計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖；分布式控制；研究

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)分析

我們必須采用分布式、智能程度更高的技術(shù)來(lái)完善發(fā)展計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是因?yàn)橛?jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)本身就具有重要性和復(fù)雜性，而且現(xiàn)有的集中式聯(lián)鎖控制方式存在固有的局限性。一個(gè)非常有效地辦法就是在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)里融入分布式控制系統(tǒng)和多智能體系統(tǒng)技術(shù)。

（一）分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)是回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展的產(chǎn)物，是以計(jì)算機(jī)、通信、控制和CRT技術(shù)的迅速發(fā)展為基礎(chǔ)的。現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、工程師站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)基本的DCS應(yīng)該包括的四大組成部分。這里面，DCS的核心是現(xiàn)場(chǎng)控制站，它負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的主要控制功能。現(xiàn)場(chǎng)控制站還可以保證系統(tǒng)的性能、可靠性這些關(guān)鍵的指標(biāo)。人機(jī)界面的功能主要由操作員站來(lái)完成。DCS的另一個(gè)重要組成部分是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它作為紐帶連接系統(tǒng)各個(gè)站。DCS的主要特征有如下幾個(gè)方面：能夠分離顯示和控制，使用的是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，開(kāi)放系統(tǒng)較完備，具有足夠的可靠性、專業(yè)性和綜合性。讓人機(jī)對(duì)話技術(shù)變成現(xiàn)實(shí)，靈活的擴(kuò)展系統(tǒng)，使其管理的能力更強(qiáng)。

（二）多智能體

MAS這個(gè)系統(tǒng)是由多個(gè)智能體構(gòu)成的。Agent是一種可以通過(guò)決策推理生成相應(yīng)的規(guī)劃并作用于環(huán)境的計(jì)算實(shí)體或者功能單元，具備學(xué)習(xí)能力、協(xié)調(diào)能力、適應(yīng)性和自治性。控制器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)或者軟硬件結(jié)合體都有可能是MAS。MAS主要研究一組自治的Agent以分布式開(kāi)放的動(dòng)態(tài)條件為基礎(chǔ)，通過(guò)交互、合作、競(jìng)爭(zhēng)、協(xié)商等智能行為完成復(fù)雜的控制或者任務(wù)求解。

通常情況下，個(gè)體Agent的基本模型包含：環(huán)境感知模塊、事件監(jiān)測(cè)模塊、心智和決策推理模塊、通信模塊和執(zhí)行模塊。多Agent系統(tǒng)就是由多個(gè)Agent通過(guò)通信模塊聯(lián)合工作形成的。

二、系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的安全性和可靠性都依賴于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成。充分結(jié)合了多Agent技術(shù)和分布式控制技術(shù)，形成智能的、分布式結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是新型分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點(diǎn)。

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式控制系統(tǒng)是新型分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)方式，它的硬件結(jié)構(gòu)包含：操作表實(shí)機(jī)具有人機(jī)對(duì)話的功能、智能體單元負(fù)責(zé)聯(lián)鎖運(yùn)算和I/0借口功能、電務(wù)維修管理機(jī)負(fù)責(zé)記錄系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

（二）系統(tǒng)的特點(diǎn)

對(duì)于整個(gè)站場(chǎng)的整體顯示、集中操作和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的分散、智能控制和狀態(tài)采集是這個(gè)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)。各個(gè)智能體既可以單獨(dú)控制各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備又可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合聯(lián)鎖運(yùn)算，系統(tǒng)的獨(dú)立性和整體性可以同時(shí)得到體現(xiàn)。

（三）智能體單元

1.智能體結(jié)構(gòu)模型

單個(gè)智能體的基本體系結(jié)構(gòu)是軟硬件的結(jié)合體，高性能的單片機(jī)作為硬件，集成可編程控制器、變送器和執(zhí)行結(jié)構(gòu)等。每一個(gè)只能Agent都是由控制器節(jié)點(diǎn)封裝而成的。

①狀態(tài)采集模塊：獲取站場(chǎng)設(shè)備的即時(shí)狀態(tài)情況。如道岔的定、反位情況等；②事件監(jiān)測(cè)模塊：把自身的運(yùn)行狀態(tài)提供給操作表示機(jī)，可以在系統(tǒng)發(fā)生異常狀況的時(shí)候發(fā)出相應(yīng)的提示信息；③聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃模塊：給智能體相應(yīng)的合作能力，依據(jù)操作命令創(chuàng)建和組織合適的Agent群體，處理多Agent之間的聯(lián)鎖運(yùn)算等任務(wù)級(jí)合作問(wèn)題；④推理決策模塊：依據(jù)操作的指令，結(jié)合具體的任務(wù)規(guī)劃情況和現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行決策，發(fā)出具體控制操作。軟件是其實(shí)現(xiàn)的途徑；⑤執(zhí)行模塊：這個(gè)模塊負(fù)責(zé)給出控制策略和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)；⑥通信模塊：和相關(guān)智能體的控制信息交互是這個(gè)模塊的主要責(zé)任。

2.多智能體交互通信

通信是分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中智能體之間協(xié)作的實(shí)現(xiàn)方式。

①通信機(jī)制。通信機(jī)制的優(yōu)劣和整個(gè)系統(tǒng)的性能有直接的關(guān)系。直接通信機(jī)制是分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)使用的通信機(jī)制。相應(yīng)的智能單元接收操作表示機(jī)發(fā)出的操作命令，該智能單元自己再負(fù)責(zé)和其他關(guān)聯(lián)的的智能體單元通信；②通信語(yǔ)言。Agent交互的關(guān)鍵問(wèn)題是Agent通信語(yǔ)言。Agent之間的通信依靠知識(shí)查詢操縱語(yǔ)言。輔助信息包含在通信信息當(dāng)中是其最大的特點(diǎn)。各個(gè)通信模塊把各個(gè)智能體單元聯(lián)合在一起。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)CAN總線傳遞數(shù)據(jù)，硬件上智能體之間的高速通信使用以太網(wǎng)接口。這樣Agent的自治性和他們之間的協(xié)調(diào)性都得到了充分的利用。系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了保障，而且可以達(dá)到優(yōu)化調(diào)度的目的，既可靠又靈活，部分系統(tǒng)癱瘓的時(shí)候并不會(huì)對(duì)其他的系統(tǒng)造成影響。

三、結(jié)束語(yǔ)

分布式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)這種新型的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)整合了分布式控制系統(tǒng)和多Agent系統(tǒng)，使計(jì)算機(jī)、通信、人工智能和自動(dòng)控制技術(shù)得到了充分的運(yùn)用。能讓多個(gè)智能體通過(guò)CAN通信總線聯(lián)合協(xié)作實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能是其最突出的特點(diǎn)。它取締了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中聯(lián)鎖機(jī)和繼電器組合架并讓計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性和安全性都得到了保障。

參考文獻(xiàn)：

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第2篇：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)基本功能原理核心軟硬件技術(shù)

1引言

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)也叫建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)(BuildingAutomationSystem簡(jiǎn)稱BAS)，是智能建筑不可缺少的一部分，其任務(wù)是對(duì)建筑物內(nèi)的能源使用、環(huán)境、交通及安全設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制等，以提供一個(gè)既安全可靠，又節(jié)約能源，而且舒適宜人的工作或居住環(huán)境。

2樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的組成與基本功能

建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)通常包括暖通空調(diào)、給排水、供配電、照明、電梯、消防、安全防范等子系統(tǒng)。根據(jù)我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，BAS又可分為設(shè)備運(yùn)行管理與監(jiān)控子系統(tǒng)和消防與安全防范子系統(tǒng)，如圖所示。一般情況下，這兩個(gè)子系統(tǒng)宜一同納入BAS考慮，如將消防與安全防范子系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，也應(yīng)與BAS監(jiān)控中心建立通信聯(lián)系以便災(zāi)情發(fā)生時(shí)，能夠按照約定實(shí)現(xiàn)操作權(quán)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行一體化的協(xié)調(diào)控制。

建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能可以歸納如下：

(1)自動(dòng)監(jiān)視并控制各種機(jī)電設(shè)備的起、停，顯示或打印當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

(2)自動(dòng)檢測(cè)、顯示、打印各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及其變化趨勢(shì)或歷史數(shù)據(jù)。

(3)根據(jù)外界條件、環(huán)境因素、負(fù)載變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)各種設(shè)備，使之始終運(yùn)行于最佳狀態(tài)。

(4)監(jiān)測(cè)并及時(shí)處理各種意外、突發(fā)事件。

(5)實(shí)現(xiàn)對(duì)大樓內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備的統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)控制。

(6)能源管理：水、電、氣等的計(jì)量收費(fèi)、實(shí)現(xiàn)能源管理自動(dòng)化。

(7)設(shè)備管理：包括設(shè)備檔案、設(shè)備運(yùn)行報(bào)表和設(shè)備維修管理等。

3樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)的原理

樓控系統(tǒng)采用的是基于現(xiàn)代控制理論的集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，也稱分布式控制系統(tǒng)(Distributedcontrolsystems簡(jiǎn)稱DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備處的微型計(jì)算機(jī)控制裝置(DDC)完成被控設(shè)備的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制任務(wù)，克服了計(jì)算機(jī)集中控制帶來(lái)的危險(xiǎn)性高度集中的不足和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性。安裝于中央控制室的中央管理計(jì)算機(jī)具有CRT顯示、打印輸出、豐富的軟件管理和很強(qiáng)的數(shù)字通信功能，能完成集中操作、顯示、報(bào)警、打印與優(yōu)化控制等任務(wù)，避免了常規(guī)儀表控制分散后人機(jī)聯(lián)系困難、無(wú)法統(tǒng)一管理的缺點(diǎn)，保證設(shè)備在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。

以下介紹與分布控制系統(tǒng)相關(guān)的幾個(gè)概念。

3.l直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)

直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DirectDigitalControl簡(jiǎn)稱DDC)如圖2所示。計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬量輸入通道(AI)和開(kāi)關(guān)量輸入通道(DI)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后按照一定的規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，最后發(fā)出控制信號(hào)，并通過(guò)模擬量輸出通道(AO)和開(kāi)關(guān)量輸出通道(DO)直接控制生產(chǎn)過(guò)程。因此DDC系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最普遍的一種應(yīng)用方式。

