計算機分布式控制技術精選(九篇)
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第1篇：計算機分布式控制技術范文
一、系統設計的理論基礎分析
我們必須采用分布式、智能程度更高的技術來完善發展計算機聯鎖控制系統是因為計算機聯鎖系統本身就具有重要性和復雜性，而且現有的集中式聯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鎖控制系統里融入分布式控制系統和多智能體系統技術。
（一）分布式控制系統
分布式控制系統是回路儀表控制系統發展的產物，是以計算機、通信、控制和CRT技術的迅速發展為基礎的。現場控制站、操作員站、工程師站、系統網絡是一個基本的DCS應該包括的四大組成部分。這里面，DCS的核心是現場控制站，它負責完成系統的主要控制功能。現場控制站還可以保證系統的性能、可靠性這些關鍵的指標。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網絡，它作為紐帶連接系統各個站。DCS的主要特征有如下幾個方面：能夠分離顯示和控制，使用的是網絡通信技術，開放系統較完備，具有足夠的可靠性、專業性和綜合性。讓人機對話技術變成現實，靈活的擴展系統，使其管理的能力更強。
（二）多智能體
MAS這個系統是由多個智能體構成的。Agent是一種可以通過決策推理生成相應的規劃并作用于環境的計算實體或者功能單元，具備學習能力、協調能力、適應性和自治性。控制器、計算機系統、軟件系統或者軟硬件結合體都有可能是MAS。MAS主要研究一組自治的Agent以分布式開放的動態條件為基礎，通過交互、合作、競爭、協商等智能行為完成復雜的控制或者任務求解。
通常情況下，個體Agent的基本模型包含：環境感知模塊、事件監測模塊、心智和決策推理模塊、通信模塊和執行模塊。多Agent系統就是由多個Agent通過通信模塊聯合工作形成的。
二、系統的總體方案設計
系統的安全性和可靠性都依賴于計算機聯鎖系統的結構和組成。充分結合了多Agent技術和分布式控制技術，形成智能的、分布式結構的計算機聯鎖系統是新型分布式計算機聯鎖系統的特點。
（一）系統結構
分布式控制系統是新型分布式計算機聯鎖系統采用的結構方式，它的硬件結構包含：操作表實機具有人機對話的功能、智能體單元負責聯鎖運算和I/0借口功能、電務維修管理機負責記錄系統運行狀態。
（二）系統的特點
對于整個站場的整體顯示、集中操作和對現場設備的分散、智能控制和狀態采集是這個系統的最大特點。各個智能體既可以單獨控制各個現場設備又可以實現聯合聯鎖運算，系統的獨立性和整體性可以同時得到體現。
（三）智能體單元
1.智能體結構模型
單個智能體的基本體系結構是軟硬件的結合體，高性能的單片機作為硬件，集成可編程控制器、變送器和執行結構等。每一個只能Agent都是由控制器節點封裝而成的。
①狀態采集模塊：獲取站場設備的即時狀態情況。如道岔的定、反位情況等；②事件監測模塊：把自身的運行狀態提供給操作表示機，可以在系統發生異常狀況的時候發出相應的提示信息；③聯合任務規劃模塊：給智能體相應的合作能力，依據操作命令創建和組織合適的Agent群體，處理多Agent之間的聯鎖運算等任務級合作問題；④推理決策模塊：依據操作的指令，結合具體的任務規劃情況和現場的設備狀態進行決策，發出具體控制操作。軟件是其實現的途徑；⑤執行模塊：這個模塊負責給出控制策略和現場設備運轉的驅動；⑥通信模塊：和相關智能體的控制信息交互是這個模塊的主要責任。
2.多智能體交互通信
通信是分布式計算機聯鎖系統中智能體之間協作的實現方式。
①通信機制。通信機制的優劣和整個系統的性能有直接的關系。直接通信機制是分布式計算機聯鎖系統使用的通信機制。相應的智能單元接收操作表示機發出的操作命令，該智能單元自己再負責和其他關聯的的智能體單元通信；②通信語言。Agent交互的關鍵問題是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中是其最大的特點。各個通信模塊把各個智能體單元聯合在一起。經過現場CAN總線傳遞數據，硬件上智能體之間的高速通信使用以太網接口。這樣Agent的自治性和他們之間的協調性都得到了充分的利用。系統的穩定性有了保障，而且可以達到優化調度的目的，既可靠又靈活，部分系統癱瘓的時候并不會對其他的系統造成影響。
三、結束語
分布式計算機聯鎖系統這種新型的計算機聯鎖系統整合了分布式控制系統和多Agent系統，使計算機、通信、人工智能和自動控制技術得到了充分的運用。能讓多個智能體通過CAN通信總線聯合協作實現聯鎖功能是其最突出的特點。它取締了傳統的計算機聯鎖系統中聯鎖機和繼電器組合架并讓計算機聯鎖系統的可靠性和安全性都得到了保障。
參考文獻：
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第2篇：計算機分布式控制技術范文
關鍵詞：樓宇自動化系統基本功能原理核心軟硬件技術
1引言
樓宇自動化系統也叫建筑設備自動化系統(BuildingAutomationSystem簡稱BAS)，是智能建筑不可缺少的一部分，其任務是對建筑物內的能源使用、環境、交通及安全設施進行監測、控制等，以提供一個既安全可靠，又節約能源，而且舒適宜人的工作或居住環境。
2樓宇自動化系統的組成與基本功能
建筑設備自動化系統通常包括暖通空調、給排水、供配電、照明、電梯、消防、安全防范等子系統。根據我國行業標準，BAS又可分為設備運行管理與監控子系統和消防與安全防范子系統，如圖所示。一般情況下，這兩個子系統宜一同納入BAS考慮，如將消防與安全防范子系統獨立設置，也應與BAS監控中心建立通信聯系以便災情發生時，能夠按照約定實現操作權轉移，進行一體化的協調控制。
建筑設備自動化系統的基本功能可以歸納如下：
(1)自動監視并控制各種機電設備的起、停，顯示或打印當前運轉狀態。
(2)自動檢測、顯示、打印各種機電設備的運行參數及其變化趨勢或歷史數據。
(3)根據外界條件、環境因素、負載變化情況自動調節各種設備，使之始終運行于最佳狀態。
(4)監測并及時處理各種意外、突發事件。
(5)實現對大樓內各種機電設備的統一管理、協調控制。
(6)能源管理：水、電、氣等的計量收費、實現能源管理自動化。
(7)設備管理：包括設備檔案、設備運行報表和設備維修管理等。
3樓宇自動化控制系統的原理
樓控系統采用的是基于現代控制理論的集散型計算機控制系統，也稱分布式控制系統(Distributedcontrolsystems簡稱DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在現場被控設備處的微型計算機控制裝置(DDC)完成被控設備的實時檢測和控制任務，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字通信功能，能完成集中操作、顯示、報警、打印與優化控制等任務，避免了常規儀表控制分散后人機聯系困難、無法統一管理的缺點，保證設備在最佳狀態下運行。
以下介紹與分布控制系統相關的幾個概念。
3.l直接數字控制系統(DDC)
直接數字控制系統(DirectDigitalControl簡稱DDC)如圖2所示。計算機通過模擬量輸入通道(AI)和開關量輸入通道(DI)采集實時數據，然后按照一定的規律進行計算，最后發出控制信號，并通過模擬量輸出通道(AO)和開關量輸出通道(DO)直接控制生產過程。因此DDC系統是一個閉環控制系統，是計算機在工業生產過程中最普遍的一種應用方式。
