远程控制系论文范文1
【关键词】远程机电控制系统 网络模块 现场模块
一、基于Internet的远程机电控制系统的基础研究随着机电控制理论应用发展变化，传统机电控制系统的结构也变得越来越复杂
计算机价格的急剧下降和可靠性的明显改善，使得人们越来越多地选择计算机作为控制器。图1给出了一个传统的单回路机电控制框图。
根据传统的远程机电控制的理论和发展，本文给出基于Internet的RMCS的模型，如图2所示。从理论上分析，基于Internet的RMCS只是在传统机电控制的基础增加了一个网络环节，但实际的实现过程中需要解决很多难题。根据图2，我们可以将基于Internet的RMCS划分为3个部分：远程终端模块、网络模块、现场模块。这3个模块的分工和协作，共同实现对设备的远程控制任务。每个模块的功能如下。
（一）远程终端模块。
远程终端模块的作用是远程监控，一般是与Internet相连的远离现场设备的微型计算机，其目的是对现场设备进行远端的控制与监测。远程终端模块是用户与现场进行交互的界面，其功能主要包括远程设备状态的远程终端显示、控制命令及参数的解释，对现场模块所反馈的现场设备的参数和状态数据进行必要的处理以及其他操作。其中，必须包括必要的基础数据的处理和系统管理。整个系统负责定义用户、密码，并授予管理某个模块的权限。远程终端监控在整个控制系统中设计表现形式也就是在Internet的Web页，用户通过点击Web页上的功能项发送请求。Web服务器接受请求后将用户请求和处理结果显示在Web页。不同的用户通过授权具有不同的操作权限，包括浏览设备状态、发送控制命令、设备状态分析等各种操作权限。
（二）网络模块。
网络模块是数据远距离传输的通道，是连接远程终端模块和现场设备监控模块的中间环节，包括Internet的一些传输协议、应用软件和硬件等。网络模块的目的有两个：
1.将现场设备的参数和状态信息通过Internet尽快地传输到远程监控端，使远程监控端的操作人员能够及时对现场设备的参数和状态进行了解，并决定如何进行下一步操作（比如通过传输系统发出控制命令等）；
2.将远程监控端的控制信息传输到现场的控制主机，进行对设备的控制。
（三）现场模块。
现场模块实现接收远程监控端通过传输通道发出的控制信息和对现场设备的直接检测与控制。其工作流程是根据远程监控端的控制数据对设备进行控制，同时监测设备的状态，并作必要的分析，再将这些状态信息通过传输通道反馈到远程监控端。现场模块还必须有处理中断的能力。现场模块一般情况下和传统的机电控制系统一样，是一个现场计算机控制系统，功能可以划分为数据采集处理、直接数字控制、监督控制、集散型控制、分级控制和计算机控制网络。用户可以根据生产类型、生产规模、控制对象等选择适合的系统类型。
二、智能网络接口单元的基本结构
依据基于Internet的远程控制系统理论和智能网络接口单元的功能，完备的远程控制系统结构。智能网络接口单元由CPU、RAM、ROM等组成的微处理器系统是智能网络接口单元的核心，它的主要作用是根据接收的有关信息，按选定的方法进行处理并产生必要的控制指令作用与被控对象。网络控制器是中央处理器和远端主机之间通过网络双向通信的通道，是系统网络环节的关键，设备如何上网就是由它来完成的，同样要受到中央处理机的控制。
三、软件设计原则
在上面的讨论中已经将基于Internet的远程控制系统分为了3个模块：远程终端模块、网络模块和现场模块。远程终端模块的作用是远程监控，一般是与Internet相连的远离现场设备的微型计算机，其目的是对现场设备进行远端的控制与监测；网络模块是数据远距离传输的通道，是连接远程终端监控模块和现场设备监控模块的中间环节；现场模块实现接收远程监控端通过传输通道发出的控制信息以及直接检测与控制现场设备，并将现场设备的状态信息及时的反馈给远端控制机。为了提高整个系统的实时性、准确性、安全性和通用性，在软件设计时我们应遵循以下几条程序设计原则：
（1）程序主要采用C/S模式，远程控制机端程序作为客户机，智能网络接口单元控制程序作为服务器端，程序以事件驱动方式运行；（2）服务器端和客户端的通信基于TCP/IP协议；（3）为了安全控制，服务器端要设置合法用户验证，并记录所有连接日志和对现场设备的操作；（4）服务器端响应客户端连接请求并接收其发送的指令，然后对接收到的指令进行解码将其转化为现场设备的控制命令，达到控制现场设备的目的。
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关键词：远程康复;信息采集;模糊控制;智能控制
中图分类号：TP273.4 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1511103
Design of Telerehabilitation Information Collection System Based on Fuzzy Control
REN Yumiao1,ZHAO Chen1,LIAN Yi2
(1.School of Electronics and Information Engineering,Xi′an Technological University,Xi′an,710032,China;
2.Xi′an Allin Software Co.Ltd.,Xi′an,710075,China)
Abstract：The design of telerehabilitation information collection system based on fuzzy control is introduced.Taking the speed of information collection synstem for example,the structure and the rule of fuzzy control are analyzed.The remote auto control of the telerehabilitation information collection system is achieved.Alleviate the disparity between the demand for rehabilitation services and the available capacity to provide rehabilitation.The course of assessment become more efficient and convenient,the rehabilitation professionals can spend less time on an assessment,and the cost of assessment is reduced.