DDC系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)直接承擔(dān)控制任務(wù)，因而要求實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。

3．1．1直接數(shù)字控制系統(tǒng)的組成

直接數(shù)字控制系統(tǒng)主要由過(guò)程輸入通道、過(guò)程控制計(jì)算機(jī)、過(guò)程輸出通道三部分組成。

過(guò)程輸入通道由模擬量輸入和數(shù)字量輸入兩部分組成。模擬量輸入通道由變送器、采樣開(kāi)關(guān)、放大器、A／D轉(zhuǎn)換器和接口電路組成。其中變送器的作用是將非電量信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，可將溫度、壓力、流量變換成0-10mA或4-20mA的直流電信號(hào)，它是通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。—數(shù)字量輸入通道由開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、光電耦合器和接口電路組成，反映生產(chǎn)過(guò)程的通／斷狀態(tài)的觸點(diǎn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電耦合器和接口電路變換成數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)。

過(guò)程控制計(jì)算機(jī)直接承擔(dān)運(yùn)算和控制任務(wù)，首先通過(guò)過(guò)程輸入通道采集被控對(duì)象的各種參數(shù)信號(hào)，再根據(jù)預(yù)定的控制規(guī)律(如PID)進(jìn)行運(yùn)算，然后向被控對(duì)象發(fā)出控制信號(hào)，再通過(guò)輸出通道直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

過(guò)程輸出通道由模擬量輸出和數(shù)字量輸出兩部分組成。前者把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大器去驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。這一部分由接口電路、D／A轉(zhuǎn)換器，放大器和執(zhí)行器組成。后者把計(jì)算機(jī)輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)，經(jīng)放大器去驅(qū)動(dòng)電磁閥和繼電器執(zhí)行器，它由接口電器、光電耦合器、放大器和執(zhí)行器組成。

3．1．2直接數(shù)字控制系統(tǒng)的基本算法

按照偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進(jìn)行控制，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種基本規(guī)律，將PID控制規(guī)律離散化并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，可以方便地利用已積累的成熟技術(shù)，而且可以在被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型或參數(shù)不很清楚的情況下，經(jīng)過(guò)在線整定達(dá)到滿意的效果。因此，將模擬調(diào)節(jié)規(guī)律離散化的數(shù)字PID算法，已被工業(yè)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)普遍采用，成為DDC系統(tǒng)的基本算法。

數(shù)字PID控制算法，模擬量調(diào)節(jié)器的理想PID算式為

式中e(t)——偏差(設(shè)定值與實(shí)際輸出值之差)

u(t)——控制量

Kp——比例放大系數(shù)

Ti一積分時(shí)間常數(shù)

Td——微分時(shí)間常數(shù)

寫(xiě)成傳遞函數(shù)形式

為了能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，必須將連續(xù)形式的微分方程化為離散形式的差分方程。設(shè)了為采樣周期(與系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)相比，T足夠小)，k為采樣序號(hào)(k=0，1，2，……)，可用矩形法計(jì)算而積以差分代替微分

式中e(k)——第k次采樣所得偏差值

e(k-1)——第(k-1)次采樣所得偏差值

u(k)——第k時(shí)刻的控制量

上式中的采樣周期T越小(與系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)比較而言)，則被控過(guò)程與連續(xù)控制過(guò)程越接近，又稱為“準(zhǔn)連續(xù)控制”。

3．2分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystems簡(jiǎn)稱DCS)20世紀(jì)于70年代中期出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來(lái)，它將計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和通信技術(shù)匯集于一體，可對(duì)分散在現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行控制，又可方便地集中管理、操作，與以往的控制系統(tǒng)相比，既避免了單臺(tái)計(jì)算機(jī)集中控制的不足，又克服了常規(guī)儀表人機(jī)交互困難的缺點(diǎn)。

分布式控制系統(tǒng)的多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)取代了集中控制系統(tǒng)的單臺(tái)計(jì)算機(jī)，從體系結(jié)構(gòu)上分散了危險(xiǎn)性，提高了可靠性。其基本結(jié)構(gòu)功能如圖3所示，圖中現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站、工程師站、操作員站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和管理計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)被有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，組成分級(jí)分布控制系統(tǒng)。

3．2．1分布式控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是分布式控制系統(tǒng)的支柱。整個(gè)分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站、工程師站、操作員站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)等都是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的“節(jié)點(diǎn)”，都含有CPU和網(wǎng)絡(luò)接口，它們都有自己特定的網(wǎng)絡(luò)地址(節(jié)點(diǎn)號(hào))，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)處于平等地位，既能共享資源，又不相互依賴，形成既有統(tǒng)一指揮，又使危險(xiǎn)分散的功能結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)區(qū)具有極大的伸縮性，可擴(kuò)性很強(qiáng)，可以滿足分布式控制系統(tǒng)擴(kuò)充與升級(jí)的需要，十分靈活、方便。

(1)控制網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)分布式控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)不同于通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，與一般的通信網(wǎng)絡(luò)比較，它有如下特殊要求：①有高可靠性和安全性，要求傳遞的信息絕對(duì)準(zhǔn)確、可靠，為此常采用冗余技術(shù)、后備措施和自診斷功能。如：控制站采用雙CPU板，雙I／0板等。②具有良好的實(shí)時(shí)性。③對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

(2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)常用的有總線網(wǎng)和環(huán)網(wǎng)，在兩種結(jié)構(gòu)中任意兩節(jié)點(diǎn)通信可直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，各節(jié)點(diǎn)處于平等地位。

(3)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議組成建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)，必須有一種大家都能接受并且共同遵守的工作語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)相互之間的對(duì)話，這就是數(shù)據(jù)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

用于建筑自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)的BACnet協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，或相當(dāng)于開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OSI)的第一、二、三、七層協(xié)議

其中：ARCnet為令牌總線網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率為2．5-20bit／s，有良好的實(shí)時(shí)性。MS／TP是一種主／從令牌傳遞數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)，允許使用EIA-485硬件。BACnet實(shí)現(xiàn)了不同生產(chǎn)廠家自控系統(tǒng)之間進(jìn)行通信的技術(shù)，即從一個(gè)“島”到另一個(gè)“島”之間進(jìn)行相互聯(lián)系的技術(shù)。

3．2．2現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用——分布式控制系統(tǒng)的進(jìn)一步分散化

(1)現(xiàn)場(chǎng)總線概況現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。不同的現(xiàn)場(chǎng)總線遵循的協(xié)議不同，接口標(biāo)準(zhǔn)不同，各具特色。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有如下一些特點(diǎn)：①以數(shù)字信號(hào)取代4-20mA的模擬信號(hào)，極大地提高了信號(hào)轉(zhuǎn)換的精度和可靠性，因此現(xiàn)場(chǎng)總線具有很高的性能價(jià)格比。②現(xiàn)場(chǎng)總線把處于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表(智能傳感器、智能執(zhí)行器)連成網(wǎng)絡(luò)，使控制、報(bào)警、趨勢(shì)分析等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表，使控制結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分散化，導(dǎo)致控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的變化。③符合同一現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家的儀表、裝置可以聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)互操作，不同標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)網(wǎng)關(guān)或路由器也可互聯(lián)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放式系統(tǒng)。

(2)LonWorks技術(shù)

LonWorks是一種完全分布式控制的局部操作網(wǎng)(LocalOperatingNetwork—LON)技術(shù)。LonWorks網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由神經(jīng)元芯片、收發(fā)器、固件和I／O接口電路組成。神經(jīng)元芯片(Neuronchip)是這種智能節(jié)點(diǎn)的核心，它由媒體訪問(wèn)控制處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器組成，這就使得節(jié)點(diǎn)既能管理網(wǎng)絡(luò)通信，又具有控制功能。Neuron芯片方塊圖。

芯片附有固件，該固件實(shí)現(xiàn)LonTalk通信協(xié)議和所有的任務(wù)調(diào)度。LonTalk協(xié)議遵循世界標(biāo)準(zhǔn)組織ISO提出的開(kāi)放式互聯(lián)參考模型OSI，具有完整的7層協(xié)議，管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信，分配節(jié)點(diǎn)地址，運(yùn)行內(nèi)含的沖突／檢測(cè)回避算法，控制物理／電氣的連接等。

Neuron芯片除了具有控制功能外，還帶有媒體訪問(wèn)控制處理器和網(wǎng)絡(luò)處理器，LonTalk協(xié)議固化在芯片的ROM中，使得LonWorks的微型節(jié)點(diǎn)無(wú)需中心結(jié)構(gòu)的完全分布式控制模式，將控制功能分散到了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)儀表。

LonWorks網(wǎng)絡(luò)，可以采用多種通信媒體，如雙絞線、電力線、同軸電纜、光纜、無(wú)線電、紅外線，并且提供與上述多種媒體相適應(yīng)的收發(fā)器，這使得同一網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)可以在不同的媒體之間傳輸，因而可以根據(jù)需要組網(wǎng)，不同媒體之間以路由器進(jìn)行連接。

LonMark是為了避免眾多制造商以不同的含義來(lái)解釋LonWorks技術(shù)，保證不同的產(chǎn)品能夠方便地集成一起，以便構(gòu)成一個(gè)真正開(kāi)放的系統(tǒng)，而制定的一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)分布式控制系統(tǒng)的進(jìn)一步分散化

傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)控制站這一級(jí)依然是一個(gè)集中式結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在的分布式控制系統(tǒng)是在原有分布式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的新系統(tǒng),標(biāo)準(zhǔn)LAN為原有的分布式控制系統(tǒng)，使用BACnet協(xié)議，以利于實(shí)現(xiàn)多種供應(yīng)商的不同類型的子系統(tǒng)之間的通信信息交換，把具有控制功能的各個(gè)島連成一個(gè)整體。新增的LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線使用LonTalk協(xié)議，把控制功能進(jìn)一步分散到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)儀表，標(biāo)準(zhǔn)LAN與現(xiàn)場(chǎng)總線之間的路由器相聯(lián)。這樣BACnet和LonMark兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)互相補(bǔ)充，互為依托，構(gòu)成一個(gè)完全分散的、真正開(kāi)放的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)。

4樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的發(fā)展歷史及相關(guān)產(chǎn)品簡(jiǎn)介

樓宇設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)到目前為止已經(jīng)歷了四代產(chǎn)品：

第一代：CCMS中央監(jiān)控系統(tǒng)(20世紀(jì)70年代產(chǎn)品)

BAS從儀表系統(tǒng)發(fā)展成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)和CRT構(gòu)成中央站，打印機(jī)代替了記錄儀表，散設(shè)于建筑物各處的信息采集站DGP(連接著傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備)通過(guò)總線與中央站連接在一起組成中央監(jiān)控型自動(dòng)化系統(tǒng)。DGP分站的功能只是上傳現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息，下達(dá)中央站的控制命令。一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)操縱著整個(gè)系統(tǒng)的工作。中央站采集各分站信息，作出決策，完成全部設(shè)備的控制，中央站根據(jù)采集的信息和能量計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)完成節(jié)能控制和調(diào)節(jié)。

第二代：DCS集散控制系統(tǒng)(20世紀(jì)80年代產(chǎn)品)

隨著微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展和成本降低，DGP分站安裝了CPU，發(fā)展成直接數(shù)字控制器DDC。配有微處理機(jī)芯片的DDC分站，可以獨(dú)立完成所有控制工作，具有完善的控制、顯示功能，進(jìn)行節(jié)能管理，可以連接打印機(jī)、安裝人機(jī)接口等。BAS由4級(jí)組成，分別是現(xiàn)場(chǎng)、分站、中央站、管理系統(tǒng)。集散系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是只有中央站和分站兩類接點(diǎn)，中央站完成監(jiān)視，分站完成控制，分站完全自治，與中央站無(wú)關(guān)，保證了系統(tǒng)的可靠性。

第三代：開(kāi)放式集散系統(tǒng)(20世紀(jì)90年代產(chǎn)品)

隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，DDC分站連接傳感器、執(zhí)行器的輸人輸出模塊，應(yīng)用LON現(xiàn)場(chǎng)總線，從分內(nèi)部走向設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，形成分布式輸入輸出現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層，從而使系統(tǒng)的配置更加靈活，由于LonWorks技術(shù)的開(kāi)放性，也使分站具有了一定程度的開(kāi)放規(guī)模。BAS控制網(wǎng)絡(luò)就形成了3層結(jié)構(gòu)，分別是管理層(中央站)、自動(dòng)化層(DDC分站)和現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層(LON)。

第四代：網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)(21世紀(jì)產(chǎn)品)

隨著企業(yè)網(wǎng)Intranet建立，建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)必然采用Web技術(shù)，并力求在企業(yè)網(wǎng)中占據(jù)重要位置，BAS中央站嵌入Web服務(wù)器，融合Web功能，以網(wǎng)頁(yè)形式為工作模式，使BAS與Intranet成為一體系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)(EDI)是采用Web技術(shù)的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)，它有一組包含保安系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)和防火系統(tǒng)的管理軟件。

EBI系統(tǒng)從不同層次的需要出發(fā)提供各種完善的開(kāi)放技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)層次的集成，從現(xiàn)場(chǎng)層、自動(dòng)化層到管理層。EBI系統(tǒng)完成了管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的一體化。網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

目前，規(guī)模和影響較大的樓宇設(shè)備供應(yīng)公司有美國(guó)霍尼維爾公司、江森公司、KMC公司、德國(guó)西門(mén)子公司等。

第3篇：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)范文

摘 要：隨著我國(guó)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，學(xué)科間的滲透和交叉日益增多。尤其在工程領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、光電技術(shù)和機(jī)械工業(yè)技術(shù)的融合形成了光機(jī)電一體化技術(shù)，使機(jī)械工業(yè)得到了巨大的發(fā)展。而將嵌入式控制技術(shù)引入光機(jī)電一體化設(shè)備中，將更能促進(jìn)光機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展。本文主要對(duì)嵌入式控制技術(shù)在光機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了探討和研究。

關(guān)鍵詞：嵌入式;光機(jī)電一體化;工業(yè)控制;分布控制

1 前言

機(jī)電一體化是計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、光電技術(shù)和機(jī)械工業(yè)技術(shù)融合成的一種新興的綜合技術(shù)，光機(jī)電一體化技術(shù)不僅極大推動(dòng)了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還改變了人們對(duì)工業(yè)控制技術(shù)的傳統(tǒng)觀念。現(xiàn)代化的光機(jī)電一體化技術(shù)正在朝著微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，因此，在光機(jī)電一體化設(shè)備中引入嵌入式技術(shù)正迎合了這種需求。將嵌入式控制技術(shù)引入光機(jī)電一體化設(shè)備中，將更能促進(jìn)光機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，這是滿足機(jī)械對(duì)象網(wǎng)絡(luò)化、智能化和復(fù)雜化控制要求的需求，機(jī)器人技術(shù)、辦公自動(dòng)化、智能玩具和數(shù)控機(jī)床都是嵌入式光機(jī)電一體化技術(shù)的代表。本文主要對(duì)嵌入式控制技術(shù)在光機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了探討和研究。

2 傳統(tǒng)光機(jī)電一體化技術(shù)融入嵌入式技術(shù)的必要性

傳統(tǒng)的光機(jī)電一體化技術(shù)主要以機(jī)械工業(yè)技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合為主要特征，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)要求的提高，這種技術(shù)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對(duì)設(shè)備可靠性和性能的要求：

（1）設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和控制精密性逐漸提高。計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及產(chǎn)品性能要求的提高，光機(jī)電一體化設(shè)備的輸入輸出通道快速增加，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，進(jìn)而帶來(lái)很多不可測(cè)的干擾因素，因此要求控制系統(tǒng)進(jìn)一步提高其抗干擾能力。另外，傳統(tǒng)機(jī)電一體化設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求較高，在一定程度上降低了產(chǎn)品的精密型，而現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備則要求時(shí)間和空間上控制系統(tǒng)都能做到精確、快速的控制。這些方面只有依靠嵌入式技術(shù)才能找到很好的解決方案;（2）機(jī)電一體化設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的需求不斷上升。現(xiàn)代化的控制設(shè)備要求控制系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)，即能夠通過(guò)遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)報(bào)告等對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這樣能夠顯著提高系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性、安全性、智能性和便利性要求，而這一需求是無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的;（3）市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)要求降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，因此對(duì)光機(jī)電一體化設(shè)備提出了新要求。傳統(tǒng)的光機(jī)電一體化系統(tǒng)中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期能夠滿足當(dāng)時(shí)社會(huì)的需求，但是，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代化市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)需求要求光機(jī)電一體化系統(tǒng)不斷改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)方式，以適應(yīng)現(xiàn)代化產(chǎn)品的要求。另外，機(jī)械系統(tǒng)的壽命要比軟、硬件系統(tǒng)長(zhǎng)，而后期維護(hù)工作都是由軟件升級(jí)完成的。這就需要系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期就對(duì)系統(tǒng)的軟件可維護(hù)性和可移植性進(jìn)行考慮。

為了解決上述問(wèn)題，人們將嵌入式技術(shù)融入到機(jī)電一體化技術(shù)中。具體來(lái)說(shuō)，就是將嵌入式數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)理念、相關(guān)技術(shù)和基礎(chǔ)理論融入到機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，建立一個(gè)以微處理器為核心的具有高可靠性、高性能的嵌入式控制系統(tǒng)，這樣不僅滿足了被控對(duì)象的復(fù)雜性控制要求，還具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化的控制特點(diǎn)。

3 嵌入式控制技術(shù)在光機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用

和其它領(lǐng)域相比，機(jī)電一體化設(shè)備是嵌入式技術(shù)應(yīng)用最廣泛、最典型的領(lǐng)域，在未來(lái)的光機(jī)電一體化設(shè)備發(fā)展中具有巨大的發(fā)展前景和應(yīng)用市場(chǎng)。

3.1 工業(yè)化機(jī)器人技術(shù)

工業(yè)化機(jī)器人的發(fā)展從一開(kāi)始就和嵌入式技術(shù)密不可分。機(jī)器人技術(shù)其實(shí)是上世紀(jì)50年代提出來(lái)的一種數(shù)控技術(shù)。由于當(dāng)時(shí)的控制方法比較落后，沒(méi)有達(dá)到要求的芯片水平，只是一種簡(jiǎn)單的邏輯電路系統(tǒng)。之后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，由于智能控制理論和處理器技術(shù)的限制，機(jī)器人技術(shù)沒(méi)有得到足夠的發(fā)展。從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，智能理論的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)的研究。而最近幾年來(lái)嵌入式技術(shù)的高度發(fā)展，使得以光機(jī)電一體化設(shè)備為基礎(chǔ)的機(jī)器人技術(shù)得到前所未有的發(fā)展趨勢(shì)。其中，火星探測(cè)車就是一個(gè)非常典型的例子。火星探測(cè)車價(jià)值近10億美元，是一種高新技術(shù)密集型的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)，能夠不依靠地球的控制進(jìn)行自主工作。這種機(jī)器人由于加入了嵌入式系統(tǒng)，可靠性較高，對(duì)完成地面的工作要求起到了非常重要的作用。

3.2 工業(yè)控制設(shè)備技術(shù)

工業(yè)控制設(shè)備是嵌入式技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的一類。現(xiàn)在的工業(yè)控制設(shè)備中，工控機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，這些工控機(jī)通常使用工業(yè)級(jí)處理器和處理設(shè)備，工控要求較高，除了需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制以外，還要將設(shè)備的狀態(tài)信息顯示到顯示器上，這些都對(duì)工控機(jī)的硬件和軟件提出了更高的要求。傳統(tǒng)的PCI04總線系統(tǒng)穩(wěn)定性較強(qiáng)，體積小，因此得到了廣泛的推廣，但是由于這些系統(tǒng)大多使用Windows系統(tǒng)，因此不屬于純粹的嵌入式系統(tǒng)。另外，工控機(jī)和設(shè)備控制器是嵌入式處理器應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，這些控制處理器占據(jù)控制器的核心位置，為控制器提供了豐富的總線接口，因而能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)顯示的功能。

