計算機分布式控制技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：計算機分布式控制技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】計算機聯(lián)鎖；分布式控制；研究

一、系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)分析

我們必須采用分布式、智能程度更高的技術(shù)來完善發(fā)展計算機聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是因為計算機聯(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。一個非常有效地辦法就是在計算機聯(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，是以計算機、通信、控制和CRT技術(shù)的迅速發(fā)展為基礎(chǔ)的?，F(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是一個基本的DCS應(yīng)該包括的四大組成部分。這里面，DCS的核心是現(xiàn)場控制站，它負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的主要控制功能?，F(xiàn)場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)。人機界面的功能主要由操作員站來完成。DCS的另一個重要組成部分是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它作為紐帶連接系統(tǒng)各個站。DCS的主要特征有如下幾個方面：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。讓人機對話技術(shù)變成現(xiàn)實，靈活的擴展系統(tǒng)，使其管理的能力更強。

（二）多智能體

MAS這個系統(tǒng)是由多個智能體構(gòu)成的。Agent是一種可以通過決策推理生成相應(yīng)的規(guī)劃并作用于環(huán)境的計算實體或者功能單元，具備學(xué)習(xí)能力、協(xié)調(diào)能力、適應(yīng)性和自治性?？刂破?、計算機系統(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以分布式開放的動態(tài)條件為基礎(chǔ)，通過交互、合作、競爭、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，個體Agent的基本模型包含：環(huán)境感知模塊、事件監(jiān)測模塊、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Agent通過通信模塊聯(lián)合工作形成的。

二、系統(tǒng)的總體方案設(shè)計

系統(tǒng)的安全性和可靠性都依賴于計算機聯(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)的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是新型分布式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的特點。

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式控制系統(tǒng)是新型分布式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)方式，它的硬件結(jié)構(gòu)包含：操作表實機具有人機對話的功能、智能體單元負(fù)責(zé)聯(lián)鎖運算和I/0借口功能、電務(wù)維修管理機負(fù)責(zé)記錄系統(tǒng)運行狀態(tài)。

（二）系統(tǒng)的特點

對于整個站場的整體顯示、集中操作和對現(xiàn)場設(shè)備的分散、智能控制和狀態(tài)采集是這個系統(tǒng)的最大特點。各個智能體既可以單獨控制各個現(xiàn)場設(shè)備又可以實現(xiàn)聯(lián)合聯(lián)鎖運算，系統(tǒng)的獨立性和整體性可以同時得到體現(xiàn)。

（三）智能體單元

1.智能體結(jié)構(gòu)模型

單個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。每一個只能Agent都是由控制器節(jié)點封裝而成的。

①狀態(tài)采集模塊：獲取站場設(shè)備的即時狀態(tài)情況。如道岔的定、反位情況等；②事件監(jiān)測模塊：把自身的運行狀態(tài)提供給操作表示機，可以在系統(tǒng)發(fā)生異常狀況的時候發(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)鎖運算等任務(wù)級合作問題；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)場的設(shè)備狀態(tài)進行決策，發(fā)出具體控制操作。軟件是其實現(xiàn)的途徑；⑤執(zhí)行模塊：這個模塊負(fù)責(zé)給出控制策略和現(xiàn)場設(shè)備運轉(zhuǎn)的驅(qū)動；⑥通信模塊：和相關(guān)智能體的控制信息交互是這個模塊的主要責(zé)任。

2.多智能體交互通信

通信是分布式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中智能體之間協(xié)作的實現(xiàn)方式。

①通信機制。通信機制的優(yōu)劣和整個系統(tǒng)的性能有直接的關(guān)系。直接通信機制是分布式計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)使用的通信機制。相應(yīng)的智能單元接收操作表示機發(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通信語言。Agent交互的關(guān)鍵問題是Agent通信語言。Agent之間的通信依靠知識查詢操縱語言。輔助信息包含在通信信息當(dāng)中是其最大的特點。各個通信模塊把各個智能體單元聯(lián)合在一起。經(jīng)過現(xiàn)場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)癱瘓的時候并不會對其他的系統(tǒng)造成影響。

三、結(jié)束語

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

參考文獻：

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[2]唐世軍；盧佩玲；；TYJL-ADX型二乘二取二計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)[J]；鐵道通信信號；2008年12期

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[4]謝文站；；國產(chǎn)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]；鐵路通信信號工程技術(shù)；2008年01期

第2篇：計算機分布式控制技術(shù)范文

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

1引言

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

2樓宇自動化系統(tǒng)的組成與基本功能

建筑設(shè)備自動化系統(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)我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，BAS又可分為設(shè)備運行管理與監(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，能夠按照約定實現(xiàn)操作權(quán)轉(zhuǎn)移，進行一體化的協(xié)調(diào)控制。

建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)的基本功能可以歸納如下：

(1)自動監(jiān)視并控制各種機電設(shè)備的起、停，顯示或打印當(dāng)前運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

(2)自動檢測、顯示、打印各種機電設(shè)備的運行參數(shù)及其變化趨勢或歷史數(shù)據(jù)。

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

(4)監(jiān)測并及時處理各種意外、突發(fā)事件。

(5)實現(xiàn)對大樓內(nèi)各種機電設(shè)備的統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)控制。

(6)能源管理：水、電、氣等的計量收費、實現(xiàn)能源管理自動化。

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

3樓宇自動化控制系統(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算機控制系統(tǒng)，也稱分布式控制系統(tǒng)(Distributedcontrolsystems簡稱DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在現(xiàn)場被控設(shè)備處的微型計算機控制裝置(DDC)完成被控設(shè)備的實時檢測和控制任務(wù)，克服了計算機集中控制帶來的危險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算機具有CRT顯示、打印輸出、豐富的軟件管理和很強的數(shù)字通信功能，能完成集中操作、顯示、報警、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聯(lián)系困難、無法統(tǒng)一管理的缺點，保證設(shè)備在最佳狀態(tài)下運行。

以下介紹與分布控制系統(tǒng)相關(guān)的幾個概念。

3.l直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)