Keywords：telerehabilitation;information collection;fuzzy control;intelligence control
1 引 言
远程康复是一项现代信息及通信技术与康复医学相结合的多学科交叉课题，它可以被定义为：在综合运用通信、远程感知、远程控制、计算机、信息处理等技术的基础上，实现的远方康复医疗服务［1］。
国外在此方面的研究出发点各有不同，归纳起来，主要是将远程康复系统当作一种通信手段，来消除辅助器具评价专家与远方残疾人士之间的空间障碍，对如何把远程康复系统本身作为一种辅助器具评价诊断系统，促进康复医学的发展等方面，虽有所提及，但尚未作实质性研究［2-4］。 国内在这方面的产品，仅见深圳残联自行研制开发的全国第一个残疾人远程康复系统的报导，该系统着眼于专家和病人的沟通与交流，使残疾人在网上可以向专家进行康复咨询，得到康复方面的建议。
从目前国内外的发展情况来看，各方的研究都有较大局限，均处在起步阶段。因此进行远程康复系统的研究具有重要的意义。
远程康复系统中，信息采集系统是其主要的组成部分，如何远距离对信息采集系统进行有效控制，其实现效果的优劣，实现速度的快慢，对整个系统的性能起着关键性的作用。由于远程康复信息采集系统是多变量、非线性的时变系统，很难建立整个同步控制系统的精确数学模型。因此就需要利用一种有效的控制方法――模糊控制。
2 远程康复信息采集控制系统的构成
远程康复信息采集控制系统示意图如图1所示。该系统就是一个辅助摄像用的机器人，它可以接受指令以某条空间曲线为路径来观察患者。此控制系统主要由两个功能模块来实现，一是现场站点的PC机，通过Internet来接收远方站点的控制命令，经过模糊控制算法处理之后，再通过RS 232串口传给单片机处理系统，来控制小车、云台、摄像机的运动。另外现场站点的PC机还可以将从摄像机采集到的图像信息根据要求进行处理，再通过Internet以适当的方式呈现给远方站点，供远方的康复专家和辅助设计厂商诊断、设计之用。二是单片机控制系统，主要用来控制小车、云台、摄像机的运动，使其能够到达合适的方位，以便远方康复专家不受时空限制、实时地观察患者的身体状况，进行远程诊断和评估。单片机控制系统还可以对检测电机到位等传感器的信号进行处理，并将控制模糊控制系统执行单元的情况反馈给远方站点。简单来说，此模糊控制系统主要实现自动控制装载信息采集装置的小车、带动摄像机的云台和摄像机的运动，根据要求采集实时视频或图像信息，供诊断和辅助产品设计之用［5］。
3 远程康复信息采集系统的模糊控制设计
3.1 信息采集系统的模糊控制策略
本系统的输入变量为：小车到目标的转向角，小车到目标的距离，云台距离目标的高度，摄像机与目标的方向角和距离，一共6个输入变量。输出变量为：小车舵电机的运行速度、方向，小车驱动电机的运行速度、方向，带动云台上下运动的电机的运行速度、方向和云台的四个转向一共10个输出变量。所以该信息采集系统初步控制对象就有6个输入变量和10个输出变量，属于多输入-多输出结构的模糊控制器［6-8］。
通过模糊解藕将此多输入-多输出模糊控制结构转化为单变量模糊控制器来进行设计。下面以控制小车驱动电机的速度为例来详细说明模糊控制规则的建立。
小车驱动电机采用步进电机，其速度是通过改变驱动信号的脉冲频率来控制的。因此，对小车驱动电机速度的控制采用单变量二维模糊控制器，输入量为小车到目标距离的误差e以及小车到目标距离误差的变化率ec，输出变量为控制脉冲的频率f。在模糊控制的具体实现方法上，采用模糊查表法，其原理如图2所示［9］。
对每一次采样得到的误差e和误差变化率ec进行量程转换，即乘以比例因子K1和K2，然后进行量化，将输入的物理信号值转换为输入论域上的点，就可以通过查询控制作用表得到输出控制量。它是输出论域上的点，再乘以比例因子K3进行量程转换，就得到所需要的控制脉冲频率值f。控制作用表是输入论域上的点到输出论域上的对应关系。它已经是经过了模糊化、模糊推理和解模糊的过程，可以离线计算得到。查表法结构简单，实施方便，资源开销少，在线运行速度快［10］。
误差e、误差变化量ec和控制量f的基本模糊子集为{NB（负大偏差），NS（负小偏差），0（零），PS（正小偏差），PB（正大偏差）}。在系统中，小车到目标距离误差e的论域为E，小车到目标距离误差变化率ec的论域为EC，输出控制量f的论域为F。根据系统的实际状况，将其大小量化为5个等级，分别为{-3,-1,0,+1,+3},选择如图3所示的隶属函数曲线，控制器可完成对输入变量的模糊化。
模糊输入变量再由模糊控制规则进行推理决策，得到模糊输出语言变量{NB（负大），NS（负小），0（零），PS（正小），PB（正大）}。同样道理，经过模糊控制器推理的输出结果也必须变换成实际的校正量，调节控制小车驱动电机速度的脉冲频率，完成对小车速度的控制。
为了简化编程，便于实时控制，本系统将控制规则表格化。模糊控制器按表1所示的控制状态表进行控制。
误差E，误差变化率EC的量化因子K1和K2的选取对控制系统的动态性能的影响很大。K1决定了系统的响应速度，K1越大系统的响应越快，但超调也越大，过渡时间就越长。K2影响系统的超调，K2选取越大，系统的超调就会越小，但系统的响应时间就会越长。K3为模糊控制器的总增益，选取过小会使系统的动态响应过程变长，而选择过大会导致系统震荡。
其他控制量的控制规则和上述小车驱动电机速度的控制类似。
3.2 信息采集控制系统的软件设计
目前，模糊控制器构造有三种技术：采用传统的单片机或微型机作为物理基础，编制相应的软件实现模糊推理和控制;用单片机或集成电路芯片构造模糊控制器，利用配置数据来确定模糊控制器的结构形式;采用可编程门阵列构造模糊控制器。由于远程康复系统现场站点需要一台微机作为接收远方的控制命令和处理来自摄像机的图像信息并通过Internet来传送信息，所以为了充分利用和节省资源，我们采用微机作为物理基础，编制相应的软件实现模糊推理和控制。
模糊控制的上位机软件设计主要就是模糊控制算法的设计和实现，同时也包括微机与单片机的串口通讯部分和与Internet接口部分的设计实现。其程序流程如图4所示。
该部分主要实现对信息采集系统的模糊控制功能。系统运行前，该上位机程序首先要进行初始化，设置串口，为系统正确运行做好准备。当远程控制命令通过Internet传送到现场站点的PC机，经过模糊控制算法的处理，再经串口将命令下达给单片机控制系统来执行。此控制过程不需要现场站点的人员来操作，完全采取远程控制，这样远程专家就能很方便地根据需要控制信息采集系统的运行，同时也方便了现地医师或病人家属，减少了由于远程专家和现地医师或家属的交流障碍而引起的操作错误［2］。
4 结 语
本系统利用模糊控制技术解决了对远程康复信息采集系统的远程智能控制，使位于远方的康复专家和辅助设计师能够通过Internet方便地遥控现地的信息采集系统以合适的方式和角度准确、实时地进行数据信息的采集，供诊断和辅助产品设计之用。试验证明，该控制系统达到了我们的设计要求，能够远程实时地进行三维视觉信息的采集。
参 考 文 献
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作者简介 任郁苗 女，1977年出生，硕士，助教。主要研究方向为电子信息技术。
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[关键字] 储备库 火灾报警自动 监控系统控制
[中图分类号] TU998.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-2-264-2
1 传统消防监控系统概述
自动消防监控系统主要包括光纤光栅感温报警系统、手动报警系统以及消防控制系统。固定设施还包括冷却水泵、泡沫水泵、平衡压力式泡沫比例混合装置，以及电动阀门。该系统将火灾报警系统以及消防控制系统、补水系统整合在一起，形成一个集中采集监控、并具有联动控制的自动消防控制系统。自动消防监控系统主要由火灾报警系统及消防自动控制系统两部分构成。
