探討互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程機(jī)電控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)機(jī)電控
1 傳統(tǒng)的機(jī)電控制模式
1.1 數(shù)字式控制數(shù)字化控制是一種對機(jī)電設(shè)備的直接控制模式，是強(qiáng)調(diào)計算機(jī)對生產(chǎn)的控制，系統(tǒng)組建的核心是計算機(jī)，此控制系統(tǒng)中首先對控制對象的情況進(jìn)行采樣，然后將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量以便計算機(jī)進(jìn)行分析，利用控制算法將控制指令利用數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置變?yōu)槟M量，最后輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對生產(chǎn)的控制，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計的工作目標(biāo)。系統(tǒng)也可將信息顯示在終端或者打印出來。此類控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、控制直接、方便維護(hù)、抗干擾性強(qiáng)、控制精確等。其主要的問題是運(yùn)行速度和內(nèi)存容量限制，對于單機(jī)生產(chǎn)控制效果較好，不適應(yīng)于復(fù)雜的動態(tài)化控制的需求。
1.2 定值控制系統(tǒng)此系統(tǒng)也可作為監(jiān)督控制，其將操作指導(dǎo)和數(shù)字控制系統(tǒng)相結(jié)合，形成一種較為高級的數(shù)字控制系統(tǒng)。定值控制與數(shù)字控制從根本上均是閉環(huán)控制模式。該系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)限于模擬調(diào)節(jié)裝置或者利用計算機(jī)來完成。監(jiān)督控制計算機(jī)對生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)進(jìn)行檢測，并根據(jù)生產(chǎn)過程的模型計算出最佳的參數(shù)值，由模擬調(diào)節(jié)器或者數(shù)字計算機(jī)設(shè)定，使生產(chǎn)始終處在最佳工況下。同時還可通過在線分析修正現(xiàn)有的工況，實(shí)現(xiàn)最佳控制和自適應(yīng)調(diào)整。但是其控制仍然屬于集中模式，如果出現(xiàn)多條控制回路時極易出現(xiàn)風(fēng)險集中的問題，將會大大降低系統(tǒng)的可靠性，這也是其被分散控制模式取代的原因。
1.3 分散控制系統(tǒng)此種系統(tǒng)實(shí)際上就是分布式控制系統(tǒng)， 目前的分布式控制系統(tǒng)主要有環(huán)形、總線形、多級式等。如典型的多級式控制系統(tǒng)，多級控制由分散過程控制、監(jiān)督控制、生產(chǎn)管理控制等多個環(huán)節(jié)構(gòu)成。
分布式控制系統(tǒng)的本質(zhì)就是利用計算機(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)控、操作、管理、分散控制的網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)。其主要由計算機(jī)技術(shù)、信號采集處理、測量控制、通信網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互技術(shù)等共同組成一個完整的多級化控制系統(tǒng)。其具有較強(qiáng)的通用性、靈活性、控制完整、數(shù)據(jù)處理快捷、操控簡單靈活等優(yōu)勢，形成了一種統(tǒng)一的規(guī)范化組建模式，可以適應(yīng)生產(chǎn)過程中的復(fù)雜需求，是自動化控制技術(shù)發(fā)展與融合的成果。
1.4 現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的核心技術(shù)就是總線技術(shù)，此技術(shù)是在20世紀(jì)末形成并趨于成熟的一種工控技術(shù)，借助網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，該系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)與管理的觀念引入到工控領(lǐng)域。其從本質(zhì)上而言是一種數(shù)字通信協(xié)議，是智能連接現(xiàn)場設(shè)備與控制系統(tǒng)的數(shù)字化、分散式、雙向傳輸、多點(diǎn)分支的通信網(wǎng)絡(luò)。更是一種控制技術(shù)、自動儀表、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合體，具有現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備互聯(lián)、相互操作性、分散功能模塊、開放式網(wǎng)絡(luò)模式等優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)使其成為了新一代的自動化工業(yè)控制系統(tǒng)的代表模式。
2 基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程機(jī)電控制系統(tǒng)
隨著傳統(tǒng)機(jī)電控制系統(tǒng)的發(fā)展，其缺陷也不斷暴露�；ゲ僮餍阅艿奶岣叱蔀榱丝偩�控制系統(tǒng)的發(fā)展屏障。因?yàn)椴煌目偩�標(biāo)準(zhǔn)所針對的設(shè)備與技術(shù)具有局限性，因此要完全實(shí)現(xiàn)互操作十分困難。同時實(shí)現(xiàn)真正的分散性也是總線的局限性之一，不能真正實(shí)現(xiàn)完全分散控制。在此技術(shù)限制下基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生。
2.1 基于互聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)組成
(1)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)用戶與現(xiàn)場設(shè)備的人機(jī)交互。其功能包括：顯示設(shè)備的狀態(tài)、輸入控制指令、對參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等。目前專業(yè)的工業(yè)控制計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，同時利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓計算機(jī)遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，所以基于互聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)的控制終端主要由計算機(jī)構(gòu)成。
(2)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。數(shù)據(jù)的傳輸是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的重要技術(shù)，控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是控制信息傳遞的重要通道，其負(fù)責(zé)對各種控制數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸， 目的是將現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)及時傳遞到監(jiān)控終端，讓操作人員了解設(shè)備狀態(tài)，并將控制指令輸入生產(chǎn)設(shè)備，完成控制。基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就是通常意義上的互聯(lián)網(wǎng)。
