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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇控制系統(tǒng)，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：鍋爐 控制系統(tǒng) 動態(tài)分析
1 鍋爐介紹
1.1 鍋爐簡介
在生產和生活中，通過鍋爐產生的熱水或蒸汽可以直接滿足所需的熱能，或者可以通過蒸汽動力裝置進一步將熱能轉換為機械能，甚至可以借助發(fā)電機將熱能轉換為電能。
1.2 鍋爐的規(guī)格
鍋爐規(guī)格表示鍋爐生產蒸汽或加熱水的能力及水平。蒸汽鍋爐的規(guī)格以單位時間內產生蒸汽的數量及蒸汽參數表示，熱水鍋爐的規(guī)格以單位時間內水的吸熱量及熱水參數表示。
1.3 鍋爐分類
對于鍋爐來說，分類標準不同，鍋爐分類也存在一定的差異：
①根據結構形式：分為鍋殼鍋爐、水管鍋爐、水火管鍋爐。②根據用途：分為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、生活鍋爐。③根據容量大小：分為大型鍋爐、中型鍋爐、小型鍋爐。④根據蒸汽壓力大小：分為低壓鍋爐（p≤2.5MPa）、中壓鍋爐（2.5MP
1.4 鍋爐控制系統(tǒng)介紹
1.4.1 背景
在全廠的日常工作中，鍋爐作為重要的動力設備，其功能就是提供合格穩(wěn)定的蒸汽，進而在一定程度上滿足生產的需要。鍋爐作為復雜的控制對象，其輸入變量主要包括：負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風量等。
1.4.2 關于鍋爐計算機控制系統(tǒng)
鍋爐微計算機控制作為一項新技術，是由微型計算機軟、硬件，自動控制、鍋爐節(jié)能等技術進行結合的產物，通過微機對鍋爐進行控制。
2 鍋爐控制系統(tǒng)分析
2.1 鍋爐液位靜態(tài)控制回路分析
2.1.1 由水泵直接向鍋爐供水
由水泵直接向鍋爐供水（直供）時，計算機控制水泵把水由低位水箱抽出并送到鍋爐，此時打開V26，V52，其余閥門均關閉，這樣水就由低位水箱經V26，離心泵，V52進入鍋爐。其工藝流程圖如圖2.1所示：
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在由水泵直接向鍋爐供水（直供）的鍋爐水循環(huán)過程中，為使系統(tǒng)平穩(wěn)安全運行，采用變頻器進行自動恒壓供水，為保證控制精度，采用反饋調節(jié)系統(tǒng)。其控制回路框圖如圖2.2：
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鍋爐底部裝有擴散硅壓力變送器DBYG，它檢測液位信號并將其轉換為4～20mA直流電流信號，通過電纜線將其送至模擬量輸入模塊5017，經模塊CPU送至工控機進行數據處理。如果鍋爐液位低于給定值，由模擬量輸出模塊5024輸出1～5V直流電壓信號控制變頻器，通過水泵給鍋爐加水。
2.1.2 鍋爐進水由電動閥VC1控制的靜態(tài)分析
由電動閥VC1控制向鍋爐供水時，首先為了實現(xiàn)恒壓供水高位水槽一直是滿的，在此回路中打開V27，V39，V33，V51，其余閥門均關閉。這樣水就可以由低位水箱經V27，水泵，V39，高位水槽，V33，VC1，進水流量傳感器，V51進入鍋爐。其回路圖如圖2.3所示。
鍋爐底部的擴散硅壓力變送器DBYG，將液位信號檢測并轉換為4～20mA直流電流信號，通過電纜線將其送至模擬量輸入模塊5017經模塊CPU送至工控機進行數據處理，然后進行A/D轉換，控制框圖如圖2.4所示。
2.2 鍋爐動態(tài)控制回路分析
由水泵和電動閥VC2控制鍋爐的動態(tài)水位時，需要打開V27，V52，V21，V34，VC2，V35，V24閥門，其余閥門均關閉，這樣可以實現(xiàn)鍋爐的動態(tài)控制。其工藝流程圖如圖2.5所示。
鍋爐底部的擴散硅壓力變送器DBYG，將液位信號檢測并轉換為4～20 mA直流電流信號，通過電纜線將其送至模擬量輸入模塊5017的第2通道，經模塊CPU送至工控機進行數據處理，其控制框圖如圖2.6所示。
此回路也是以出水作為擾動，擾動由VC2控制，其大小可人來通過計算機手動設置。通過前潰控制，按照出水擾動進行補償，當出現(xiàn)擾動，根據所測得的干擾的大小和方向，前饋控制器就直接按一定規(guī)律進行控制，進一步降低干擾對液位的影響，同時為了加強系統(tǒng)對其他擾動的控制，提高控制精度，系統(tǒng)還采用了反饋控制，即通過鍋爐液位傳感器，A/D轉換器把非電量信號轉換為數字量信號輸入計算機，以控制液位保持一定高度。
3 結束語
鍋爐水位控制室鍋爐運行最重要的參數，水位過低過高都對設備有很大的危害，靠人員調整控制精度到不到要求而且也增加了運行人員的勞動強度。通過這套系統(tǒng)投入運行產生的效果是明顯的意義十分重大。
參考文獻：
[1]周佩.鍋爐給水泵的日常維護與故障排除[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2010（02）.
關鍵詞：煤氣鍋爐；控制系統(tǒng)；燃料
1 鍋爐的工作原理及過程
鍋爐通過燃料的燃燒而釋放化學能，是一種具有能量轉換功能的設備。所采用的燃料有多種，如高爐煤氣等。鍋爐內的水，通過能量的傳遞進而轉變?yōu)檎羝羝哂械膭幽軇t可以通過汽輪發(fā)電機轉變?yōu)殡娔埽蛘咿D變?yōu)槠喭蟿拥臋C械能。由此可見，將燃料中的化學能轉化為蒸汽的熱能則是鍋爐的主要作用。目前，國家對發(fā)電上網進行了嚴格的控制，而且結合鋼鐵企業(yè)的具體情況，鍋爐行業(yè)的大的發(fā)展趨勢是利用鍋爐產生的蒸汽，進而拖動汽輪機，并完成風機或水泵的動能的轉化，這也是行業(yè)內人士面臨的一個嚴峻的課題。
2 鍋爐的控制系統(tǒng)
2.1 蒸汽溫度控制系統(tǒng)
鍋爐是較為復雜的設備，且運行的工作環(huán)境較差。蒸汽溫度是鍋爐設備的主要參數之一，因此應嚴格控制蒸汽的溫度，減少各種干擾因素的影響，獲得在一定范圍內溫度相對恒定的蒸汽。空燃比和燃氣供應量是影響蒸汽溫度的關鍵因素，因此需要對給風量和燃氣量進行有效的控制，所采用的系統(tǒng)是串級比值控制系統(tǒng)。除此之外，引風量、蒸發(fā)量和給水量也會對蒸汽溫度造成一定的影響。同時，基于控制系統(tǒng)響應速度的考慮，采用了前饋比值串級控制系統(tǒng)來控制蒸汽的溫度。蒸汽溫度控制的前饋量由蒸發(fā)量和給水量構成，從而形成前饋控制系統(tǒng)。
2.2 蒸汽壓力控制系統(tǒng)
出口蒸汽的品質會受到鍋爐壓力的影響，因此鍋爐壓力不能過低。然而鍋爐壓力也不能太高，否則會帶來很大的安全隱患，甚至發(fā)生安全事故，如鍋爐爆炸等。因此鍋爐出口的蒸汽壓力同樣是鍋爐設備十分重要的參數，必須進行嚴格的調節(jié)和控制，使鍋爐的壓力在合理的范圍內，才能確保鍋爐運行的安全。蒸汽壓力和蒸汽溫度是相互影響的兩個參數，對于蒸汽溫度進行控制，同時也會對蒸汽壓力造成影響。壓力控制系統(tǒng)是鍋爐設備的重要系統(tǒng)，能夠對壓力進行調節(jié)和控制，使壓力在安全的基礎上保持在合理的范圍，從而確保蒸汽的品質，獲得所需壓力的蒸汽。當鍋爐壓力過高時，為了讓蒸汽壓力迅速降低，應立刻打開安全放散閥，使蒸汽壓力降到壓力極限值之下，再迅速將安全閥關閉。
2.3 燃料控制系統(tǒng)
煤氣壓力和煤氣流量參與鍋爐控制系統(tǒng)的輸出指令，是燃料控制系統(tǒng)的主要參數，并調節(jié)燃料量。利用調節(jié)進氣閥門擋板，可以實現(xiàn)對于燃料的調節(jié)。確保汽包壓力和母管壓力為給定值，而進氣閥門的控制既可以采取自動控制也可以采取手動控制，進而向送風控制回路發(fā)出相應指令。高爐煤氣的流率相對來說較為穩(wěn)定，在對燃料量進行控制時，應盡量減輕其他兩種煤氣的流量擾動，主要采取調節(jié)高爐煤氣進氣量的方式來加以調節(jié)。
2.4 汽包水位控制系統(tǒng)
蒸汽的質量在一定程度上還會受到汽包液位的影響。汽包液位過低會導致鍋爐被燒壞，造成巨大的安全隱患，甚至發(fā)生爆炸，危害人們的生命安全。同樣，汽包液位過高也會對蒸汽質量造成影響，或者水滿而溢出，進而造成事故。主給水流量和蒸汽流量是影響汽包液位的兩個關鍵的變量。在其他條件不變的前提下，液位隨著給水量的增加而升高，隨著蒸發(fā)量的增加而降低。實際的需要決定了蒸汽流量的大小，而給水則具有維持汽包液位的作用，因此在對汽包液位進行控制時，選擇給水量作為操縱量。此外，基于系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性的考慮，采用前/后饋的控制機制，在使用串級控制的基礎上，將蒸汽流量作為補償。
由以往的經驗可知，汽包液位的調節(jié)，可以通過給水流量來實現(xiàn)，使得汽包內的物料達到科學而合理的平衡點，汽包水位在可以控制的范圍內進行波動。通常來講，對于蒸汽流量和給水流量的變化，鍋爐汽包水位會對此作出積極的響應。然而，也有可能出現(xiàn)“虛假水位”的現(xiàn)象，即在主蒸汽量快速增加時，表現(xiàn)出來的特性卻是逆向響應，從而使得蒸汽壓力下降，汽包水位升高，而實際水量卻減少了。對于該現(xiàn)象進行分析可知，其原因在于：汽包外送的蒸汽量隨著用戶需求量的增加而增加，從而導致汽包內的蒸汽壓力也隨之迅速下降。壓力下降導致水的沸點降低，汽包內的水“開鍋”得更加劇烈，更加頻繁、速度更快。因此形成大量的氣泡，而這些氣泡將水位抬高，從而導致操作人員誤認為汽包水位升高。
