网络化测控技术的应用
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; 虚拟仪器技术; 网络发测控系统的组成
网络化测控系统是一个由仪器、网络和软件组成的高度集成化的系统. 仪器完成系统的数据采集; 网络是数据传输通道; 软件则实现数据分析、表现和存储以及其他控制和服务功能. 其中, 软件是网络化测控系统的核心. 软件体系结构对于软件开发具有非常重要的指导意义, 研究测控领域的软件体系结构的发展有助于深入理解测控领域的软件系统. 仪器驱动程序作为连接测控系统硬件和软件的重要桥梁, 其变更直接导致了该领域软件体系结构的改变. 网络已经极大地发挥了测控系统的潜力, 改变了测控系统的面貌. 为适应网络化测控的需求, 先后提出了一些相应的解决方案或软件。
网络传感器是网络化测控系统中的一个独立节点, 如何将其快速的集成到应用系统是研究的热点之一。本文基于面向服务和嵌入式技术, 给出了一种无线网络节点传感器实现技术, 在以ARM9微处理器为核心的硬件系统上, 选用WIFIUSB 网络接口TL-WN321G+54M,采用嵌入式Linux 操作系统和gSOAP 嵌入式Web 服务开发工具实现了嵌入式Web 服务网络节点传感器,
[1] 为应用系统集成提供了统一的接口技术。
IEEE1588同步协议在网络化测控系统中得到了广泛应用, 其时钟同步精度直接影响测量仪器的准确度。详细分析了交换设备固有延时时间不对等和线路传输延时不对等问题对IEEE1588同步协议的影响, 并针对性地提出了修正方法。采用能够记录报文时间戳的交换设备, 修正了交换设备固有延时不对等引起的同步误差; 测量线路传输延时时间差后, 通过软件方法修正了线路传输延时不对等引起的同步误差; 最后对从时钟频率进行了修正, 提高了从时钟同步的稳定性。实验结果表明, 所提出的修正方法行之有效, 可将同步精度提高至50 ns 。
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虚拟仪器在测控系统中的发展
虚拟仪器与网络技术的发展给测控系统的设计与实现带来了新的要求与机遇。本文着重介绍了网络化测控系统中常用的C/S与B/S两种网络模式及其在LabVIEW 开发平台下的实现方法。实践表明, 利用LabVIEW 开发平台可以简单、灵活的构建符合实际要求的远程测控系统。
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网络化虚拟仪器的网络接入模式和结构模式极其复杂。结合军用电子装备网络化测试诊断需求, 采用基于C/S和B/S混合结构的网络化测控结构, 构建了基于PXI/VXI虚拟仪器的网络化测试诊断系统。本文介绍了网络化测试诊断系统的设计与实现, 对网络化测试诊断系统的硬件组成及故障诊断中心和现场测试终端的软件模块结构进行了分析。目前, 该系统已成功用
[4]于雷达、指挥系统、无人机等军用电子装备的测试和诊断, 并取得了良好效果。
针对现代工业过程中普遍对控制系统稳定性、小超调和快速性的要求, 在经典PID 控制的基础上, 介绍了对模型要求不高、鲁棒性可调的预测控制算法。充分利用预测控制的预测功能和PID 控制的优势, 对较复杂的DMC-PID 控制算法, 本文采用LabVIEW 中的Matlab Script
Node 模块将Matlab 语言实现的预测控制器嵌入到LabVIEW 流程图中, 用混合编程的方法, 最后在网络化测控试验平台上进行了实验。实验结果表明了该算法对抑制超调与改善系统的稳
[5]定具有一定效果。
虚拟仪器与总线技术结合的趋势
目前在测量和自动控制领域, 虚拟仪器技术的发展日新月异, 总线技术在虚拟仪器系统中起着举足轻重的作用。本文简要介绍了虚拟仪器技术的概念、构成和特点; 详细阐述了总线技术在虚拟仪器中的发展及应用; 结合PXI 、LXI 总线技术, 最后得出结论:基于PXI 总线的虚
[6]拟仪器将成为市场主流, 网络化测控将是虚拟仪器发展的一个趋势。
应用高性能DSP 作为数据处理的主节点, 借助多DSP 并行处理技术设计大规模实时处理系统已成为发展趋势。该文介绍了多DSP 并行处理技术, 研究了一种基于网络交换结构的多DSP 系统构成及并行处理单元DSP 间的互联技术, 针对多DSP 系统的调试与开发给出了一种解决方案。该项技术拓展了DSP 的网络接口能力, 实现了DSP 技术与网络技术的完美结合, 推动了网络化测控技术的发展。
网络化的测控系统是未来测量仪器发展的一个重要方向。针对目前网络测控系统复杂、开发成本高和扩展性差等问题, 介绍基于DM9008和AT89S52的嵌入式网络测控系统, 阐述系统的电路设计方案, 精简TCP/IP协议, 并对IP 协议、ARP 协议和UDP 协议进行讨论, 重点分析以太网中传输数据的封装和校验, 将TCP/IP协议应用到嵌入式系统, 实现了以太网中数据终端对工业设备的远程控制和数据传输。数据检测结果表明, 该系统数据传输稳定, 具有结构简
[8]单、通用性强、成本低等特点, 为工业现场控制系统提供一种新的测控解决方案。 [7]
[1]何鹏举 基于Web 服务的无线网络节点传感器研究 西北工业大学自动化学院； 传感技术学报 , Chinese Journal of Sensors and Actuators,
[2]李超 徐启峰 IEEE1588协议延时不对等问题的修正 福州大学电气工程与自动化学院； 电子测量与仪器学报 , Journal of Electronic Measurement and Instrument
[3] 须文波 施小勇 杨朝龙 基于LabVIEW 的远程测控系统的设计与实现 江南大学信息工程学院； 江南大学信息工程学院； 微计算机信息2006年31期
[4] 陈国顺 余达太 刘增良 基于虚拟仪器的网络化测试系统设计与应用 北京科技大学信息学院； 北京科技大学信息学院 电子测量技术 , Electronic Measurement Technology,
[5] 王首彬 李成伟 龚威 LabVIEW和Matlab 混合编程的预测PID 控制器研究 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院； 天津城市建设学院电子与信息工程系； 化工自动化及仪表 , Control and Instruments in Chemical Industry,
[6] 李璠 曾晨晖 徐文正 总线技术在虚拟仪器中的发展及应用 总线技术在虚拟仪器中的发展及应用 中国航空综合技术研究所 国外电子测量技术 , Foreign Electronic Measurement Technology,
[7] 黄飞 乔纯捷 王跃科 王刚 网络互联型多DSP 并行处理系统设计 国防科学技术大学
机电工程与自动化学院； 国防科学技术大学机电工程与自动化学院 计算机工程 , Computer Engineering,
[8] 李杰 侯丽娟 嵌入式网络测控系统的设计 天津工程师范学院 电子测量技术 , Electronic Measurement Technology,