直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DirectDigitalControl簡稱DDC)如圖2所示。計算機通過模擬量輸入通道(AI)和開關(guān)量輸入通道(DI)采集實時數(shù)據(jù)，然后按照一定的規(guī)律進行計算，最后發(fā)出控制信號，并通過模擬量輸出通道(AO)和開關(guān)量輸出通道(DO)直接控制生產(chǎn)過程。因此DDC系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計算機在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用方式。

DDC系統(tǒng)中的計算機直接承擔(dān)控制任務(wù)，因而要求實時性好、可靠性高和適應(yīng)性強。

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)主要由過程輸入通道、過程控制計算機、過程輸出通道三部分組成。

過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變換成標(biāo)準(zhǔn)電信號，可將溫度、壓力、流量變換成0-10mA或4-20mA的直流電信號，它是通過A／D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)的?！獢?shù)字量輸入通道由開關(guān)觸點、光電耦合器和接口電路組成，反映生產(chǎn)過程的通／斷狀態(tài)的觸點信號，經(jīng)過光電耦合器和接口電路變換成數(shù)字信號送給計算機。

過程控制計算機直接承擔(dān)運算和控制任務(wù)，首先通過過程輸入通道采集被控對象的各種參數(shù)信號，再根據(jù)預(yù)定的控制規(guī)律(如PID)進行運算，然后向被控對象發(fā)出控制信號，再通過輸出通道直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機構(gòu)。

過程輸出通道由模擬量輸出和數(shù)字量輸出兩部分組成。前者把計算機輸出的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，再經(jīng)過放大器去驅(qū)動調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行器實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。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。后者把計算機輸出的開關(guān)信號，經(jīng)放大器去驅(qū)動電磁閥和繼電器執(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)律離散化并在計算機上實現(xiàn)，可以方便地利用已積累的成熟技術(shù)，而且可以在被控對象的數(shù)學(xué)模型或參數(shù)不很清楚的情況下，經(jīng)過在線整定達(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)過程計算機控制系統(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)定值與實際輸出值之差)

u(t)——控制量

Kp——比例放大系數(shù)

Ti一積分時間常數(shù)

Td——微分時間常數(shù)

寫成傳遞函數(shù)形式

為了能在計算機上實現(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)時間常數(shù)相比，T足夠小)，k為采樣序號(k=0，1，2，……)，可用矩形法計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時刻的控制量

上式中的采樣周期T越小(與系統(tǒng)時間常數(shù)比較而言)，則被控過程與連續(xù)控制過程越接近，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簡稱DCS)20世紀(jì)于70年代中期出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來，它將計算機技術(shù)、控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和通信技術(shù)匯集于一體，可對分散在現(xiàn)場的設(shè)備進行控制，又可方便地集中管理、操作，與以往的控制系統(tǒng)相比，既避免了單臺計算機集中控制的不足，又克服了常規(guī)儀表人機交互困難的缺點。

分布式控制系統(tǒng)的多臺微型計算機取代了集中控制系統(tǒng)的單臺計算機，從體系結(jié)構(gòu)上分散了危險性，提高了可靠性。其基本結(jié)構(gòu)功能如圖3所示，圖中現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站、工程師站、操作員站、監(jiān)控計算機和管理計算機通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)被有機地結(jié)合起來，組成分級分布控制系統(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。整個分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實質(zhì)上是一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站、工程師站、操作員站、監(jiān)控計算機等都是這個網(wǎng)絡(luò)上的“節(jié)點”，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)點號)，可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點處于平等地位，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，可擴性很強，可以滿足分布式控制系統(tǒng)擴充與升級的需要，十分靈活、方便。

(1)控制網(wǎng)絡(luò)特點分布式控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)不同于通用計算機網(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具有良好的實時性。③對環(huán)境適應(yīng)性強。

(2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建筑設(shè)備自動化系統(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)點通信可直接通過網(wǎng)絡(luò)進行，各節(jié)點處于平等地位。

(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言來實現(xiàn)相互之間的對話，這就是數(shù)據(jù)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

用于建筑自動化控制網(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，有良好的實時性。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實現(xiàn)了不同生產(chǎn)廠家自控系統(tǒng)之間進行通信的技術(shù)，即從一個“島”到另一個“島”之間進行相互聯(lián)系的技術(shù)。

3．2．2現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用——分布式控制系統(tǒng)的進一步分散化

(1)現(xiàn)場總線概況現(xiàn)場總線(Fieldbus)是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(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)場總線遵循的協(xié)議不同，接口標(biāo)準(zhǔn)不同，各具特色?，F(xiàn)場總線技術(shù)具有如下一些特點：①以數(shù)字信號取代4-20mA的模擬信號，極大地提高了信號轉(zhuǎn)換的精度和可靠性，因此現(xiàn)場總線具有很高的性能價格比。②現(xiàn)場總線把處于設(shè)備現(xiàn)場的智能儀表(智能傳感器、智能執(zhí)行器)連成網(wǎng)絡(luò)，使控制、報警、趨勢分析等功能分散到現(xiàn)場儀表，使控制結(jié)構(gòu)進一步分散化，導(dǎo)致控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的變化。③符合同一現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家的儀表、裝置可以聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)互操作，不同標(biāo)準(zhǔn)通過網(wǎng)關(guān)或路由器也可互聯(lián)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一個開放式系統(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)點的核心，它由媒體訪問控制處理器、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)點的通信，分配節(jié)點地址，運行內(nèi)含的沖突／檢測回避算法，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)點無需中心結(jié)構(gòu)的完全分布式控制模式，將控制功能分散到了現(xiàn)場級儀表。

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行連接。

LonMark是為了避免眾多制造商以不同的含義來解釋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)成一個真正開放的系統(tǒng)，而制定的一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)分布式控制系統(tǒng)的進一步分散化

傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)在現(xiàn)場控制站這一級依然是一個集中式結(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)場總線的建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)發(fā)展起來的新系統(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島連成一個整體。新增的LonWorks現(xiàn)場總線使用LonTalk協(xié)議，把控制功能進一步分散到現(xiàn)場級儀表，標(biāo)準(zhǔn)LAN與現(xiàn)場總線之間的路由器相聯(lián)。這樣BACnet和LonMark兩項標(biāo)準(zhǔn)互相補充，互為依托，構(gòu)成一個完全分散的、真正開放的建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)。

