秒。電氣研究所（EPRI）驗證了以太網能否滿足電力系統的實時要求。以太網和12mb/s令牌在特定“最壞”形式的Profibus網絡傳輸中的性能比較。研究表明，具有共享集線器連接的100 Mbps以太網和具有交換機集線器連接的10 Mbps以太網滿足了4毫秒網絡通信時間的要求。如前所述，以太網技術應用于變電站自動化系統是可行的。

2.進入現場總線控制系統

由于數據傳輸協議和介質依賴于不同的現場總線技術，因此根據計算機網絡連接原則，網絡連接有不同的方式：中繼、橋接、路由器和數據網關。現場總線的網絡協議一般不同于計算機網絡，如實時日志和簡單日志【5】。TCP/IP協議上以太網ISO/OSI文件中的TCP和IP層對應用程序透明，應用程序層由程序調整。為此，最好通過應用層實現系統集成，允許通過網關將數據格式轉換為不同的協議，根據特定規則為不同的總線執行信息指引，并將各個總線系統就地集成到基于以太網的控制網絡中。

3.以太網技術

以太網是在商業領域設計的最初階段使用的。工業自動化領域的應用需要實時解決問題。可通過CSMA/ CD協議訪問以太網介質。對于實時要求很高的引擎系統，如果以太網響應時間不確定且無法實時交換信息，則可能會延遲關鍵數據的傳輸。因此，基于以太網的控制網絡必須滿足穩定性和可靠性要求。CSM A/CD協議（多磁帶備份問題的梁檢測）可在工作時監控電纜，以防其中一個工作站需要傳輸數據。如果該鏈接正被另一個工作站使用，則該工作站將在發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據傳輸在自由連接上同時開始，則會發生沖突，因此所有工作站的數據傳輸都會停止，執行二進制算法，等待隨機時間，然后重復該過程【6】。CSMA/ CD的工作方式可能會導致數據傳輸出現不可預知的延遲，即使數據傳輸可能會長時間無法發送。交換以太網技術的發展和應用提高了以太網技術中CSMA/ CD介質使用方式的不確定性。快速以太網技術的結合極大地提高了以太網的實時性能。

4.控制網絡結構

該系統是基于交換機的以太網控制網絡，主要由現場總線、RTU、服務器、數據網關和網絡交換機組成。中心和分支拓撲是連接到服務器100 mbit以上的中央網絡交換機系統。該服務器主要由監視服務器、控制服務器和數據庫服務器組成。監視計算機監視受控網絡上的運行狀況和各種數據底層設備可以遠程控制或設置參數，數據庫可以管理和備份數據。

四、以太控制網絡管理

1.簡單網絡管理協議

簡單網絡管理協議已成為標準網絡協議。SNMP由一組協議組和規范組成，提供了一種收集網絡上設備網絡管理信息的方法【7】。SNMP主要由四部分組成：網絡管理控制臺（NMS）、分散在網絡管理對象上的代理、管理資料檔案庫MIS和帶有描述受管理對象狀態的代理的SNMP（管理信息庫）。NMS通過SNMP管理網絡中的每個設備。管理系統由一組變數組成，這些變數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中的相應變量。所有控件都在“檢索-保存”模式下運行。NMS是整個網絡的中心控制點。管理托管對象信息系統的變量值由代理使用原始語言Get、GetNext等讀取。以獲取和集成網絡的當前狀態，并確定所需的控制行為。然后，使用源語言設置命令，代理將采取相應的操作來有效地管理設備。

2.控制網絡管理軟件的總體結構

SNMP協議標準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置相關對象的值。Set允許網絡管理站在代理上設置相應的值。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平臺的系統設計是一個開放、模塊化、分布式的基于SNMP的網絡平臺，支持基于TCP/IP的網絡標準，為用戶提供了基于SNMP的設計模板和應用程序環境。該系統采用模塊化設計開發，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】。「管理代理程式」是系統上的處理作業。管理也是一種模塊化設計，包括代理響應模塊和管理信息系統更新模塊。

3.現場信息的獲取

以太網中的每個節點都連接到一系列外部設備，這些設備構成了網絡管理的基礎，用于獲取這些外部設備的配置數據和操作數據。從底層設備通過高級應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模式下的應用程序共享共享內存信息，即監視計算機是控制網絡的工作站和提供信息網絡的工作站。C/S系統通過兩個程序運行：一個接收實時信息的通信程序;信息網絡數據庫的實時數據，作為DDEServer;，第二個是DDE客戶端的應用程序界面，它接受DDE服務器的實時數據并將其寫入信息網絡應用程序。對于此方法，應用程序平臺必須支持windows功能。其優勢在于靈活性、實時性能和易于實施。缺點是軟件成本高昂，數據點效率低下。

結束語

綜上所述可以知道，機電控制系統之間的不兼容使公司的生產管理更為復雜。將以太網引入基于多套總線和企業網絡的機動控制系統集成控制域，并對其可行性進行了分析。對機電側管理系統的監控和管理是通過基于SNMP的以太網管理系統進行的。

參考文獻：

[1]吳在軍.嵌入式以太網在變電站通信系統中的應用[J].電網技術，2003，27（1）：71-75.

[2]鄭建彬.基于以太網的控制網絡和信息網絡融合的研究[J].工業控制計算機，2003，32（2）：113-117.

[3]范興剛.基于OPC的以太網網絡管理[J].信息與控制，2003，32（2）：113-117.

[4]張翼飛.垃圾焚燒變電站電氣系統設計及控制方法分析[J].市場調查信息（綜合版），2019（4）：280.

[5]馬濤.淺析機電控制系統的自動控制技術與一體化設計[J].輕松學電腦，2019（2）：1.

[6]曾鑫海，彭榮輝，鮑思琪，等.建筑機電設備控制系統數據傳輸控制方式分析[J].湖北農機化，2020，245（08）：187.

[7]姚軍.基于機電控制系統的探析[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2013，01：227.

[8]何廣添.關于機電控制系統自動控制技術與一體化設計的研究[J].機電工程技術，2019（6）：179-181.