通過分析汽包水位控制系統(tǒng)的原理可知，汽包水位控制系統(tǒng)，以水位作為主控量，將蒸汽流量和主給水量作為輔助量。該系統(tǒng)的作用是將汽包水位維持在一定的范圍內，需要對進入汽包的主給水流量進行調節(jié)，其目的則是使主給水流量與鍋爐輸出的蒸汽量相適應。為了使汽包水位維持在汽水分界線，平衡汽包內的兩相介質，可以采用提高主給水流量的方式來實現(xiàn)，通過這種方式，不僅能夠保證鍋爐運行的安全，還可以在一定程度上提高鍋爐的出力。對于汽包水位控制系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的虛假水位現(xiàn)象，這是由于控制系統(tǒng)采用汽包水位作為主控量。因此在實際應用的過程中，結合具體的情況，可以將被控量選為汽包水位，實行單沖量水位控制。或者采用雙沖量水位控制，被控量選為汽包水位和蒸汽流量，又或者采用三沖量水位控制，即被控量選為汽包水位、主給水量和蒸汽流量。目前，汽包水位三沖量調節(jié)系統(tǒng)獲得了較為廣泛的應用，并且具有較好的調節(jié)效果。
2.5 爐膛負壓控制系統(tǒng)
如果爐膛負壓太小，甚至為正，則爐膛內煙氣過多，甚至煙氣向外冒，影響設備和操作人員的安全；反之，爐膛負壓過大，會使冷空氣漏進爐膛內，從而使熱量損失增加，降低燃燒效率。所以必須對爐膛的壓力進行控制。影響爐膛壓力的主要變量有燃氣量、給風量以及抽風量等，而其中燃氣量和給風量是由蒸汽溫度、壓力以及蒸發(fā)量等因素決定的，所以要想使爐膛壓力在一定范圍內保持不變就只有改變抽風量，亦即通過調節(jié)抽風量以達到控制爐膛壓力的目的。另外，考慮到系統(tǒng)響應的快速性，同時，又因為給風量和給煤量成一定的比例關系，為了提高控制品質以及簡化控制系統(tǒng)的結構，將給煤量引入前饋通道參與了爐膛壓力的控制。
3 結束語
鍋爐控制系統(tǒng)是計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術緊密結合的產物。對于提高操作管理水平，減輕勞動強度，保證鍋爐穩(wěn)定運行，提高運行效率，以及防止環(huán)境污染等發(fā)揮著非常重要的作用。
參考文獻
[1]周永恒，譚華.工業(yè)鍋爐的自動化控制研究[J].廣西輕工業(yè)，2007，1.
[2]馮衛(wèi).中小型鍋爐的計算機控制[J].科技資訊，2007，8.
[3]劉忠，陳麗華.基于工控機的鍋爐控制系統(tǒng)的設計與應用[J].化工自動化及儀表，2012（4）.
[4]李忠虎，王俊偉，李銀琪.220t/h煤氣鍋爐控制方案的優(yōu)化[J].化工自動化及儀表，2012（3）.
關鍵詞：輻射電磁場（EMI）
1.概述
隨著科學技術的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產和經濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關系到整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現(xiàn)場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產廠家用提高設備的抗干擾能力；另一方面，要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。
2.電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾
2.1 干擾源及干擾一般分類
影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。
干擾類型通常按干擾產生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中：按噪聲產生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。
2.2 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源
2.2.1 來自空間的輻射干干擾
空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產生干擾；而是對PLC通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設備布置及設備所產生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。
2.2.2 來自系統(tǒng)外引線的干擾
主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重。
（1）來自電源的干擾
實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，筆者在某工程調試中遇到過，后更換隔離性能更高的PLC電源，問題才得到解決。
PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，入開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。
（2）來自信號線引入的干擾
與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。
（3）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾
接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。
PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。
2.2.3 來自PLC系統(tǒng)內部的干擾
主要由系統(tǒng)內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)內部進行電磁兼容設計的內容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經過考驗的系統(tǒng)。
3.PLC控制系統(tǒng)工程應用的抗干擾設計
為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內外電磁干擾，必須從設計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則。
PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設計生產出具有較強抗干擾能力的產品，且有賴于使用部門在工程設計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結合具有情況進行綜合設計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。進行具體工程的抗干擾設計時，應主要以下兩個方面。
3.1設備選型
在選擇設備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產品，其包括了電磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC系統(tǒng)；其次還應了解生產廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作；另外是靠考查其在類似工作中的應用實績。
3.2 綜合抗干擾設計
主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施。主要內容包括：對PLC系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是原理動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。
4.主要抗干擾措施
4.1采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網引入的干擾
在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。現(xiàn)在，對于PLC系統(tǒng)供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數大，抑制干擾能力差，經電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術）的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。
4.2 電纜選擇的敖設
為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。筆者在某工程中，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從而降低了動力線生產的電磁干擾，該工程投產后取得了滿意的效果。
不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠行敖設，以減少電磁干擾。
4.3 硬件濾波及軟件抗如果措施
信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。
由于電磁干擾的復雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設計和組態(tài)時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術，設計相應的軟件標志位；采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。
4.4 正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)
接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。
系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。