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

樓宇設(shè)備自動化系統(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)展成計算機系統(tǒng)，采用計算機鍵盤和CRT構(gòu)成中央站，打印機代替了記錄儀表，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)通過總線與中央站連接在一起組成中央監(jiān)控型自動化系統(tǒng)。DGP分站的功能只是上傳現(xiàn)場設(shè)備信息，下達(dá)中央站的控制命令。一臺中央計算機操縱著整個系統(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測數(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。配有微處理機芯片的DDC分站，可以獨立完成所有控制工作，具有完善的控制、顯示功能，進行節(jié)能管理，可以連接打印機、安裝人機接口等。BAS由4級組成，分別是現(xiàn)場、分站、中央站、管理系統(tǒng)。集散系統(tǒng)的主要特點是只有中央站和分站兩類接點，中央站完成監(jiān)視，分站完成控制，分站完全自治，與中央站無關(guān)，保證了系統(tǒng)的可靠性。

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

隨著現(xiàn)場總線技術(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)場總線，從分內(nèi)部走向設(shè)備現(xiàn)場，形成分布式輸入輸出現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)層，從而使系統(tǒng)的配置更加靈活，由于LonWorks技術(shù)的開放性，也使分站具有了一定程度的開放規(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)、自動化層(DDC分站)和現(xiàn)場網(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)備自動化系統(tǒng)，它有一組包含保安系統(tǒng)、機電設(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)提供各種完善的開放技術(shù)，實現(xiàn)各個層次的集成，從現(xiàn)場層、自動化層到管理層。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)公司有美國霍尼維爾公司、江森公司、KMC公司、德國西門子公司等。

第3篇：計算機分布式控制技術(shù)范文

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

關(guān)鍵詞：嵌入式;光機電一體化;工業(yè)控制;分布控制

1 前言

機電一體化是計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、光電技術(shù)和機械工業(yè)技術(shù)融合成的一種新興的綜合技術(shù)，光機電一體化技術(shù)不僅極大推動了社會、經(jīng)濟的發(fā)展，還改變了人們對工業(yè)控制技術(shù)的傳統(tǒng)觀念?，F(xiàn)代化的光機電一體化技術(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)引入光機電一體化設(shè)備中，將更能促進光機電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，這是滿足機械對象網(wǎng)絡(luò)化、智能化和復(fù)雜化控制要求的需求，機器人技術(shù)、辦公自動化、智能玩具和數(shù)控機床都是嵌入式光機電一體化技術(shù)的代表。本文主要對嵌入式控制技術(shù)在光機電一體化設(shè)備中的應(yīng)用進行了探討和研究。

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

傳統(tǒng)的光機電一體化技術(shù)主要以機械工業(yè)技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合為主要特征，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們對自動化控制技術(shù)要求的提高，這種技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對設(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。計算機技術(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，進而帶來很多不可測的干擾因素，因此要求控制系統(tǒng)進一步提高其抗干擾能力。另外，傳統(tǒng)機電一體化設(shè)備的實時性要求較高，在一定程度上降低了產(chǎn)品的精密型，而現(xiàn)代機電設(shè)備則要求時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）機電一體化設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)化的需求不斷上升?，F(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，即能夠通過遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)報告等對控制系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這樣能夠顯著提高系統(tǒng)控制的實時性、安全性、智能性和便利性要求，而這一需求是無法通過傳統(tǒng)的機電一體化系統(tǒng)實現(xiàn)的;（3）市場的競爭要求降低產(chǎn)品的開發(fā)周期，因此對光機電一體化設(shè)備提出了新要求。傳統(tǒng)的光機電一體化系統(tǒng)中，產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期能夠滿足當(dāng)時社會的需求，但是，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)的進步，現(xiàn)代化市場的競爭需求要求光機電一體化系統(tǒng)不斷改進產(chǎn)品設(shè)計和研發(fā)方式，以適應(yīng)現(xiàn)代化產(chǎn)品的要求。另外，機械系統(tǒng)的壽命要比軟、硬件系統(tǒng)長，而后期維護工作都是由軟件升級完成的。這就需要系統(tǒng)在設(shè)計初期就對系統(tǒng)的軟件可維護性和可移植性進行考慮。

為了解決上述問題，人們將嵌入式技術(shù)融入到機電一體化技術(shù)中。具體來說，就是將嵌入式數(shù)據(jù)的設(shè)計和開發(fā)理念、相關(guān)技術(shù)和基礎(chǔ)理論融入到機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程中，建立一個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。

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

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

3.1 工業(yè)化機器人技術(shù)

工業(yè)化機器人的發(fā)展從一開始就和嵌入式技術(shù)密不可分。機器人技術(shù)其實是上世紀(jì)50年代提出來的一種數(shù)控技術(shù)。由于當(dāng)時的控制方法比較落后，沒有達(dá)到要求的芯片水平，只是一種簡單的邏輯電路系統(tǒng)。之后很長一段時間內(nèi)，由于智能控制理論和處理器技術(shù)的限制，機器人技術(shù)沒有得到足夠的發(fā)展。從上世紀(jì)70年代開始，智能理論的發(fā)展促進了機器人技術(shù)的研究。而最近幾年來嵌入式技術(shù)的高度發(fā)展，使得以光機電一體化設(shè)備為基礎(chǔ)的機器人技術(shù)得到前所未有的發(fā)展趨勢。其中，火星探測車就是一個非常典型的例子?；鹦翘綔y車價值近10億美元，是一種高新技術(shù)密集型的先進機器人系統(tǒng)，能夠不依靠地球的控制進行自主工作。這種機器人由于加入了嵌入式系統(tǒng)，可靠性較高，對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?，F(xiàn)在的工業(yè)控制設(shè)備中，工控機的應(yīng)用最為廣泛，這些工控機通常使用工業(yè)級處理器和處理設(shè)備，工控要求較高，除了需要對設(shè)備進行實時控制以外，還要將設(shè)備的狀態(tài)信息顯示到顯示器上，這些都對工控機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，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方面：

（1）被控對象的種類較多，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)過程控制外，還希望在管理方面實現(xiàn)控制的自動化。