DDC系統中的計算機直接承擔控制任務，因而要求實時性好、可靠性高和適應性強。
3．1．1直接數字控制系統的組成
直接數字控制系統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字量輸入兩部分組成。模擬量輸入通道由變送器、采樣開關、放大器、A／D轉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準電信號，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轉換器來實現的。—數字量輸入通道由開關觸點、光電耦合器和接口電路組成，反映生產過程的通／斷狀態的觸點信號，經過光電耦合器和接口電路變換成數字信號送給計算機。
過程控制計算機直接承擔運算和控制任務，首先通過過程輸入通道采集被控對象的各種參數信號，再根據預定的控制規律(如PID)進行運算，然后向被控對象發出控制信號，再通過輸出通道直接控制調節閥等執行機構。
過程輸出通道由模擬量輸出和數字量輸出兩部分組成。前者把計算機輸出的數字控制信號轉換成模擬電壓或電流信號，再經過放大器去驅動調節閥等執行器實現對生產過程的控制。這一部分由接口電路、D／A轉換器，放大器和執行器組成。后者把計算機輸出的開關信號，經放大器去驅動電磁閥和繼電器執行器，它由接口電器、光電耦合器、放大器和執行器組成。
3．1．2直接數字控制系統的基本算法
按照偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進行控制，是連續系統中技術成熟、應用最為廣泛的一種基本規律，將PID控制規律離散化并在計算機上實現，可以方便地利用已積累的成熟技術，而且可以在被控對象的數學模型或參數不很清楚的情況下，經過在線整定達到滿意的效果。因此，將模擬調節規律離散化的數字PID算法，已被工業過程計算機控制系統普遍采用，成為DDC系統的基本算法。
數字PID控制算法，模擬量調節器的理想PID算式為
式中e(t)——偏差(設定值與實際輸出值之差)
u(t)——控制量
Kp——比例放大系數
Ti一積分時間常數
Td——微分時間常數
寫成傳遞函數形式
為了能在計算機上實現，必須將連續形式的微分方程化為離散形式的差分方程。設了為采樣周期(與系統時間常數相比，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(與系統時間常數比較而言)，則被控過程與連續控制過程越接近，又稱為“準連續控制”。
3．2分布式控制系統的體系結構
分布式控制系統(DistributedControlSystems簡稱DCS)20世紀于70年代中期出現并迅速發展起來，它將計算機技術、控制技術、圖形顯示技術和通信技術匯集于一體，可對分散在現場的設備進行控制，又可方便地集中管理、操作，與以往的控制系統相比，既避免了單臺計算機集中控制的不足，又克服了常規儀表人機交互困難的缺點。
分布式控制系統的多臺微型計算機取代了集中控制系統的單臺計算機，從體系結構上分散了危險性，提高了可靠性。其基本結構功能如圖3所示，圖中現場控制站、數據采集站、工程師站、操作員站、監控計算機和管理計算機通過數據通信網絡被有機地結合起來，組成分級分布控制系統。
3．2．1分布式控制系統的數據通信網絡
數據通信網絡是分布式控制系統的支柱。整個分布式控制系統的結構，實質上是一個網絡結構，現場控制站、數據采集站、工程師站、操作員站、監控計算機等都是這個網絡上的“節點”，都含有CPU和網絡接口，它們都有自己特定的網絡地址(節點號)，可以通過網絡發送和接收數據，網絡中的各節點處于平等地位，既能共享資源，又不相互依賴，形成既有統一指揮，又使危險分散的功能結構，網絡的架構區具有極大的伸縮性，可擴性很強，可以滿足分布式控制系統擴充與升級的需要，十分靈活、方便。
(1)控制網絡特點分布式控制系統的通信網絡不同于通用計算機網絡，與一般的通信網絡比較，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確、可靠，為此常采用冗余技術、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對環境適應性強。
(2)網絡拓撲結構建筑設備自動化系統常用的有總線網和環網，在兩種結構中任意兩節點通信可直接通過網絡進行，各節點處于平等地位。
(3)網絡通信協議組成建筑設備自動化系統，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相互之間的對話，這就是數據通信協議標準。
用于建筑自動化控制網絡的BACnet協議由物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層組成，或相當于開放系統互聯參考模型(OSI)的第一、二、三、七層協議
其中：ARCnet為令牌總線網，數據傳輸速率為2．5-20bit／s，有良好的實時性。MS／TP是一種主／從令牌傳遞數據鏈路層技術，允許使用EIA-485硬件。BACnet實現了不同生產廠家自控系統之間進行通信的技術，即從一個“島”到另一個“島”之間進行相互聯系的技術。
3．2．2現場總線技術的應用——分布式控制系統的進一步分散化
(1)現場總線概況現場總線(Fieldbus)是連接智能現場設備和自動化系統的數字式雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。不同的現場總線遵循的協議不同，接口標準不同，各具特色。現場總線技術具有如下一些特點：①以數字信號取代4-20mA的模擬信號，極大地提高了信號轉換的精度和可靠性，因此現場總線具有很高的性能價格比。②現場總線把處于設備現場的智能儀表(智能傳感器、智能執行器)連成網絡，使控制、報警、趨勢分析等功能分散到現場儀表，使控制結構進一步分散化，導致控制系統體系結構的變化。③符合同一現場總線標準的不同廠家的儀表、裝置可以聯網，實現互操作，不同標準通過網關或路由器也可互聯，現場總線控制系統是一個開放式系統。
(2)LonWorks技術
LonWorks是一種完全分布式控制的局部操作網(LocalOperatingNetwork—LON)技術。LonWorks網絡節點由神經元芯片、收發器、固件和I／O接口電路組成。神經元芯片(Neuronchip)是這種智能節點的核心，它由媒體訪問控制處理器、網絡處理器和應用處理器組成，這就使得節點既能管理網絡通信，又具有控制功能。Neuron芯片方塊圖。
芯片附有固件，該固件實現LonTalk通信協議和所有的任務調度。LonTalk協議遵循世界標準組織ISO提出的開放式互聯參考模型OSI，具有完整的7層協議，管理網絡節點的通信，分配節點地址，運行內含的沖突／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絡處理器，LonTalk協議固化在芯片的ROM中，使得LonWorks的微型節點無需中心結構的完全分布式控制模式，將控制功能分散到了現場級儀表。
LonWorks網絡，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的收發器，這使得同一網絡中的信號可以在不同的媒體之間傳輸，因而可以根據需要組網，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，保證不同的產品能夠方便地集成一起，以便構成一個真正開放的系統，而制定的一個行業標準。
(3)分布式控制系統的進一步分散化
