浅析机电控制系统的信息集成

浅析机电控制系统的信息集成

何建博

中通服公众信息产业股份有限公司

机电控制系统具备不同的运行平台与通信网络协议，这无疑增加了机电控制系统互联的难度。为改善上述现象，需要达成信息集成的目标。机电控制系统的信息集成中存在诸多问题，只有借助混合控制网络系统，才能逐步完善其中的不足。混合控制网络系统是在融合以太网和现场总线的基础上构成，已经通过实践证明了可行性与可操作性。以太网络管理系统构建的全新结构与体系，可满足实时监控机电系统的目标，形成长效机制，科学管理机电系统。

一、变电站自动化系统的接入

对变电站自动化系统而言，通过LAN执行控制功能的"实时"性要求通常定义为4ms。为了定性地衡量以太网是否能满足电力系统中的实时性要求，美国电力研究院（EPRI）进行了研究。在特定的"最恶劣"情形下对比研究了以太网和12Mb/s令牌传递Profibus网的性能。研究表明：无论是通过共享HUB连接的100Mb/s以太网还是通过交换式HUB连接的10Mb/s以太网，都能满足4ms这一网络通信时间要求。对于通过总线连接的IED，通过RTU接入网络。对于总线上的IED共享一个IP地址，系统通过IP地址和IED设备号来识别IED，并进行信息交换和数据传输。

一般会利用硬件网关以及软件网络两种方式设计网关。从硬件网关角度来说，高性能的嵌入系统是有效连接通信接口以及以太网接口的重要途径，注意以串联的方式连接通信接口与以太网接口。软件网络需要在PC机上完成协议转换，这种转换与软件方式之间存在直接联系。全部转换完成后，才可真正连接以太网与RTU。机电系统互联并不局限于同一种协议或者同一种传输方式中，因此，系统需要借助信息集成的方式，有效互联多种协议以及不同传输方式的机电系统，机电控制系统的信息集成正是在网络互联中逐步体现出自身的优越性能。

二、现场总线控制系统的接入模式

由于各现场总线技术所采用的通信协议不同，所采用的传输介质也各异，根据计算机网络互联的原理，实现网络互联有如下几种方式：中继器、网桥、路由器和数据网关等，由于现场总线网络协议与通常意义的计算机网络有所不同，如实时性和协议简单性等特点。基于TCP/IP协议的以太网ISO/OSI中的TCP层和IP层对应用程序是透明的，并且应用层是由程序自定义。因此通过应用层实现系统的集成为优，即通过网关来实现不同协议的数据格式的转换，按一定规则完成对不同总线的信息路由选择，将各现场总线系统集成在基于以太网的控制网络中。

三、机电控制系统的信息集成

1.管理协议

简单网络管理协议经过长时间演变已经发生重大改变，使标准网络管理协议成为可能。简单网络管理协议是在组合多种协议组以及规范组的基础上构成，所有协议组以及规范组主要发挥提供网络管理信息收集方法的作用，在网络设备上对管理信息进行收集。SNMP主要包括4个部分：网络管理工作站NMS、分布在网络管理对象上的代理（Agent）、描述被管理对象状态的管理信息库MIS和NMS与Agent之间的通信协议SNMP。网络中的NMS通过SNMP协议管理网络中的各个设备。

MIS由一组变量构成，每个变量表示管理对象属性的某个方面。代理驻留在被管理的对象上，收集本地有关的信息，并给本地的MIS中的相应的变量赋值。所有的控制在"取－存"模式中完成。NMS是整个网络的集中控制点，通过Get、GetNext等原语从代理中读取被管理对象MIS中的变量值，从而获娶综合当前网络的状态，并确定需要的控制行为，再通过Set原语命令，代理采取相应的动作，达到对设备有效管理的目的。

2.控制结构

在SNMP协议标准中，定义了管理和代理管理之间的功能，主要概括为：

（1）Get使管理站能够从代理上设置相关对象的值；

（2）Set使网络管理站能够在代理上设置相应的值；

（3）Trap使代理能够通知管理站，如代理端的管理信息库MIS值的重大变化以及其它重要事件发生。

系统设计选用HP公司开发的OpenView平台，它是基于SNMP协议的开放式、模块化、分布式的通用网络平台，支持基于TCP/IP的网络标准，为用户提供了基于SNMP的设计模板和开发应用环境。在本系统的开发中，采用模块化设计方法，其中管理站主要由SNMP管理模块、Agent模块和MIS更新模块组成。而管理代理是系统的一个进程。管理代理也为模块化的设计，包括Agent响应模块和MIS更新模块。

3.获取信息

以太网中每个节点都挂接一些外部设备，获取这些外部设备的配置信息和运行数据是对网络进行管理的基矗如何实现上层应用软件对下层设备信息的获取是一个非常重要的问题。对于现场信息的获取方式有DDE方式、OPC方式。对于DDE方式，其实质是各应用程序通过共享内存来交换信息，即监控计算机是控制网络的工作站，也是信息网络的工作站。在这种方式中采用C/S体系，运行两个程序：一个是通信程序，用来接收实时信息，为信息网络数据库提供实时数据，由其充当DDEServer；另一个是包含DDEClient端的应用程序接口，接受DDE服务器实时数据并写入应用程序中，供信息网络使用。该方法要求应用平台必须支持Windows的DDE功能。优点是使用灵活、实时性强、易于实现，缺点是软件开销大，在数据点较多时效率较低。

结语：如何提升生产管理水平与生产管理质量，始终是企业管理者的研究重点。因机电控制系统不兼容，企业生产管理受到极大阻碍。在控制领域科学引入以太网，对改善机电控制系统兼容性有积极意义，希望借此改善企业信息网络集成问题。在引入以太网时，不仅要考虑到多现场总线，还要充分结合机电控制系统自身特性，深入分析其可行性。结合SNMP协议以及以太网网络管理系统实时监控企业机电控制系统，大幅提升企业生产管理水平。

参考文献：

[1]高小龙.基于CANopen的空间机械臂伺服控制系统研究[D].2015.

[2]张弛.复杂机电系统多学科设计与仿真集成框架[J].科技致富向导,2011(20).