《网络化测控技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络化测控技术（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要 计算机网络、 自动控制、 分布式人工智能等理论和技术的融合促进了网络化智能测 控技术的产生， 网络化智能测控技术的发展和广泛应用正改变着人们的生产和生活方式， 也 引起了相关技术和理论的变革。 本文围绕工业现场测控网络、 远程智能测控、 网络化分布式 智能测控等技术中的国内外研究热点问题， 阐述了其发展现状及技术特点， 分析了其关键技 术及发展趋势。关键词 现场总线 ; 工业以太网 ; 嵌入式 Internet 远程测控 ; Multi-Agent 系统A bstractThe integration of theory and technology for computer netw
2、ork, automatic control, and distributed artificial intelligence have prompt the generation of intelligent measurement and control technology network. The development and wide application of the intelligent measurement and control technology network is changing peoples production and life, but also c
3、aused a relevant technology and theory revolution. This paper focuses on industrial field measurement and control network, remote intelligent monitoring and control, intelligent monitoring and control of distributed network technology and international research and other hot issues, describes its de
4、velopment status and technical characteristics, analysis of the key technologies and trends.Keywords: field bus; Industrial Ethernet; remote monitoring and control of embedded Internet; Multi-Agent System1 引言网络信息技术的迅猛发展和广泛应用，使许多科学技术和生产领域发生了巨大的变革。 网络信息技术与智能测控技术的结合， 产生了基于网络环境的智能测控新领域， 两者的融合 正使信息和控制两大领
5、域的相关理论和技术得到迅速发展。 工业现场测控网络、 远程智能测 控、网络化分布式智能测控等正成为国内外研究的热点。 这些网络化智能测控技术的发展和 广泛深入应用必将极大地改变人们的生产方式、 工作方式和生活方式， 引起技术的、 经济的、 社会形态的变革。 本文将围绕这些热点问题， 阐述其发展现状及技术特点， 分析其关键技术 及发展趋势。2 工业现场测控网络技术的演进2.1 集散控制系统早期的测控系统是由单片机、 PC 机、工控机等为核心的多个分散单元构成，借助于S100或STD等总线形成测控系统。这样的测控系统由于采用集中式控制方式,系统的可靠性低,现场连线长且多 ,稳定性较差，抗干扰能力较
6、弱，难以实现大范围的有效测控。之后出现 了集散控制系统(DCS)，在90年代占主导地位。其核心思想是集中监视、分散控制，上 位操作员站用于集中监视管理功能，若干台下位控制站下放分散到各子控制室实现分散控 制，各上下位工作站之间用通讯网络互连实现相互间的信号传送，为操作员站 控制站 现场仪表设备的三层结构模式。 DCS 的联网手段和网络结构均不灵活，缺乏开放性。不同厂 家的 DCS 系统之间以及 DCS 与上层 Intranet 、 Internet 信息网络之间难以实现网络互连和信 息共享。集散控制系统实质上是一种封闭专用的、不具互操作性的网络控制环境。2.2 现场总线控制系统在用户对网络控制
7、系统提出的开放化、彻底分散化和降低成本的迫切要求下，现场总线 控制系统诞生了。现场总线(Fieldbus )是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设 备互连的实时控制通讯网络，遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型标准。现场总线控制系统( FCS， Fieldbus Control System )是用开放的现场总线通讯网络将自动化最底层的现场 控制器和现场智能仪表设备互连的分布式实时网络控制系统。现场总线是一种开放的、 具有可互操作性的实时通讯网，FCS将控制功能彻底下放分散到现场各控制器和仪表设备，提高了现场控制仪表设备的智能化程度和功能自治性， 系统有更高的可靠性和灵活性、 较低的安
8、 装及维护成本。FCS 是工作站 现场智能仪表设备的二层分布式结构， FCS 废弃了 DCS 的控制站，把 DCS 控制站分散到现场仪表设备，实现了彻底的全分布式网络测控。功能的分散使得风险 分散，因此 FCS 比 DCS 有较高的可靠性。90 年代兴起的现场总线技术对工业测控系统的发展带来了很大的影响，其产生的巨大经 济效益使得欧美大型控制设备生产集团在近十年来围绕现场总线的国际标准展开了激烈的 竞争，导致了多种标准并存的局面。国际电工委员会(IEC)在2000年1月通过了 IEC61158国际标准，该标准包括 8 种类型的现场总线标准： FFH1 ， Control Net, Profib