3.3 分布式控制技術(shù)

分布式控制技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最早，范圍最為廣泛的領(lǐng)域之一。目前，世界上已經(jīng)有數(shù)十家公司涉及到分布式控制領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)域普遍使用分布式控制技術(shù)的主要原因包括如下幾個(gè)方面：

（1）被控對(duì)象的種類較多，數(shù)量較大，且分布范圍較廣，因此需要分布式的控制技術(shù);（2）除了生產(chǎn)過(guò)程控制外，還希望在管理方面實(shí)現(xiàn)控制的自動(dòng)化。

由于嵌入式系統(tǒng)的小型化、專用化和嵌入式特點(diǎn)，使其非常適合分布式系統(tǒng)的應(yīng)用，隨著近年來(lái)分布式系統(tǒng)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)在光機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用也越來(lái)越廣。

4 結(jié)論

本文首先對(duì)嵌入式技術(shù)在光機(jī)電一體化技術(shù)中的相關(guān)應(yīng)用和理論知識(shí)進(jìn)行了分析，并對(duì)嵌入式技術(shù)在光機(jī)電一體化技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。可以預(yù)見(jiàn)，嵌入式技術(shù)與光機(jī)電一體化技術(shù)的融合是未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的發(fā)展方向，因此，需要加強(qiáng)嵌入式技術(shù)與光機(jī)電技術(shù)的研究，為光機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展和完善奠定良好的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張昭瑜.嵌入式操作系統(tǒng)在機(jī)電一體化設(shè)備控制過(guò)程中的應(yīng)用[D].四川大學(xué)，2005.

第4篇：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)范文

關(guān)鍵詞 機(jī)電一體化；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2013）20-0020-01

隨著微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了在傳統(tǒng)的機(jī)械控制基礎(chǔ)之上，引入微電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械部分和電子部分的有機(jī)結(jié)合，從而形成一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域——機(jī)電一體化。機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)生，是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)的一次革命，為機(jī)械產(chǎn)品注入了新的內(nèi)涵，其技術(shù)上的先進(jìn)性、創(chuàng)新性和可靠性滿足了人們?cè)谏a(chǎn)生活中的需要。機(jī)電一體化技術(shù)的產(chǎn)品涉及的領(lǐng)域有日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、軍工業(yè)、航空航天等，非常廣泛。隨著與之相關(guān)的各學(xué)科的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)將具有更加廣闊的發(fā)展空間。

在現(xiàn)在的工業(yè)當(dāng)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心就是微處理器，并與工控裝置、顯示裝置、通訊裝置、電工電子裝置等組裝在一起，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于精度、質(zhì)量和可靠性的保障。而對(duì)于機(jī)電設(shè)備來(lái)說(shuō)，使機(jī)電設(shè)備更加小型化、輕量化，使控制過(guò)程更具智能化、高速化、精準(zhǔn)化和系統(tǒng)化，是機(jī)電設(shè)備發(fā)展的必然趨勢(shì)。從而產(chǎn)品更具有靈活性和適應(yīng)性。機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)在工業(yè)中的應(yīng)用很廣泛，其主要表現(xiàn)如下。

1 智能化控制系統(tǒng)

智能化控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)的核心是自動(dòng)化控制智能化，具有高速化、連續(xù)化的特點(diǎn)，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有“思維”，是控制理論發(fā)展的必然產(chǎn)物，主要用來(lái)解決比較復(fù)雜控制系統(tǒng)的問(wèn)題。使機(jī)電設(shè)備有了一定的人的行為。例如：產(chǎn)品自動(dòng)裝配控制系統(tǒng)、智能機(jī)器人控制系統(tǒng)、生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)等。主要的智能技術(shù)包括數(shù)字模擬量控制、智能網(wǎng)絡(luò)控制、數(shù)據(jù)自動(dòng)處理、故障自我診斷控制等。當(dāng)今世界上，比較先進(jìn)的智能控制主要針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，包括整個(gè)操作工藝流程的控制、整個(gè)系統(tǒng)的故障診斷、處理并優(yōu)化過(guò)程操作異常等，解決了傳統(tǒng)控制技術(shù)的不夠完備和不夠精度帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

2 分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)是由一臺(tái)中央控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)指揮若干單元計(jì)算機(jī)或智能控制單元，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控、操作、管理，優(yōu)化生產(chǎn)制造過(guò)程的控制系統(tǒng)，其中包括數(shù)據(jù)獲取控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)多級(jí)控制系統(tǒng)等。而且系統(tǒng)中存在保護(hù)功能，使系統(tǒng)的安全性、可靠性更強(qiáng)。分布式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是功能更強(qiáng)、具有更高的安全性，其優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)比集中控制系統(tǒng)，是現(xiàn)在的大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的重要組成部分。

3 開(kāi)放式控制系統(tǒng)

開(kāi)放式控制系統(tǒng)，是基于市場(chǎng)對(duì)制造系統(tǒng)具有適應(yīng)中小批量生產(chǎn)、良好的柔性、多功能的特點(diǎn)，并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，所出現(xiàn)的一種新的結(jié)構(gòu)體系。開(kāi)放式控制系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程，具有互聯(lián)的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，具有軟件的擴(kuò)展等特點(diǎn)。通過(guò)開(kāi)放式控制系統(tǒng)，可使不同的廠家的產(chǎn)品具有可互換性和兼容性，顧客可以在不同廠家的產(chǎn)品中進(jìn)行選擇。開(kāi)放式控制系統(tǒng)同時(shí)提供了標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。在工業(yè)中有利于實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的構(gòu)建。基于開(kāi)放式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，使產(chǎn)品的選擇性更廣，銷售透明化，并利于網(wǎng)絡(luò)化管理。

4 計(jì)算機(jī)集成制造控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)集成制造控制系統(tǒng)，是在通信信息技術(shù)發(fā)展到一定程度，對(duì)生產(chǎn)的全局進(jìn)行統(tǒng)一控制的前提下形成的一種新的制造系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)中，原有的單項(xiàng)自動(dòng)化生產(chǎn)，缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)一管理，形成了“自動(dòng)化孤島”，在現(xiàn)在的工業(yè)當(dāng)中不能滿足生產(chǎn)的需求。單一的自動(dòng)控制系統(tǒng)和制造企業(yè)管理信息系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)于產(chǎn)品的生產(chǎn)、管理、銷售的統(tǒng)一控制，而計(jì)算機(jī)集成制造控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從生產(chǎn)中的加工需求到市場(chǎng)銷售信息處理的統(tǒng)一，形成了完善的全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)管理。

5 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

由于傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)缺欠，所以迫切需要一種新型系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)來(lái)滿足綜合自動(dòng)化控制，在近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化控制的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一種現(xiàn)場(chǎng)智能儀表與上位機(jī)和其他智能儀表之間進(jìn)行串行的工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線—現(xiàn)場(chǎng)總線。它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信，以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。智能儀表得到現(xiàn)場(chǎng)信息后，置入微處理器，經(jīng)過(guò)變換和運(yùn)算得到結(jié)果，再傳遞給執(zhí)行調(diào)節(jié)器，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)：數(shù)字化；分布式；開(kāi)放性；雙向串行輸出；互操作性；節(jié)省布局空間；智能自我診斷。

由于現(xiàn)場(chǎng)總線一系列的優(yōu)點(diǎn)，使其更加利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制中的數(shù)據(jù)的傳輸和處理、現(xiàn)場(chǎng)儀表的檢測(cè)等，因此受到更多廠家的青睞。

6 交流傳動(dòng)技術(shù)

交流傳動(dòng)技術(shù)，是一門(mén)綜合技術(shù)，其本質(zhì)是牽引電動(dòng)機(jī)采用了交流異步電動(dòng)機(jī)，因此出現(xiàn)了一系列的優(yōu)點(diǎn)。由于交流傳動(dòng)技術(shù)的成熟和優(yōu)越性，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制得以實(shí)現(xiàn)，從而使交流傳動(dòng)技術(shù)控制的電動(dòng)機(jī)，從性能有了突飛猛進(jìn)的提高。電氣傳動(dòng)技術(shù)將逐步的由交流傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)。交流傳動(dòng)與直流傳動(dòng)相比較其優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速高，可靠性高，維修簡(jiǎn)便；功率大，牽引力大，可以發(fā)揮較高的輸出功率；粘著性能好；簡(jiǎn)化了主電路；動(dòng)力性能和制動(dòng)性能較好；效率高，利用率高，使用靈活性強(qiáng)。

目前數(shù)控機(jī)床、大功率提升機(jī)和重型機(jī)械牽引系統(tǒng)中使用的高動(dòng)態(tài)性能的矢量控制變頻器，使交流傳動(dòng)技術(shù)已達(dá)到或超過(guò)了直流傳動(dòng)技術(shù)。由于交流傳動(dòng)技術(shù)的優(yōu)越性，使交流傳動(dòng)技術(shù)在當(dāng)今工業(yè)中占的比重越來(lái)越大。

總之，機(jī)電一體化技術(shù)從產(chǎn)生之初到現(xiàn)在，一方面從性能上和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力上有了極大地提高，提高了產(chǎn)品的可靠性；另一方面提高了產(chǎn)品的適應(yīng)性，使人類的活動(dòng)空間在不斷擴(kuò)大，從原來(lái)的生活生產(chǎn)向太空探索發(fā)展。尤其在現(xiàn)在的工業(yè)當(dāng)中體現(xiàn)的更加透徹，使工業(yè)生產(chǎn)向著高速化、精準(zhǔn)化、智能化、高性能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和精度，并有益于實(shí)現(xiàn)無(wú)人控制的全自動(dòng)控制。

參考文獻(xiàn)

[1]唐懷斌.工業(yè)控制的進(jìn)展與趨勢(shì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，1996（4）.

[2]王俊普.智能控制[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996.