1.1 火灾报警系统
主要包括火灾报警控制器、光纤光栅感温探测报警系统以及手动报警系统。本系统光纤光栅感温系统与PLC采用点对点连接方式实现数据的交换。手动报警按钮采用点对点硬线连接的方式接入PLC，信号经程序处理后送到上位机人机交互画面中显示，当有报警信号输入时，自动弹出组态的好的画面，指示出具体的地址位置。无论光纤光栅感温报警信号，还是手动报警信号均复用给火灾报警控制器，完成报警功能。
1.2 消防自动控制系统
消防自动控制系统主要包括可编程序控制器（PLC）、监控计算机以及手动操作站。消防泵房值班室内设置一套消防PLc（单机），配套输入输出模块，为保证系统的稳定可靠考虑，输入输出模块均采用16点，电源模块、网络模块也全部采用冗余配置。系统所涉及的消防设备、泡沫混合装置、消防泵、电动阀、液位计、压力变送器等设备电缆均接到PLC机柜内，再通过点对点硬接线的方式与手动操作站连接，最终实现集中采集控制的功能。监控计算机与PLC之间在TCP/IP协议支持下，通过以太网形式连接实现数据的交换。手动操作站采用钢制结构，将手动操作及模拟显示集于一身，与新加PLC机柜之间采用点对点硬线连接的方式，将现场设备信号并接到该操作站上，与PLC系统形成一种冗余结构，这样无论PLC系统处于自动或手动状态，操作站上手动操作始终有效，即使PLC系统完全瘫痪，该手动操作站仍能实现与PLC联动控制功能完全相同的操作功能，具备一键到底功能。
1.3 系统控制过程可人工确认火情
为防止误报而产生的误操作，按自动方式进行控制之前，需进行自动延时或进行人工确认。工业电视监控系统与消防报警及控制系统建立联系，即在接到出现火情的储罐的火警报警及控制信号后，自动使相应的电视监控设施对准事故罐罐顶着火部位，便于观察施救。
2 远程消防监控系统的构建
2.1 远程消防监控系统系统结构
根据远程消防监控系统的功能分析可以发现，其系统的构建任务主要包括：
（1）基本数据的采集，即通过对消防控制主机和视频监控系统的联网，实现数据的采集；
（2）数据的传递，即通过构建相应的网络结构和通讯方式，构建安全可靠的数据交换系统；
（3）信息的组织处理，即对各类信息进行筛选归类，按照用户操作流程进行分发。为此，根据远程消防监控系统的需求，同时参考城市消防远程监控系统技术规范（GB50440-2007），可以确定其系统结构在这一结构中由于消防建筑与监控中心之间的互联通常是通过通用互联网实现，且消防建筑中的火灾报警或者消防监控主机，以及视频监控系统形态各异，协议不同，因此为了保证互联系统的安全性和系统扩展的方便性，通常需要一个中间设备作为统一接口，这就是图中所示的 “前端联网设备”。另外，由于公安消防系统所使用的网络是专用网络，不能与公众互联网直接相连，因此，在系统构建时还应该考虑到公安专用网络与公众网络之间的安全隔离问题（可以采用网闸类设备实现），即图中的“网络安全隔离”部分。
2.2 远程消防监控系统功能分析
远程消防监控系统的构建主要应该实现以下几个方面的目标：
（1）火警发现：即及时发现火灾警情，为火灾扑救赢得时间；
（2）安全巡察：即对用户单位进行安全巡察，及早发现安全隐患；
（3）指挥调度：为公安、消防等部门提供准确的现场信息，提高资源调配和指挥效率；
（4）用户服务： 为用户单位提供应用服务。
2.3 远程消防监控系统的关键技术分析
通过上述功能分析和结构讨论，远程消防监控系统的建立除了需要按照业务流程进行大量的监控中心系统集成工作和消防地理信息系统数据库的采集整理工作外，还有两个方面的关键技术需要解决，即被监控单位的消防控制主机的联网技术及视频监控系统的联网技术。这两项技术决定了系统构建的成败，下边分别进行讨论。
（1）消防控制主机联网技术
目前消防市场用户使用的消防控制主机品牌众多，国外品牌主要有爱德华、精灵等，国内主要有海湾、赋安等。大部分消防主机报警信息的输出接口是串行通讯口，也有其他类型接口。远程消防监控系统实现消防主机联网，主要是通过互联网实现，因此就需要开发硬件平台将不同的硬件接口统一转换为网络接口。
此外，各个厂家报警输出数据通讯协议不一致，报警和控制信息的表达各不相同，要实现联网报警，必须实现数据格式和信息表达的统一。因此，必须制定统一的联网报警输出数据通讯协议，并编制相应的接口软件将各种消防控制主机的信息报文解析、重组，形成格式统一的报警信息。
3 影响消防监控系统的因素
这些因素主要包括：
（1）消防监控设备维护不及时，设备故障未及时发现，从而导致火警漏报、误报；
（2）值班人员麻痹大意，对火灾报警的响应不及时，造成灾情蔓延；
（3）发生火灾警情时，由于对现场的信息掌握不全，沟通迟缓，导致消防警力和消防资源调配不及时，造成灾情扩大，救援迟缓等。
因此，针对上述问题对各个使用单位的消防监控资源进行整合，构建大覆盖范围的远程消防监控网络和系统，由消防管理部门集中对各个单位进行专业的消防系统监督管理、火灾警情监控，尽最大可能降低人为因素的影响，将有效的提高监控效率，减少漏报、迟报情况，降低火灾损失。
4 结语
随着社会经济发展，城市中高层建筑、大型建筑不断增多，建筑结构日益复杂，从而形成火灾隐患点多，火情发现迟缓，扑救信息不准确等一系列问题，给消防工作带来了极大的挑战。为此，目前很多建筑安装了远程消防火灾自动报警系统，可在一定程度上做到火灾险情的早发现、早报警。其一般的过程是：（1）监控系统发现火灾警情，在消防控制主机上发出火情警报；（2）单位值班人员收到警报后验证情况，确认火灾后通知消防单位；（3）消防单位调集资源进行火灾扑救。但是，由于这些消防监控系统基本上都是各单位各自选购安装，独立工作的，经常由于人为因素导致火灾信息漏报、迟报以及消防资源调配不及时等情况，从而导致火势蔓延，酿成巨大损失。
参考文献
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【关键词】自动控制理论;LabVIEW;实验系统
【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)08―0139―04
一 引言
高等教育的质量与国家现代化建设密切相关,其中良好的教学实验设计对于人才的培养有着直接的影响。《自动控制理论》课程作为电气、自动化专业的一门重要的专业基础课,是联系前期基础课和后续专业课的桥梁。如何借助于实验课的辅助教学,生动、形象地帮助学生理解基本概念、建立理论与实际相结合的观点、培养大学生的初步工程实践能力,符合高校培养具有创新实践能力的高素质人才的需要。
LabVIEW是由美国国家仪器(NI)公司推出的一种使用基于图形化编程方式的虚拟仪器软件开发环境。具有直观易学、编程效率高,与Internet方便链接等特点。通过改变、增减系统的功能、可方便地扩充系统的复杂性,能为各层次学生提供广阔的实验与实践空间。为此,建立基于LabVIEW的自动控制理论实验平台,开展设计性、综合性较强的系统实验设计,不仅有利于通过直观形象的实验图形与结果激发学生的学习兴趣,而且对于全面提升学生动手构建物理系统和软硬件调试的综合能力具有重要意义[1-2]。
二 实验系统设计
近年来基于计算机技术的实验系统,作为一种工程、教学辅助工具,在简化问题、节约成本、缩短调试周期等方面特点突出,有利于发展学生借助计算机解决问题的能力。传统实物模拟实验,由于外部条件变化对实验结果及信息的影响不同[3],则对于学生发现问题、通过理论联系实际综合解决问题能力的培养具有不可替代的作用。目前,远程实验的开展也逐步获得关注重视。基于以上分析,所设计的LabVIEW自动控制理论综合实验平台,其系统结构如图1所示,可以融合以上三种实验模式的优点,力图通过交替互补,以不同的实验要求,通过设立资源学习、任务驱动与探索学习这三类学习模式,全方位提升学生的实验理论与技能。
1 仿真实验
LabVIEW在数据采集、工业控制等应用领域提供了一个功能强大、方便灵活的虚拟仪器的集成开发环境。降低了环境干扰和系统误差对测量结果的影响,改善了以往费时、费力的实验过程,便于学生集中精力对结果进行分析。