信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地；不接地時，應在PLC側接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經絕緣處理。選擇適當的接地處單點接點。
【關鍵詞】溫室；數據采集系統(tǒng)；無線收發(fā)模塊
1.緒論
1.1 引言
隨著社會的進步和工農業(yè)生產技術的發(fā)展，許多產品對生產和使用環(huán)境的要求越來越嚴，人們對溫度、濕度、光強、二氧化碳濃度等環(huán)境因素的影響越來越重視了。為此，本文以農業(yè)技術發(fā)展為目的開發(fā)了一種智能控制系統(tǒng)。
眾所周知溫度、濕度、二氧化碳濃度是農業(yè)生產不可缺少的因素，所以本設計將其作為重點數據來處理。在現(xiàn)代檢測技術中，傳感器技術和計算機技術是必不可少的兩個方面。計算機對數據有很強的處理能力，但對非電量和模擬信號是無能為力的。如果沒有各種精確可靠的傳感器去檢測非電量和模擬信號并提供真實的信息，那么微型計算機就無法發(fā)揮其應有的作用。傳感器把非電量轉換為電量，經過放大處理后，轉換為數字量輸入微型計算機，由微型計算機對信號進行分析處理。從而傳感器處理技術與微型計算機技術結合起來，對自動化、信息化和智能化起到重要作用。
本設計以C8051F020單片機為核心來對多點溫度、濕度、二氧化碳濃度進行實時檢測。各檢測單元能獨立完成各自功能，同時能根據主控機的指令對溫度、濕度、二氧化碳濃度進行采集。測量結果不僅能在本地顯示，而且可以由C8051F020單片機將采集的數據傳送到主控機，以進行進一步的處理。主控機負責控制指令的發(fā)送，以控制各個從機的溫度、濕度、二氧化碳濃度采集，收集測量數據。主控機與各從機之間也能夠通過無線收發(fā)模塊進行相互聯(lián)系、相互協(xié)調，從而達到系統(tǒng)整體統(tǒng)一、和諧的效果。
1.2 課題研究背景
近20年來，農業(yè)設施在我國得到了突飛猛進的發(fā)展，設施類型也由季節(jié)性的簡易拱棚逐步在向常年性的溫室方向發(fā)展。但是與歐洲發(fā)達國家相比，我國溫室的智能化水平還比較低，現(xiàn)有溫室大都以有線接入為主。現(xiàn)代溫室的數據采集系統(tǒng)是實現(xiàn)其生產自動化、高效化的最關鍵、最為重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的傳感器數據采集系統(tǒng)采用導線連接，在傳感器至信號處理器之間需要大量電纜。溫室環(huán)境不同于其他環(huán)境，在溫室中大量布線是十分困難的。為此，在溫室中應用基于無線技術的傳感器，將有助于解決原有有線系統(tǒng)的局限性。
1.3 設計主要內容
本設計針對溫室無線監(jiān)控系統(tǒng)若干關鍵技術展開研究工作，主要集中在以下幾個方面：
（1）分析題目要求。介紹溫室無線控制系統(tǒng)的總體方案設計，系統(tǒng)的組成和工作原理。
（2）系統(tǒng)的硬件設計。介紹主要硬件的型號及其主要特點，模塊功能和硬件電路設計。詳細介紹在溫度監(jiān)控系統(tǒng)中應用到的各個硬件連接電路。硬件電路的設計主要包括：C8051F020通信接口電路的設計、無線收發(fā)模塊電路的設計、溫度采集電路的設計、濕度采集電路的設計、二氧化碳濃度采集電路的設計、控制電路的設計、顯示電路的設計、鍵盤掃描電路的設計、報警電路的設計以及掉電保護電路的設計。
（3）系統(tǒng)的軟件設計。主要介紹程序的主循環(huán)框架及主要程序模塊，程序設計采用匯編語言模式。介紹的程序模塊主要包括：主機C8051F020主程序、主機C8051F020中斷服務子程序。其中主機C8051F020主程序包括初始化子程序、鍵盤掃描子程序、主機通信子程序、溫度控制子程序、濕度控制子程序、二氧化碳濃度控制子程序以及溫度報警子程序、濕度報警子程序、二氧化碳濃度報警子程序。主機中斷服務子程序主要由溫度采集子程序、濕度采集子程序、二氧化碳濃度采集子程序、通信子程序、顯示子程序、數據打印子程序組成。
1.4 溫室的概述
溫室（greenhouse）又稱暖房。能透光、保溫（或加溫），用來栽培植物的設施。在不適宜植物生長的季節(jié)，能提供生育期和增加產量，多用于低溫季節(jié)喜溫蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。溫室的種類多，依不同的屋架材料、采光材料、外形及加溫條件等又可分為很多種類，如玻璃溫室、塑料溫室；單棟溫室、連棟溫室；單屋面溫室、雙屋面溫室；加溫溫室、不加溫溫室等。溫室結構應密封保溫，但又應便于通風降溫。現(xiàn)代化溫室中具有控制溫濕度、光照等條件的設備，用電腦自動控制創(chuàng)造植物所需的最佳環(huán)境條件。
溫室是以采光覆蓋材料作為全部或部分圍護結構材料，可在冬季或其它不適宜陸地植物生長的季節(jié)供栽培植物的建筑。
溫室功能分類根據溫室的最終使用功能，可分為生產性溫室、試驗（教育）性溫室和允許公眾進入的商業(yè)性溫室。蔬菜栽培溫室、花卉栽培溫室、養(yǎng)殖溫室等均屬于生產性溫室；人工氣候室、溫室實驗室等屬于試驗（教育）性溫室；各種觀賞溫室、零售溫室、商品批發(fā)溫室等則屬于商業(yè)性溫室。
2.溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的總體設計
2.1 系統(tǒng)的總體設計
此溫室控制系統(tǒng)的總體設計是通過數字溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器對溫室大棚內的溫度、溫度和二氧化碳濃度進行實時檢測，由于應用的都是數字傳感器，直接把檢測到的數字信號送入單片機，單片機在通過無線收發(fā)模塊送入PC機并發(fā)出控制信號，分別控制排風機、電熱絲、空氣加濕器、二氧化碳生成器，從而控制溫室內的溫度、濕度、二氧化碳濃度。同時發(fā)出報警信號示警，并且有顯示器件對溫室內的溫度、濕度和二氧化碳濃度進行實時顯示。
2.2 元器件的選擇
元器件的選擇見表1。
3.溫室環(huán)境控制系統(tǒng)設計的硬件、軟件設計
3.1 硬件電路總框圖的設計
一般一個單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計應包括兩部分內容：一是系統(tǒng)擴展，即擴展單片機內部的功能單元。如：ROM、RAM、I/O口、定時/計數器、中斷系統(tǒng)等。當單片機容量不能滿足應用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當的芯片，設計相應的電路；二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)的功能要求配置設備，如鍵盤、顯示器、打印機等。
根據以上的硬件設計原則，本系統(tǒng)的硬件電路主要由一片C8051F020單片機構成的通信電路、溫度采集電路、濕度采集電路、二氧化碳濃度采集電路、無線傳輸電路、與PC機連接電路、控制電路、溫度、濕度、二氧化碳濃度顯示電路、越限報警電路、鍵盤輸入電路、掉電保護電路及打印機接口電路組成。本系統(tǒng)的硬件連接框圖如圖3-1所示。
3.2 系統(tǒng)軟件總體設計
本控制系統(tǒng)軟件設計采用模塊化結構。由于系統(tǒng)采用一片C8051F020單片機與各個傳感器、無線收發(fā)模塊等進行通信的方式，對單片機C8051F020進行編程。
主機C8051F020的主程序主要由初始化子程序、溫度判斷子程序、溫度控制子程序、濕度判斷子程序、濕度控制子程序、二氧化碳濃度判斷子程序、二氧化碳濃度控制子程序、無線收發(fā)子程序、超限報警子程序、溫度、濕度、二氧化碳濃度顯示子程序、數據打印子程序、鍵盤掃描子程序等模塊組成，主機C8051F020的中斷服務程序主要包含溫度采集子程序、濕度采集子程序和二氧化碳濃度采集子程序。主機C8051F020主程序的流程圖如圖3-2所示。
4.社會經濟效益分析
國家為促進農業(yè)的快速發(fā)展，對溫室大棚的各項指標更準確的檢測與控制，所以對農業(yè)溫室大棚的檢測與控制更是重中之重。針對傳統(tǒng)溫室有線數據采集系統(tǒng)存在著成本較高、可靠性和可移動性較差等問題，現(xiàn)代溫室無線數據采集系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溫室數據采集系統(tǒng)相比較更具有靈活性。還可以減少成本、提高系統(tǒng)工作可靠性、增強系統(tǒng)移動作業(yè)的能力、減少了勞動者的勞動強度。
因此，從社會經濟效益的角度來看，設計溫室無線數據采集系統(tǒng)已是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展必然的趨勢。
參考文獻
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【關鍵詞】OPC 系統(tǒng)集成 網絡規(guī)劃
隨著互聯(lián)網技術的飛速房展，“大數據”、“物聯(lián)網”成了時下的火熱名詞，而在能源控制系統(tǒng)領域，各能源控制系統(tǒng)集成則是實現(xiàn)“物聯(lián)網”、“大數據”的基礎。同時對于能源運行保障單位而言，系統(tǒng)集成則將對系統(tǒng)優(yōu)化運行起到決定性作用。例如，目前國內大部分工業(yè)園區(qū)、樓宇物業(yè)等單位，作為能源生產側的鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)、制冷監(jiān)控系統(tǒng)與能源消耗側的樓宇監(jiān)控系統(tǒng)是分離開來的，這樣的部署在消耗了人力的同時，又使每個獨立的控制系統(tǒng)成為了信息孤島，若將鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)、制冷監(jiān)控系統(tǒng)與樓宇監(jiān)控系統(tǒng)進行集成，則可實現(xiàn)能源從生產到輸配再到消耗的全鏈條式管理與調控，若在此基礎上植入能源消耗模型，則可實現(xiàn)更為智能化的調節(jié)與控制。