第5篇：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】CPPS；同步PMU；開(kāi)放式通信；分布式控制

【Abstract】The construction of future smart grid became achievable due to the rapid development of embedded system， computing technology and communications technology. Modeling of Cyber-Physical Power System which based on CPS technology gave a new way to build the future smart grid. The platform of CPPS was studied and analyzed in a preliminary step. Synchronous PMU， open communication network， distributed control which was applied to CPPS was introduced.

【Key words】CPPS； Synchronous PMU； Open communication network； Distributed control

0 引言

受能源危機(jī)、環(huán)保壓力的推動(dòng)，以及用戶對(duì)電能質(zhì)量（QoS）要求的不斷提高，當(dāng)代電力系統(tǒng)不再符合社會(huì)的發(fā)展需求，智能電網(wǎng)（Smart Grid）成為未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能電網(wǎng)的發(fā)展原因主要有以下幾個(gè)方面：

1）分布式電源（Distributed Generation，DG）大量接入電網(wǎng)導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。由于DG的大量接入使電網(wǎng)變成一個(gè)故障電流和運(yùn)行功率雙向流動(dòng)的有源網(wǎng)絡(luò)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和脆弱度，因此亟需發(fā)展智能電網(wǎng)以解決DG大量接入電網(wǎng)導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。

2）電力用戶對(duì)電能質(zhì)量（QoS）要求的不斷提高。現(xiàn)代社會(huì)短時(shí)間的停電也會(huì)給高科技產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨額的經(jīng)濟(jì)損失，近年來(lái)發(fā)生的大停電事故更是給社會(huì)帶來(lái)了難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，亟需建立堅(jiān)強(qiáng)自愈的智能電網(wǎng)以提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

論文主體結(jié)構(gòu)如下：第1部分介紹了近年來(lái)信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System ，CPS）技術(shù)的發(fā)展以及CPS與智能電網(wǎng)的相互關(guān)系；第2部分介紹了電力信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical Power System，CPPS）的硬件平臺(tái)模型；第3部分介紹了同步相量測(cè)量裝置（Phasor Measurement Units，PMU）技術(shù)；第4部分對(duì)CPPS中的開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了初步分析；第5部分對(duì)CPPS的分布式控制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹；最后第6部分做出全文總結(jié)。

1 CPS與智能電網(wǎng)的相互關(guān)系

CPS技術(shù)的發(fā)展得益于近年來(lái)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等的高速發(fā)展，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界隨時(shí)隨地的控制。CPS通過(guò)嵌入數(shù)量巨大、種類繁多的無(wú)線傳感器而實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的環(huán)境感知，通過(guò)高性能、開(kāi)放式的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部安全、及時(shí)、可靠地通信，通過(guò)高精度、可靠的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主協(xié)調(diào)、遠(yuǎn)程精確控制的目標(biāo)[1]。

CPS技術(shù)已經(jīng)在倉(cāng)儲(chǔ)物流、自主導(dǎo)航汽車、無(wú)人飛機(jī)、智能交通管理、智能樓宇以及智能電網(wǎng)等領(lǐng)域得以初步研究應(yīng)用[2]。

將CPS技術(shù)引入到智能電網(wǎng)中，可以得到電力信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical Power System，CPPS）的概念。為了分析CPPS與智能電網(wǎng)的相互關(guān)系，首先簡(jiǎn)單回顧一下智能電網(wǎng)的概念。目前關(guān)于智能電網(wǎng)的概念較多，并且未達(dá)成一致結(jié)論。IBM中國(guó)公司高級(jí)電力專家Martin Hauske認(rèn)為智能電網(wǎng)有3個(gè)層面的含義：首先利用傳感器對(duì)發(fā)電、輸電、配電、供電等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；然后把獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行傳輸、收集、整合；最后通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化管理的目的[3-4]。

從上文關(guān)于CPS和智能電網(wǎng)的介紹中可以看出，CPS與智能電網(wǎng)在概念上有相通之處，它們均強(qiáng)調(diào)利用前沿通信技術(shù)和高端控制技術(shù)增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的環(huán)境感知和控制能力。因此，在CPS基礎(chǔ)上建立的CPPS為促進(jìn)電力一次系統(tǒng)與電力信息系統(tǒng)的深度融合，最終實(shí)現(xiàn)構(gòu)建完整的智能電網(wǎng)提供了新的思路和實(shí)現(xiàn)途徑。

2 CPPS的硬件平臺(tái)架構(gòu)

基于分布式能源廣泛接入電網(wǎng)所引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題以及建立堅(jiān)強(qiáng)自愈智能電網(wǎng)的總體目標(biāo)，建立安全、穩(wěn)定、可靠的智能電網(wǎng)成為未來(lái)電力系統(tǒng)研究的重要方向，同時(shí)也是CPPS研究的主要內(nèi)容。

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段主要有基于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)的SCADA/EMS系統(tǒng)和側(cè)重于電磁暫態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)的各種故障錄波儀，保護(hù)控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保護(hù)控制裝置安裝處的就地控制方式[5]。就地控制方式易于實(shí)現(xiàn)，并且響應(yīng)速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不夠完善，不能預(yù)測(cè)和解決系統(tǒng)未知故障，對(duì)于電力系統(tǒng)多重反應(yīng)故障更不能準(zhǔn)確動(dòng)作。集中控制方式利用系統(tǒng)全局信息，能夠優(yōu)化系統(tǒng)控制性能，但是計(jì)算數(shù)據(jù)龐大、通信環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，并且現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)主要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，不能對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行進(jìn)行有效地控制。

針對(duì)目前電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、控制手段的不足，要建立堅(jiān)強(qiáng)自愈的未來(lái)智能電網(wǎng)，必須建立相應(yīng)的廣域保護(hù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，CPPS的硬件平臺(tái)就是在此基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。

CPPS的硬件平臺(tái)6層體系架構(gòu)如圖1所示，主要包括：物理層（電力一次設(shè)備）、傳感驅(qū)動(dòng)層（同步PMU）、分布式控制層（智能終端單元STU、智能電子裝置IED等）、過(guò)程控制層（控制子站PLC）、高級(jí)優(yōu)化控制層（SCADA主站控制中心）和信息層（開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)）。

其中，底層的物理層是指電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，如發(fā)電廠、輸配電網(wǎng)等。傳感驅(qū)動(dòng)層主要用于對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，測(cè)量參數(shù)包括電流、電壓、相角等，在CPPS中廣泛使用的測(cè)量裝置是同步PMU。分布式控制層主要包括各STU/IED，為廣域保護(hù)的分布式就地控制提供反饋控制回路。過(guò)程控制層主要指樞紐發(fā)電廠和變電站的控制子站，是CPPS的重要組成部分，通過(guò)收集多個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，建立系統(tǒng)層面的控制回路，并做出相應(yīng)的控制決策。高級(jí)優(yōu)化控制層是指調(diào)度中心控制主站，主要為電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行提供人工輔助優(yōu)化控制。頂層的信息層即智能電網(wǎng)的開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)，注意信息層并不是單獨(dú)的一層，而是重疊搭接CPPS的各個(gè)分層，為CPPS內(nèi)部各組件提供安全、及時(shí)、可靠的通信。

上文給出了CPPS的硬件平臺(tái)模型，但要在電力系統(tǒng)中具體實(shí)現(xiàn)CPPS，涉及諸多方面的技術(shù)難題，下面對(duì)CPPS中的同步PMU、開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)以及分布式控制等分別加以簡(jiǎn)單介紹。

3 同步PMU測(cè)量技術(shù)

同步PMU是構(gòu)建CPPS的基礎(chǔ)，它為CPPS中廣域保護(hù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了豐富的測(cè)量數(shù)據(jù)。同步PMU裝置主要對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)部的同步相量進(jìn)行測(cè)量和輸出，裝設(shè)點(diǎn)包括大型發(fā)電廠、聯(lián)絡(luò)線落點(diǎn)、重要負(fù)荷連接點(diǎn)以及HVDC、SVC等控制系統(tǒng)，測(cè)量數(shù)據(jù)包括線路的三相電壓、三相電流、開(kāi)關(guān)量以及發(fā)電機(jī)端的三相電壓、三相電流、開(kāi)關(guān)量、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁信號(hào)、氣門(mén)開(kāi)度信號(hào)、AGC、AVC、PSS等控制信號(hào)[6]。利用測(cè)得的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度分析，為電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制提供依據(jù)。

同步PMU的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

其中，GPS接收模塊將精度在±1微秒之內(nèi)的秒脈沖對(duì)時(shí)脈沖與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器和CPU單元，作為數(shù)據(jù)采集和向量計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源。由電壓、電流互感器測(cè)得的三相電流、電壓經(jīng)過(guò)濾波整形和A/D轉(zhuǎn)換后，送到CPU單元進(jìn)行離散傅里葉計(jì)算，求出同步相量后再進(jìn)行輸出。注意，發(fā)電機(jī)PMU除了測(cè)量機(jī)端電壓、電流和勵(lì)磁電壓、電流以外，還需接入鍵相脈沖信號(hào)用以測(cè)量發(fā)電機(jī)功角[7]。

4 CPPS的開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)

建立CPPS的開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該在保證安全、及時(shí)、可靠的通信的基礎(chǔ)上，使系統(tǒng)具有高度的開(kāi)放性，支持自動(dòng)化設(shè)備與應(yīng)用軟件的即插即用，支持分布式控制與集中控制的結(jié)合。對(duì)于建立的開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)，需要進(jìn)行通信實(shí)時(shí)性分析、網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性分析。

4.1 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)作為新一代的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)而運(yùn)用于智能變電站中，支持設(shè)備的即插即用和互操作，使智能變電站具有高度的開(kāi)放性。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是智能變電站的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)正在進(jìn)一步發(fā)展成為智能電網(wǎng)的通信標(biāo)準(zhǔn)[8]，因此，使用IEC 61850作為CPPS通信網(wǎng)路的通信標(biāo)準(zhǔn)是最佳選擇。

IEC 61850的核心技術(shù)[9]包括面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)、XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）技術(shù)、軟件復(fù)用技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)以及高速以太網(wǎng)技術(shù)等。