以非线性系统的描述函数法为例,图2为非线性系统框图,其中线性部分的频率特性函数为 ,非线性部分的算子以 表示。如何求取非线性系统的描述函数并进行分析,由于其独特的复杂性与抽象性,一直是自动控制理论教学的难点,理论计算繁琐,实验研究费时。
为此,采用基于图形化的计算机仿真的方法通过对非线性、线性环节的类型、参数进行选择,而后设定分析的频率范围、初值、步长、循环次数等,可有效避免繁复的频率调整、计数、描点等工作,迅速获取系统的幅相特性曲线。友好的仿真实验界面如图3所示。
设定线性区宽度 ,饱和特性信号限幅 后,输入到实验室开发的如图3所示的仿真实验系统界面,运行后,即可获取如图4所示的对应的幅相特性曲线图。
这样,利用仿真实验,学生可以灵活设定仿真条件,方便、省时地实现对各种非线性环节描述函数的求取与直观分析,达到了对抽象的非线性理论概念进行直观理解的目的。这部分内容,设定了2学时由教师讲解LabVIEW的基础知识,安排4学时课后时间用于相关资源学习。
2 模拟型实物实验
NI公司提供的ELVIS实验平台将DAQ硬件和LabVIEW软件组合成的一个定制灵活的教学实验平台。通过DAQ捕获实际系统中真实的物理信号,并输入到计算机中,而后利用LabVIEW编制相应的应用软件实现数据的监测、记录、显示及分析,可以简化实验数据获取及后续数据处理等过程。
目前本实验平台针对实物模拟实验设立了演示实验[4]和学生设计实验两部分。演示实验包括RC电路暂态电压变化实验、数据采集及滤波处理实验以及直流电机转速测控实验。通过演示实验的展示与讲解,以帮助学生逐步掌握NI ELVIS实验平台的使用与开发流程、技巧,为后续进行独立实验设计与研究奠定基础。而后,结合基于LabVIEW编程后提供的内置函数发生器和示波器等检测分析仪表,配合ELVIS提供的实验面包板,要求学生独立在实验板上通过模拟运放电路的搭建,完成二阶系统时域响应、典型环节频率特性、系统串联校正等实物模拟实验,并与理论分析值进行比较、分析。此处设定为任务驱动型学习方式,课内保留4学时用于提问、测试、成绩评定。
如图5所示,为求取典型积分环节频率特性而构建的模拟实验电路。
图5中运算放大器采用op07,输入正弦信号 ,其幅值 及频率 可调。当调节正弦信号幅值 过大时,系统可能进入运算放大器的饱和非线性特性工作区域,系统输出 信号则会输出周期畸变信号; 当调节正弦信号幅值 过小, 静电感应电压对系统输出 信号的叠加影响不可忽略, 会影响输出 信号测试的准确度(此处,可引导学生对信号处理方法进行思索、研究)。仅当调节正弦信号幅值 处于适当范围内,输出 才可清晰获取同频率的正弦信号。针对这一现象,与1节中虚拟仿真实验积分环节频率特性的求取方法进行对比,提出问题1:仿真实验与模拟型实物实验的区别与联系?问题2:确定一个环节是线性还是非线性的原则是什么?问题3:理论与实践的相互作用关系在科学研究中是怎样的?以此建立新旧知识的联系,激发学生的自主发现与探究意识,引发其解决问题的兴趣,鼓励其进行协作交流,进而形成自己对问题的独立见解,综合实践能力得到提高。
最后,考虑部分能力较强学生的实验需求及后续课程设计的需要,选购了8套球杆(ball balancer)系统作为被控对象。采用LabVIEW编制软件算法, 通过驱动程序控制伺服电机进行转速与位置调节,实现对此非线性、不稳定系统的稳定运行控制。这部分实验的设立为探索学习模式阶段,通过介绍难点的方式,引导学生深入思索、学习、探索前沿的控制方法。
3 远程虚拟实验
基于网络的远程实验室可以最大限度地实现实验资源的共享[5],因此本综合实验系统的设计也包含了这部分内容。远程虚拟仪器能从与Internet/Intranet相连的远端获得动态数据或将控制信号传送到远端,使在本地PC机上监控远端成为可能。远程虚拟实验不仅提高了实验设备的利用率,而且方便学生灵活安排实验时间,强化了学生的主体作用,同时有利于教师进行实验过程的管理,实现了利用网络进行资源交互学习等目的。
利用LabVIEW软件设计构建的网络虚拟实验室具有易于开发,投资少,扩充方便等特点。在LabVIEW 开发环境中,有多种方式可以方便实现远程数据的采集和仪器控制,主要有:基于NI公司的远程设备访问(remote device access, RDA)技术,可通过分别配置RDA Server和RDA Client实现网络内部的共享采集设备数据;功能强大、但开发将对较复杂的适用于较大规模网络实验室的DataSocket数据共享技术;简便、易学的基于WEB Publish的远程前面板(Remote Front Panels)技术。
考虑实验规模不大及时间限制等因素,本实验室选用了基于WEB Publish的远程前面板(Remote Front Panels)技术,构建B/S模式远程实验系统。远程前面板技术是把一个VI的前面板直接嵌入到Web网页中,并具有自动更新功能。此外,通过授权,不仅可以使得客户端能观测到一个动态刷新的实时画面,而且还可以对前面板进行远程控制。
考虑到一台实验设备在某一确定时间段内只可以由一个用户进行实验控制,因此,需要设定教师管理员进行实验预约管理。学生通过客户端注册登录后,在预定时间内享有对实验室内指定编号实验平台的控制权限。后续计划针对大四学生和研究生采用大作业形式,征集优秀的实验预约管理方案,取消人员管理,实现科学、高效的自动远程实验预约、监控、实验记录等管理功能。
三 结束语
基于LabVIEW技术开发的自动控制理论综合实验平台,通过设定仿真实验、真实模拟实验和远程实验互相结合与补充,不仅提供了丰富的计算机与网络学习资源,而且注重实验设计的智能化与真实性的协调统一,实现了实验设计的简易性、综合性和灵活性。通过关注实验过程,改变了传统教师讲授的单一模式,不仅便于学生形象理解和掌握与课程相关的知识点,促进学生的编程能力与动手能力的提升,而且使其自信心获得提升。这些都将助力学生从理论学习向实践研究进行跨越式转变,为探索培养具有创造力与创新性的当代大学生教育进行经验积累。
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远程控制系论文范文5
【关键词】先进控制；远程调试；Internet
Remote Testing System of Advanced Co ntrol Based on Internet Technology
REN ZHENG-YUN， CHEN LIANG
Department of Automation， Donghua University， 2999 North Renmin Road， Songjiang， Shanghai 201620， China
【Abstract】The practical industrial process can be accessed remotely through internet by the establishment of remote service platform （RS P）. Download advanced control algorithm， remote modification of advanced control algorithm parameters and real-time adjustment of p ractical process can be realized conveniently. Thr ough this platform we can demonstrate advanced control algorithm and operate industrial practical process in the classroom and laboratory， wh ich is very useful for the ability enhan cement of graduate students in understanding and in independent design of complex advanced control algorithm for industrial process.