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

4 結(jié)論

本文首先對嵌入式技術(shù)在光機電一體化技術(shù)中的相關(guān)應(yīng)用和理論知識進行了分析，并對嵌入式技術(shù)在光機電一體化技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了介紹?？梢灶A(yù)見，嵌入式技術(shù)與光機電一體化技術(shù)的融合是未來工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的發(fā)展方向，因此，需要加強嵌入式技術(shù)與光機電技術(shù)的研究，為光機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展和完善奠定良好的理論基礎(chǔ)和實踐基礎(chǔ)。

參考文獻：

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

第4篇：計算機分布式控制技術(shù)范文

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

中圖分類號：TG659 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）20-0020-01

隨著微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了在傳統(tǒng)的機械控制基礎(chǔ)之上，引入微電子技術(shù)和自動化技術(shù)，實現(xiàn)了機械部分和電子部分的有機結(jié)合，從而形成一個新的學(xué)科領(lǐng)域——機電一體化。機電一體化技術(shù)的產(chǎn)生，是對傳統(tǒng)機械工業(yè)的一次革命，為機械產(chǎn)品注入了新的內(nèi)涵，其技術(shù)上的先進性、創(chuàng)新性和可靠性滿足了人們在生產(chǎn)生活中的需要。機電一體化技術(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，來實現(xiàn)對于精度、質(zhì)量和可靠性的保障。而對于機電設(shè)備來說，使機電設(shè)備更加小型化、輕量化，使控制過程更具智能化、高速化、精準(zhǔn)化和系統(tǒng)化，是機電設(shè)備發(fā)展的必然趨勢。從而產(chǎn)品更具有靈活性和適應(yīng)性。機電一體化技術(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)的核心是自動化控制智能化，具有高速化、連續(xù)化的特點，使機電一體化產(chǎn)品具有“思維”，是控制理論發(fā)展的必然產(chǎn)物，主要用來解決比較復(fù)雜控制系統(tǒng)的問題。使機電設(shè)備有了一定的人的行為。例如：產(chǎn)品自動裝配控制系統(tǒng)、智能機器人控制系統(tǒng)、生產(chǎn)自動化控制系統(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)自動處理、故障自我診斷控制等。當(dāng)今世界上，比較先進的智能控制主要針對整個生產(chǎn)過程的自動化，包括整個操作工藝流程的控制、整個系統(tǒng)的故障診斷、處理并優(yōu)化過程操作異常等，解決了傳統(tǒng)控制技術(shù)的不夠完備和不夠精度帶來的一系列問題。

2 分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)是由一臺中央控制系統(tǒng)計算機指揮若干單元計算機或智能控制單元，來實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)控、操作、管理，優(yōu)化生產(chǎn)制造過程的控制系統(tǒng)，其中包括數(shù)據(jù)獲取控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和計算機多級控制系統(tǒng)等。而且系統(tǒng)中存在保護功能，使系統(tǒng)的安全性、可靠性更強。分布式控制系統(tǒng)的特點是功能更強、具有更高的安全性，其優(yōu)點遠(yuǎn)比集中控制系統(tǒng)，是現(xiàn)在的大型機電一體化系統(tǒng)的重要組成部分。

3 開放式控制系統(tǒng)

開放式控制系統(tǒng)，是基于市場對制造系統(tǒng)具有適應(yīng)中小批量生產(chǎn)、良好的柔性、多功能的特點，并結(jié)合計算機技術(shù)的發(fā)展，所出現(xiàn)的一種新的結(jié)構(gòu)體系。開放式控制系統(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)，具有軟件的擴展等特點。通過開放式控制系統(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)品中進行選擇。開放式控制系統(tǒng)同時提供了標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。在工業(yè)中有利于實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的構(gòu)建?；陂_放式控制系統(tǒng)的特點，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 計算機集成制造控制系統(tǒng)

計算機集成制造控制系統(tǒng)，是在通信信息技術(shù)發(fā)展到一定程度，對生產(chǎn)的全局進行統(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，原有的單項自動化生產(chǎn)，缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，形成了“自動化孤島”，在現(xiàn)在的工業(yè)當(dāng)中不能滿足生產(chǎn)的需求。單一的自動控制系統(tǒng)和制造企業(yè)管理信息系統(tǒng)，不能實現(xiàn)對于產(chǎn)品的生產(chǎn)、管理、銷售的統(tǒng)一控制，而計算機集成制造控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了產(chǎn)品從生產(chǎn)中的加工需求到市場銷售信息處理的統(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)來滿足綜合自動化控制，在近年來隨著工業(yè)自動化控制的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一種現(xiàn)場智能儀表與上位機和其他智能儀表之間進行串行的工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線—現(xiàn)場總線。它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信，以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。智能儀表得到現(xiàn)場信息后，置入微處理器，經(jīng)過變換和運算得到結(jié)果，再傳遞給執(zhí)行調(diào)節(jié)器，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線的特點：數(shù)字化；分布式；開放性；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)場總線一系列的優(yōu)點，使其更加利于實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制中的數(shù)據(jù)的傳輸和處理、現(xiàn)場儀表的檢測等，因此受到更多廠家的青睞。

6 交流傳動技術(shù)

交流傳動技術(shù)，是一門綜合技術(shù)，其本質(zhì)是牽引電動機采用了交流異步電動機，因此出現(xiàn)了一系列的優(yōu)點。由于交流傳動技術(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現(xiàn)，從而使交流傳動技術(shù)控制的電動機，從性能有了突飛猛進的提高。電氣傳動技術(shù)將逐步的由交流傳動取代直流傳動。交流傳動與直流傳動相比較其優(yōu)點：構(gòu)造簡單，轉(zhuǎn)速高，可靠性高，維修簡便；功率大，牽引力大，可以發(fā)揮較高的輸出功率；粘著性能好；簡化了主電路；動力性能和制動性能較好；效率高，利用率高，使用靈活性強。

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

總之，機電一體化技術(shù)從產(chǎn)生之初到現(xiàn)在，一方面從性能上和市場競爭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，使人類的活動空間在不斷擴大，從原來的生活生產(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，并有益于實現(xiàn)無人控制的全自動控制。