4.2 通信網(wǎng)絡(luò)配置與分析

對(duì)于CPPS開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)配置，可參考智能變電站的三層二網(wǎng)式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置，構(gòu)建CPPS的3層式通信網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。

其中，底層為位于發(fā)電廠、變電站和重要負(fù)荷處的大量PMU、STU/IED，分別負(fù)責(zé)采集實(shí)時(shí)信息和執(zhí)行保護(hù)控制功能。中間層為控制子站（過(guò)程控制單元PLC），每個(gè)控制子站與多個(gè)PMU、STU/IED相連，以完成該分區(qū)系統(tǒng)層面的保護(hù)控制，并根據(jù)需要將數(shù)據(jù)上傳到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上傳數(shù)據(jù)，處理以后將控制信息下發(fā)到各控制子站，以實(shí)現(xiàn)CPPS的廣域保護(hù)控制功能。注意，各層設(shè)備均嵌入GPS實(shí)現(xiàn)精確對(duì)時(shí)，保證全系統(tǒng)的同步數(shù)據(jù)采樣。

5 CPPS的分布式控制機(jī)理

要建立堅(jiān)強(qiáng)自愈的智能電網(wǎng)，必須利用新型控制機(jī)理建立可靠的電力控制系統(tǒng)。根據(jù)電力故障擴(kuò)大的路徑和范圍以及故障的時(shí)間演變過(guò)程，文獻(xiàn)[10-11]中提出建立時(shí)空協(xié)調(diào)的大停電防御框架，建立了電力系統(tǒng)的3道防線，為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的廣域動(dòng)態(tài)保護(hù)控制奠定了良好的基礎(chǔ)。

電力系統(tǒng)的分布式控制（Distributed Control，DC）是相對(duì)于傳統(tǒng)的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多機(jī)系統(tǒng)，即用多臺(tái)計(jì)算機(jī)（指嵌入式系統(tǒng)，包括PLC控制子站和STU/IED等）分別控制不同的設(shè)備和對(duì)象（如發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、保護(hù)裝置等），各自構(gòu)成獨(dú)立的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，通過(guò)對(duì)任務(wù)的相互協(xié)調(diào)和分配而完成系統(tǒng)的整體控制目標(biāo)[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在電力系統(tǒng)的3道防線的基礎(chǔ)上，結(jié)合分布式控制技術(shù)，建立CPPS的3層控制架構(gòu)，如圖4所示。

其中，分布式控制層主要是在故障發(fā)生的起始階段（緩慢開(kāi)斷階段）采取的控制措施，其控制目標(biāo)應(yīng)該是保證系統(tǒng)在不嚴(yán)重故障下的穩(wěn)定性，防止故障的蔓延。過(guò)程控制層是在系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)（級(jí)聯(lián)崩潰開(kāi)始階段）所采取的廣域緊急控制措施，需要付出較大的代價(jià)。通常針對(duì)可能會(huì)使系統(tǒng)失穩(wěn)的特定故障，往往需要投切非故障設(shè)備以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。廣域的緊急控制措施應(yīng)該在故障被識(shí)別出的第一時(shí)間立即實(shí)施，控制措施實(shí)施越晚，控制效果越差。優(yōu)化控制層是在前兩層控制均拒動(dòng)或欠控制而沒(méi)有取得控制效果，同時(shí)在檢測(cè)到各種不穩(wěn)定現(xiàn)象后所采取的控制措施，通常需要進(jìn)行多輪次的切負(fù)荷和振蕩解列。在電力恢復(fù)階段，要有自適應(yīng)的黑啟動(dòng)和自痊愈的控制方案。

6 結(jié)語(yǔ)

將CPS方法引入到電力系統(tǒng)中，建立CPPS的模型平臺(tái)，為建立堅(jiān)強(qiáng)自愈的智能電網(wǎng)提供新的思路。文中對(duì)CPPS中的同步PMU測(cè)量技術(shù)、開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式控制技術(shù)分別進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

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第6篇：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】PLC控制系統(tǒng) 廣播電視設(shè)備 微機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

回顧我國(guó)廣播電視事業(yè)的技術(shù)和設(shè)備發(fā)展歷程，大致可以分為三個(gè)階段：

第一階段：全電子管時(shí)代，在20世紀(jì)70--90年代，發(fā)射設(shè)備的放大器主要依賴于電子管，而該發(fā)射器的缺點(diǎn)就在于一般小型電子管放大器無(wú)法用于廣播電視設(shè)備。一般選取的是三級(jí)電子管放大器。同時(shí)，這一時(shí)期的發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)都是基礎(chǔ)的機(jī)械開(kāi)關(guān)元件以及繼電器控制。

第二階段：半導(dǎo)體半電子管時(shí)代，隨著科技的進(jìn)步，20世紀(jì)80年代半導(dǎo)體得到飛速的發(fā)展，尤其是大功率的半導(dǎo)體放大器，在這一時(shí)代，發(fā)射機(jī)的一二級(jí)使用半導(dǎo)體放大器，由于科技限制第三級(jí)仍使用電子管放大器。而發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)則不再是70年代的設(shè)備，采用了機(jī)械式組合邏輯控制電路。

第三階段：全固態(tài)階段，十年的科學(xué)進(jìn)步，較大功率的放大器設(shè)備也得到了實(shí)現(xiàn)，因此廣播電視發(fā)射設(shè)備全固態(tài)化，發(fā)射設(shè)備的放大器全部由晶體管組成。而控制系統(tǒng)的技術(shù)也逐步完善，主要是多個(gè)單板機(jī)控制形成分布式控制。同時(shí)，發(fā)射機(jī)也具有模擬并行監(jiān)控接口，RS-232、RS-422或則S-485等計(jì)算機(jī)監(jiān)控接口，因此真正意義上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。

我臺(tái)發(fā)射設(shè)備較多，值機(jī)人員巡機(jī)、監(jiān)測(cè)的任務(wù)十分繁重。為了避免人為誤操作，確保安全優(yōu)質(zhì)播出，對(duì)發(fā)射播出設(shè)備進(jìn)行PLC自動(dòng)化技術(shù)改造是十分必要的。

可編程控制器應(yīng)用于電視發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電視發(fā)射機(jī)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)、采集并檢測(cè)發(fā)射機(jī)的信號(hào)輸入、激勵(lì)、功率放大的各個(gè)參數(shù)，出現(xiàn)異常時(shí)報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒備份功能等。

1 分布式微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基本性質(zhì)

分布式監(jiān)控系統(tǒng)英語(yǔ)簡(jiǎn)稱DCS，也被稱做集散控制系統(tǒng)。它主要是利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控、分散控制等的新型控制技術(shù)。而分布式控制系統(tǒng)是一個(gè)分支樹(shù)狀的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也是垂直分解，這樣便于觀察和監(jiān)測(cè)，主要分為過(guò)程控制級(jí)和控制管理級(jí)。各個(gè)級(jí)別相輔相成，而每個(gè)級(jí)別又可分為若干子集。與之前的集中式控制系統(tǒng)相比較，DCS具有以下五個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1.1 自主性

系統(tǒng)控制工作站之間是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的，各個(gè)工作站都有相對(duì)應(yīng)的工作需要完成，各個(gè)站點(diǎn)容量、軟件可及時(shí)更新，是可以獨(dú)自運(yùn)行的子系統(tǒng)。

1.2 在線性和實(shí)時(shí)性

使用人機(jī)接口和I/O接口，對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)、論證、監(jiān)控、操作等，可進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組態(tài)回路的修改、局部故障進(jìn)行在線維修。

1.3 可靠性

可靠性作為分布式監(jiān)控系統(tǒng)的首要前提條件，是它的保障所在，因此結(jié)構(gòu)上采用的是容錯(cuò)設(shè)計(jì)，若一個(gè)單元結(jié)構(gòu)無(wú)法使用時(shí)，仍然可以保障系統(tǒng)的完整，做到不完全癱瘓，局部站點(diǎn)可以繼續(xù)使用。

1.4 適應(yīng)性和可擴(kuò)展性

標(biāo)準(zhǔn)化的軟件以及硬件的設(shè)計(jì)可以滿足許多用戶的需要，因此工廠在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程不需要進(jìn)行太大的數(shù)據(jù)變化，只需改變其中間變量就可實(shí)現(xiàn)目的。

2 廣播電視設(shè)備微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC技術(shù)、多媒體技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等設(shè)計(jì)廣播電視設(shè)備微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)廣播、電視設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)、遙信、遙控、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和控制。

系統(tǒng)采用分層式，一共分為四層：數(shù)據(jù)采集層、前置處理層、采用層和集成通信層。

2.1 數(shù)據(jù)采集層

該層主要是由現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備構(gòu)成，前者負(fù)責(zé)的是對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)的進(jìn)行信息收集，還可以運(yùn)行本地發(fā)射的開(kāi)關(guān)和倒機(jī)操作。

2.2 前置處理層

前置機(jī)的數(shù)據(jù)、上下通訊、系統(tǒng)對(duì)時(shí)、菜單等組成了前置處理層，一般對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)進(jìn)行巡檢、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理、運(yùn)送到應(yīng)用層。

2.3 應(yīng)用層

包括值班員工作站、數(shù)據(jù)庫(kù)、管理與打印工作站等。采用的是局域網(wǎng)連接其他模塊，因此拓展性比較高。

2.4 集成通信層

包括服務(wù)器和遠(yuǎn)程管理局域網(wǎng)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字微波，采用WEB服務(wù)器和瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過(guò)防火墻保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)不受攻擊。

3 可編程序控制器（PLC）

綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和通訊技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來(lái)的以微處理為基礎(chǔ)的通用工業(yè)化自動(dòng)控制裝置。因?yàn)轶w積小、功能強(qiáng)、靈活性和維修方便等優(yōu)點(diǎn)而現(xiàn)在普遍利用，因此是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的標(biāo)志之一。

3.1 PLC的特征：

可編程序控制器具有四大特點(diǎn)：

3.1.1 功能十分豐富

具有豐富的設(shè)備，良好的人機(jī)界面，可用于信息交換。PLC配備多種通訊接口，實(shí)時(shí)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)，形成完整的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。在出現(xiàn)故障時(shí)，維修起來(lái)比較方便。因此豐富的功能于一身，是傳統(tǒng)的繼電器控制電路無(wú)法比較的。