【Key words】Advanced control， Remote testing， Internet
【中图分类号】TP271【文献标识码】B【文章编号】2095-3089（2012）13-0001-03
1引言
随着网络技术的飞速发展，远程监控技术和网络技术紧密结合起来。采用 Internet 进行远程监控是计算机网络技术和远程监控技术发展的必然结果。远程监控技术应用越来越广泛，在工业控制、环境监测、水资源管理、电网监控、交通指挥、楼宇自动化等许多领域发挥着重要作用。
由于Internet 分布范围广、技术成熟，使远程观测、远程反馈、远距离控制的多方面跟踪监测控制成为可能。基于Internet 的远程监控技术的研究，不仅充分利用了现有资源，拓宽了因特网的使用范围，而且也能够减少差旅成本，扩大远程化距离，增加远程工作的灵活性，进一步方便人们的生活。采用 Internet 作为远程监控平台，是一项很有前途和潜力的技术，可以应用到设备远程诊断、监测、控制、调试等领域，成为当前工业监控领域的研究热点。
目前，基于 Internet 的远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了大量的研究。相对来说，由于欧美国家在信息技术和计算机控制技术的发展上的领先优势，他们在研究基于 Internet 的远程监控方面相对早一些，而且有些公司有相关的商业产品问世。1997 年1 月，首届基于 Internet 的工业远程诊断研讨会由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望。会议决定由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于 Internet的下一代远程监控诊断示范系统，后来在Sun，HP，Intel 等多家公司的支持和配合下，共同推出了一个实验性的 Testbed系统，Testbed初步形成了在 Internet 范围内的信息监控和故障诊断[1]。
如在波音公司的设备维护系统中，采用网络技术进行数据分析，进行远程探测和检修机器故障。美国几家机床公司也在他们的产品上，开发了具有基于机器监测和远程检修的远程服务或类远程服务功能。另外，许多国际组织也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准，德国的FLENDER 服务状态监测公司，已开发出基于现代远程故障诊断技术的面向状态的维修技术。许多大公司也在他们的产品中加入了 Internet的功能，如 Bently 公司的计算机在线设备运行监测系统。
国内对于远程监控技术也开展了积极的研究，许多研究机构和高等院校现已开始或准备开始从事工业领域的远程监控与诊断技术的研究与开发，如大型电站设备的远程在线监测和诊断研究，制造企业远程服务系统的开发，基于 Internet的快速成型和快速加工技术，基于 Internet 的远程故障诊断相关理论，大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统等。另外，根据国内外远程服务技术的现状，我国提出了国内发展的动向，并基于企业内部的网络结构，搭建远程服务系统，实现远程监测、诊断和控制，提高企业的经济效益及制造业的自动化的水平。当前，远程监控技术在远程实验室、水电站监控、石油管道监测、电网运行监控和机器人的远程控制等领域都得到了广泛应用，实现了将工业生产过程的监控信息接入 Internet，管理人员远程监视生产运行情况，根据需要及时发出调度指令控制生产过程和现场设备的运行状态和各种参数，节省了大量人力物力。
先进控制技术，特别是预测控制算法比较复杂，计算量比较大。正因为复杂，算法的实施周期长，参数整定复杂，即便是有丰富经验的工程技术人员，也得花费较长的时间来进行模型建立以及在线或离线参数整定过程。一般说来，先进控制技术在现场调试的时间为 3～6 个月，有些甚至超过 1 年。这样消耗了大量的人力、物力和财力，使得先进控制项目的实施成本大大的提高，对先进控制算法进一步的推广起到了严重的制约。同时由于成本问题，使学生，特别是研究生了解和掌握先进控制算法在工业现场实施和调试的情况增加了相当的困难，这又严重的限制了学生动手能力的培养。一方面是我国迫切的需要先进控制技术人才，一方面是具有动手能力强的先进控制技术人才的短缺。这对矛盾严重抑制了我国流程工业自动化水平的提高。
通过Internet 进行工业现场生产过程数据的远程浏览正在得到广泛应用，国内外许多人都在研究基于 Internet 技术的先进控制调试系统。大部分先进控制策略安装在上位机上，因此，只要将上位机通过各种方式接入到 Internet 上，远程调试便成为可能。对于部分安装在相关硬件上的先进控制策略，可以通过其对应的操作站而操作和调试。当前主流的DCS 和PLC 的操作站均为基于 Windows， Mac， Linux 和Pocket PC平台的，如：Honeywell公司最新 DCS 控制系统 TPS ，它的操作站就是基于 MS Windows NT的，接入到 Internet 非常方便和快捷，进而为远程调试提供了基础。 当前，但由于现有条件下，网络存在传输延时、传输效率和数据安全等问题，使得远程调试还存在一些问题和困难，另外由于实时性的要求，先进控制领域的许多功能不能够完全按照远程监控技术的要求实现，那些能够在远程通过Internet 实现的功能，由于存在空间和时间的差异，也必须重新进行分析和研究。
2远程调试系统的结构
从先进控制远程调试系统结构图 1 可以看出：：整个基于 Internet 的远程调试系统通常由工业控制系统子系统、先进控制子系统、远程服务器、远程调试客户服务端等四大部分组成，具体见图 1 。
2.1工业控制系统子系统：工业控制系统子系统一般包括各种测控单元（ 如前端机、检测仪表、DCS 、PLC 等） ，声音、视频采集系统，信号传输线路，信号接收、转换设备，操作员站和工程师站，相关工业网络（如以太网）等。一方面负责控制各个现场对象，如温度、流量、压力等，经过工业网络连接到各个操作员站和工程师站，一些比较复杂或用常规方法难于控制的对象和需要优化的系统，采用以太网或者其它通讯方式接入先进控制子系统。另一方面它接受先进控制子系统发送过来的控制作用，对过程对象采取优于常规控制算法的控制策略。工业控制系统子系统操作员站内装有监控软件，接受现场传来的过程数据，对接收到的数据进行分析、处理、操作，向操作人员提供监控界面，实现设备的现场监测、控制和管理。
为了保证系统的安全和稳定性，先进控制子系统和工业控制系统子系统一般采用直接连接方式，即，先进控制子系统和DCS 和PLC 等硬件连接，而不是采用间接连接的方式，即，先进控制子系统和 DCS 和PLC 的操作员站连接。连接的方式有：工业以太网、串口等。工业控制系统子系统不需要连接 Internet 的功能。
2.2先进控制子系统：先进控制子系统包括数据处理、模型建立、实时控制、仿真、操作、安全联锁、通讯等7 个部分。几个组成部分既相互独立又彼此配合共同构成有机的整体。一般来说，传统的先进控制策略在上位机上运行，这种模式有它的局限性。在此，我们采用先进控制策略直接在硬件中（如美国 OPTO22 控制器）实施，硬件系统和 DCS 或者PLC 系统通过硬连线的方式进行通讯，而上位机和硬件系统直接相连。这种先进控制系统设计模式比在上位机上实现先进控制算法更具有优势。这是因为上位机模式是基于操作系统的，一旦操作系统瘫痪，整个先进控制系统也将瘫痪，而算法在硬件中实现安全性、稳定性、可靠性将得到大幅度的提高，促使先进控制系统的投用率提高，见图 2 。