參考文獻

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

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

第5篇：計算機分布式控制技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】CPPS；同步PMU；開放式通信；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、環(huán)保壓力的推動，以及用戶對電能質(zhì)量（QoS）要求的不斷提高，當(dāng)代電力系統(tǒng)不再符合社會的發(fā)展需求，智能電網(wǎng)（Smart Grid）成為未來電力系統(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)定性問題。由于DG的大量接入使電網(wǎng)變成一個故障電流和運行功率雙向流動的有源網(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)定性問題。

2）電力用戶對電能質(zhì)量（QoS）要求的不斷提高?，F(xiàn)代社會短時間的停電也會給高科技產(chǎn)業(yè)帶來巨額的經(jīng)濟損失，近年來發(fā)生的大停電事故更是給社會帶來了難以估量的經(jīng)濟損失。因此，亟需建立堅強自愈的智能電網(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）的硬件平臺模型；第3部分介紹了同步相量測量裝置（Phasor Measurement Units，PMU）技術(shù)；第4部分對CPPS中的開放式通信網(wǎng)絡(luò)進行了初步分析；第5部分對CPPS的分布式控制技術(shù)進行了簡單介紹；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)展得益于近年來嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、計算機技術(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)是實現(xiàn)對物理世界隨時隨地的控制。CPS通過嵌入數(shù)量巨大、種類繁多的無線傳感器而實現(xiàn)對物理世界的環(huán)境感知，通過高性能、開放式的通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部安全、及時、可靠地通信，通過高精度、可靠的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(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)在倉儲物流、自主導(dǎo)航汽車、無人飛機、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中國公司高級電力專家Martin Hauske認(rèn)為智能電網(wǎng)有3個層面的含義：首先利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控；然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行傳輸、收集、整合；最后通過對實時數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對整個電力系統(tǒng)運行進行優(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，它們均強調(diào)利用前沿通信技術(shù)和高端控制技術(shù)增強對系統(tǒng)的環(huán)境感知和控制能力。因此，在CPS基礎(chǔ)上建立的CPPS為促進電力一次系統(tǒng)與電力信息系統(tǒng)的深度融合，最終實現(xiàn)構(gòu)建完整的智能電網(wǎng)提供了新的思路和實現(xiàn)途徑。

2 CPPS的硬件平臺架構(gòu)

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

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)監(jiān)測手段主要有基于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測的SCADA/EMS系統(tǒng)和側(cè)重于電磁暫態(tài)過程監(jiān)測的各種故障錄波儀，保護控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保護控制裝置安裝處的就地控制方式[5]。就地控制方式易于實現(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)測和解決系統(tǒng)未知故障，對于電力系統(tǒng)多重反應(yīng)故障更不能準(zhǔn)確動作。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)主要對電力系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)分析，不能對電力系統(tǒng)的動態(tài)運行進行有效地控制。

針對目前電力系統(tǒng)監(jiān)測、控制手段的不足，要建立堅強自愈的未來智能電網(wǎng)，必須建立相應(yīng)的廣域保護的實時動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，CPPS的硬件平臺就是在此基礎(chǔ)上建立起來的。

CPPS的硬件平臺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）、過程控制層（控制子站PLC）、高級優(yōu)化控制層（SCADA主站控制中心）和信息層（開放式通信網(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)動層主要用于對電力系統(tǒng)的動態(tài)運行參數(shù)進行實時監(jiān)控，測量參數(shù)包括電流、電壓、相角等，在CPPS中廣泛使用的測量裝置是同步PMU。分布式控制層主要包括各STU/IED，為廣域保護的分布式就地控制提供反饋控制回路。過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，通過收集多個測量節(jié)點的數(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)的動態(tài)運行提供人工輔助優(yōu)化控制。頂層的信息層即智能電網(wǎng)的開放式通信網(wǎng)絡(luò)，注意信息層并不是單獨的一層，而是重疊搭接CPPS的各個分層，為CPPS內(nèi)部各組件提供安全、及時、可靠的通信。

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

3 同步PMU測量技術(shù)

同步PMU是構(gòu)建CPPS的基礎(chǔ)，它為CPPS中廣域保護的動態(tài)監(jiān)測提供了豐富的測量數(shù)據(jù)。同步PMU裝置主要對電力系統(tǒng)內(nèi)部的同步相量進行測量和輸出，裝設(shè)點包括大型發(fā)電廠、聯(lián)絡(luò)線落點、重要負(fù)荷連接點以及HVDC、SVC等控制系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)包括線路的三相電壓、三相電流、開關(guān)量以及發(fā)電機端的三相電壓、三相電流、開關(guān)量、勵磁電流、勵磁電壓、勵磁信號、氣門開度信號、AGC、AVC、PSS等控制信號[6]。利用測得的數(shù)據(jù)可以進行系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度分析，為電力系統(tǒng)的動態(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)的秒脈沖對時脈沖與標(biāo)準(zhǔn)時間信號送入A/D轉(zhuǎn)換器和CPU單元，作為數(shù)據(jù)采集和向量計算的標(biāo)準(zhǔn)時間源。由電壓、電流互感器測得的三相電流、電壓經(jīng)過濾波整形和A/D轉(zhuǎn)換后，送到CPU單元進行離散傅里葉計算，求出同步相量后再進行輸出。注意，發(fā)電機PMU除了測量機端電壓、電流和勵磁電壓、電流以外，還需接入鍵相脈沖信號用以測量發(fā)電機功角[7]。

4 CPPS的開放式通信網(wǎng)絡(luò)

建立CPPS的開放式通信網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該在保證安全、及時、可靠的通信的基礎(chǔ)上，使系統(tǒng)具有高度的開放性，支持自動化設(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。對于建立的開放式通信網(wǎng)絡(luò)，需要進行通信實時性分析、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)，同時正在進一步發(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（可擴展標(biāo)記語言）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

對于CPPS開放式通信網(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)采集實時信息和執(zhí)行保護控制功能。中間層為控制子站（過程控制單元PLC），每個控制子站與多個PMU、STU/IED相連，以完成該分區(qū)系統(tǒng)層面的保護控制，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，以實現(xiàn)CPPS的廣域保護控制功能。注意，各層設(shè)備均嵌入GPS實現(xiàn)精確對時，保證全系統(tǒng)的同步數(shù)據(jù)采樣。