(3)現(xiàn)場設(shè)備與執(zhí)行系統(tǒng)�，F(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控與執(zhí)行系統(tǒng)是控制現(xiàn)場設(shè)備的重要系統(tǒng)，主要作用是由執(zhí)行控制終端發(fā)出各種指令完成對系統(tǒng)的調(diào)控。同時也可采集設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理，形成數(shù)據(jù)信息傳遞給中央控制系統(tǒng)。現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的本質(zhì)是基礎(chǔ)計算機(jī)、現(xiàn)場控制、管理分析、數(shù)據(jù)處理的綜合性機(jī)電控制系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)輸入與輸出的環(huán)節(jié)上采用互聯(lián)網(wǎng)完成通信。
2.2 互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方式
從系統(tǒng)的組成和功能實(shí)現(xiàn)上來看，所有的遠(yuǎn)程機(jī)電控制系統(tǒng)都可以劃分為3大組成模塊，但是其控制方式卻存在差異，具體控制方式如下：
(1)保持模式控制。隨著設(shè)備本身的自動化水平不斷提高，設(shè)備自身已經(jīng)具備一定的自控能力，對突發(fā)事件的應(yīng)對能力和系統(tǒng)魯棒性能較強(qiáng)，此時遠(yuǎn)程控制僅僅負(fù)責(zé)對手控端發(fā)出控制命令，而設(shè)備自主調(diào)控完成指令，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)只對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，在必要時才對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。這就要求設(shè)備不斷地向控制終端發(fā)出運(yùn)行狀態(tài)信息，控制端則使之保持對設(shè)備的監(jiān)控狀態(tài)。這樣控制端與設(shè)備之間必須維持暢通的數(shù)據(jù)通訊連接，信息的傳遞允許一定的滯后，滯后的時間是指令時間、發(fā)送時間、反饋數(shù)據(jù)時間、系統(tǒng)初始化時間的總和。因?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備具有較強(qiáng)的智能化功能，可以處理來自現(xiàn)場的意外情況，防止事故的發(fā)展。在事故出現(xiàn)的時候可以及時的處置，或者暫停任務(wù)實(shí)施，等待控制終端的下一步指令。此種模式可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人控制生產(chǎn)，或者危險環(huán)境的遠(yuǎn)程控制。
(2)完成模式控制�？刂平K端只是向受控設(shè)備發(fā)出控制指令，而設(shè)備自主對此指令進(jìn)行執(zhí)行，控制終端不對設(shè)備具體的實(shí)現(xiàn)過程加以控制，設(shè)備完成任務(wù)后便會形成信息向控制系統(tǒng)報告。設(shè)備的操挖完全由本地裝置完成，設(shè)備在本地操控人員監(jiān)督下完成工作。
(3)完全控制模式。此種模式中設(shè)備的本地控制系統(tǒng)僅僅是設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)，全部的操控都是由控制終端完成。這種方式設(shè)備的控制和執(zhí)行系統(tǒng)是相互分離的，且在受控端對信號的反應(yīng)速度要求很高，需要及時完成指令的執(zhí)行，控制終端也可對現(xiàn)場的情況作出實(shí)時化反應(yīng)，此時對通信線路的要求也就較高，該控制方式主要用于特殊行業(yè)。
(4)交互式控制。此種控制是本地操控人員和控制終端協(xié)同工作來完成機(jī)電系統(tǒng)控制的，在控制終端的指令下完成工作，由本地操控人員對設(shè)備進(jìn)行控制與維護(hù)。在任務(wù)執(zhí)行的過程中，系統(tǒng)可以及時地建立連接，進(jìn)行設(shè)備與人員之問的信息交互，設(shè)備的狀態(tài)信息可完成實(shí)時化采集。
3 傳統(tǒng)控制技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中的作用
基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比就是在通信系統(tǒng)中引入了互聯(lián)網(wǎng)作為傳輸?shù)拿浇�。從具體的分析來看，基于互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)如果忽視其互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)這一通信模塊，其遠(yuǎn)程控制與設(shè)備控制系統(tǒng)與以往的傳統(tǒng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)差別不大，可以說，傳統(tǒng)的機(jī)電控制系統(tǒng)是遠(yuǎn)程受控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。要構(gòu)成一個基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程機(jī)電控制系統(tǒng)，關(guān)鍵就是將現(xiàn)場機(jī)電控制系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，使之通過互聯(lián)網(wǎng)與控制終端進(jìn)行信息交互，這就可以避免以往利用總線控制所遇到的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不容易統(tǒng)一的困難。在傳統(tǒng)的機(jī)電控制系統(tǒng)發(fā)展中控制系統(tǒng)出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性的改變，形成了新的網(wǎng)絡(luò)集成是分布控制系統(tǒng)。采用全數(shù)字通信，具備了開放式、分布式、容易操控等等優(yōu)勢，形成了從測控設(shè)備到控制計算機(jī)的全數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)， 已經(jīng)具備了與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)連接并形成完整系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此可以說，傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。而且一些傳統(tǒng)的機(jī)電控制理論除了應(yīng)用在現(xiàn)場機(jī)電控制系統(tǒng)外，也在解決數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸中產(chǎn)生的延時、失真等問題上作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
4 結(jié)語
通過對傳統(tǒng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的分析，本文提出了基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程機(jī)電控制系統(tǒng)的組成和功能實(shí)現(xiàn)。其控制方式從本質(zhì)上是利用互聯(lián)網(wǎng)為媒介實(shí)現(xiàn)終端控制系統(tǒng)與受控系統(tǒng)的互聯(lián)，從而提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與拓展能力，為遠(yuǎn)程機(jī)電控制系統(tǒng)提供新的發(fā)展方向。
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