先进控制子系统既要和工业控制系统子系统通讯，又要和远程服务器通讯。为实现远程调试，上位机的硬件要求为具有联网能力的工业用计算机或通用计算机，有一定的网络接入设备。同时为实现控制系统的远程调试，系统又引入了一个数据库，用于对远程调试终端的身份验证，以及反映设备运行情况的历史数据的存储。在远程调试系统中，每个先进控制系统的的上位机主要完成三方面的工作：设备数据信息的提取、设备网络接入、数据通讯。先进控制系统需要远程调试服务时，向远程服务器申请，得到应答后相关信息数据传送到远程服务器，远程服务器对先进控制系统进行远程调试。
上位机和远程服务器通讯采用两种通讯方式：一种方式是通过网线连接到 Internet 上，另一种方式是通过 3G 模块连接到Internet 上。后种方式对不能够上网的对象，更为简单和方便，仅仅在通讯费用上增加一些而已。
2.3远程服务器：远程服务器是整个远程调试系统的核心，是一个中介系统，主要由防火墙、Web 服务器、数据库服务器、应用服务器等共同组成。它负责对整个网络监控系统的管理、协调和维护。服务器响应客户服务端的请求，一方面，它接受客户服务端的响应，从数据库中的取出过程对象实时数据，到浏览器上供用户察看；另一方面，它将收到的客户服务端的控制命令存入数据库，供先进控制子系统使用。远程服务器采用三层框架：Web 服务器、应用服务器、数据库服务器。远程客户端可以通过浏览器直接访问远程服务器，用户可以以任何方式上网，真正实现了多点对多点的结构模式。
2.4远程调试客户服务端：远程调试客户服务端是用户直接与之交互的部分，它接收用户的输入，从远程服务器获取远程数据或向其发送控制命令等，通过远程服务器对先进控制系统调试。客户服务端无需安装任何专用软件，可以是普通的具有 Web 浏览器的个人计算机或终端设备，能够连入互联网即可。当远程用户需要对先进控制系统调试时，首先通过客户服务端的浏览器登陆远程服务器，通过身份验证后，找到相应控制网页，下载先进控制系统的调试控件。通过控件与先进控制系统连接并实施调试。目前，远程调试实现的途径就是通过 Internet。由于涉及实际的生产过程，必须保证网络安全，可以采用的技术包括防火墙、用户身份认证以及密钥管理等。
客户服务端第一个任务就是先进控制系统数据的表示问题，将数据以用户可以理解的方式在浏览器上显示出来，供用户察看最新的设备运行状况，以便发出控制命令。远程服务器不会主动的向客户浏览器发送数据文件，而是浏览器在发出请求后，服务器才响应，并将需要的数据以网页的形式到用户浏览器上。所以，对于要持续的得到先进控制系统数据的远程调试系统，只有通过客户浏览器不断的向服务器发出请求，服务器才可以根据客户的请求做出响应，将相关数据发给客户服务端。
对于远程控制来说，使用图表或者图线等形式来动态显示先进控制系统的运行状态，一直是监控端的一个基本功能要求。然而，采用传统的静态的网页，即使在网页中嵌入脚本语言，这方面的功能也是不可能实现的。对于先进控制系统操作界面的动态显示，目前有两种办法来解决，一种就是远程服务器将先进控制系统操作界面处理后，生成一定格式图片发给客户端，通过浏览器显示出来。浏览器不断的刷新，就可以不断的得到远程服务器上的最新操作界面。这种方式由于大量的采用图像来传输，数据流量相当的大，影响了网络的速度，服务器的负担也很重。另一种，是采用控件来显示，客户端的控件通过直接读取存于数据库服务器中的数据，同时将其显示出来。这种方式明显减少了数据流量，唯一的缺点就是需要开发符合要求的控件。对于数据量大，网络速度难以达到要求的情况下，采用这种方法是一个比较理想的方法。
3远程调试系统主要软件
远程监控软件通常指的是对远程进行远程监控的软件程序，可对监控远程电脑的桌面、文件、和操作记录等内容。当前国内外均开发了不少的远程监控软件，如：NTRsupport 、GoToMyCloud、易通远程屏幕监控软件、网络人远程电脑监控软件、百络网警远程控制软件、QQ、速帮远程协助、远程桌面等。一些是免费的，而另外一些是收费的。这些软件面向的用户各有差异，一般说来能够用于远程监控的软件都可以远程调试。
3.1NTRsupport软件：NTRsupport 是总部位于西班牙巴塞罗那的 NTR Global 公司开发的。NTR Global是一家致力于为企业提供最简单和快捷的远程连接、IT 基础架构管理和客户在线支持解决方案。每天，全球有1.7万个企业在使用 NTRglobal 的按需使用解决方案。
NTRsupport 有以下几大特点：
3.1.1使用起来性能稳定，连接速度快，市场领先的 256 位AES 加密系统保证为客户提供安全专业的远程服务。
3.1.2NTRsupport 高安全性的远程支持服务包括两种 SaaS 版本：托管在 NTRglobal 或在客户自己的服务器上。
3.1.3NTRsupport 与Windows， Mac， Linux 和Pocket PC系统兼容，支持多种浏览器，包括 Internet Explorer， Firefox， 和Netscape Navigator 。
3.1.4提供五种远程控制模式：完全控制，共享型控制，查看模式，系统管理模式，演示模式。
3.1.5跨平台远程支持：不管何种操作系统、设备、浏览器及带宽，都能用同一种解决方案支持所有客户。
3.1.6NTRsupport 是基于网络的，不需要安装任何程序或硬件，操作员或者调试人员就能与客户快速建立连接，完成
相关调试工作。
3.2 易通远程屏幕监控软件：易通远程屏幕监控软件是一套面向公司/机关/学校等企事业单位开发的一套电脑屏幕监控软件。屏幕监控采用了先进的屏幕变化量监控技术，感觉像操作本机一样。可以同时流畅地监控多台计算机屏幕，监控时可以设置自动保存屏幕图像。软件采用了多种安全技术保证软件能安全稳定的工作运行。特点与应用：局域网屏幕监控软件，电脑屏幕监控，远程监控，远程控制，远程桌面控制，电脑远程监控，远程屏幕监控，桌面监控系统，屏幕监控软件，屏幕监视软件。
其特点是：
3.2.1被控端全自动上线：软件采用反向自动连接管理端，被控端自动上线不需要人为添加计算机。
3.2.2流畅而清晰的屏幕画面：屏幕监控采用了先进的屏幕变化量监控技术来保证屏幕监控的实时性，感觉像操作本机一样。
3.2.3同时监控多个被控端屏幕：管理端可同时对多个被控端屏幕进行远程监控，也能保证流畅而清晰的屏幕画面。
3.2.4随时保存当前被控端屏幕图像：屏幕监控过程中，管理员可随时保存当前被控端的屏幕图像。
3.2.5方便的系统控制功能：提供发送消息、远程关机、远程重启、远程注销、远程待机、远程锁定/解锁等系统控制功能。
3.2.6安全稳定的软件运行机制：软件采用了多种安全技术保证软件能安全稳定的工作运行。
3.3 GoToMyCloud软件：GoToMyCloud 是深圳市云舒网络技术有限公司（ 简称云舒） 自主研发的远程控制软件，包含两个客户端：
GoToMyCloud主控端、GoToMyCloud被控端。客户端下载之后易于安装，GoToMyCloud自动启动、安装以及自身配置，无需重新启动。使用 GoToMyCloud对远程电脑进行操作，非常流畅，当连接到远程计算机上，所看到的是计算机屏幕上的实时图像，可以从任何地方即时使用远程计算机上的程序或者文档，GoToMyCloud使用远程计算机犹如操作本地电脑那样方便，鼠标、键盘以及图像都非常流畅，犹如操作本地计算机一样，非常方便。
GoToMyCloud使用先进的安全功能包括 SSL 加密的网站，端对端高级加密标准（AES ）128 位加密的数据流以及键盘、鼠标输入信息；多密码保护，访问代码驻留在主机上，绝不会传送到或存储在 GoToMyCloud的服务器上，其它功能还包括锁定保护，闲置超时保护，主机屏幕消隐以及主机的键盘、鼠标锁定功能。