5 CPPS的分布式控制機理

要建立堅強自愈的智能電網(wǎng)，必須利用新型控制機理建立可靠的電力控制系統(tǒng)。根據(jù)電力故障擴大的路徑和范圍以及故障的時間演變過程，文獻[10-11]中提出建立時空協(xié)調(diào)的大停電防御框架，建立了電力系統(tǒng)的3道防線，為實現(xiàn)智能電網(wǎng)的廣域動態(tài)保護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）是相對于傳統(tǒng)的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多機系統(tǒng)，即用多臺計算機（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)備和對象（如發(fā)電機、負(fù)荷、保護裝置等），各自構(gòu)成獨立的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，通過對任務(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。過程控制層是在系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重故障時（級聯(lián)崩潰開始階段）所采取的廣域緊急控制措施，需要付出較大的代價。通常針對可能會使系統(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)該在故障被識別出的第一時間立即實施，控制措施實施越晚，控制效果越差。優(yōu)化控制層是在前兩層控制均拒動或欠控制而沒有取得控制效果，同時在檢測到各種不穩(wěn)定現(xiàn)象后所采取的控制措施，通常需要進行多輪次的切負(fù)荷和振蕩解列。在電力恢復(fù)階段，要有自適應(yīng)的黑啟動和自痊愈的控制方案。

6 結(jié)語

將CPS方法引入到電力系統(tǒng)中，建立CPPS的模型平臺，為建立堅強自愈的智能電網(wǎng)提供新的思路。文中對CPPS中的同步PMU測量技術(shù)、開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式控制技術(shù)分別進行了簡單介紹。

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[10]Kunder. Power system stability and control[M].北京：中國電力出版社.

第6篇：計算機分布式控制技術(shù)范文

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

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

第一階段：全電子管時代，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)射器的缺點就在于一般小型電子管放大器無法用于廣播電視設(shè)備。一般選取的是三級電子管放大器。同時，這一時期的發(fā)射機控制系統(tǒng)都是基礎(chǔ)的機械開關(guān)元件以及繼電器控制。

第二階段：半導(dǎo)體半電子管時代，隨著科技的進步，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，在這一時代，發(fā)射機的一二級使用半導(dǎo)體放大器，由于科技限制第三級仍使用電子管放大器。而發(fā)射機的控制系統(tǒng)則不再是70年代的設(shè)備，采用了機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)進步，較大功率的放大器設(shè)備也得到了實現(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，主要是多個單板機控制形成分布式控制。同時，發(fā)射機也具有模擬并行監(jiān)控接口，RS-232、RS-422或則S-485等計算機監(jiān)控接口，因此真正意義上實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。

我臺發(fā)射設(shè)備較多，值機人員巡機、監(jiān)測的任務(wù)十分繁重。為了避免人為誤操作，確保安全優(yōu)質(zhì)播出，對發(fā)射播出設(shè)備進行PLC自動化技術(shù)改造是十分必要的。

可編程控制器應(yīng)用于電視發(fā)射機自動控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)電視發(fā)射機的自動開關(guān)機、采集并檢測發(fā)射機的信號輸入、激勵、功率放大的各個參數(shù)，出現(xiàn)異常時報警，并實現(xiàn)自動倒備份功能等。

1 分布式微機監(jiān)控系統(tǒng)的基本性質(zhì)

分布式監(jiān)控系統(tǒng)英語簡稱DCS，也被稱做集散控制系統(tǒng)。它主要是利用計算機對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控、分散控制等的新型控制技術(shù)。而分布式控制系統(tǒng)是一個分支樹狀的結(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，主要分為過程控制級和控制管理級。各個級別相輔相成，而每個級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具有以下五個優(yōu)點：

1.1 自主性

系統(tǒng)控制工作站之間是通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的，各個工作站都有相對應(yīng)的工作需要完成，各個站點容量、軟件可及時更新，是可以獨自運行的子系統(tǒng)。

1.2 在線性和實時性

使用人機接口和I/O接口，對于遠(yuǎn)程監(jiān)控的數(shù)據(jù)進行分析、評價、論證、監(jiān)控、操作等，可進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組態(tài)回路的修改、局部故障進行在線維修。

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)上采用的是容錯設(shè)計，若一個單元結(jié)構(gòu)無法使用時，仍然可以保障系統(tǒng)的完整，做到不完全癱瘓，局部站點可以繼續(xù)使用。

1.4 適應(yīng)性和可擴展性

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

2 廣播電視設(shè)備微機監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

運用計算機技術(shù)、PLC技術(shù)、多媒體技術(shù)、現(xiàn)代測試技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等設(shè)計廣播電視設(shè)備微機監(jiān)控系統(tǒng)，可以對廣播、電視設(shè)備進行遙測、遙信、遙控、實現(xiàn)自動化監(jiān)測和控制。

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)場控制機和現(xiàn)場設(shè)備構(gòu)成，前者負(fù)責(zé)的是對于現(xiàn)場設(shè)備實時的進行信息收集，還可以運行本地發(fā)射的開關(guān)和倒機操作。

2.2 前置處理層

前置機的數(shù)據(jù)、上下通訊、系統(tǒng)對時、菜單等組成了前置處理層，一般對現(xiàn)場控制機進行巡檢、實時數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理、運送到應(yīng)用層。

2.3 應(yīng)用層

包括值班員工作站、數(shù)據(jù)庫、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)程計算機通過數(shù)字微波，采用WEB服務(wù)器和瀏覽器進行遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過防火墻保護監(jiān)控系統(tǒng)不受攻擊。

3 可編程序控制器（PLC）

綜合利用計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)和通訊技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來的以微處理為基礎(chǔ)的通用工業(yè)化自動控制裝置。因為體積小、功能強、靈活性和維修方便等優(yōu)點而現(xiàn)在普遍利用，因此是現(xiàn)代工業(yè)自動化控制技術(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：

3.1.1 功能十分豐富

具有豐富的設(shè)備，良好的人機界面，可用于信息交換。PLC配備多種通訊接口，實時于計算機網(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，維修起來比較方便。因此豐富的功能于一身，是傳統(tǒng)的繼電器控制電路無法比較的。