傳統的分布式控制系統在現場控制站這一級依然是一個集中式結構，而現在的分布式控制系統是在原有分布式控制系統的基礎上，采用LonWorks現場總線的建筑設備自動化系統發展起來的新系統,標準LAN為原有的分布式控制系統，使用BACnet協議，以利于實現多種供應商的不同類型的子系統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現場總線使用LonTalk協議，把控制功能進一步分散到現場級儀表，標準LAN與現場總線之間的路由器相聯。這樣BACnet和LonMark兩項標準互相補充，互為依托，構成一個完全分散的、真正開放的建筑設備自動化系統。
4樓宇自動化系統設備的發展歷史及相關產品簡介
樓宇設備自動化系統到目前為止已經歷了四代產品：
第一代：CCMS中央監控系統(20世紀70年代產品)
BAS從儀表系統發展成計算機系統，采用計算機鍵盤和CRT構成中央站，打印機代替了記錄儀表，散設于建筑物各處的信息采集站DGP(連接著傳感器和執行器等設備)通過總線與中央站連接在一起組成中央監控型自動化系統。DGP分站的功能只是上傳現場設備信息，下達中央站的控制命令。一臺中央計算機操縱著整個系統的工作。中央站采集各分站信息，作出決策，完成全部設備的控制，中央站根據采集的信息和能量計測數據完成節能控制和調節。
第二代：DCS集散控制系統(20世紀80年代產品)
隨著微處理機技術的發展和成本降低，DGP分站安裝了CPU，發展成直接數字控制器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，分別是現場、分站、中央站、管理系統。集散系統的主要特點是只有中央站和分站兩類接點，中央站完成監視，分站完成控制，分站完全自治，與中央站無關，保證了系統的可靠性。
第三代：開放式集散系統(20世紀90年代產品)
隨著現場總線技術的發展，DDC分站連接傳感器、執行器的輸人輸出模塊，應用LON現場總線，從分內部走向設備現場，形成分布式輸入輸出現場網絡層，從而使系統的配置更加靈活，由于LonWorks技術的開放性，也使分站具有了一定程度的開放規模。BAS控制網絡就形成了3層結構，分別是管理層(中央站)、自動化層(DDC分站)和現場網絡層(LON)。
第四代：網絡集成系統(21世紀產品)
隨著企業網Intranet建立，建筑設備自動化系統必然采用Web技術，并力求在企業網中占據重要位置，BAS中央站嵌入Web服務器，融合Web功能，以網頁形式為工作模式，使BAS與Intranet成為一體系統。
網絡集成系統(EDI)是采用Web技術的建筑設備自動化系統，它有一組包含保安系統、機電設備系統和防火系統的管理軟件。
EBI系統從不同層次的需要出發提供各種完善的開放技術，實現各個層次的集成，從現場層、自動化層到管理層。EBI系統完成了管理系統和控制系統的一體化。網絡集成系統結構圖如圖7所示。
目前，規模和影響較大的樓宇設備供應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范文
摘 要：隨著我國現代化科學技術的進步，學科間的滲透和交叉日益增多。尤其在工程領域，計算機技術、微電子技術、光電技術和機械工業技術的融合形成了光機電一體化技術，使機械工業得到了巨大的發展。而將嵌入式控制技術引入光機電一體化設備中，將更能促進光機電一體化技術的快速發展。本文主要對嵌入式控制技術在光機電一體化設備中的應用進行了探討和研究。
關鍵詞：嵌入式;光機電一體化;工業控制;分布控制
1 前言
機電一體化是計算機技術、微電子技術、光電技術和機械工業技術融合成的一種新興的綜合技術，光機電一體化技術不僅極大推動了社會、經濟的發展，還改變了人們對工業控制技術的傳統觀念。現代化的光機電一體化技術正在朝著微型化、網絡化、智能化方向發展，因此，在光機電一體化設備中引入嵌入式技術正迎合了這種需求。將嵌入式控制技術引入光機電一體化設備中，將更能促進光機電一體化技術的快速發展，這是滿足機械對象網絡化、智能化和復雜化控制要求的需求，機器人技術、辦公自動化、智能玩具和數控機床都是嵌入式光機電一體化技術的代表。本文主要對嵌入式控制技術在光機電一體化設備中的應用進行了探討和研究。
2 傳統光機電一體化技術融入嵌入式技術的必要性
傳統的光機電一體化技術主要以機械工業技術和電子技術的結合為主要特征，隨著經濟的發展和人們對自動化控制技術要求的提高，這種技術已經無法適應現代工業對設備可靠性和性能的要求：
（1）設備結構的復雜和控制精密性逐漸提高。計算機技術、網絡技術的發展以及產品性能要求的提高，光機電一體化設備的輸入輸出通道快速增加，使得設備結構更加復雜，進而帶來很多不可測的干擾因素，因此要求控制系統進一步提高其抗干擾能力。另外，傳統機電一體化設備的實時性要求較高，在一定程度上降低了產品的精密型，而現代機電設備則要求時間和空間上控制系統都能做到精確、快速的控制。這些方面只有依靠嵌入式技術才能找到很好的解決方案;（2）機電一體化設備對網絡化的需求不斷上升。現代化的控制設備要求控制系統具有網絡化特點，即能夠通過遠程控制、狀態報告等對控制系統進行遠程監控，這樣能夠顯著提高系統控制的實時性、安全性、智能性和便利性要求，而這一需求是無法通過傳統的機電一體化系統實現的;（3）市場的競爭要求降低產品的開發周期，因此對光機電一體化設備提出了新要求。傳統的光機電一體化系統中，產品的設計開發周期能夠滿足當時社會的需求，但是，隨著經濟的發展和技術的進步，現代化市場的競爭需求要求光機電一體化系統不斷改進產品設計和研發方式，以適應現代化產品的要求。另外，機械系統的壽命要比軟、硬件系統長，而后期維護工作都是由軟件升級完成的。這就需要系統在設計初期就對系統的軟件可維護性和可移植性進行考慮。
為了解決上述問題，人們將嵌入式技術融入到機電一體化技術中。具體來說，就是將嵌入式數據的設計和開發理念、相關技術和基礎理論融入到機電一體化系統的設計和開發過程中，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，這樣不僅滿足了被控對象的復雜性控制要求，還具有網絡化、智能化的控制特點。
3 嵌入式控制技術在光機電一體化設備中的應用
和其它領域相比，機電一體化設備是嵌入式技術應用最廣泛、最典型的領域，在未來的光機電一體化設備發展中具有巨大的發展前景和應用市場。
3.1 工業化機器人技術
工業化機器人的發展從一開始就和嵌入式技術密不可分。機器人技術其實是上世紀50年代提出來的一種數控技術。由于當時的控制方法比較落后，沒有達到要求的芯片水平，只是一種簡單的邏輯電路系統。之后很長一段時間內，由于智能控制理論和處理器技術的限制，機器人技術沒有得到足夠的發展。從上世紀70年代開始，智能理論的發展促進了機器人技術的研究。而最近幾年來嵌入式技術的高度發展，使得以光機電一體化設備為基礎的機器人技術得到前所未有的發展趨勢。其中，火星探測車就是一個非常典型的例子。火星探測車價值近10億美元，是一種高新技術密集型的先進機器人系統，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，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 工業控制設備技術