1 OPC技術的應用
系統(tǒng)集成的基本操作是采集各子系統(tǒng)的數據，系統(tǒng)間進行數據通信成為最先需要解決的問題。能源控制系統(tǒng)大多采用過程控制，集成系統(tǒng)所采集的數據需具備實時性，這樣系統(tǒng)集成才具有指導生產與調控的意義。由于各能源子系統(tǒng)的建設時間、建設單位等不盡相同，所以系統(tǒng)集成需要統(tǒng)一集成系統(tǒng)與各子系統(tǒng)之間的通訊協(xié)議。這其中應用較廣也是技術較為成熟的是OPC通訊協(xié)議。OPC全稱OLE for Process Control，即用于過程控制的OLE技術，它是一個工業(yè)標準，有OPC基金會管理該標準，該基金會會員已超過200家，涵蓋了世界上主流的自動控制系統(tǒng)、儀器儀表及過程控制公司。OPC技術是作為連接監(jiān)控軟件與現(xiàn)場控制設備的橋梁而誕生的。監(jiān)控系統(tǒng)軟件OPC客戶端，現(xiàn)場控制設備作為OPC服務器，使得控制軟件與現(xiàn)場設備直接通信，不再拘泥于死板的接口程序中，使得一套控系統(tǒng)的開放性與靈活性大大的提高。但是隨著自動控制系統(tǒng)建設的規(guī)范性、合理性逐漸增強，目前大多數自控系統(tǒng)的軟硬件都屬于一家單位建設居多，所以OPC技術作為軟件與硬件“翻譯”的角色正在淡化。
與此同時，OPC技術規(guī)范定義的是OPC服務器程序和客戶機程序進行通訊的接口或通訊的方法。
OPC服務器一般由設備供應商或者由獨立的軟件供應商提供，符合OPC技術規(guī)范。
OPC服務器數據的使用者（客戶端）引用訪問接口去開發(fā)OPC自動化接口的客戶應用程序。
由此可見，在系統(tǒng)集成中，集成系統(tǒng)可開發(fā)OPC客戶端集成數據，各子系統(tǒng)可配置OPC服務器提供數據。
2 網絡規(guī)劃
目前自控系統(tǒng)一般分為現(xiàn)場設備層、過程控制層和企業(yè)管理層，而系統(tǒng)集成則是在企業(yè)管理層上實現(xiàn)的，也就是說在各子系統(tǒng)配置OPC服務器后，各子系統(tǒng)需要組建網絡來實現(xiàn)系統(tǒng)間通信。
集成系統(tǒng)是一套依托于網絡進行能源系統(tǒng)信息和相關辦公信息集成的信息管理系統(tǒng)，具有較高的數據安全和穩(wěn)定要求。現(xiàn)場將通過光纖網絡聯(lián)接相關子系統(tǒng)進行數據傳遞。同時各子系統(tǒng)之間不能進行通訊。
集成系統(tǒng)是以B/S結構方式向用戶通過OA辦公網絡進行服務提供。同時，還可能利用公共網絡向移動端或者外部網絡提供數據支持，因此，在核心出涵蓋服務器集群，以及辦公網絡和公共網絡的對接。
建成一個具有高可靠性和安全性的能源網絡，提供面向特定人員的WWW服務、FTP服務、數據庫服務等，實現(xiàn)數據的共享。
3 網絡鏈路敷設
為了確保網絡的安全性與可靠性，建議采用混合鏈接法。示例如圖2所示。
通過將光纖內每個芯鏈接獨立子站的交換機，利用開始的兩芯與結束的兩芯形成兩個環(huán)路，使得網絡中核心交換機與每個子站交換機都是直連，同時兩個環(huán)網保障網絡安全性。提高了數據交換效率，降低了網絡節(jié)點個數同時提高網絡的安全性，當出現(xiàn)斷點時，可以利用環(huán)形網絡逐級交換數據，確保光纖在有1個斷點時可以繼續(xù)保障系統(tǒng)的運行。
4 網絡拓撲
網絡宜采用樹形結構，樹形拓撲的可折疊性非常適用于構建網絡主干。由于樹形拓撲具有非常好的可擴展性，并可通過更換網絡設備使網絡性能迅速得以升級。同時環(huán)網中的冗余鏈接，由網絡設備“生成樹”進行協(xié)商設定斷口，當線路出行故障時，自動鏈接匯聚間的交換機確保網絡正常。
核心網絡鏈接服務器集群、匯聚交換機以及路由器，在本網絡中只允許進行數據傳遞，禁止實現(xiàn)應用傳送，確保網絡的安全性。
數據采集子站的功效是M行網絡隔離和數據的匯聚確保本系統(tǒng)的網絡和各子自控系統(tǒng)的安全。該設備可以是服務器也可以是網絡設備來進行代替。
所有網絡設備，必須支持管理功能，支持生成樹協(xié)議、VLAN劃分。核心交換機必須是三層交換機。
5 網絡邏輯設計
根據需求，本網絡中，只允許各數據采集子站與數據服務器進行通信，不允許各子系統(tǒng)之間通訊，也不允許直接進行應用訪問，因此需要以下涉及。
5.1 VLAN劃分
每一個子系統(tǒng)系統(tǒng)涉及單獨的VLAN，分別設置子系統(tǒng)的VLAN，確保每個子系統(tǒng)不在同一個局域網中，同時，設置管理VLAN，便于網絡管理員對于網絡運行情況的監(jiān)控。
5.2 IP劃分
本系統(tǒng)中主要是進行數據采集，并不會有大量終端設備接入，因此C類網址既可以滿足需求，但是由于個子自控系統(tǒng)經常默認以C類網址進行自控網內的標識，因此，建議采用自私又B類網址進行IP規(guī)劃。子網則以172.16.0.0/24進行劃分，既可以保證接入機器數又可以保證子網數量。
5.3 訪問控制列表（ACL）
核心交換機承擔個子網網關的作用，在設置相應的路由同時，要進行訪問列表控制，只允許服務器集群的VLAN子網訪問各個數據采集子網，禁止相關子網的訪問鏈接。
6 結語
本文對OPC技術進行了簡要介紹，探討了基于OPC客戶端與OPC服務器技術進行能源工業(yè)控制系統(tǒng)集成的基本技術。同時還對系統(tǒng)集成后的網絡進行了規(guī)劃建議。可以看出基于OPC技術進行系統(tǒng)集成后，對網絡進行合理規(guī)劃，是未來解決信息孤島，實現(xiàn)大數據分析的主流趨勢。
參考文獻
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1、消防聯(lián)動控制系統(tǒng)包括消防聯(lián)動控制器、消防控制室顯示裝置、傳輸設備、消防電氣控制裝置、消防設備應急電源、消防電動裝置、消防聯(lián)動模塊、消防栓按鈕、消防應急廣播設備、消防電話等設備和組件。
2、隨著各類建筑的不斷發(fā)展，建筑規(guī)模越來越大，層次越來越高，建筑的標準也越來越高。新建的各類大樓都具備人員密集、設備先進、功能多、裝飾豪華等特點，因此，火災自動報警和自動滅火系統(tǒng)已成為高層建筑不可缺少的重要組成部分。
（來源：文章屋網 ）
Technology, Department of Electrical and
Computer Engineering, USA
Missile Guidance and
Control Systems
2004, 675 pp.
Hardcover EUR 259.00
ISBN 0-387-00726-1
G. M.塞奧里斯 著
雖然導彈制導和控制系統(tǒng)的出現(xiàn)源自軍事目的，但是這項技術已經應用于很多領域，比如機器人、工業(yè)過程控制和全球定位系統(tǒng)（GPS, Global Positioning System）。本書詳細的闡述了這項技術的最新幕后，戰(zhàn)略和戰(zhàn)術導彈及其對給定目標的制導、控制和采取的策略。
本書論述了關于制導飛行的數學，涵蓋了如下幾個論題：導彈的空氣動力學、導彈的數學模型、武器發(fā)射、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、地形輪廓匹配（TERCOM, Terrain Contour Matching）、巡航導彈的力學化方程、以及彈道導彈制導。
全書共分7章：第1章回顧了過去和現(xiàn)在的制導導彈系統(tǒng)，以及現(xiàn)代武器的演化；第2章討論了導彈通用運動方程，其中包括通用坐標系、剛體運動方程、D'Alembert定理、以及拉格朗日旋轉坐標系；第3章闡述了空氣動力學和系數，空氣動力學的力和動量的處理，以及導彈尋找目標和制導自動化等問題；第4章處理了各種戰(zhàn)略制導的各個重要技術問題，包括自動制導、命令制導、比例導航和擴充比例導航；第5章討論武器發(fā)射系統(tǒng)和技術；第6章主要闡述戰(zhàn)術導彈，包括經典雙體問題和Lambert理論、隱式和顯式制導、大氣重入、以及彈道導彈的攔截；第7章關注巡航導彈理論和設計，主要討論了巡航導彈導航的概念、地形匹配制導的概念、以及全球定位系統(tǒng)。每一章末尾都標明進一步閱讀和學習的論文和書籍。除此之外，本書的幾個附錄也為讀者提供了很必要的信息：附錄A.幾個基本參數；附錄B.技術詞匯表；附錄C.同義詞索引表；附錄D.標準大氣；附錄E.導彈的分類及定義；附錄F.過去和現(xiàn)在的導彈系統(tǒng)。
本書的讀者必須熟悉微積分、常微分方程和一些現(xiàn)代控制論的知識，書中提供了很多實際的例子，使得概念更加易于理解。本書適合航空航天工程學生，以及從事航天制導技術和控制技術研究的工程師閱讀。
丁丹，碩士生
(中國科學院計算技術研究所)
關鍵詞：自動控制可編程序控制器系統(tǒng)設計應用
在現(xiàn)代化的工業(yè)生產設備中，有大量的數字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，產品的計數，溫度、壓力、流量的設定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器(PC)來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，本文敘述PC控制系統(tǒng)設計時應該注意的問題。
硬件選購目前市場上的PC產品眾多，除國產品牌外，國外有：日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德國的SIEMENS，韓國的LG等。近幾年，PC產品的價格有較大的下降，其性價比越來越高，這是眾多技術人員選用PC的重要原因。那么，如何選購PC產品呢?