3.1.2 高強(qiáng)可靠性

沒(méi)有大量的部件和電子元件，接線部分減少，因此使用的元器件是無(wú)觸點(diǎn)器件。同時(shí)采取新的設(shè)計(jì)：冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障診斷以及信息的保護(hù)與恢復(fù)，因此可靠性提高。在硬件設(shè)計(jì)方面采用屏蔽、隔離和濾波等手段可靠性高的元件，提升了抗干擾能力。

3.1.3 操作簡(jiǎn)單性

對(duì)于PLC的操作很方便，包括輸入程序和修改程序。編寫(xiě)的程序已經(jīng)由廠家編寫(xiě)出來(lái)，因此操作比較方便。編程方便，可以利用布爾助記符、功能圖表、功能模塊圖編寫(xiě)程序以及BASIC、C語(yǔ)言編寫(xiě)程序。PLC工作可靠性高，故障率低，維修方便，大大降低了維修維護(hù)量。配置、安裝方便，操作性也大為提高。

3.1.4 靈活性高

程序修改以及擴(kuò)展的靈活性在PLC之中得到很好的說(shuō)明，這是繼電器控制系統(tǒng)無(wú)法相比較的，大大方便了用戶。

3.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.2.1 單機(jī)控制系統(tǒng)

采用一對(duì)一控制設(shè)備的形式，輸入與輸出點(diǎn)比較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰。

3.2.2 集中控制系統(tǒng)

采用一對(duì)三控制設(shè)備的形式，多用于多種控制對(duì)象比較近且具有相互間的聯(lián)系。

3.2.3 分散控制系統(tǒng)

在分散控制系統(tǒng)中，每一臺(tái)控制器控制對(duì)象，通過(guò)信號(hào)加以傳遞。或者通過(guò)上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接。使用PLC的數(shù)量多，成本較高，但是維修簡(jiǎn)單，系統(tǒng)擴(kuò)展性能高，增加了系統(tǒng)的可靠性。

3.2.4 遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)中控制對(duì)象遠(yuǎn)離中心控制室的場(chǎng)合，可以節(jié)省電纜費(fèi)用。同時(shí)，I/O模塊不是與控制器放置在一起，遠(yuǎn)距離的放置在控制器對(duì)象附近。

4 結(jié)束語(yǔ)

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施后，廣播電視實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)自動(dòng)倒備機(jī)和故障報(bào)警等控制功能。減輕了值班人員的勞動(dòng)壓力。并且實(shí)時(shí)顯示發(fā)射機(jī)的狀態(tài)和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了遙控、遙測(cè)和遙信等，具備了遠(yuǎn)程值班的技術(shù)狀態(tài)。同時(shí)對(duì)于人民群眾收聽(tīng)廣播、電視節(jié)目實(shí)現(xiàn)廣播電視自動(dòng)化具有劃時(shí)代的意義。

第7篇：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：智能配電；MODBUS總線技術(shù)；硬件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

0 引言

智能化配電是結(jié)合了城市和農(nóng)村配電網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)而研究開(kāi)發(fā)的新型配電網(wǎng)智能系統(tǒng)。傳統(tǒng)的配電房中采用的配電設(shè)備主要以人工手動(dòng)操作為主，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制邏輯，可靠性低。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)電氣設(shè)備控制自動(dòng)化和智能化程度的要求越來(lái)越高，利用現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將電力設(shè)備在正常及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、電力計(jì)量同工廠集散控制系統(tǒng)DCS、PLC 企業(yè)資源計(jì)劃管理融合在一起，達(dá)到高層次、高透明度的良好管理。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、組合化、模塊化、高性能、小型化和多功能化是智能配電系統(tǒng)的趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用將提高智能電器產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)上的兼容性和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用協(xié)議，通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間可以通信。有了它，不同的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控，基于MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的智能配電控制系統(tǒng)通過(guò)總線組網(wǎng)，可以對(duì)配電柜及主令元件實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙信、遙測(cè)，大大提升了配電控制的智能化、可靠性。

1 配電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)如圖1所示【1】。

圖1 智能配電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)上位機(jī)采用了普通PC，用戶可以在其操作系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)各種功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序，足以支撐智能配電控制系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)，它自帶多個(gè)RS232串行口，可以方便與下位機(jī)組網(wǎng)，但需要通過(guò)RS232/485網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接卡實(shí)現(xiàn)。通過(guò)工控機(jī)來(lái)指揮下游的智能配電元件，使用電力儀表對(duì)智能配電元件的用電情況進(jìn)行檢測(cè)和信息反饋。

2 配電控制模塊的組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)

在智能配電控制系統(tǒng)中，需要通過(guò)Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將多個(gè)遠(yuǎn)端控制節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)在一起通信，Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用協(xié)議，不同的控制設(shè)備可通過(guò)Modbus總線連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)配電柜及主令元件實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙信、遙測(cè)，提升了配電控制的擴(kuò)展性、開(kāi)放性和互連性。

標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議物理層采用的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)。RS-232的傳送速率較低，傳送距離較短，抗干擾能力差，只適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。RS-232-C的規(guī)定傳送速率為20000波特，一般單個(gè)裝置之間電纜長(zhǎng)度不超過(guò)15m,而與之相應(yīng)的RS-485標(biāo)準(zhǔn)就是應(yīng)用于多點(diǎn)之間的通信，正好彌補(bǔ)了RS-232標(biāo)準(zhǔn)的不足，所以RS-485廣泛的應(yīng)用于分布式工業(yè)控制系統(tǒng)中。基于MODBUS協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于MODBUS協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)

3 典型應(yīng)用

3.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

以某發(fā)電廠配電項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目要求是結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及實(shí)時(shí)監(jiān)控控制技術(shù)，設(shè)計(jì)出一個(gè)可靠性高、成本較低、可實(shí)現(xiàn)多種控制功能的智能配電系統(tǒng)。，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形式，通過(guò)工控機(jī)來(lái)指揮下游的智能配電元件，使用電力儀表對(duì)萬(wàn)能式斷路器、智能塑殼斷路器、智能雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、和智能軟啟動(dòng)器等元件的用電情況進(jìn)行檢測(cè)、反饋。電力一次圖如圖4所示。

圖4 一次電力圖

3.2 柜體設(shè)計(jì)要求

機(jī)房供配電系統(tǒng)是機(jī)房安全運(yùn)行動(dòng)力保證，采用機(jī)房專用配電柜來(lái)規(guī)范機(jī)房供配電系統(tǒng)，該工程樣機(jī)柜由現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)機(jī)柜、進(jìn)線柜、框架斷路器饋電柜、抽屜柜和電機(jī)控制柜組成。根據(jù)用電實(shí)際情況設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)并配置相應(yīng)輸入輸出配電柜，保證機(jī)房供配電系統(tǒng)的安全性，合理性。為防止以后的擴(kuò)展需要，配電柜采用了模塊化配電。

配電柜需符合計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)供配電的要求，并應(yīng)滿足【2】：

（1）所用的自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，接觸器和熔斷器應(yīng)滿足計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電壓、電流要求。

（2）配電柜所設(shè)計(jì)的供電路數(shù)，應(yīng)能足夠提供主機(jī)和外部設(shè)備使用，各配電柜均應(yīng)留有一定數(shù)量的備用開(kāi)關(guān)。

（3）為檢查供給計(jì)算機(jī)的電源電壓、電流等參數(shù)，配電柜需設(shè)置智能儀表，并應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)以便能隨時(shí)檢查三項(xiàng)電流的不平衡情況。

（4）配電柜具有通信接口，并集成至動(dòng)力與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中。對(duì)每臺(tái)配電柜輸入均可實(shí)現(xiàn)電流、電壓、頻率、用電功率的監(jiān)測(cè)。對(duì)UPS配電柜的輸出開(kāi)關(guān)的通斷應(yīng)能進(jìn)行監(jiān)控

（5）配電柜應(yīng)根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)置必要的中線、安全地、邏輯地接線端子配電設(shè)計(jì)要考慮與其他專業(yè)系統(tǒng)的接口問(wèn)題，解決好電氣系統(tǒng)與空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)與弱點(diǎn)系統(tǒng)的相互接口，適時(shí)提出并交換相互的要求，從而完成一個(gè)整體的設(shè)計(jì)。

在開(kāi)關(guān)柜面圖上主要顯示了開(kāi)關(guān)的合、分狀態(tài)，設(shè)備的遠(yuǎn)程、本地狀態(tài)，抽屜柜的連接、分離、試驗(yàn)三位置、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止等信息。這些離散量信息都在系統(tǒng)柜面圖上以指示燈等圖形的方式直觀的加以表達(dá)。

在此系統(tǒng)中，基于Moudbus 協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)的通信方式選擇RS-485， 系統(tǒng)的通信介質(zhì)選擇了價(jià)格便宜、 抗干擾能力較強(qiáng)的屏蔽雙絞線。該系統(tǒng)采用RS-485作為協(xié)議物理層，下位機(jī)智能控制器中已有RS-485接口, 上位機(jī)中只需加一個(gè) RS-232/RS-485 轉(zhuǎn)換接口 就可組成總線系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，可通過(guò)PC機(jī)可對(duì)智能電氣元件的開(kāi)合等進(jìn)行控制，可設(shè)定或修改電氣元件的參數(shù)，并能實(shí)時(shí)查看配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況。如果某只斷路器發(fā)生斷開(kāi)等故障，系統(tǒng)會(huì)立即顯示故障信息，包括顯示故障的電氣型號(hào)、位置和故障原因等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電系統(tǒng)全面、準(zhǔn)確、輕松的控制。在配電監(jiān)控組態(tài)軟件上，可直觀看到一次圖中配電柜系統(tǒng)的各個(gè)受電、饋電回路的開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)、電流、電壓等數(shù)據(jù)。同時(shí)，用戶點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)位置可進(jìn)入相關(guān)的設(shè)備圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)智能配電系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了樣機(jī)實(shí)現(xiàn)，分析了Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在智能配電系統(tǒng)中的作用，以某電廠為例介紹了本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的智能配電柜強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控和管理功能，說(shuō)明了基于Modbus協(xié)議的智能配電控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，即提高了配電保護(hù)水平，也提高了管理的效率及系統(tǒng)穩(wěn)定性，結(jié)果表明了，此設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性，以及市場(chǎng)推廣的前景。