9、us, P-NET, FF-HSE, Swift Net, WorldFIP 及In terbus。每种类型的现场总线采用完全不同的通信协议，难以实现这些总线的相互兼容， 这种多种现场总线并存竞争的局面还将长期存在。现场总线技术对于面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术起到了巨大的推动作用，然而其标准的多样性和开放的不彻底性又不尽人意。2.3 工业以太网2.3.1 工业以太网的提出 随着工业测控要求的不断提高，传输的信息量愈来愈大，要求的网络传输速率越来越高， 现场总线简单的协议、 较低的通信速率显出其不适应。 另外， 基于以太网技术的企业信息网得到广泛应用， 在企业管理和经营中起着重要
10、的作用。 管理者除了通过信息网进行企业的管 理，也希望通过网络对生产过程进行自动控制， 实现管控一体化。 由于现在的现场总线网络 系统与在企业信息网中得到广泛应用的以太网技术的不兼容， 加之，现场总线测控网数目众 多的不兼容的协议标准一直困扰着工业界，人们自然地就提出能否将在局域网和 Internet 上 已取得巨大成功的、 成为事实上的通用标准的、 有着广泛技术支持的以太网技术延伸至底层 的测控网络？2.3.2 以太网应用于工业测控的障碍及对策 以太网是为商业应用领域的信息网开发的，在工业测控领域的应用确实存在障碍，其主要原因是：以太网采用载波侦听多点接入/碰撞检测（CSMA/CD）方式进行
11、通讯工作，在实时性要求较高的测控场合，重要数据的传输由于传输随机延滞会产生怀确定性II,主机一旦发送数据后， 就对传输数据失去控制。 这是影响以太网长期无法进入测控领域的重要原因之 一。以太网所使用的交换机、集线器、电缆和接插件等都是为办公室应用而设计的，其抗干扰能力不能适应工业现场的恶劣环境。对于上述第一个障碍有以下方法予以解决： 采用全双工交换式以太网技术。 降低网络负 载。提高网络的传输速率。应用报文优先级技术。至于以太网应用于工业测控领域的第二个障碍的解决，国外已有一些公司研发了一系列用于工业以太网的配件设备。现代以太网采用的非屏蔽双绞线，它的抗干扰能力与4mA 20mA 模拟传输线路
12、相当， 如果需要更强的抗干扰能力， 则可以采用屏蔽双绞线或光纤通信。2.3.3 工业以太网的优势及前景以太网技术应用于工业测控所形成的工业以太网，其最大的优势在于它应用的广泛性和开放性。作为 IT 领域的主流网络技术，以太网经历了近三十年的发展，已经形成了十分巨 大的硬件、 软件和人才资源， 很多成熟的技术和产品都可以直接移植或借鉴到工业以太网上来。采用工业以太网，可以实现彻底的技术开放和标准统一，可以和企业信息网Intranet 及Intranet 、 Internet极大地提高生产全球互联网 Internet 实现无缝连接， 能便利地实现管控一体化及现场测控网、 三级网络的有机融合， 实现
13、先进的全企业的、 跨地域的分布式管理和测控， 和管理效率。以太网技术的迅猛发展为其进入工业现场测控领域奠定了坚实的基础，工业以太网成为 发展的必然趋势。可以预测，工业以太网的飞速发展将结束目前在现场总线标准上的纷争， 将大大提高企业自动化、网络化和信息化的水平。3 基于 Internet 的嵌入式系统远程测控技术3.1 嵌入式 Internet 的产生及发展Internet 技术已深入到人们工作、工业生产、日常生活等各领域。如何实现对工业现场、 城市环境、智能仪表、家居电器等进行基于 Internet 的远程测控，已成为本世纪初 IT 业关 注的热点。嵌入式系统已经在工业测控、环境监测、家居电
14、器等各个领域得到了广泛应用， 如果将这些分布在各处的起着各种作用的嵌入式系统接入Internet 网，那么就可实现基于Internet 的远程测控。 嵌入式 Internet 就是关于嵌入式系统的 Internet 网络技术。嵌入式 Internet 的广泛应用必将使信息社会变得更加自动化、智能化和人性化。嵌入式 Internet 正成为当前国内外 IT 业发展的热点领域， 也是测控网络发展的重要方向。 目前， 许多公司都在致力于嵌入式 Internet 技术的开发， 已提出了多种嵌入式系统与 Internet 互联的解决方案。 如： emWare 公司的 EMIT 技术、 Microchip
15、 公司的 iPIC 系列单片机、 Scenix 公司的SX系列单片机、Seiko公司的iChip S7600A芯片、 P&S公司的 Webchip PS2000芯 片以及 Dallas 公司的 DS80C400 网络微控制器及其 TINI 技术等就是一些典型的产品和技术。3.2 嵌入式 Internet 的关键技术由于 Internet 的各种通信协议对计算机存储器、 运算速度等性能指标要求比较高， 而嵌入 式系统通常是专用的小规模计算机系统， 这样就使嵌入式系统难以支持占用大量系统资源的TCP/IP等In ternet协议和服务。如何实现嵌入式系统的In ternet接入、偎II We服务器
16、技术以及嵌入式 Internet 安全技术，是嵌入式系统3.2.1 嵌入式 Internet 接入技术 根据目前的技术现状和今后的发展方向， 独立节点模式。（1）网关模式 网关模式就是嵌入式系统通过专用网关接入 普遍，为节约 IP 资源和易于与现有网络兼容，Internet 技术的关键和核心。有两种嵌入式 Internet 的接入模式： 网关模式和In ternet。由于当前专用控制网络协议还比较 嵌入式系统通过专用网关接入 Internet 的模式有其广泛的应用市场。 专用网关能实现专用协议和通用计算机网络协议的转换。这种模式也 有利于降低由嵌入式系统构成的控制子网的成本，有利于控制子网的稳定、安全与管理。（2）独立节点模式独立节点模式就是嵌入式系统自身作为独立节点直接接入In tern