1．系統(tǒng)規(guī)模首先應確定系統(tǒng)用PC單機控制，還是用PC形成網絡，由此計算PC輸入、輸出點。數，并且在選購PC時要在實際需要點數的基礎上留有一定余量(10%)。
2．確定負載類型根據PC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。
3．存儲容量與速度盡管國外各廠家的PC產品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產品。各個公司的開發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲容量和指令的執(zhí)行速度是兩個重要指標。一般存儲容量越大、速度越快的PC價格就越高，但應該根據系統(tǒng)的大小合理選用PC產品。
4．編程器的選購PC編程可采用三種方式：
一是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語句表中的語句編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小，用量小的產品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場調試，造價也較低。
二是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內就可應用自如，但該編程器價格較高。
三是用IBM個人計算機加PC軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的PC開發(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調試。
因此，應根據系統(tǒng)的大小與難易，開發(fā)周期的長短以及資金的情況合理選購PC產品。
5．盡量選用大公司的產品其質量有保障，且技術支持好，一般售后服務也較好，還有利于你的產品擴展與軟件升級。
輸入回路的設計
1．電源回路PC供電電源一般為AC85—240V(也有DC24V)，適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1：1隔離變壓器等)。
2．Pc上DC24V電源的使用各公司PC產品上一般都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負載時要注意容量，同時作好防短路措施(因為該電源的過載或短路都將影響PC的運行)。
3.外部DC24V電源若輸入回路有DC24V供電的接近開關、光電開關等，而PC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源；但該電源的“—”端不要與PC的DC24V的“—”端以及“COM”端相連，否則會影響PC的運行。
4．輸入的靈敏度各廠家對PC的輸人端電壓和電流都有規(guī)定，如日本三菱公司F7n系列Pc的輸入值為：DC24V、7mA，啟動電流為4．5mA，關斷電流小于1．5mA，因此，當輸入回路串有二極管或電阻(不能完全啟動)，或者有并聯(lián)電阻或有漏電流時(不能完全切斷)，就會有誤動作，靈敏度下降，對此應采取措施。另一方面，當輸入器件的輸入電流大于PC的最大輸入電流時，也會引起誤動作，應采用弱電流的輸入器件，并且選用輸人為共漏型輸入的PC，Bp輸入元件的公共點電位相對為負，電流是流出PC的輸入端。
輸出回路的設計
1．各種輸出方式之間的比較
(1)繼電器輸出：優(yōu)點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載，且電壓也可不同，帶負載電流可達2A／點；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至Jl百萬次之間，有的公司產品可達1000萬次以上，響應時間為10ms
(2)晶閘管輸出：帶負載能力為0．2A／點，只能帶交流負載，可適應高頻動作，響應時間為1ms.
(3)晶體管輸出：最大優(yōu)點是適應于高頻動作，響應時間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶DC5—30V的負載，最大輸出負載電流為0．5A／點，但每4點不得大于0．8A。
當你的系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時，應首選繼電器輸出，因其電路設計簡單，抗干擾和帶負載能力強。當頻率為10次／min以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可采用PC輸出驅動達林頓三極管(5—10A)，再驅動負載，可大大減小電流。
2．抗干擾與外部互鎖當PC輸出帶感性負載，負載斷電時會對PC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PC。
當兩個物理量的輸出在PC內部已進行軟件互鎖后，在PC的外部也應進行互鎖，以加強系統(tǒng)的可靠性。
3．“GOM“點的選擇不同的PC產品，其“COM”點的數量是不一樣的，有的一個“COM”點帶8個輸出點，有的帶4個輸出點，也有帶2個或1個輸出點的。當負載的種類多，且電流大時，采用一個“COM”點帶1—2個輸出點的PC產品；當負載數量多而種類少時，采用一個“COM”點帶4—8個輸出點的PC產品。這樣會對電路設計帶來很多方便，每個“COM”點處加一熔絲，1—2個輸出時加2A的熔絲，4—8點輸出的加5—10A的熔絲，因PC內部一般沒有熔絲。
4．PC外部驅動電路對于PC輸出不能直接帶動負載的情況下，必須在外部采用驅動電路：可以用三極管驅，也可以用固態(tài)繼電器或晶閘管電路驅動，同時應采用保護電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極管(LED)指示。印制板應做成插拔式，易于維修。
PC的輸入輸出布線也有一定的要求，請看各公司的使用說明書。
擴展模塊的選用
對于小的系統(tǒng)，如80點以內的系統(tǒng)．一般不需要擴展；當系統(tǒng)較大時，就要擴展。不同公司的產品，對系統(tǒng)總點數及擴展模塊的數量都有限制，當擴展仍不能滿足要求時，可采用網絡結構；同時，有些廠家產品的個別指令不支持擴展模塊，因此，在進行軟件編制時要注意。當采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規(guī)定，請看相關的技術手冊。
各公司的擴展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。PC的這種模塊化設計為用戶的產品開發(fā)提供了方便。
PC的網絡設計
當用PC進行網絡設計時，其難度比PC單機控制大得多。首先你應選用自己較熟悉的機型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲容量也應仔細了解。否則，不能適應你的實時要求，造成系統(tǒng)崩潰。另外，對通信接口、通信協(xié)議、數據傳送速度等也要考慮。
最后，還要向PC的商家尋求網絡設計和軟件技術支持及詳細的技術資料，至于選用幾層工作站，依你的系統(tǒng)大小而定。
1.1發(fā)展背景概括隨著中國高速公路建設以及汽車工業(yè)在我國的不斷發(fā)展，汽車行業(yè)已經由傳統(tǒng)的機械裝置演變成一個具有復雜技術的系統(tǒng)。與此同時，我國電子技術也在快速發(fā)展著。隨著科技的革新，我國在步入21世紀以后，智能化為核心的汽車巡航系統(tǒng)目前已經作為高級轎車的主要附加功能設備。
1.2汽車巡航系統(tǒng)技術的概述汽車巡航控制系統(tǒng)，就是我們所說的駕駛員不用對控制加速踏板而使汽車保持穩(wěn)定行駛的系統(tǒng)，也是全方位檢測數據的系統(tǒng)。隨著汽車電子技術的發(fā)展，目前巡航系統(tǒng)中的主要技術則是通信能力。而在汽車復雜的電控系統(tǒng)中，通常各種信息是可以共享的，其中CAN總線作為實現(xiàn)數據共享和協(xié)同工作的工具，主要以靈活性和穩(wěn)定性以及實時性所被大家廣泛應用。
1.3巡航控制系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢汽車巡航控制系統(tǒng)隨著電子技術的發(fā)展而不斷進行完善，就需要我們的技術也不斷進行改變，這樣才能更加準確掌握系統(tǒng)檢測。總而言之，汽車巡航控制系統(tǒng)的改革我們可以從以下六個方面進行簡析：