工業控制設備是嵌入式技術應用最為廣泛的一類。現在的工業控制設備中，工控機的應用最為廣泛，這些工控機通常使用工業級處理器和處理設備，工控要求較高，除了需要對設備進行實時控制以外，還要將設備的狀態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。傳統的PCI04總線系統穩定性較強，體積小，因此得到了廣泛的推廣，但是由于這些系統大多使用Windows系統，因此不屬于純粹的嵌入式系統。另外，工控機和設備控制器是嵌入式處理器應用最為廣泛的領域，這些控制處理器占據控制器的核心位置，為控制器提供了豐富的總線接口，因而能夠實現數據收集、數據處理、數據通信和數據顯示的功能。
3.3 分布式控制技術
分布式控制技術是嵌入式系統應用最早，范圍最為廣泛的領域之一。目前，世界上已經有數十家公司涉及到分布式控制領域。在工業領域普遍使用分布式控制技術的主要原因包括如下幾個方面：
（1）被控對象的種類較多，數量較大，且分布范圍較廣，因此需要分布式的控制技術;（2）除了生產過程控制外，還希望在管理方面實現控制的自動化。
由于嵌入式系統的小型化、專用化和嵌入式特點，使其非常適合分布式系統的應用，隨著近年來分布式系統的發展，嵌入式技術在光機電一體化設備中的應用也越來越廣。
4 結論
本文首先對嵌入式技術在光機電一體化技術中的相關應用和理論知識進行了分析，并對嵌入式技術在光機電一體化技術中的應用現狀進行了介紹。可以預見，嵌入式技術與光機電一體化技術的融合是未來工業自動化控制領域的發展方向，因此，需要加強嵌入式技術與光機電技術的研究，為光機電一體化系統的發展和完善奠定良好的理論基礎和實踐基礎。
參考文獻：
[1]張昭瑜.嵌入式操作系統在機電一體化設備控制過程中的應用[D].四川大學，2005.
第4篇：計算機分布式控制技術范文
關鍵詞 機電一體化；系統結構；特點；應用
中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）20-0020-01
隨著微電子技術和自動控制技術的迅速發展，出現了在傳統的機械控制基礎之上，引入微電子技術和自動化技術，實現了機械部分和電子部分的有機結合，從而形成一個新的學科領域——機電一體化。機電一體化技術的產生，是對傳統機械工業的一次革命，為機械產品注入了新的內涵，其技術上的先進性、創新性和可靠性滿足了人們在生產生活中的需要。機電一體化技術的產品涉及的領域有日常生活、工業生產、軍工業、航空航天等，非常廣泛。隨著與之相關的各學科的發展，機電一體化技術將具有更加廣闊的發展空間。
在現在的工業當中，機電一體化系統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，來實現對于精度、質量和可靠性的保障。而對于機電設備來說，使機電設備更加小型化、輕量化，使控制過程更具智能化、高速化、精準化和系統化，是機電設備發展的必然趨勢。從而產品更具有靈活性和適應性。機電一體化技術在現在工業中的應用很廣泛，其主要表現如下。
1 智能化控制系統
智能化控制系統，其控制系統的核心是自動化控制智能化，具有高速化、連續化的特點，使機電一體化產品具有“思維”，是控制理論發展的必然產物，主要用來解決比較復雜控制系統的問題。使機電設備有了一定的人的行為。例如：產品自動裝配控制系統、智能機器人控制系統、生產自動化控制系統等。主要的智能技術包括數字模擬量控制、智能網絡控制、數據自動處理、故障自我診斷控制等。當今世界上，比較先進的智能控制主要針對整個生產過程的自動化，包括整個操作工藝流程的控制、整個系統的故障診斷、處理并優化過程操作異常等，解決了傳統控制技術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
分布式控制系統是由一臺中央控制系統計算機指揮若干單元計算機或智能控制單元，來實現對生產過程的監控、操作、管理，優化生產制造過程的控制系統，其中包括數據獲取控制系統、計算機監督控制系統、直接數字控制系統和計算機多級控制系統等。而且系統中存在保護功能，使系統的安全性、可靠性更強。分布式控制系統的特點是功能更強、具有更高的安全性，其優點遠比集中控制系統，是現在的大型機電一體化系統的重要組成部分。
3 開放式控制系統
開放式控制系統，是基于市場對制造系統具有適應中小批量生產、良好的柔性、多功能的特點，并結合計算機技術的發展，所出現的一種新的結構體系。開放式控制系統具有標準的信息交換規程，具有互聯的工業通信網絡，具有軟件的擴展等特點。通過開放式控制系統，可使不同的廠家的產品具有可互換性和兼容性，顧客可以在不同廠家的產品中進行選擇。開放式控制系統同時提供了標準的通信協議。在工業中有利于實現分布式控制系統的構建。基于開放式控制系統的特點，使產品的選擇性更廣，銷售透明化，并利于網絡化管理。
4 計算機集成制造控制系統
計算機集成制造控制系統，是在通信信息技術發展到一定程度，對生產的全局進行統一控制的前提下形成的一種新的制造系統。在工業生產中，原有的單項自動化生產，缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理，形成了“自動化孤島”，在現在的工業當中不能滿足生產的需求。單一的自動控制系統和制造企業管理信息系統，不能實現對于產品的生產、管理、銷售的統一控制，而計算機集成制造控制系統，實現了產品從生產中的加工需求到市場銷售信息處理的統一，形成了完善的全局產品數據模型及數據管理。
5 現場總線控制系統
由于傳統的控制結構缺欠，所以迫切需要一種新型系統體系結構來滿足綜合自動化控制，在近年來隨著工業自動化控制的迅速發展，出現了一種現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控制系統數據總線—現場總線。它主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信，以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。智能儀表得到現場信息后，置入微處理器，經過變換和運算得到結果，再傳遞給執行調節器，形成各種適應實際需要的自動控制系統。現場總線的特點：數字化；分布式；開放性；雙向串行輸出；互操作性；節省布局空間；智能自我診斷。
由于現場總線一系列的優點，使其更加利于實現遠程控制中的數據的傳輸和處理、現場儀表的檢測等，因此受到更多廠家的青睞。
6 交流傳動技術
交流傳動技術，是一門綜合技術，其本質是牽引電動機采用了交流異步電動機，因此出現了一系列的優點。由于交流傳動技術的成熟和優越性，數字技術的發展，使復雜的矢量控制得以實現，從而使交流傳動技術控制的電動機，從性能有了突飛猛進的提高。電氣傳動技術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點：構造簡單，轉速高，可靠性高，維修簡便；功率大，牽引力大，可以發揮較高的輸出功率；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。
目前數控機床、大功率提升機和重型機械牽引系統中使用的高動態性能的矢量控制變頻器，使交流傳動技術已達到或超過了直流傳動技術。由于交流傳動技術的優越性，使交流傳動技術在當今工業中占的比重越來越大。
總之，機電一體化技術從產生之初到現在，一方面從性能上和市場競爭力上有了極大地提高，提高了產品的可靠性；另一方面提高了產品的適應性，使人類的活動空間在不斷擴大，從原來的生活生產向太空探索發展。尤其在現在的工業當中體現的更加透徹，使工業生產向著高速化、精準化、智能化、高性能化、系統化方向發展，提高了產品的質量和精度，并有益于實現無人控制的全自動控制。
參考文獻
[1]唐懷斌.工業控制的進展與趨勢[J].自動化與儀器儀表，1996（4）.
