基于嵌入式的远程电气控制自动化系统的设计

摘 要：现在采用工业以太网设计了远程电气控制自动化系统来改善传统集散控制模式在远处集控系统中的缺点和问题，并且在开发的具有了远程集控功能的电气自动化控制系统中结合了嵌入式系统，并且将嵌入式远程电气集控系统的网络构架层次、实现方式的控制以及嵌入式系统的探究设计方案。这些具体内容的给出让我们在加强完善结合了嵌入式系统的远程电气控制自动化集控系统方面有许多重要的意义，可以让我们进一步改进远程电气控制自动化集控系统，可以从中得到许多借鉴。

关键词：嵌入式控制；电气自动化；远程测控；系统

一、传统的集散控制（DCS ）方式分析

现在出现了一个随着当今好多大型工业生产的自动化不断兴起并且对于过程控制要求也变得越来越复杂，由于形式的改变出现的一种综合的控制系统。也就是所谓的DCS系统。它是多项技术综合的产物，它由计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术的合体，它拥有十分里改的通讯功能，此外还可以提供窗口优秀的人机界面，它是现代科技的产物，能够准确完成过程的管理和控制的设备。因为远程电气控制自动化系统的技术发展越来越好，设备的可靠性也越来越高，所以在用于控制的控制站的规模也变得越来越大，现在已经采取4mA～20mA的模拟信号来进行现场信号的监测、输入和控制管理，这与分散控制、集中监管的观点是相悖的。DCS控制方式在现代社会中缺点和不足随着社会的发展显现的越来越明显，现在电气的自动化管理系统也不再像从前一样简单，电气设备变得越来越复杂，功能也更加多样，所以传统的控制方式不得不进行优化改变。不过DCS表现出的不足刚好被基于嵌入式的远程电气控制自动化系统弥补，，新型的控制系统做到了把控制真正的下放到现场中，先进的智能表能够在现场对数据进行准确的采集和处理、控制运算可将数据准确输出等许多现场作用，只有很小一部分过于高端的控制技术在现场进行不了才进一步让上位机来进行控制。综上可知，传统的DCS控制技术被发展基于工业以太网的远程控制系统取代是社会发展的必然产物，是顺应时代的需求。

二、基于嵌入式的远程电子控制自动化系统设计实现

2 .1远程控制系统的实现方法

基于工业以太网的远程集控系统的组成成分十分精密，它的每个节点都由一台数字化的智能设备构成，存在这些设备的内部都含有微处理器，这些处理器的功能应用也十分广泛，它们具有采样、A/D转换、校正、线性化、处理运算以及PID控制等诸多功能。我们要顺利简单的实现一些简单的控制方案，就只要根据控制系统结构和策略所需要的功能区以及具备用到功能区的条件，然后将功能块进行分配，由组态软件将各功能块进行连接，就实现了将真正的分散控制，将原来传统控制站中的许多单一简单的控制功能还原到现场。真正的远程电气自动化控制系统要实行起来还存在一些问题，有许多的逻辑量控制变量组成真正的控制变量，许多与之相关联的设备按照正常的顺序进行操作，以及设备之间的保护、连锁和顺控等联合控制辅机的起停。除此之外，在辅助车间的工艺许多控制都是依据顺序控制为主，而PLC刚好对于顺序占有很特别的优势。我们在对PLC的型号选择的时候最好的选择对象就是要遵循现场通讯协议或者看其能不能与网络进行信息的交换的择优原则。在进行真正的控制的时候我们要牢记模拟量的控制和逻辑量的控制是不能够分开的，它们是紧密联系在一起的，各个设备之间彼此是相互联系的，在操作运转的时候各个设备的运行是否正确，都会影响到整体的运作，所以整体控制系统是一个巨大的整体，要保证所有设备的正常运作，才能确保所有设备的正常运作。

2.2 远程控制系统的构造和层次设计

1）远程信息管理层：为了确保所有的电气设备有能够实现管理和控制一体化功能的实现，在底层传输集成和数据集成的铺垫下，每个集成子系统的动态显示得到了实现，其中主要的功能包括：：管控一体化“管理支撑机电运输设备，实现了机电设备中生产自动化和管理信息化的完美结合。实行管理控制一体化系统后，在下达机电设备调度和生产中的安全操作指令是能够及时的发现各类突发事件并及时解决突发事件。为了实现管理控制的相互联系和及时性，控制系统做到了能够实时的采集数据存储在管控服务器中并集成与生产相关的各种重要信息。在现场的各个角落设置监控站并在监控中心的大屏幕上进行远程监控，这样就做到了对所监测的设备进行全方位的智慧和监控。

2）网络层：为了同时可以接入不同协议的数据，在远程控制系统中国采用光纤工业以太网结构，在数据的传输上现场总路的输入线路和以太网，让数据能够快速准确的实现网络传输。

3）设备层：设备无阻碍的与被控制的机电设备进行直接的联系，要本地的设备的运行作用和常规保护作用能够得到实现，随时能够显示出本地的控制状况，与此同时，还能够与远程信息管理的中枢系统进行双向信息传导，这样就真正做到了远程控制和本地控制的完美结合。

2.3应用软件任务分类

在开发设计嵌入式远程控制系统的时候，常常采用嵌入式实时操作系统Clinux以便进行系统中多个任务的同时管理和有序调度。关于实时多任务操作系统的主要决定因素是对任务以及终端进行的处理。用户在管理过程中会调用Clinux的任务调度函数，然后从已经准备好的任务中寻找最高级的优先任务，同时进行任务的切换操作。根据任务的分配原则，以及电气自动化远程控制系统中的目的要求，我们将应用软件划分成为下面的几个类型的任务：

1）测控基本功能实现任务：这个任务中包括了测算、数据的提前处理、驱动输出等。这些类型的任务实时性和可靠性都比较高，因此他的优先级也最高，测量优先级也是和最高的。数据的提前处理要按照要求对采样的数据做低通滤波处理。

2）保护功能任务：这里主要值得是报警功能，要求尽可能快的完成之前指定的任务。

3）人机交互功能：键盘响应、显示器显示等，这个功能的优先级最低。总体任务的实行只要有两个不同的进程实现：当地数据的采集程序和网络服务程序。

三、结语

嵌入式实时系统的开发是一个复杂繁琐的过程，在开发的过程中，不仅在分析开始要求之后要对软硬件的关系做出权衡，还要在系统的效率、成本、灵活性以及可以使用的工具之间做出比较，权衡利弊。这里所开发的基于Linux的嵌入式系统应用到远程电气自动化控制系统，它不仅能够满足现金工业制造领域对于工业控制监测系统提出的要求，也可以确保任务监测的实时性和准确性，而且在操作也很简单，安装和卸载都十分简便，这样也利于系统集成和维护。基于Linux的嵌入式系统的出现和应用是社会发展的必然产物，对于提高远程监测的准确性有极其重要的作用，在工业控制领域有很好的应用前景。

参考文献

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[2]王学龙.嵌入式Linux系统设计与应用 [M ].北京：清华大学出版社，2001.

[3]沈绪榜.2001嵌入式系统及单片机国际学术流会论文集[ C ]. 北京：航空航天大学出版社，200l：230～233.

作者简介

周永强，男，浙江杭州人，浙江安费诺飞凤通信部品有限公司，自动化课，新技术开发组长，研究方向，自动化设备控制。