（1）新型控制理論的應用每輛車行駛狀況在很大程度上受發(fā)動機的因素影響的。駕駛員只需要更加穩(wěn)定地控制車速即可。因此，我們要根據原有的傳統(tǒng)控制理論對新的控制理論進行改革，便于其更好地應用到汽車行駛上。
（2）聯(lián)動控制、復合控制我國目前的巡航控制裝置大多數是獨立式的，為了更好地提高精度和敏感度，就需要利用計算機進行發(fā)動機和變速器的控制，以此形成一體化的復合控制模式。
（3）小型化、智能化現(xiàn)在的計算機大多數都是向著智能型模式發(fā)展著。
（4）追蹤行駛控制現(xiàn)在很多汽車的巡航系統(tǒng)都能夠保證汽車穩(wěn)定行駛，這就需要我們利用加速、減速等開關進行控制，當車輛不便于減速或加速的時候，就會造成駕駛員很大的困擾。因此，為了解決這一問題，就需要利用雷達測定，更加精確距離，目前很多國家的研究者都在對自適應巡航控制系統(tǒng)進行研究。
（5）走停控制現(xiàn)在對巡航系統(tǒng)的研制主要針對的是在高速上行駛的車輛，這就要求巡航系統(tǒng)有更好地探測能力和反應能力。這樣才能使駕駛員完全從復雜的駕駛操作中解放出來，更好地簡單操作。
（6）集成化隨著近些年智能化的發(fā)展，我們需要完善公路智能概念以及衛(wèi)星導航系統(tǒng)概念，使其得到開發(fā)和應用，這樣才能保證在未來汽車巡航控制系統(tǒng)關于汽車電控系統(tǒng)相融合。而集成化在很大程度上有效降低成本，更好地增強各系統(tǒng)之間的內在聯(lián)系，以此提高車輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
1.4本文主要研究內容盡管世界研究汽車巡航控制系統(tǒng)有幾十年的歷史，但由于巡航控制系統(tǒng)是一個很難控制的系統(tǒng)。所以我們可以從以下幾個方面進行分析：①分析掌握汽車巡航控制系統(tǒng)的原理，對其可行性以及必要性進行分析，并對巡航控制系統(tǒng)進行總體的設計。②確定汽車巡航的控制方案，就需要從巡航控制系統(tǒng)的功能和原理出發(fā)。③為了能夠設計出系統(tǒng)的軟件流程，就要從系統(tǒng)的實際運行情況出發(fā)。
二、巡航控制系統(tǒng)的組成和工作原理
2.1巡航控制系統(tǒng)簡述汽車巡航控制系統(tǒng)，我們可以分為巡航行駛裝置、速度控制（SpeedControl）系統(tǒng)、自動駕駛（Auto-Drive）系統(tǒng)等三個方面，而這三個方面的劃分主要是根據其特點進行的。目前，我國的汽車巡航控制系統(tǒng)可以分為巡航控制和自適應巡航控制兩種，其中自適應巡航控制是巡航控制的延伸和拓展。汽車的巡航控制系統(tǒng)是汽車電子控制系統(tǒng)研發(fā)較早的系統(tǒng)之一，主要作為就是駕駛員不用踩油門踏板也可以自動保持汽車的車速。綜合上述汽車巡航控制系統(tǒng)的簡介，我們可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)有以下三大優(yōu)勢：①汽車行駛的舒適性。在高速公路上進行行駛的時候，更能體現(xiàn)出這種優(yōu)越性，以此就會減輕駕駛員的駕駛負擔。②節(jié)省燃料。在具有相同的經濟性和環(huán)保性的行駛條件下，有經驗的駕駛員就會節(jié)省15%的燃料，很大程度上減少廢氣物體的排放。③保持汽車穩(wěn)定的車速。汽車無論在哪個道路上行駛，只要在發(fā)動機功率允許的范圍內，就會保持車速不變。
2.2巡航控制系統(tǒng)的組織結構及原理的構成
（1）巡航控制系統(tǒng)的基本控制原理在應用汽車巡航控制系統(tǒng)的基本原理控制車速的時候，我們可以看出，電子裝置控制主要是對車輛行駛進行自動調節(jié)，這樣才能保證車速始終如一，對電子巡航控制系統(tǒng)的基本控制原理進行了解。電子巡航控制系統(tǒng)就是按駕駛員的要求將所選的信號設定車速，其次就是根據汽車實際車速所反饋的信號。當電子控制器對兩個輸入信號進行誤差檢測后，就會及時修正電子控制器存在的誤差，便于更好地保持車速恒定。
（2）巡航控制系統(tǒng)的工作原理及結構電子巡航控制系統(tǒng)主要有以下四個部分組成，即控制開關、傳感器以及執(zhí)行機構和巡航控制電控單元（CCSECU）等。
（3）巡航系統(tǒng)開關的控制巡航控制系統(tǒng)開關主要是供駕駛員操作巡航控制系統(tǒng)的一套開關，一般都是安裝在汽車的轉向信號手柄上或者方向盤上的。
（4）傳感器控制電控單元提供節(jié)氣門開度信號和汽車行駛的速度信號。其設計或選擇車速傳感器是一項非常重要的工作，因為傳感器的頻率直接影響整個系統(tǒng)的頻率。
（5）巡航控制電控單元（CCSECU）整個巡航控制系統(tǒng)的中樞就是電控單元，其作用就是通過接收傳感器和開關等信號的處理，以實現(xiàn)車輛的恒速行駛。
（6）操作機構一般操作機構被我們稱為伺服器，其主要作用就是通過接收巡航控制電控單元的控制指令信號，從而調節(jié)節(jié)氣門開度，采用可以減速的支流電機或啟動方式驅動拉線盤，使車輛進行加速、減速等操作。其中可以將執(zhí)行機構分為電動式和氣動式兩種。
三、結束語
【關鍵詞】機電控制，系統(tǒng)，設計
中圖分類號： TU85文獻標識碼：A 文章編號：
一、前言
機電控制系統(tǒng)設計是指按照一定的設計規(guī)劃，根據機電控制技術進行設計機電控制系統(tǒng)的過程。目前，隨著我國經濟和科學技術的發(fā)展，機電控制系統(tǒng)的應用也越來越廣泛。
二、控制系統(tǒng)的基本概念
“量”控制與“邏輯”控制，一般來說，“控制”的內容可分為兩類，即以速度、位移、溫度、壓力等數量大小為控制對象和以物體的“有”、“無”、“動”、“停”等邏輯狀態(tài)為控制對象。以數量大小為對象的控制可根據表示數量大小的信號種類分為模擬控制和數字控制。
1.模擬控制
是指將速度、位移、溫度或壓力等變換成大小與其對應的電壓或電流等模擬量進行信號處理的控制。其信號處理方法稱為模擬信號處理，采用模擬信號處理的控制稱為模擬控制。
2.數字控制
是指把要處理的“量”變成數字量進行信號處理的控制。其信號處理方法稱為數字信號處理，采用數字信號處理的控制，稱為數字控制。模擬控制精度不高，不適合于復雜的信號處理。數字控制可用于要求高精度和信號運算比較復雜的場合。用計算機作主控制器的系統(tǒng)中，雖然在最后控制位置、力、速度等部分中模擬控制仍然是主流，但在這之前的各種信號處理中，多數用數字控制。以上信號均是連續(xù)變化量。以“邏輯狀態(tài)”為對象的控制稱為邏輯控制，通常處理開關的“通”、“斷”，燈的“亮”、“滅”，電動機的“運轉”、“停止”之類的“1”與“0”二值邏輯信號。邏輯控制又稱順序控制。稱為邏輯控制是強調信號處理的方式；稱為順序控制是強調對被控對象的作用。
三、自動控制技術
自動控制技術是通過控制器使被控對象或過程自動按預定的規(guī)律運行。因被控對象種類繁多，控制技術的內容非常豐富，有高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷、校正、補償、示教再現(xiàn)、檢索等技術。自動控制技術可協(xié)調機械、電器各部分來有效完成動作過程，在機電控制系統(tǒng)中起重要作用。
自動控制的理論基礎是自動控制原理，它分為經典控制理論和現(xiàn)代控制理論。前者研究對象是單變量的線性時不變系統(tǒng)，它使用的數學工具是拉普拉斯變換，用傳遞函數方法在頻率域進行系統(tǒng)分析。它的控制原理是負反饋閉環(huán)系統(tǒng)，以自動調節(jié)器作為反饋控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，所以，經典控制理論也叫自動調節(jié)原理。后者是以多變量、非線性、時變系統(tǒng)為研究對象，它運用的數學工具有線性代數、矩陣論和集合論等。
它是用狀態(tài)空間法在時間域內進行系統(tǒng)分析，用狀態(tài)方程描述系統(tǒng)過程。根據狀態(tài)及條件，分析下一步的狀態(tài)。現(xiàn)代控制理論研究的主要內容是最優(yōu)控制、隨機控制、自適應控制和魯棒控制等。經典控制理論和現(xiàn)代控制理論，被人們統(tǒng)稱為傳統(tǒng)控制理論。它們的共性是基于被控對象的精確數學模型，就是控制對象和干擾均應以嚴格的數學方程和函數表示。控制的任務和目標通常比較直接明確。