[2]王俊普.智能控制[M].合肥：中國科學技術大學出版社，1996.
第5篇：計算機分布式控制技術范文
【關鍵詞】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、環保壓力的推動，以及用戶對電能質量（QoS）要求的不斷提高，當代電力系統不再符合社會的發展需求，智能電網（Smart Grid）成為未來電力系統的發展方向。智能電網的發展原因主要有以下幾個方面：
1）分布式電源（Distributed Generation，DG）大量接入電網導致的系統穩定性問題。由于DG的大量接入使電網變成一個故障電流和運行功率雙向流動的有源網絡，增加了系統的復雜度和脆弱度，因此亟需發展智能電網以解決DG大量接入電網導致的系統穩定性問題。
2）電力用戶對電能質量（QoS）要求的不斷提高。現代社會短時間的停電也會給高科技產業帶來巨額的經濟損失，近年來發生的大停電事故更是給社會帶來了難以估量的經濟損失。因此，亟需建立堅強自愈的智能電網以提供優質的電力服務。
論文主體結構如下：第1部分介紹了近年來信息物理系統（Cyber Physical System ，CPS）技術的發展以及CPS與智能電網的相互關系；第2部分介紹了電力信息物理融合系統（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；第4部分對CPPS中的開放式通信網絡進行了初步分析；第5部分對CPPS的分布式控制技術進行了簡單介紹；最后第6部分做出全文總結。
1 CPS與智能電網的相互關系
CPS技術的發展得益于近年來嵌入式系統技術、計算機技術以及網絡通信技術等的高速發展，其最終目標是實現對物理世界隨時隨地的控制。CPS通過嵌入數量巨大、種類繁多的無線傳感器而實現對物理世界的環境感知，通過高性能、開放式的通信網絡實現系統內部安全、及時、可靠地通信，通過高精度、可靠的數據處理系統實現自主協調、遠程精確控制的目標[1]。
CPS技術已經在倉儲物流、自主導航汽車、無人飛機、智能交通管理、智能樓宇以及智能電網等領域得以初步研究應用[2]。
將CPS技術引入到智能電網中，可以得到電力信息物理融合系統（Cyber-Physical Power System，CPPS）的概念。為了分析CPPS與智能電網的相互關系，首先簡單回顧一下智能電網的概念。目前關于智能電網的概念較多，并且未達成一致結論。IBM中國公司高級電力專家Martin Hauske認為智能電網有3個層面的含義：首先利用傳感器對發電、輸電、配電、供電等環節的關鍵設備的運行狀況進行實時監控；然后把獲得的數據通過網絡系統進行傳輸、收集、整合；最后通過對實時數據的分析、挖掘，達到對整個電力系統運行進行優化管理的目的[3-4]。
從上文關于CPS和智能電網的介紹中可以看出，CPS與智能電網在概念上有相通之處，它們均強調利用前沿通信技術和高端控制技術增強對系統的環境感知和控制能力。因此，在CPS基礎上建立的CPPS為促進電力一次系統與電力信息系統的深度融合，最終實現構建完整的智能電網提供了新的思路和實現途徑。
2 CPPS的硬件平臺架構
基于分布式能源廣泛接入電網所引起的系統穩定性問題以及建立堅強自愈智能電網的總體目標，建立安全、穩定、可靠的智能電網成為未來電力系統研究的重要方向，同時也是CPPS研究的主要內容。
傳統的電力系統監測手段主要有基于電力系統穩態監測的SCADA/EMS系統和側重于電磁暫態過程監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，并且響應速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不夠完善，不能預測和解決系統未知故障，對于電力系統多重反應故障更不能準確動作。集中控制方式利用系統全局信息，能夠優化系統控制性能，但是計算數據龐大、通信環節多，系統響應速度慢，并且現有SCADA系統主要對電力系統進行穩態分析，不能對電力系統的動態運行進行有效地控制。
針對目前電力系統監測、控制手段的不足，要建立堅強自愈的未來智能電網，必須建立相應的廣域保護的實時動態監控系統，CPPS的硬件平臺就是在此基礎上建立起來的。
CPPS的硬件平臺6層體系架構如圖1所示，主要包括：物理層（電力一次設備）、傳感驅動層（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）、高級優化控制層（SCADA主站控制中心）和信息層（開放式通信網絡）。
其中，底層的物理層是指電力系統的一次設備，如發電廠、輸配電網等。傳感驅動層主要用于對電力系統的動態運行參數進行實時監控，測量參數包括電流、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點的數據信息，建立系統層面的控制回路，并做出相應的控制決策。高級優化控制層是指調度中心控制主站，主要為電力系統的動態運行提供人工輔助優化控制。頂層的信息層即智能電網的開放式通信網絡，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，但要在電力系統中具體實現CPPS，涉及諸多方面的技術難題，下面對CPPS中的同步PMU、開放式通信網絡以及分布式控制等分別加以簡單介紹。
3 同步PMU測量技術
同步PMU是構建CPPS的基礎，它為CPPS中廣域保護的動態監測提供了豐富的測量數據。同步PMU裝置主要對電力系統內部的同步相量進行測量和輸出，裝設點包括大型發電廠、聯絡線落點、重要負荷連接點以及HVDC、SVC等控制系統，測量數據包括線路的三相電壓、三相電流、開關量以及發電機端的三相電壓、三相電流、開關量、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]。利用測得的數據可以進行系統的穩定裕度分析，為電力系統的動態控制提供依據。
同步PMU的硬件結構框圖如圖2所示。
其中，GPS接收模塊將精度在±1微秒之內的秒脈沖對時脈沖與標準時間信號送入A/D轉換器和CPU單元，作為數據采集和向量計算的標準時間源。由電壓、電流互感器測得的三相電流、電壓經過濾波整形和A/D轉換后，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電機功角[7]。
4 CPPS的開放式通信網絡
建立CPPS的開放式通信網絡，應該在保證安全、及時、可靠的通信的基礎上，使系統具有高度的開放性，支持自動化設備與應用軟件的即插即用，支持分布式控制與集中控制的結合。對于建立的開放式通信網絡，需要進行通信實時性分析、網絡安全性和可靠性分析。
4.1 IEC 61850標準的應用
IEC 61850標準作為新一代的網絡通信標準而運用于智能變電站中，支持設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標準是智能變電站的網絡通信標準，同時正在進一步發展成為智能電網的通信標準[8]，因此，使用IEC 61850作為CPPS通信網路的通信標準是最佳選擇。
IEC 61850的核心技術[9]包括面向對象建模技術、XML（可擴展標記語言）技術、軟件復用技術、嵌入式操作系統技術以及高速以太網技術等。