GoToMyCloud提供 GoToMyCloud的辅助产品：云舒远程硬件开关机卡 CSK300，可以进行电脑远程开机、关机等操作。即使远程电脑处于关机状态，也能让您随时随地开机使用。
通过GoToMyCloud，可以随意自由选择被控电脑，对家庭电脑、办公室电脑、实验室电脑、教室电脑进行远程操作，远程控制，远程调试。
3.4 网络人远程电脑监控软件：网络人远程电脑监控软件（Netman）是一款免费的远程办公、远程电脑监控、远程视频监控软件，输入对方的 IP和密码就能实现远程监控。软件使用 UDP 协议穿透内网，免杀，不用做端口映射，在任何能上网的地方使用本地电脑就能远程控制或远程监控分布于不同地点的多台电脑，如工业过程上位机、办公室电脑等。软件正规合法，通过安全软件认证，不会被杀毒软件查杀，不会影响系统的稳定性。配合网络人开机卡可以实现远程开机。软件还可作为读取器读取定时屏幕录像器、键盘记录器生成的加密文件。
3.4.1实现隐蔽监控：隐藏被控端网络人程序图标及相关提示，被控时不被发觉。
3.4.2远程访问桌面：同步查看远程电脑的屏幕，能使用本地鼠标键盘如操作本机一样操作远程电脑。
3.4.3可对远程电脑屏幕进行拍照或录像，控制端只需点击功能键便可以切换双方身份，应用于远程电脑维护、远程技术支持、远程协助等。
3.4.4远程文件管理：上传、下载文件，远程修改、运行文件，实现连接双方电脑的资源共享，用于远程办公等。
3.4.5远程开启视频摄像头：开启远端电脑摄像头，进行现场工业过程实时监视。
3.4.6远程命令控制：远程开机（需配合使用网络人电脑控制器硬件）、远程关机、远程重启、远程注销、锁定本地或远端电脑的鼠标键盘等。
3.4.7支持来访权限设定：可设定来访人员操作权限、功能权限。
4远程调试系统的操作步骤
远程调试系统的操作步骤比较简单，主要为硬件的安装与配置，软件的安装与操作。在硬件安装与配置方面主要是使先进控制系统的上位机与远程调试客户服务端计算机具有上网功能，这个步骤比较常规，在此不再赘述。
部分远程调试软件不需要任何安装，非常方便与简洁，如 NTRsupport 。对于操作，分为两个部分的操作：先进控制系统上位机侧的操作与远程调试客户服务端侧的操作。下面以NTRsupport 为例，介绍远程调试系统的软件操作步骤。
远程调试客户服务端侧：
步骤1：
在浏览器中输入远程调试服务器网址，如：http：//118.113.166.111/setbox/，出现以下界面。
步骤2：
输入相关的用户名和密码（远程调试服务器运行商申请），并登陆界面。
等候先进控制系统的上位机的调试请求。
步骤3：
当有请求发生了，工作窗口发生变化了。在右下角新增了如下工具条。
首先，只要硬件条件具备，可进行语音对话和视频交互。
其次，可以响应先进控制系统的上位机的要求，对其进行远程控制。请点击工具条上的[远程控制]按钮。注意：有
很多种方式实现与用户的互动，如下图所示：
接着，就可以完全控制先进控制系统的上位机的操作，进行远程调试任务。最后，当调试工作完成后，直接关闭系
统即可。
步骤4：系统设置
为了提高远程调试的响应速度，通过设置不同颜色分辨率。从理论上讲，分辨率越低响应的速度越快。
先进控制系统的上位机侧：
对您的计算机没有过多要求，但必须能上网，否则操作员就无能为力了。操作步骤简单如下：
步骤1：
在浏览器中输入远程调试服务器网址，这个网址和远程调试客户服务端侧输入的网址有所不同。进入服务器网站。
步骤2：
点击，将自动进入 NTR 支持系统（如下图）。如果显示，说明没有远程调试客户服务端在线上，可以离线发送信息给客户服务端。如果希望立刻与客户服务端取得联系，可先打电话要求客户服务端立即上线，只要客户服务端具有上网条件，便会当即响应请求，出现以下界面。
这样就已经与客户服务端建立直接联系了。可以通过文字、语音、视频等方式与客户服务端交流，也可以邀请客户
服务端直接操作上位机。
步骤3：
当客户服务端请求操作上位机，将出现下述的请求申请。
可以选择同意，也可动用否决权。当选择同意时，客户服务端将“亲临现场”操作上位机。
5远程调试系统实时性与安全性
在过程控制远程调试系统中， 影响远程调试实时性主要有以下几个方面[2]：
5.1网络硬件性能：包括网络的拓扑结构、通信媒体、网络接口的传送速率等。
5.2网络的通信协议：括媒体的访问控制方式、网络通信协议的层次结构、传输的可靠性、有无连接控制等。层次结构越简单，系统的实时性就越高。
5.3网络的信息量：也称为网络的负载，是指网络在一定时间内需要传送信息的多少。
5.4实时性与通信子网信道利用率的矛盾性：通信子网信道利用率越低，网络传输中产生碰撞的几率就越低，实时性越高。在工业控制网络中，为了提高系统的实时性，不得不牺牲一部分信道利用率。
基于Internet 的远程调试系统中的实时性问题是一个技术难点，至今没有非常成熟和权威的解决方案。在现有网络技术条件下，基于 Internet 的远程调试并不能完全做到实时调试，它存在一定延时。为了提高整个远程调试系统的实时性，可以从下面几个方面提出改进措施：
5.4.1在网络结构上，采用高速网络，避免因网络硬件原因产生的网络延迟及碰撞。
5.4.2针对实时性要求不同的信息采用不同的调度算法。
5.4.3选择和建立适当的信息交互模式。对于实时性要求较强的数据，可以通过绕过 Web 服务器和实时数据库系统，通过Java 现场服务器，直接在浏览器与数据源之间建立基于 WinSock 面向会话的通讯。这种方案将极大地扩展所能调试的数据范围，使整个系统更加灵活，更好提供系统的实时性，Web 服务器所受到的压力将减轻许多。直接通过Socket 通信，需在浏览器端安装远程操作所需的 ActiveX控件[3]。
对于远程调试技术来说，它的安全威胁主要来自所连接的外部网络。不管系统组网的方式如何，通过网络化的远程通道访问造成的安全威胁总是存在的。
远程调试系统的安全性与计算机网络安全性大体上一致，是指利用网络管理和控制措施，保证在一个网络环境里，信息数据的机密性、安全性及可使用性受到保护。它的主要目标是确保经网络传输的信息，在到达目的地时没有任何增加、改变、丢失或被非法读取。为了对数据进行有效的保护，网络安全策略必须能够覆盖计算机网络系统中存储、传输和处理等各个环节，否则安全策略就不会有效。为了保证远程调试系统的安全性，确保先进控制系统的数据和算法不会被窃取、篡改和攻击，必须采用以下措施：
（1）数据加密：数据加密是保障安全的最基本、最核心的技术措施和基础，就是通过编码的方式将简单明了的数据进行转换，转换成难以阅读的其他格式，只有拥有解密密钥才能将这些转换后的数据还原成可读数据。NTRsupport 采用市场领先的 256位AES 加密系统保证为客户提供安全专业的远程服务。
（2）防火墙技术：防火墙是一类防范措施的总称，它隔离内部网与外部网，但同时又能够识别和抵抗非授权访问的网络安全技术。
（3）访问控制技术：访问控制技术允许用户对其常用的信息库进行适当权利的访问，限制他随意删除、修改或拷贝信息文件。
5.4.4安全协议：整个网络系统的安全强度实际上取决于所使用的安全协议的安全性。安全协议实现身份鉴别、密钥分配、数据加密等安全机制。GoToMyCloud使用先进的 SSL 安全协议。
6远程调试系统的作用与意义
建立远程调试系统的作用是不言而喻的，主要表现在以下几个方面：
6.1远程调试：由于先进控制技术的复杂性，它的调试周期非常长，一般需要 3-6 个月，有些甚至需要 1 年以上。通过先进控制远程调试系统，不论何时、何地工程师都可以对先进控制项目进行调试。