而在現(xiàn)實世界中，許多系統(tǒng)，諸如智能機器人系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、航空航天控制系統(tǒng)等用傳統(tǒng)的控制理論卻難以解決，從20世紀70年代以后，特別是21世紀以來，智能控制開始興起，已經形成了一門新興學科。智能控制系統(tǒng)具有學習功能、自適應功能和自行組織與協(xié)調功能。它主要采用的數學工具是符號推理與數值計算的結合以及神經元網絡和模糊理論等。智能控制是一門新興的多個領域交叉學科，它的理論尚未成熟，而實際的需要有力地推動了智能控制理論和技術的迅速發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。在機電控制系統(tǒng)中會逐漸發(fā)揮其重要作用。
四、機電控制系統(tǒng)的分類
機電控制系統(tǒng)分類的原則性非常強，根據不同的原則可以劃分出不同的機電控制系統(tǒng)。下面我們將主要從輸出量、控制信號的變量形式、系統(tǒng)輸入信號三個方面進行分類。
1.輸出量
機電控制系統(tǒng)根據輸出量的反饋可以分為開環(huán)式和閉環(huán)式兩種。開環(huán)式機電控制系統(tǒng)是利用電機的轉角和脈沖的連續(xù)保證精準度，所以精度比較低；閉環(huán)式機電控制系統(tǒng)相對于開環(huán)式而言，構造更為復雜，精度也較高。對于系統(tǒng)的控制被外界造成的誤差而言，閉環(huán)式機電控制系統(tǒng)具有修正能力，而開環(huán)式機電控制系統(tǒng)卻不具備。
2.控制信號的變量形式
機電控制系統(tǒng)按照控制信號變量形式的不同可以分成模擬式和數字式兩種機電控制系統(tǒng)。模擬式機電控制系統(tǒng)構造簡單，實時性能好，但不能實現(xiàn)較復雜的控制監(jiān)督工作；數字式機電控制系統(tǒng)的精度也比較高，而且其相對于模擬式的機電控制系統(tǒng)而言靈活性更強，監(jiān)督系統(tǒng)異常狀態(tài)的處理功能也更強。
3.系統(tǒng)輸入信號
機電控制系統(tǒng)根據系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律可以分為自動調節(jié)系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)三種。自動調節(jié)系統(tǒng)即為定值控制系統(tǒng)，它主要控制系統(tǒng)內的基本任務；隨動控制系統(tǒng)主要特點就是可以精確地復現(xiàn)系統(tǒng)的輸入信號；程序控制系統(tǒng)主要是在有兩個或兩個以上同時執(zhí)行任務的系統(tǒng)機構工作時，它可以執(zhí)行指揮每一個環(huán)節(jié)的控制信號，從而使其依次有序的工作。
五、機電系統(tǒng)的設計流程
機電系統(tǒng)設計應根據機電控制系統(tǒng)設計規(guī)律，運用現(xiàn)代設計的方法構造產品結構、賦予產品性能并進行產品設計。為了提高設計的質量，必須有一個科學的設計規(guī)劃。
1.任務的確定
在進行系統(tǒng)設計之前，必須對控制對象的工作過程進行深人調查、分析，熟悉其工藝過程，了解系統(tǒng)是否有特殊要求，確定系統(tǒng)所要完成的任務。
2.選擇系統(tǒng)的主機機型。
在控制任務確定后，應對系統(tǒng)所需要的硬件做出初步的估計和選擇，這是計算機控制系統(tǒng)設計的一個特點，主機是整個控制系統(tǒng)的核心，它的選擇將對整個系統(tǒng)產生決定性的影響。在具體選擇系統(tǒng)的主機機型時，可以選擇工業(yè)PC、PLC、智能儀表等設備，設計者只需根據控制任務選擇相應的硬件配置，再配以軟件設計，即可完成控制任務的設計。
3.確定控制算法。
工業(yè)生產過程中計算機控制系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣主要是由算法決定。算法建立在控制對象的數學模型上，即描述各控制量與各輸出量之間的數學關系，因此，應建立系統(tǒng)的數學模型，并確定系統(tǒng)的控制算法。控制算法直接影響控制系統(tǒng)的調節(jié)，是決定整個系統(tǒng)性能指標的關鍵。由于控制系統(tǒng)種類繁多，控制算法也各不相同，每個控制系統(tǒng)都有一個特定的控制規(guī)律，并且有相應的控制算法。
4.系統(tǒng)總體方案設計。
在選定主機機型和確定測控任務及確定控制算法后，就可以確定系統(tǒng)總體方案。
5.軟件設計。
軟件設計的主要任務是進行應用程序設計。采用的語言有匯編語言，針對的是某一單片微處理器或微控制器的c語言及VC、VB等高級語言。在進行應用程序的設計時，應采用模塊化結構，注重可維護性及可移植性。另外還要合理選擇數據庫的結構。
6.應用程序的設計。
六、傳感器、變送器和執(zhí)行器的選取
傳感器可以將非電物理量，如溫度、壓力、流量、位移、液位、氣體成分等被測參數變成電信號，如電壓、電流或電阻信號，再通過變送器變成可以遠傳的統(tǒng)一標準信號，然后送往AI模板進行數據采集。
執(zhí)行器是過程控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，它的作用是接收計算機發(fā)出的控制信號，并把它轉換成機械動作，對生產過程實施控制。執(zhí)行器可以分為氣動、電動、液壓3種類型。
七、結語
隨著各種技術的發(fā)展以及深入，機電控制系統(tǒng)不僅具有程序化、高智能化、信息化等特點，而且體積小、操作維護方便、保護齊全、性能比較可靠，因此，機電控制系統(tǒng)的應用也越來越廣泛。所以，在機電控制系統(tǒng)的設計中，我們要嚴格按照設計流程進行設計。
參考文獻
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[2]劉丹 自動控制系統(tǒng)在市政排水系統(tǒng)中的應用[J] 科技資訊 2011(12)
關鍵詞： 火焰光度計； 控制系統(tǒng)； 改進方案； S3C2440
中圖分類號： TH 744.12文獻標識碼： Adoi： 10.3969/j.issn.1005
Key words： flame photometer； control system； improvement； S3C2440
引言火焰光度計是根據被測元素的原子或離子受火焰激發(fā)后產生的特定波長光譜，借助羅馬金公式，可對樣品中K、Na元素進行定量分析的儀器[1]。火焰光度計是一種相對測量的儀器，被測樣品的濃度值是在統(tǒng)一測試條件下標準溶液濃度的相對值。所以測試前需制備一組火焰光度計標準溶液，然后進行標定操作，最后才對被測液樣品進行測量。火焰光度計主要用來測量血清中的Na+和K+濃度；土壤中堿金屬含量；鋁礦石中氧化鉀、氧化鈉含量等。目前，火焰光度計主要采用單片機電路或通用集成電路構成控制系統(tǒng)，數據處理能力有限，系統(tǒng)可擴展性差，標定操作復雜。隨著社會的進步，測量儀器必須具備：人機界面友好、操作簡便、智能處理、足夠高的精度和低功耗等。嵌入式微處理器ARM具有強大的事務處理能力，同時具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點[2]。嵌入式操作系統(tǒng)具有實時、安全、多任務等特點。所以，采用ARM作為控制系統(tǒng)的核心，應用Linux嵌入式操作系統(tǒng)，設計了一套火焰光度計控制系統(tǒng)。1控制系統(tǒng)硬件設計火焰光度計主要由控制系統(tǒng)、氣路、吸液/霧化器、燃燒腔組成，控制系統(tǒng)組成如圖1所示。系統(tǒng)上電后，ARM控制電磁閥開啟，接通燃氣，待燃氣到達燃燒腔的火嘴處，再控制點火線圈點火。著火以后要預燃燒30 min，將腔內雜質燃燒掉，使火焰變純。系統(tǒng)工作過程如圖2所示。每次測量前，需用標準溶液進行標定，標定后進行樣品液的測量，最后輸出、記錄測量結果。
S3C2440芯片集成LCD專用DMA控制器，提供了觸摸屏接口、2路USB主機控制、1路USB設備控制、3路URAT。存儲器控制器提供訪問外部存儲器所需的存儲器控制信號。內部集成有8路 A/D 轉換模擬信號輸入通道 A/D 轉換控制器，轉換精度為10 bit。系統(tǒng)有兩個可切換量程：小量程（K：0.0～19.9 mmol/L；Na：0～199 mmol/L）；大量程（K：0～80 mmol/L；Na：0～800 mmol/L）。為滿足檢測限、線性誤差、精度的相關要求[3]，A/D轉換器采用TI公司16 bit的TLC3574。硬件關鍵部分是通氣、點火、報警控制電路和信號處理電路。光學儀器第35卷
第1期雷震勇，等：改進的火焰光度計控制系統(tǒng)