4.2 通信網絡配置與分析
對于CPPS開放式通信網絡的網絡配置，可參考智能變電站的三層二網式網絡結構配置，構建CPPS的3層式通信網絡，如圖3所示。
其中，底層為位于發電廠、變電站和重要負荷處的大量PMU、STU/IED，分別負責采集實時信息和執行保護控制功能。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，以完成該分區系統層面的保護控制，并根據需要將數據上傳到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據，處理以后將控制信息下發到各控制子站，以實現CPPS的廣域保護控制功能。注意，各層設備均嵌入GPS實現精確對時，保證全系統的同步數據采樣。
5 CPPS的分布式控制機理
要建立堅強自愈的智能電網，必須利用新型控制機理建立可靠的電力控制系統。根據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]中提出建立時空協調的大停電防御框架，建立了電力系統的3道防線，為實現智能電網的廣域動態保護控制奠定了良好的基礎。
電力系統的分布式控制（Distributed Control，DC）是相對于傳統的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多機系統，即用多臺計算機（指嵌入式系統，包括PLC控制子站和STU/IED等）分別控制不同的設備和對象（如發電機、負荷、保護裝置等），各自構成獨立的子系統，各子系統之間通過通信網絡互聯，通過對任務的相互協調和分配而完成系統的整體控制目標[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在電力系統的3道防線的基礎上，結合分布式控制技術，建立CPPS的3層控制架構，如圖4所示。
其中，分布式控制層主要是在故障發生的起始階段（緩慢開斷階段）采取的控制措施，其控制目標應該是保證系統在不嚴重故障下的穩定性，防止故障的蔓延。過程控制層是在系統已經發生嚴重故障時（級聯崩潰開始階段）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失穩的特定故障，往往需要投切非故障設備以保證系統的穩定性。廣域的緊急控制措施應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定現象后所采取的控制措施，通常需要進行多輪次的切負荷和振蕩解列。在電力恢復階段，要有自適應的黑啟動和自痊愈的控制方案。
6 結語
將CPS方法引入到電力系統中，建立CPPS的模型平臺，為建立堅強自愈的智能電網提供新的思路。文中對CPPS中的同步PMU測量技術、開放式通信網絡技術、分布式控制技術分別進行了簡單介紹。
【參考文獻】
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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范文
【關鍵詞】PLC控制系統 廣播電視設備 微機自動監控系統
回顧我國廣播電視事業的技術和設備發展歷程，大致可以分為三個階段：
第一階段：全電子管時代，在20世紀70--90年代，發射設備的放大器主要依賴于電子管，而該發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備。一般選取的是三級電子管放大器。同時，這一時期的發射機控制系統都是基礎的機械開關元件以及繼電器控制。
第二階段：半導體半電子管時代，隨著科技的進步，20世紀80年代半導體得到飛速的發展，尤其是大功率的半導體放大器，在這一時代，發射機的一二級使用半導體放大器，由于科技限制第三級仍使用電子管放大器。而發射機的控制系統則不再是70年代的設備，采用了機械式組合邏輯控制電路。
第三階段：全固態階段，十年的科學進步，較大功率的放大器設備也得到了實現，因此廣播電視發射設備全固態化，發射設備的放大器全部由晶體管組成。而控制系統的技術也逐步完善，主要是多個單板機控制形成分布式控制。同時，發射機也具有模擬并行監控接口，RS-232、RS-422或則S-485等計算機監控接口，因此真正意義上實現了遠程監控。
我臺發射設備較多，值機人員巡機、監測的任務十分繁重。為了避免人為誤操作，確保安全優質播出，對發射播出設備進行PLC自動化技術改造是十分必要的。
可編程控制器應用于電視發射機自動控制系統，可實現電視發射機的自動開關機、采集并檢測發射機的信號輸入、激勵、功率放大的各個參數，出現異常時報警，并實現自動倒備份功能等。
1 分布式微機監控系統的基本性質
分布式監控系統英語簡稱DCS，也被稱做集散控制系統。它主要是利用計算機對生產過程進行監控、分散控制等的新型控制技術。而分布式控制系統是一個分支樹狀的結構。系統的結構也是垂直分解，這樣便于觀察和監測，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相比較，DCS具有以下五個優點：
1.1 自主性
系統控制工作站之間是通過網絡連接起來的，各個工作站都有相對應的工作需要完成，各個站點容量、軟件可及時更新，是可以獨自運行的子系統。
1.2 在線性和實時性
使用人機接口和I/O接口，對于遠程監控的數據進行分析、評價、論證、監控、操作等，可進行系統結構、組態回路的修改、局部故障進行在線維修。
1.3 可靠性
可靠性作為分布式監控系統的首要前提條件，是它的保障所在，因此結構上采用的是容錯設計，若一個單元結構無法使用時，仍然可以保障系統的完整，做到不完全癱瘓，局部站點可以繼續使用。
1.4 適應性和可擴展性
標準化的軟件以及硬件的設計可以滿足許多用戶的需要，因此工廠在生產工藝、生產流程不需要進行太大的數據變化，只需改變其中間變量就可實現目的。
2 廣播電視設備微機監控系統的總體設計方案
運用計算機技術、PLC技術、多媒體技術、現代測試技術、計算機網絡技術等設計廣播電視設備微機監控系統，可以對廣播、電視設備進行遙測、遙信、遙控、實現自動化監測和控制。
系統采用分層式，一共分為四層：數據采集層、前置處理層、采用層和集成通信層。
2.1 數據采集層
該層主要是由現場控制機和現場設備構成，前者負責的是對于現場設備實時的進行信息收集，還可以運行本地發射的開關和倒機操作。
2.2 前置處理層
前置機的數據、上下通訊、系統對時、菜單等組成了前置處理層，一般對現場控制機進行巡檢、實時數據收集、預處理、運送到應用層。
2.3 應用層
包括值班員工作站、數據庫、管理與打印工作站等。采用的是局域網連接其他模塊，因此拓展性比較高。
2.4 集成通信層
包括服務器和遠程管理局域網。遠程計算機通過數字微波，采用WEB服務器和瀏覽器進行遠程監控。通過防火墻保護監控系統不受攻擊。
3 可編程序控制器（PLC）
綜合利用計算機技術、自動化控制技術和通訊技術相結合發展起來的以微處理為基礎的通用工業化自動控制裝置。因為體積小、功能強、靈活性和維修方便等優點而現在普遍利用，因此是現代工業自動化控制技術的標志之一。