3.1.2 高強可靠性

沒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觸點器件。同時采取新的設(shè)計：冗余設(shè)計、掉電保護、故障診斷以及信息的保護與恢復(fù)，因此可靠性提高。在硬件設(shè)計方面采用屏蔽、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 操作簡單性

對于PLC的操作很方便，包括輸入程序和修改程序。編寫的程序已經(jīng)由廠家編寫出來，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、功能模塊圖編寫程序以及BASIC、C語言編寫程序。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

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

3.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.2.1 單機控制系統(tǒng)

采用一對一控制設(shè)備的形式，輸入與輸出點比較少，結(jié)構(gòu)簡單清晰。

3.2.2 集中控制系統(tǒng)

采用一對三控制設(shè)備的形式，多用于多種控制對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，每一臺控制器控制對象，通過信號加以傳遞?；蛘咄ㄟ^上位機通過數(shù)據(jù)總線進行連接。使用PLC的數(shù)量多，成本較高，但是維修簡單，系統(tǒng)擴展性能高，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)中控制對象遠(yuǎn)離中心控制室的場合，可以節(jié)省電纜費用。同時，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象附近。

4 結(jié)束語

微機監(jiān)控系統(tǒng)實施后，廣播電視實現(xiàn)了自動開關(guān)機自動倒備機和故障報警等控制功能。減輕了值班人員的勞動壓力。并且實時顯示發(fā)射機的狀態(tài)和參數(shù)，實現(xiàn)了遙控、遙測和遙信等，具備了遠(yuǎn)程值班的技術(shù)狀態(tài)。同時對于人民群眾收聽廣播、電視節(jié)目實現(xiàn)廣播電視自動化具有劃時代的意義。

第7篇：計算機分布式控制技術(shù)范文

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

中圖分類號：S611文獻標(biāo)識碼： 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)的特點而研究開發(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)備主要以人工手動操作為主，無法實現(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，對電氣設(shè)備控制自動化和智能化程度的要求越來越高，利用現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(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、保護、控制、電力計量同工廠集散控制系統(tǒng)DCS、PLC 企業(yè)資源計劃管理融合在一起，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，現(xiàn)場總線技術(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)運行的可靠性。

MODBUS現(xiàn)場總線是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用協(xié)議，通過此協(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)，進行集中監(jiān)控，基于MODBUS現(xiàn)場總線的智能配電控制系統(tǒng)通過總線組網(wǎng)，可以對配電柜及主令元件實現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙信、遙測，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

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

2 配電控制模塊的組網(wǎng)實現(xiàn)

在智能配電控制系統(tǒng)中，需要通過Modbus現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將多個遠(yuǎn)端控制節(jié)點組網(wǎng)在一起通信，Modbus現(xiàn)場總線是應(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Modbus總線連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，對配電柜及主令元件實現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙信、遙測，提升了配電控制的擴展性、開放性和互連性。

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，只適用于點對點的通信。RS-232-C的規(guī)定傳送速率為20000波特，一般單個裝置之間電纜長度不超過15m,而與之相應(yīng)的RS-485標(biāo)準(zhǔn)就是應(yīng)用于多點之間的通信，正好彌補了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?；贛ODBUS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

以某發(fā)電廠配電項目為例，該項目要求是結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)及實時監(jiān)控控制技術(shù)，設(shè)計出一個可靠性高、成本較低、可實現(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)采用了計算機網(wǎng)絡(luò)形式，通過工控機來指揮下游的智能配電元件，使用電力儀表對萬能式斷路器、智能塑殼斷路器、智能雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)、和智能軟啟動器等元件的用電情況進行檢測、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)計要求

機房供配電系統(tǒng)是機房安全運行動力保證，采用機房專用配電柜來規(guī)范機房供配電系統(tǒng)，該工程樣機柜由現(xiàn)場工控機機柜、進線柜、框架斷路器饋電柜、抽屜柜和電機控制柜組成。根據(jù)用電實際情況設(shè)計配電系統(tǒng)并配置相應(yīng)輸入輸出配電柜，保證機房供配電系統(tǒng)的安全性，合理性。為防止以后的擴展需要，配電柜采用了模塊化配電。

配電柜需符合計算機設(shè)備對供配電的要求，并應(yīng)滿足【2】：

（1）所用的自動空氣開關(guān)，接觸器和熔斷器應(yīng)滿足計算機系統(tǒng)的電壓、電流要求。

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

（3）為檢查供給計算機的電源電壓、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)換開關(guān)以便能隨時檢查三項電流的不平衡情況。

（4）配電柜具有通信接口，并集成至動力與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中。對每臺配電柜輸入均可實現(xiàn)電流、電壓、頻率、用電功率的監(jiān)測。對UPS配電柜的輸出開關(guān)的通斷應(yīng)能進行監(jiān)控

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

在開關(guān)柜面圖上主要顯示了開關(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、試驗三位置、電動機的啟動、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)選擇了價格便宜、 抗干擾能力較強的屏蔽雙絞線。該系統(tǒng)采用RS-485作為協(xié)議物理層，下位機智能控制器中已有RS-485接口, 上位機中只需加一個 RS-232/RS-485 轉(zhuǎn)換接口 就可組成總線系統(tǒng)。

現(xiàn)場操作時，可通過PC機可對智能電氣元件的開合等進行控制，可設(shè)定或修改電氣元件的參數(shù)，并能實時查看配電系統(tǒng)的運行情況。如果某只斷路器發(fā)生斷開等故障，系統(tǒng)會立即顯示故障信息，包括顯示故障的電氣型號、位置和故障原因等，實現(xiàn)了對配電系統(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)的各個受電、饋電回路的開關(guān)分合狀態(tài)、電流、電壓等數(shù)據(jù)。同時，用戶點擊開關(guān)位置可進入相關(guān)的設(shè)備圖。

4 結(jié)束語

本文對智能配電系統(tǒng)的硬件設(shè)計進行了樣機實現(xiàn)，分析了Modbus現(xiàn)場總線技術(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)計實現(xiàn)的智能配電柜強大的監(jiān)測、監(jiān)控和管理功能，說明了基于Modbus協(xié)議的智能配電控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，簡單經(jīng)濟，即提高了配電保護水平，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)計方案的先進性，以及市場推廣的前景。

