机电控制系统的信息集成研究

李带军 祝利明

摘要：随着我国科技的不断发展，机电控制系统在现代工业建设中得到充分应用，机电控制系统在部分高端技术中得到更多的应用。因此，本文分析研究了机电控制系统的控制要求，评价分析了机电控制系统的控制模式，以促进现代工业的发展。由于机电控制系统通信网络协议不一致，操作平台不同，难以实现互联互通。随着信息技术的发展，独立系统再也不能适应时代的发展提高系统间的互操作性和相互组织协调，实现信息整合和机电系统规划，以及建立一个开放和全面的监管整合网络，是现代企业的迫切需要。

关键词：信息集成;以太网管理系统;SNMP;OPC;研究分析

前言

信息集成是一个复杂的多层面过程，其主要目标是减少系统间共享的多样性和复杂性。异构的主要原因是系统协议不一致。因此，信息集成的任务是隐藏这些异构性。因此，有必要探讨信息系统整合的方法和机制，以及如何建立新的系统，以实现企业机电系统和信息管理系统的透明整合。

一、实现机电控制系统控制的基本要求

1.对控制方式的基本要求

在机电控制系统中，必须按照控制对象进行手动控制和自动控制。手动控制是指系统在人工环境中的行为和决策，以便能够控制受控对象。自动控制是指基于相关控制工具和仪器的自动控制在无人干预的情况下进行的运行状态。自动控制用于机电控制系统【1】。但是，随着科技的发展和创新，在控制自动化方面仍需要改进和创新，同时需要充分发展相关技术人员的能力和能力。机电控制只有在自动控制技术成熟的情况下才能应用，进一步解决实际应用中一些比较复杂的控制问题，促进共同的、基于控制的控制结构。

2.標准化的控制要求

机电控制系统包含模块的组织结构和参数设置。在控制项中，必须标准化设定参数。如果参数信息输入到系统中，则控制值必须按照相应的参数精确。机电控制系统完成后，必须在操作中更改控制值。在这种情况下，必须在机电控制系统中进行精确的输出。当机电控制系统运行时，该系统可以产生稳定有效的运行，控制系统也可以集成到受控运行中，控制值的数据达到标准范围，不同的控制值可以在机电控制系统运行时达到所需的范围。

3.对控制系统的快速性要求

机电主控制系统中的转速要求，该值可以快速控制，控制值应在短时间内调整。准确的设定值是机电控制系统初始阶段设置的初始值，受影响人员通过各种程序和操作获得缺省数据【2】。为了保证校准数据的准确性，机电控制中需要相应的纠正措施，防止控制值与预期值不符，并实现对控制的充分控制，需要相应的微观层面的措施和动作。

二、机电控制系统中的基本控制方式

1.机电控制系统的开环控制

开环控制是基于值的。此控制方法用于测量指定的值，以允许控制。原理是机电控制系统首先分析某一特定值的计算，并根据结果将受控对象的控制和计算应用于受控对象。工作精度的控制主要受校准和原始零件的影响。虽然这种控制方法具有易于使用的优点，但抗干扰性不如校准功能好，因此在操作过程中容易受到特征参数或外部因素的变化的影响，从而导致控制量偏离某个特定值，并且无法保证控制精度。例如，在外部干扰较低或控制精度较低的情况下，当成本较低、易于调整且结构简单时，尤其是在外部干扰较弱且系统树相对稳定的情况下，此功能非常有用。第二种选择是基于扰动控制。该控制方法通过测量电压波动得到补偿，输出偏差已经达到。工作过程中，系统测量、分析、计算和补偿控制系统的干扰，因此也称为预控制和正向反馈。控制信号在控制对象和受控对象之间单独传输，从而实现整个控制。