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，實時于計算機網絡交換數據，形成完整的網絡控制系統。在出現故障時，維修起來比較方便。因此豐富的功能于一身，是傳統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。同時采取新的設計：冗余設計、掉電保護、故障診斷以及信息的保護與恢復，因此可靠性提高。在硬件設計方面采用屏蔽、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無法相比較的，大大方便了用戶。
3.2 PLC控制系統的設計
3.2.1 單機控制系統
采用一對一控制設備的形式，輸入與輸出點比較少，結構簡單清晰。
3.2.2 集中控制系統
采用一對三控制設備的形式，多用于多種控制對象比較近且具有相互間的聯系。
3.2.3 分散控制系統
在分散控制系統中，每一臺控制器控制對象，通過信號加以傳遞。或者通過上位機通過數據總線進行連接。使用PLC的數量多，成本較高，但是維修簡單，系統擴展性能高，增加了系統的可靠性。
3.2.4 遠程I/O控制系統
遠程I/O控制系統中控制對象遠離中心控制室的場合，可以節省電纜費用。同時，I/O模塊不是與控制器放置在一起，遠距離的放置在控制器對象附近。
4 結束語
微機監控系統實施后，廣播電視實現了自動開關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。并且實時顯示發射機的狀態和參數，實現了遙控、遙測和遙信等，具備了遠程值班的技術狀態。同時對于人民群眾收聽廣播、電視節目實現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范文
關鍵詞：智能配電；MODBUS總線技術；硬件設計
中圖分類號：S611文獻標識碼： A
0 引言
智能化配電是結合了城市和農村配電網系統的特點而研究開發的新型配電網智能系統。傳統的配電房中采用的配電設備主要以人工手動操作為主，無法實現較為復雜的控制邏輯，可靠性低。隨著現代工業的發展，對電氣設備控制自動化和智能化程度的要求越來越高，利用現代電子技術、傳感器技術、通信技術、計算機及網絡技術，將電力設備在正常及事故情況下的監測、保護、控制、電力計量同工廠集散控制系統DCS、PLC 企業資源計劃管理融合在一起，達到高層次、高透明度的良好管理。智能化、網絡化、組合化、模塊化、高性能、小型化和多功能化是智能配電系統的趨勢，現場總線技術的發展與應用將提高智能電器產品在網絡上的兼容性和系統運行的可靠性。
MODBUS現場總線是應用于電子控制器上的一種通用協議，通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其他設備之間可以通信。有了它，不同的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控，基于MODBUS現場總線的智能配電控制系統通過總線組網，可以對配電柜及主令元件實現遙控、遙調、遙信、遙測，大大提升了配電控制的智能化、可靠性。
1 配電控制系統結構設計
智能配電系統典型結構如圖1所示【1】。
圖1 智能配電系統典型結構圖
系統上位機采用了普通PC，用戶可以在其操作系統上開發各種功能強大的應用程序，足以支撐智能配電控制系統的軟硬件開發，它自帶多個RS232串行口，可以方便與下位機組網，但需要通過RS232/485網絡轉接卡實現。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實現
在智能配電控制系統中，需要通過Modbus現場總線的拓撲結構將多個遠端控制節點組網在一起通信，Modbus現場總線是應用于電子控制器上的一種通用協議，不同的控制設備可通過Modbus總線連成工業網絡，對配電柜及主令元件實現遙控、遙調、遙信、遙測，提升了配電控制的擴展性、開放性和互連性。
標準的MODBUS協議物理層采用的是RS-232標準。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,而與之相應的RS-485標準就是應用于多點之間的通信，正好彌補了RS-232標準的不足，所以RS-485廣泛的應用于分布式工業控制系統中。基于MODBUS協議的分布式控制系統組網架構如圖2所示。
圖2 基于MODBUS協議的分布式控制系統組網架構
3 典型應用
3.1系統的總體設計
以某發電廠配電項目為例，該項目要求是結合現場總線技術及實時監控控制技術，設計出一個可靠性高、成本較低、可實現多種控制功能的智能配電系統。，系統的結構圖如圖3所示。
圖3 系統的結構圖
系統結構采用了計算機網絡形式，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、智能雙電源轉換開關、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 柜體設計要求
機房供配電系統是機房安全運行動力保證，采用機房專用配電柜來規范機房供配電系統，該工程樣機柜由現場工控機機柜、進線柜、框架斷路器饋電柜、抽屜柜和電機控制柜組成。根據用電實際情況設計配電系統并配置相應輸入輸出配電柜，保證機房供配電系統的安全性，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備對供配電的要求，并應滿足【2】：
（1）所用的自動空氣開關，接觸器和熔斷器應滿足計算機系統的電壓、電流要求。
（2）配電柜所設計的供電路數，應能足夠提供主機和外部設備使用，各配電柜均應留有一定數量的備用開關。
（3）為檢查供給計算機的電源電壓、電流等參數，配電柜需設置智能儀表，并應設置轉換開關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，并集成至動力與環境監控系統中。對每臺配電柜輸入均可實現電流、電壓、頻率、用電功率的監測。對UPS配電柜的輸出開關的通斷應能進行監控
（5）配電柜應根據計算機系統的設計要求，設置必要的中線、安全地、邏輯地接線端子配電設計要考慮與其他專業系統的接口問題，解決好電氣系統與空調及通風系統、電氣系統與弱點系統的相互接口，適時提出并交換相互的要求，從而完成一個整體的設計。
在開關柜面圖上主要顯示了開關的合、分狀態，設備的遠程、本地狀態，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柜面圖上以指示燈等圖形的方式直觀的加以表達。
在此系統中，基于Moudbus 協議的分布式控制系統組網架構的通信方式選擇RS-485， 系統的通信介質選擇了價格便宜、 抗干擾能力較強的屏蔽雙絞線。該系統采用RS-485作為協議物理層，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 轉換接口 就可組成總線系統。
現場操作時，可通過PC機可對智能電氣元件的開合等進行控制，可設定或修改電氣元件的參數，并能實時查看配電系統的運行情況。如果某只斷路器發生斷開等故障，系統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，實現了對配電系統全面、準確、輕松的控制。在配電監控組態軟件上，可直觀看到一次圖中配電柜系統的各個受電、饋電回路的開關分合狀態、電流、電壓等數據。同時，用戶點擊開關位置可進入相關的設備圖。