火焰光經過干涉濾光片分光，再經光電池光電轉換，得到電流信號。經前置放大、量程切換和A/D轉換電路處理后將信號送給S3C2440，如圖3所示。圖中，IC為精密運放OP07，SGM3002為低導通電阻的高能性能數字控制模擬開關，由S3C2440發(fā)送控制信號控制SGM3002轉換開關來分別選擇Na、K兩路信號的不同放大比來進行量程切換。S3C2440通過通用輸入/輸出口（general purpose input/output，GPIO）控制繼電器間接控制電磁閥開啟、點火圈點火及蜂鳴器報警，電路圖見圖4。圖3前置放大、量程切換和AD轉換電路
Fig.3Circuit of preamplifier，switch range and AD transform
圖4電磁閥、點火圈、蜂鳴器驅動電路
Fig.4Driving circuit of electromagnetic valve，
ignition circle and a buzzer2控制系統(tǒng)軟件設計控制系統(tǒng)基本框架為：嵌入式微處理器（S3C2440）、硬件電路、嵌入式操作系統(tǒng)（Linux）和嵌入式圖形用戶界面（graphical user interface，GUI）。本設計采用可視化的基于Qt的GUI工具Qt Creater去編寫應用程序，生成X86架構的二進制文件，再用Qt/Embedded庫對整個工程進行交叉編譯鏈接，得到在S3C2440平臺上運行的可執(zhí)行文件。軟件包括啟動程序、操作系統(tǒng)、設備驅動程序和用戶應用程序等。系統(tǒng)軟件工作流程圖如圖5所示，控制系統(tǒng)中的LCD、A/D轉換、觸摸屏、串口和USB都作為字符設備[46]，它們的驅動程序加載到Linux內核中，操作系統(tǒng)通過子程序調用實現(xiàn)設備訪問。加入異常處理，保證系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的設置、標定和參數調整、數據的處理和自動保存等，都可從控制系統(tǒng)操作界面中直觀看到，操作方便。圖5系統(tǒng)軟件工作流程圖
Fig.5System software flow chart圖6標定子程序流程圖
關鍵詞：網絡化控制系統(tǒng)；物聯(lián)網；信號延遲；數據丟失
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 09-0000-02
21世紀是一個以網絡為核心的信息時代，計算機信息技術、網絡技術的迅猛發(fā)展正在深刻改變著人們的生活和工作方式，對企業(yè)信息化和自動化的發(fā)展也產生了巨大影響。計算機技術、信息技術、控制技術、網絡技術和通信技術的結合，為網絡化控制系統(tǒng)（Networked Control Systems， 簡稱NCS）的產生提供了技術保障。網絡化控制系統(tǒng)是通過網絡進行數據傳輸、形成控制閉環(huán)的系統(tǒng)，它具有不同于傳統(tǒng)點對點控制系統(tǒng)的結構，是當今物聯(lián)網的巨大發(fā)展在控制系統(tǒng)中的具體體現(xiàn)，也是人類走向信息化社會的一個標志。
一、網絡化控制系統(tǒng)概述
網絡化控制系統(tǒng)通常的定義是通過一個實時網絡構成閉環(huán)的控制系統(tǒng)，具體而言是指在某個區(qū)域內一些現(xiàn)場檢測、控制及操作設備和通信線路的集合，用以提供設備之間的數據傳輸，使該區(qū)域內不同地點的用戶實現(xiàn)資源共享和協(xié)調操作。網絡化控制系統(tǒng)的概念起始于上世紀80年代，以Ray等的論文為代表。進入21世紀以來，網絡技術與通信技術的發(fā)展使得實際的網絡化控制系統(tǒng)得到越來越多的重視，獲得了巨大發(fā)展。2003年在美國舉辦的控制學科的新世紀發(fā)展方向研討中明確指出，網絡化是控制系統(tǒng)21世紀的重點發(fā)展方向之一。
相比于傳統(tǒng)的點對點數據傳輸的控制系統(tǒng)，網絡化控制系統(tǒng)各部件之間通過一個公共的通信網絡連接，相關的數據通過通信網絡進行傳輸，避免了彼此間鋪設專線，并且可以實現(xiàn)資源共享、遠程操作和控制，降低了系統(tǒng)的成本、重量和電力消耗，簡化了系統(tǒng)的安裝和維護，提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。這些突出的優(yōu)點使網絡化系統(tǒng)的概念一經提出便得到了飛速的發(fā)展，并已在復雜工業(yè)過程的先進控制、現(xiàn)代交通工具內基于通訊網絡的復雜控制系統(tǒng)（無人機、水下車）、運載工具群的協(xié)調控制（高速公路車輛調度、機場飛機調度）、智能家居等領域顯露出廣泛的應用前景。網絡化控制系統(tǒng)的典型結構如下圖所示。
圖1 網絡化控制系統(tǒng)的結構圖
二、網絡化控制系統(tǒng)的基本問題
通信網絡引入控制系統(tǒng)會使系統(tǒng)的分析和綜合變得很復雜，網絡化控制系統(tǒng)的復雜性由通信網絡自身的特點決定，主要表現(xiàn)在：
（一）網絡誘導時滯問題
將通信網絡引入控制系統(tǒng)，連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了現(xiàn)場設備的分布化和網絡化，同時也加強了現(xiàn)場控制和上層管理的聯(lián)系。但與此同時，由于網絡的加入使得信息在傳輸過程中不可避免地存在著延遲。例如，網絡協(xié)議下，數據包擁塞等待、網絡空閑檢測、長距離傳輸等。
時延是網絡化控制系統(tǒng)研究的主要問題之一，數據在傳輸線路上必然存在著傳輸時延，數據在接受處理是必然存在著處理時延，傳輸時延和處理時延共同構成了網絡時延。網絡時延受到網絡拓撲結構、網絡所采用的通信協(xié)議、路由算法、負載情況、傳輸速率等諸多因素的影響，呈現(xiàn)出固定或隨機，有界或無界的特征。
（二）數據包丟失
數據包丟失是網絡的引入所帶來的又一問題。由于通信信道的不確定性，數據包在傳輸過程中可能出現(xiàn)錯誤甚至丟失，這樣，接收節(jié)點（控制器或執(zhí)行器）就會丟棄錯誤數據或使用之前接收到的數據。如果某一時刻采樣獲得的數據包在其后采樣的數據之后到達接收器，這種數據包也會被丟棄。另外，數據傳輸中大于某個特定長度的時滯也可以被視為數據丟失進行處理。
從系統(tǒng)信息的傳輸來看，數據包丟失的發(fā)生相當于信息傳輸通道暫時被斷開，使得系統(tǒng)的結構和參數發(fā)生較大的變化。
（三）多包傳輸問題
以數據包形式傳輸的信息是網絡化控制系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的特點。多包傳輸是進行網絡化系統(tǒng)的分析和設計時經常遇到的另一個重要問題。多包傳輸的一個主要原因是由于網絡帶寬的限制，數據包容量有限以至于無法包含一個時刻的全部采樣數據，這必須通過多個數據包進行先后傳輸。多包傳輸的另一個原因是網絡化系統(tǒng)的傳感器和控制器一般會分布在一個較大的物理空間中，這樣，就不可能把同一時間的所有數據利用同一個數據包進行傳輸。
（四）通信約束問題
信號在數字系統(tǒng)中傳輸必然經過量化過程，傳統(tǒng)的系統(tǒng)設計方法是把量化帶來的影響建模成外部白噪聲擾動（均勻分布），在忽略量化現(xiàn)象的條件下設計控制器，如果設計出來的控制器無法滿足要求，調節(jié)諸如采樣頻率等參數進行再設計。在網絡化系統(tǒng)中，通信信道為數字信道，信息在網絡中傳輸必然會受到比特率限制，傳輸之前要量化到一個有限集合中。為了盡量降低網絡帶寬，網絡化系統(tǒng)中的量化精度可能較低，以至于量化誤差用白噪聲近似不再合適，如何嚴格地分析量化現(xiàn)象造成的影響，如何在特定量化規(guī)則下對網絡化系統(tǒng)進行分析和設計是亟待解決的問題。網絡化控制系統(tǒng)中的量化問題正在得到越來越多的學者的關注。
此外，采樣速率約束、通信速率約束、編碼位數約束等問題也是網絡化控制系統(tǒng)中所必須考慮的通信約束問題。
三、結語
網絡化控制系統(tǒng)做為一種新興的控制系統(tǒng)形式，得到了越來越多的研究和重視，在物聯(lián)網飛速發(fā)展的大背景下，如何用好網絡化控制系統(tǒng)的概念，在網絡誘導時滯、數據丟失、多包傳輸、通信約束下，研究網絡化控制系統(tǒng)的控制方法，構造、實現(xiàn)更多的網絡化控制系統(tǒng)為國民經濟服務，是值得思考和研究的問題。
參考文獻：
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