2.反馈式控制模式

机电控制系统偏差的闭环控制方法与转速控制器一起使用。税捐制度会测量指定值与控制项之间的差异，并根据差异来控制控制控制项。也就是说，当系统侦测到指定值与控制项之间的差异时，会持续调整控制项。因此，控制是以反馈原理为基础的【3】。控制器将指定的值与控制器进行比较，使控制信号向前和向后传递，形成闭环、反馈或闭环。如果从指定值中减去计数点信号，则控件为负;否则为正。反馈控制具有特殊的特点。无论影响系数如何，如果金额与特定值不同，都会生成相应的控件以解决或减小差异，从而使金额接近指定的值。负反馈是实现基于偏差的控制系统的信号传输和结构连通性的重要标志。此类控制可实现较高的控制精度，而不管系统结构参数的变化或干扰。如果驱动变量与指定的值不匹配，则会自动更正这些变量。但是，该控制包括许多零件，电路的复杂性，特别是在系统性能的设计和分析过程中，并且可能导致受控制的对象在系统发生故障时摆动。但是，作为机电控制中最基本、最重要的控制方式，闭环控制在现实世界中仍有较高的应用率。

3.复合式控制方式

复合控制的类型本质上是闭环控制和开环控制的组合，即进一步提高控制精度，更好地满足生产要求，在闭环中添加前端输送通道或输入信号。反馈控制的正常运行需要外部干扰，否则无法纠正。扰动控制比基于偏差的控制简单，但不能在不能测量扰动时应用。补偿单元只能补偿一个干扰因素，不能补偿其他干扰。考虑到上述控制，基于扰动的控制应与差分控制相结合，通过补偿补偿弥补最大扰动，消除扰动引起的偏差。

三、基于以太网的控制网络

1.变电站自动化系统的接入网络模式

变电站自动化系统主要实现变电站内外设备的控制、监控和保护。变电站自动化系统与其他机动系统信息集成的关键问题是将智能机电设备纳入网络并实现实时性。变电站自动化系统中的数据可分为三类：正常运行时循环数据、故障状态时自发数据和命令时随机数据【4】。周期性数据稳定、连续、可变，随机数据流较少。对于自动化的高功率系统，通过局域网控制功能的实时请求通常定义为4毫秒。电气研究所（EPRI）验证了以太网能否满足电力系统的实时要求。以太网和12mb/s令牌在特定“最坏”形式的Profibus网络传输中的性能比较。研究表明，具有共享集线器连接的100 Mbps以太网和具有交换机集线器连接的10 Mbps以太网满足了4毫秒网络通信时间的要求。如前所述，以太网技术应用于变电站自动化系统是可行的。

2.进入现场总线控制系统

由于数据传输协议和介质依赖于不同的现场总线技术，因此根据计算机网络连接原则，网络连接有不同的方式：中继、桥接、路由器和数据网关。现场总线的网络协议一般不同于计算机网络，如实时日志和简单日志【5】。TCP/IP协议上以太网ISO/OSI文件中的TCP和IP层对应用程序透明，应用程序层由程序调整。为此，最好通过应用层实现系统集成，允许通过网关将数据格式转换为不同的协议，根据特定规则为不同的总线执行信息指引，并将各个总线系统就地集成到基于以太网的控制网络中。

3.以太网技术

以太网是在商业领域设计的最初阶段使用的。工业自动化领域的应用需要实时解决问题。可通过CSMA/ CD协议访问以太网介质。对于实时要求很高的引擎系统，如果以太网响应时间不确定且无法实时交换信息，则可能会延迟关键数据的传输。因此，基于以太网的控制网络必须满足稳定性和可靠性要求。CSM A/CD协议（多磁带备份问题的梁检测）可在工作时监控电缆，以防其中一个工作站需要传输数据。如果该链接正被另一个工作站使用，则该工作站将在发送之前等待一个自由链接。如果连接是空闲的，则立即传输该连接。如果两个工作站的数据传输在自由连接上同时开始，则会发生冲突，因此所有工作站的数据传输都会停止，执行二进制算法，等待随机时间，然后重复该过程【6】。CSMA/ CD的工作方式可能会导致数据传输出现不可预知的延迟，即使数据传输可能会长时间无法发送。交换以太网技术的发展和应用提高了以太网技术中CSMA/ CD介质使用方式的不确定性。快速以太网技术的结合极大地提高了以太网的实时性能。