參考文獻

第8篇：計算機分布式控制技術(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：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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)的各個領(lǐng)域，特別是它的可靠性能、抗干擾能力、操作簡單、設(shè)計與安裝調(diào)試工作量小、維護方便高效、體積小、低耗能等顯著特點，深受工業(yè)系統(tǒng)的迷愛，近年來，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，已經(jīng)凸現(xiàn)出來，助推工業(yè)發(fā)展的同時，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發(fā)的一個重點。

可編程控制系統(tǒng)，與計算機操作系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)（DCS）和計算機數(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)用趨勢是采取開放式的應(yīng)用平臺，即我們所說的，網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、監(jiān)控及顯示均采取國際與國際工業(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)進行融合于之中，實現(xiàn)編程、應(yīng)用、開發(fā)與創(chuàng)新于一體，實現(xiàn)對工業(yè)化系統(tǒng)創(chuàng)新研究與應(yīng)用的全面實踐，助推工業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化，實現(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，是實現(xiàn)了對軟件應(yīng)用工業(yè)自動化的最好的體現(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)流程的控過程，是現(xiàn)代工業(yè)控制與先進工業(yè)操作控制的重要基礎(chǔ)源，也是促進現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)改進、提高操作能力、強化應(yīng)用、優(yōu)化效率的重要體現(xiàn)。它更是用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(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、智能化和先進性，它是隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機計算機接口技術(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，具有先進的可操控性。

通用性強、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、人機界面好、安裝調(diào)試運行方便、運行安全可靠和高效數(shù)據(jù)化是它的特點。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，且具有強大的應(yīng)用前程，特別是近幾年來，隨著計算機、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融合，促進了對工業(yè)用戶的升級、換代，實現(xiàn)了應(yīng)用程序的良性循環(huán)，促進了以信息化條件下的工業(yè)可編程自動化。

目前，西門子公司的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、高級運算、數(shù)據(jù)運行與管理集成一體，其靈活的系統(tǒng)擴展性、基于UNIX操作系統(tǒng)和X-Windows的圖像環(huán)境、開放的客戶服務(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)場數(shù)據(jù)，以便于進行系統(tǒng)性修正與完善。（如圖1）

總之，可編程與信息化在除應(yīng)用于單片機控制外，特別是適用于集成操控系統(tǒng)的控制與實現(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)實現(xiàn)，助推工業(yè)革命迅速提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化。

參考文獻

第9篇：計算機分布式控制技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：清分機 CAN總線 狀態(tài)控制

中國分類號：TP273+.5　文獻標(biāo)識碼：B　文章編號：1002－2422(2008)04－0012－02

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

紙幣清分機涉及計算機控制、圖像識別以及聲、光、電、磁等多種檢測控制技術(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)是清分機工作的核心。

1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

紙幣清分機是一種完成高速紙幣處理任務(wù)的金融機具。主要由圖像采集處理子系統(tǒng)、主控模塊、人機交互模塊、鈔口維護模塊、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，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，實現(xiàn)紙幣面額、朝向、新舊、破損和號碼識別等功能?？刂谱酉到y(tǒng)是清分機工作的核心，負(fù)責(zé)收集各傳感器信號及圖像識別的結(jié)果，并相應(yīng)作出決策，控制入鈔、走鈔、分鈔的運行，同時顯示結(jié)果。在控制子系統(tǒng)中，MCU用來執(zhí)行程序控制整個硬件系統(tǒng)的行為；EEPROM保存工作模式、各個面額的磁等級、紫外等級、紅外等級等一些設(shè)置；CPLD用來擴展端口，如磁信號、紫外信號、位置傳感器狀態(tài)的獲得以及電機、道岔控制信號的輸出等?？刂谱酉到y(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)是清分機工作的核心，負(fù)責(zé)收集各傳感器信號及圖像識別的結(jié)果，并相應(yīng)作出決策，控制入鈔、走鈔、分鈔的運行，同時顯示結(jié)果?？刂谱酉到y(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、圖像識別模塊、鈔口維護模塊及LCD顯示模塊等均有各自的MCU，彼此獨立工作。顯示模塊負(fù)責(zé)接受用戶的鍵盤操作及顯示；鈔口模塊負(fù)責(zé)實時監(jiān)測鈔口狀態(tài)，控制出鈔口電機轉(zhuǎn)動，并在鈔票到達(dá)每個鈔口控制道岔的搬起；圖像識別模塊負(fù)責(zé)紙幣圖像的采集、處理、識別；主控模塊負(fù)責(zé)入鈔電機、主電機的工作，控制鈔票的運行，接收識別結(jié)果及識偽結(jié)果，并與事先設(shè)置好的鈔口參數(shù)比對，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)開放，速度快。傳輸速率可達(dá)1M bps，理論上節(jié)點個數(shù)不受限制，可隨意擴充，各節(jié)點之間可自由通信，任意節(jié)點可在任意時刻主動地向其他節(jié)點發(fā)送信息，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的進一步開發(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)紙幣清分機所處的狀態(tài)可分為開機初始化、機器自檢、待機鍵盤處理、走鈔運行、故障停機和正常停機等幾個狀態(tài)，各狀態(tài)及狀態(tài)之間的相互關(guān)系如圖3所示。

紙幣清分機通電后，首先進入開機初始化狀態(tài)，然后進入機器自檢狀態(tài)，自檢通過則進入待機鍵盤處理狀態(tài)；不通過則進入故障停機狀態(tài)。在待機狀態(tài)下，如果入鈔口有鈔，并且沒有發(fā)生故障，則會進入走鈔運行狀態(tài)；如發(fā)生故障則進入故障停機狀態(tài)。從走鈔運行狀態(tài)進入正常停機狀態(tài)，需要滿足以下幾個條件之一：入鈔口無鈔；計數(shù)到達(dá)批量值；到達(dá)接鈔口最大載鈔值。如果在走鈔運行狀態(tài)中檢測到故障發(fā)生，則要進入故障停機狀態(tài)。