參考文獻(xiàn)

第8篇：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：可編程 控制系統(tǒng) 工業(yè)融合 研究與思考

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）08-0195-01

信息化條件下，可編程系統(tǒng)的應(yīng)用，已經(jīng)深透到了工業(yè)系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，特別是它的可靠性能、抗干擾能力、操作簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試工作量小、維護(hù)方便高效、體積小、低耗能等顯著特點(diǎn)，深受工業(yè)系統(tǒng)的迷愛(ài)，近年來(lái)，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，特別是信息化工業(yè)水平的提高，尤其是隨著大功率、高效能、智能化集成電路的普及與應(yīng)用，其上述特點(diǎn)，已經(jīng)凸現(xiàn)出來(lái)，助推工業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也賦予了可編程控制系統(tǒng)以新的內(nèi)涵，并成為人們研究與開(kāi)發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)。

可編程控制系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)（DCS）和計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC），在功能和應(yīng)用方面的重大突破與相互滲透，互相融合，使控制系統(tǒng)的性能與效率得到了大大的提高，在此系統(tǒng)中，目前的應(yīng)用趨勢(shì)是采取開(kāi)放式的應(yīng)用平臺(tái)，即我們所說(shuō)的，網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、監(jiān)控及顯示均采取國(guó)際與國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形如，UNIX、MC-DOS、Windows、OS2等操作系統(tǒng)，這就完全可以把眾多的電子產(chǎn)品、應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)進(jìn)行融合于之中，實(shí)現(xiàn)編程、應(yīng)用、開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新于一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)化系統(tǒng)創(chuàng)新研究與應(yīng)用的全面實(shí)踐，助推工業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)高效、創(chuàng)新的工業(yè)發(fā)展新模式。

在眾多的可編程控制系統(tǒng)應(yīng)用中，PLC與DCS的融合，是實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟件應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化的最好的體現(xiàn)。DCS（Distributed Control System）通常是指集成控制系統(tǒng)，又叫分布式控制系統(tǒng)，它主要是應(yīng)用于石油、化工、電力、造紙等工業(yè)流程的控過(guò)程，是現(xiàn)代工業(yè)控制與先進(jìn)工業(yè)操作控制的重要基礎(chǔ)源，也是促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)改進(jìn)、提高操作能力、強(qiáng)化應(yīng)用、優(yōu)化效率的重要體現(xiàn)。它更是用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種新型的控制裝置與體系，具有系統(tǒng)性、智能化和先進(jìn)性，它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)和人工智能技術(shù)共同發(fā)展、互相滲透、融合于一體而產(chǎn)生的，具有先進(jìn)的可操控性。

通用性強(qiáng)、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理靈活方便、顯示操作集中、人機(jī)界面好、安裝調(diào)試運(yùn)行方便、運(yùn)行安全可靠和高效數(shù)據(jù)化是它的特點(diǎn)。它基本上是由集中管理部分、分散控制部分、通信部分等組成，由于它使用的通信模擬模塊，所以它的操控特色十分明顯，且具有強(qiáng)大的應(yīng)用前程，特別是近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和軟件的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)處理與各種軟件的有機(jī)融合，促進(jìn)了對(duì)工業(yè)用戶的升級(jí)、換代，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序的良性循環(huán)，促進(jìn)了以信息化條件下的工業(yè)可編程自動(dòng)化。

目前，西門(mén)子公司的STMATIC PCS（如下圖所示）是具有可編程器功能的新型集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集電氣控制、過(guò)程控制和系統(tǒng)控制于一體，它把批量控制、連續(xù)控制、高速邏輯控制、高級(jí)運(yùn)算、數(shù)據(jù)運(yùn)行與管理集成一體，其靈活的系統(tǒng)擴(kuò)展性、基于UNIX操作系統(tǒng)和X-Windows的圖像環(huán)境、開(kāi)放的客戶服務(wù)端結(jié)構(gòu)模式，使工業(yè)用戶可根據(jù)自己生產(chǎn)流程科學(xué)而迅速地從事取樣與管理，得到全面的信息和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，以便于進(jìn)行系統(tǒng)性修正與完善。（如圖1）

總之，可編程與信息化在除應(yīng)用于單片機(jī)控制外，特別是適用于集成操控系統(tǒng)的控制與實(shí)現(xiàn)，隨著集成電路的發(fā)展，高性能控制系統(tǒng)將更加廣泛在應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，電子信息專業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展，更加適應(yīng)于生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)，助推工業(yè)革命迅速提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn)

第9篇：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：清分機(jī) CAN總線 狀態(tài)控制

中國(guó)分類號(hào)：TP273+.5　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B　文章編號(hào)：1002－2422(2008)04－0012－02

紙幣清分的主要任務(wù)在于識(shí)別紙幣的面額、面向、新舊程度，并按一定的清分級(jí)別對(duì)同種面值具有不同清分度的紙幣進(jìn)行分離，以解決減少破損紙幣流通及挑選適合ATM機(jī)紙幣兩方面的需要。

紙幣清分機(jī)涉及計(jì)算機(jī)控制、圖像識(shí)別以及聲、光、電、磁等多種檢測(cè)控制技術(shù)。主要由圖像采集處理子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)兩部分組成。其中控制子系統(tǒng)是清分機(jī)工作的核心。

1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

紙幣清分機(jī)是一種完成高速紙幣處理任務(wù)的金融機(jī)具。主要由圖像采集處理子系統(tǒng)、主控模塊、人機(jī)交互模塊、鈔口維護(hù)模塊、傳感器等部分組成，如圖1所示。其中紙幣圖像采集和處理電路是完成紙幣圖像采集和處理的硬件平臺(tái)，完成紙幣圖像的高速采集。其采集得到的圖像供紙幣清分軟件使用，實(shí)現(xiàn)紙幣面額、朝向、新舊、破損和號(hào)碼識(shí)別等功能。控制子系統(tǒng)是清分機(jī)工作的核心，負(fù)責(zé)收集各傳感器信號(hào)及圖像識(shí)別的結(jié)果，并相應(yīng)作出決策，控制入鈔、走鈔、分鈔的運(yùn)行，同時(shí)顯示結(jié)果。在控制子系統(tǒng)中，MCU用來(lái)執(zhí)行程序控制整個(gè)硬件系統(tǒng)的行為；EEPROM保存工作模式、各個(gè)面額的磁等級(jí)、紫外等級(jí)、紅外等級(jí)等一些設(shè)置；CPLD用來(lái)擴(kuò)展端口，如磁信號(hào)、紫外信號(hào)、位置傳感器狀態(tài)的獲得以及電機(jī)、道岔控制信號(hào)的輸出等。控制子系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)和清分機(jī)狀態(tài)控制算法。

2　基于CAN總線的分布式控制結(jié)構(gòu)

控制子系統(tǒng)是清分機(jī)工作的核心，負(fù)責(zé)收集各傳感器信號(hào)及圖像識(shí)別的結(jié)果，并相應(yīng)作出決策，控制入鈔、走鈔、分鈔的運(yùn)行，同時(shí)顯示結(jié)果。控制子系統(tǒng)采用基于CAN總線的分布式處理結(jié)構(gòu)，其功能框圖如圖2所示。

其中主控模塊、圖像識(shí)別模塊、鈔口維護(hù)模塊及LCD顯示模塊等均有各自的MCU，彼此獨(dú)立工作。顯示模塊負(fù)責(zé)接受用戶的鍵盤(pán)操作及顯示；鈔口模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鈔口狀態(tài)，控制出鈔口電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在鈔票到達(dá)每個(gè)鈔口控制道岔的搬起；圖像識(shí)別模塊負(fù)責(zé)紙幣圖像的采集、處理、識(shí)別；主控模塊負(fù)責(zé)入鈔電機(jī)、主電機(jī)的工作，控制鈔票的運(yùn)行，接收識(shí)別結(jié)果及識(shí)偽結(jié)果，并與事先設(shè)置好的鈔口參數(shù)比對(duì)，給出每一張鈔票的分鈔結(jié)果。各模塊之間均以CAN總線方式連接，系統(tǒng)開(kāi)放，速度快。傳輸速率可達(dá)1M bps，理論上節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不受限制，可隨意擴(kuò)充，各節(jié)點(diǎn)之間可自由通信，任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)創(chuàng)造條件。

3　控制子系統(tǒng)狀態(tài)控制方法

控制程序根據(jù)紙幣清分機(jī)所處的狀態(tài)可分為開(kāi)機(jī)初始化、機(jī)器自檢、待機(jī)鍵盤(pán)處理、走鈔運(yùn)行、故障停機(jī)和正常停機(jī)等幾個(gè)狀態(tài)，各狀態(tài)及狀態(tài)之間的相互關(guān)系如圖3所示。

紙幣清分機(jī)通電后，首先進(jìn)入開(kāi)機(jī)初始化狀態(tài)，然后進(jìn)入機(jī)器自檢狀態(tài)，自檢通過(guò)則進(jìn)入待機(jī)鍵盤(pán)處理狀態(tài)；不通過(guò)則進(jìn)入故障停機(jī)狀態(tài)。在待機(jī)狀態(tài)下，如果入鈔口有鈔，并且沒(méi)有發(fā)生故障，則會(huì)進(jìn)入走鈔運(yùn)行狀態(tài)；如發(fā)生故障則進(jìn)入故障停機(jī)狀態(tài)。從走鈔運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入正常停機(jī)狀態(tài)，需要滿足以下幾個(gè)條件之一：入鈔口無(wú)鈔；計(jì)數(shù)到達(dá)批量值；到達(dá)接鈔口最大載鈔值。如果在走鈔運(yùn)行狀態(tài)中檢測(cè)到故障發(fā)生，則要進(jìn)入故障停機(jī)狀態(tài)。