4.控制网络结构

该系统是基于交换机的以太网控制网络，主要由现场总线、RTU、服务器、数据网关和网络交换机组成。中心和分支拓扑是连接到服务器100 mbit以上的中央网络交换机系统。该服务器主要由监视服务器、控制服务器和数据库服务器组成。监视计算机监视受控网络上的运行状况和各种数据底层设备可以远程控制或设置参数，数据库可以管理和备份数据。

四、以太控制网络管理

1.简单网络管理协议

简单网络管理协议已成为标准网络协议。SNMP由一组协议组和规范组成，提供了一种收集网络上设备网络管理信息的方法【7】。SNMP主要由四部分组成：网络管理控制台（NMS）、分散在网络管理对象上的代理、管理资料档案库MIS和带有描述受管理对象状态的代理的SNMP（管理信息库）。NMS通过SNMP管理网络中的每个设备。管理系统由一组变数组成，这些变数代表物件属性管理的一个方面。代理位于托管对象上，收集本地信息，并将值分配给本地托管信息系统中的相应变量。所有控件都在“检索-保存”模式下运行。NMS是整个网络的中心控制点。管理托管对象信息系统的变量值由代理使用原始语言Get、GetNext等读取。以获取和集成网络的当前状态，并确定所需的控制行为。然后，使用源语言设置命令，代理将采取相应的操作来有效地管理设备。

2.控制网络管理软件的总体结构

SNMP协议标准定义了管理和代理管理之间可以汇总的功能：Get允许管理站从代理设置相关对象的值。Set允许网络管理站在代理上设置相应的值。陷阱允许代理通知管理工作站重要事件，例如对代理管理存储库中MIS值的重大更改。HP openview平台的系统设计是一个开放、模块化、分布式的基于SNMP的网络平台，支持基于TCP/IP的网络标准，为用户提供了基于SNMP的设计模板和应用程序环境。该系统采用模块化设计开发，其中管理站主要由SNMP管理模块、代理模块和MIS更新模块组成【8】。「管理代理程式」是系统上的处理作业。管理也是一种模块化设计，包括代理响应模块和管理信息系统更新模块。

3.现场信息的获取

以太网中的每个节点都连接到一系列外部设备，这些设备构成了网络管理的基础，用于获取这些外部设备的配置数据和操作数据。从底层设备通过高级应用程序检索信息的方式是一个非常重要的问题。DDE和OPC模式可用于获取字段信息。DDE模式下的应用程序共享共享内存信息，即监视计算机是控制网络的工作站和提供信息网络的工作站。C/S系统通过两个程序运行：一个接收实时信息的通信程序;信息网络数据库的实时数据，作为DDEServer;，第二个是DDE客户端的应用程序界面，它接受DDE服务器的实时数据并将其写入信息网络应用程序。对于此方法，应用程序平台必须支持windows功能。其优势在于灵活性、实时性能和易于实施。缺点是软件成本高昂，数据点效率低下。

结束语

综上所述可以知道，机电控制系统之间的不兼容使公司的生产管理更为复雜。将以太网引入基于多套总线和企业网络的机动控制系统集成控制域，并对其可行性进行了分析。对机电侧管理系统的监控和管理是通过基于SNMP的以太网管理系统进行的。

参考文献：

[1]吴在军.嵌入式以太网在变电站通信系统中的应用[J].电网技术，2003，27（1）：71-75.

[2]郑建彬.基于以太网的控制网络和信息网络融合的研究[J].工业控制计算机，2003，32（2）：113-117.

[3]范兴刚.基于OPC的以太网网络管理[J].信息与控制，2003，32（2）：113-117.

[4]张翼飞.垃圾焚烧变电站电气系统设计及控制方法分析[J].市场调查信息（综合版），2019（4）：280.

[5]马涛.浅析机电控制系统的自动控制技术与一体化设计[J].轻松学电脑，2019（2）：1.

[6]曾鑫海，彭荣辉，鲍思琪，等.建筑机电设备控制系统数据传输控制方式分析[J].湖北农机化，2020，245（08）：187.

[7]姚军.基于机电控制系统的探析[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2013，01：227.

[8]何广添.关于机电控制系统自动控制技术与一体化设计的研究[J].机电工程技术，2019（6）：179-181.