4 結束語
本文對智能配電系統的硬件設計進行了樣機實現，分析了Modbus現場總線技術在智能配電系統中的作用，以某電廠為例介紹了本次設計實現的智能配電柜強大的監測、監控和管理功能，說明了基于Modbus協議的智能配電控制系統運行穩定可靠，簡單經濟，即提高了配電保護水平，也提高了管理的效率及系統穩定性，結果表明了，此設計方案的先進性，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范文
關鍵詞：可編程 控制系統 工業融合 研究與思考
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）08-0195-01
信息化條件下，可編程系統的應用，已經深透到了工業系統的各個領域，特別是它的可靠性能、抗干擾能力、操作簡單、設計與安裝調試工作量小、維護方便高效、體積小、低耗能等顯著特點，深受工業系統的迷愛，近年來，隨著工業現代化的快速發展，特別是信息化工業水平的提高，尤其是隨著大功率、高效能、智能化集成電路的普及與應用，其上述特點，已經凸現出來，助推工業發展的同時，也賦予了可編程控制系統以新的內涵，并成為人們研究與開發的一個重點。
可編程控制系統，與計算機操作系統、分布式控制系統（DCS）和計算機數控（CNC），在功能和應用方面的重大突破與相互滲透，互相融合，使控制系統的性能與效率得到了大大的提高，在此系統中，目前的應用趨勢是采取開放式的應用平臺，即我們所說的，網絡、操作系統、監控及顯示均采取國際與國際工業標準，形如，UNIX、MC-DOS、Windows、OS2等操作系統，這就完全可以把眾多的電子產品、應用程序、操作系統進行融合于之中，實現編程、應用、開發與創新于一體，實現對工業化系統創新研究與應用的全面實踐，助推工業實現現代化，實現高效、創新的工業發展新模式。
在眾多的可編程控制系統應用中，PLC與DCS的融合，是實現了對軟件應用工業自動化的最好的體現。DCS（Distributed Control System）通常是指集成控制系統，又叫分布式控制系統，它主要是應用于石油、化工、電力、造紙等工業流程的控過程，是現代工業控制與先進工業操作控制的重要基礎源，也是促進現代工業生產改進、提高操作能力、強化應用、優化效率的重要體現。它更是用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一種新型的控制裝置與體系，具有系統性、智能化和先進性，它是隨著計算機技術、信號處理技術、測量控制技術、通信網絡技術、人機計算機接口技術和人工智能技術共同發展、互相滲透、融合于一體而產生的，具有先進的可操控性。
通用性強、系統組態靈活、控制功能完善、數據處理靈活方便、顯示操作集中、人機界面好、安裝調試運行方便、運行安全可靠和高效數據化是它的特點。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，且具有強大的應用前程，特別是近幾年來，隨著計算機、網絡和軟件的快速發展，數據處理與各種軟件的有機融合，促進了對工業用戶的升級、換代，實現了應用程序的良性循環，促進了以信息化條件下的工業可編程自動化。
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，該系統集電氣控制、過程控制和系統控制于一體，它把批量控制、連續控制、高速邏輯控制、高級運算、數據運行與管理集成一體，其靈活的系統擴展性、基于UNIX操作系統和X-Windows的圖像環境、開放的客戶服務端結構模式，使工業用戶可根據自己生產流程科學而迅速地從事取樣與管理，得到全面的信息和現場數據，以便于進行系統性修正與完善。（如圖1）
總之，可編程與信息化在除應用于單片機控制外，特別是適用于集成操控系統的控制與實現，隨著集成電路的發展，高性能控制系統將更加廣泛在應用到工業生產中，電子信息專業的應用與發展，更加適應于生產實現，助推工業革命迅速提高生產效率，實現工業現代化。
參考文獻
第9篇：計算機分布式控制技術范文
關鍵詞：清分機 CAN總線 狀態控制
中國分類號：TP273+.5 文獻標識碼：B 文章編號：1002－2422(2008)04－0012－02
紙幣清分的主要任務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。主要由圖像采集處理子系統和控制子系統兩部分組成。其中控制子系統是清分機工作的核心。
1 系統硬件結構
紙幣清分機是一種完成高速紙幣處理任務的金融機具。主要由圖像采集處理子系統、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，實現紙幣面額、朝向、新舊、破損和號碼識別等功能。控制子系統是清分機工作的核心，負責收集各傳感器信號及圖像識別的結果，并相應作出決策，控制入鈔、走鈔、分鈔的運行，同時顯示結果。在控制子系統中，MCU用來執行程序控制整個硬件系統的行為；EEPROM保存工作模式、各個面額的磁等級、紫外等級、紅外等級等一些設置；CPLD用來擴展端口，如磁信號、紫外信號、位置傳感器狀態的獲得以及電機、道岔控制信號的輸出等。控制子系統涉及的關鍵技術包括基于CAN總線的分布式控制系統和清分機狀態控制算法。
2 基于CAN總線的分布式控制結構
控制子系統是清分機工作的核心，負責收集各傳感器信號及圖像識別的結果，并相應作出決策，控制入鈔、走鈔、分鈔的運行，同時顯示結果。控制子系統采用基于CAN總線的分布式處理結構，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。顯示模塊負責接受用戶的鍵盤操作及顯示；鈔口模塊負責實時監測鈔口狀態，控制出鈔口電機轉動，并在鈔票到達每個鈔口控制道岔的搬起；圖像識別模塊負責紙幣圖像的采集、處理、識別；主控模塊負責入鈔電機、主電機的工作，控制鈔票的運行，接收識別結果及識偽結果，并與事先設置好的鈔口參數比對，給出每一張鈔票的分鈔結果。各模塊之間均以CAN總線方式連接，系統開放，速度快。傳輸速率可達1M bps，理論上節點個數不受限制，可隨意擴充，各節點之間可自由通信，任意節點可在任意時刻主動地向其他節點發送信息，還可使不同的節點同時接收到相同的數據，為系統的進一步開發創造條件。
3 控制子系統狀態控制方法
控制程序根據紙幣清分機所處的狀態可分為開機初始化、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，各狀態及狀態之間的相互關系如圖3所示。
紙幣清分機通電后，首先進入開機初始化狀態，然后進入機器自檢狀態，自檢通過則進入待機鍵盤處理狀態；不通過則進入故障停機狀態。在待機狀態下，如果入鈔口有鈔，并且沒有發生故障，則會進入走鈔運行狀態；如發生故障則進入故障停機狀態。從走鈔運行狀態進入正常停機狀態，需要滿足以下幾個條件之一：入鈔口無鈔；計數到達批量值；到達接鈔口最大載鈔值。如果在走鈔運行狀態中檢測到故障發生，則要進入故障停機狀態。