6.2远程教育：利用远程调试系统，先进过程控制工程人员可以实现和用户的远程交流，采用交互式的教学模式，通过实际操作来培训用户，使用户从技术支持专业人员那里学习示例知识变得十分容易。而本科生和研究生也可以利用这种远程调试技术实现教学、培训与指导，学生可以不用出差到工业实际现场，而直接在实验室与教室，就可以了解工业实际对象，观看和参与先进控制的调试、整定与运行情况，提高学生的实践动手能力。
6.3远程维护与协助：先进控制技术调试工程师通过远程调试系统维护先进控制系统，进行配置、安装、维护、监控与管理，解决以往调试工程师必须亲临现场才能解决的问题。大大降低了先进控制系统的维护成本，最大限度减少用户损失，实现高效率、低成本。
6.4远程技术支持：通常，先进控制的远距离技术支持必须依赖工程师和用户之间的电话交流来进行，这种交流既耗时又容易出错。许多用户对先进控制系统知道得很少，然而当遇到问题时，无法描述问题的症状，描述往往不得要领，说不到点子上，这就给先进控制工程师判断故障制造了非常大的障碍。有了远程调试技术，先进控制工程师就可以远程控制用户的上位机，就像直接操作本地电脑一样，只需要用户的简单帮助就可以得到该机器存在的问题的第一手材料，很快就可以找到问题的所在，并加以解决。
远程调试系统的意义在于：
一是高效快捷：无论在外出差，还是正在上班的路上，都可以对先进控制系统进行调试、维护与监视等。因Internet的无处不在，远程调试可以不受地理条件的限制，只要找到与 Internet 网的互联的插口，就可以控制远端的设备，从而真正实现了无处不在的远程调试。由于工业过程对象的复杂性，经常发生工程师到工业现场后，运行状况发生变化，而不具备调试的条件，使得调试难以进行，而使用远程调试系统可以不受该限制。对于教学来说，学生可以同时观看到多个先进控制系统的运行状态，可以自由的进行比较与分析。
二是低成本、低支出：可以减少工程师的出差频率，避免工程师为一点点本来可以远程协助的细小问题忙碌奔波，将大大降低调试的差旅费，缩短开发周期，节省开发、维护费用。
7结论及展望
总之，基于 Internet 的远程调试系统，不仅能够方便先进控制技术的实施与调试，提高工作效率，减少成本消耗，而且对于研究生的动手能力的培养，对先进控制技术的发展有着积极的推动作用。
参考文献
[1]王建新， 杨世凤， 史永江， 童官军. 远程监控技术的发展现状和趋势[J]. 国外电子测量技术， 2005， 122（4）： 9-12
远程控制系论文范文6
关键词：燃气管道阀门 远程控制系统 PLC 应用]
中图分类号：TP273 文献标识码： A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0025-01
随着信息技术的快速发展，传统的人工巡检燃气管道的阀门方式已经逐渐的不能够适应生产发展的需要。通过使用远程通信技术，可以对燃气管道阀门现场采集必要的数据和进行控制，使用PLC技术将相应的信号转接到远程监控平台中，最终实现对阀门的自动控制和故障处理。通过对燃气管道阀门的远程控制，可以有效的提高设备生产的自动化水平，促进企业的安全生产。
1 燃气管道阀门的远程控制的作用
在燃气管道中，由于其运输距离比较大，如果采用手动阀门的方式，当管线在某段中出现故障需要进行切断或者关闭是，需要操作人员到现场进行关断。这样不仅增加了事故的反应时间，同时也对管道的安全产生不良的影响。为了提高燃气管道的运输安全，对燃气管道阀门进行全过程的监控成为了其中的重要措施[1]。通过使用远程控制系统，当管道出现安全故障报警的时候可以在监控系统中将阀门直接切断，有效的降低了管道的切断时间，通过了对事故的处理能力，通过了燃气管道的可靠性和安全性。
随着嵌入式计算的不断发展，控制器的功能也越来越强大，其中具有网络功能的嵌入式控制器在工业生产中得到了广泛的应用，在管道的阀门控制是其中重要的内容。通过使用远程控制系统能够对管道阀门进行有效的调节，从而保障了生产的安全。结合嵌入式技术和无线网络通信技术，基于对燃气管道阀门控制的可靠性和远程控制要求，通过设计并且实现具有远程通信、双电流信号冗余输出以及具有自愈功能的阀门远程控制系统，能够有效的保证生产的可靠运行[2]。无线通信技术能够使控制器和监控系统进行通信，执行监控系统的命令并且对执行结果进行反馈。当阀门控制器同时输出了2路相同的信号时，只要其中一路满足关闭阀门的要求就能够立即执行关闭操作，保证了控制系统的安全运行。系统还能够自主的对网络状态进行诊断，当发现网络发生中断或者异常现象时，可以自主的呼叫上位机，直到网络通信恢复为止。如果阀门控制器在比较长的时间内处于中断或者异常状态，系统将会自动重启应用程序。
2 PLC技术在燃气管道阀门远程控制系统设计中的应用
在管道阀门的远程控制系统设计中，常常利用计算机作为上位机，采用相关的通信协议，从而形成数据采集和监控系统，并且例如相关的通信方式和各阀门下位机进行PLC通信，然后将各个阀门站点的信息传送到监控中心中，从而实现对阀门的远程控制。其具体的工作过程是传感器将检测到的信号通过屏蔽电缆传输到A/D转换模块的输入端，经过信号转换后将相关的数据中传输到数据寄存器供PLC读取。PLC将数据通过GPRS传输到监控中心中，从而完成一次对阀门数据采集[3]。在远程控制中由监控中心发出相关的指令，PLC接收到信号后通过输出端口控制驱动装置来控制阀门的关停。
2.1 上位机设计
在上位机的设计中可以选择技术比较成熟的设备，这样可以通过系统的稳定性，降低系统的研发周期。上位机的软件系统可以用VB语言来设计，从而方便实现需要的监控功能。上位机软件系统包含了通信参数设定模块、数据库模块、安全模块以及阀门控制模块等部分，上位机软件系统不仅能够实现对阀门的控制，而且还考虑到了数据库操作和系统的安全[4]。阀门控制模块是上位机的核心，它可以使上位机对PLC控制装置的远程控制。
2.2 下位机设计
下位机的硬件系统包含了主控单元模块、人机接口模块、数据采集以及控制模块、通信模块等内容，其中主控单元模块是下位机的核心，它是由PLC系统组成。数据采集和控制模块是下位机控制系统的输入和输出部分，能够完成对阀门的各种报警信号以及运行状态进行采集，同时对阀门进行关停控制等。在数据采集模块中，除了一般的采集状态外，还包含了对电机过热、电机缺相、紧急制动状态的采集等，提高了下位机的监控能力。在下位机中不仅可以实现对阀门的远程控制，而且还保留了现场控制功能，可以通过现场操作器来完成[5]。在远程控制系统的通信中，GPRS网络由于覆盖面比较广泛，而且技术成熟、维护成本低、信号稳定等优点，因此可以在计算机和PLC之间进行无线通信，提高了信号的抗干扰能力。
下位机的软件系统主要是采集阀门的运行信号、控制阀门动作以及响应上位机的命令等，为了准确的对阀门进行控制避免虚假报警的情况，系统对输入的信号都进行了数字滤波处理。下位机在对信号分析之后，根据相关的命令来控制阀门的关停动作。当上位机对下位机发出命令的时候，下位机就会进入到中断程序。在这种情形下应当对现场进行保护，读取中断寄存器分析中断的原因。如果是由于接收中断引起的，那么应当置接数据标志并且读取数据，然后释放出缓存，最后恢复现场。
当控制系统的上位机向下位机发出数据请求或者命令的过程中，下位机就会进入中断服务程序中，其在进入中断服务程序之后，首先需要满足对系统的现场保护，然后进行读取中断寄存器中的内容，在读取的过程中进行分析中断并置相应的标志位，如果系统是接收中断，那么置接收数据标志并读取数据，然后释放缓存，最后中断返回，恢复现场。
3 结语
在燃气管道阀门的远程控制系统设计中，通过先进的信息技术和控制技术，使阀门控制系统准确的受到无线通信网络的信号，从而实现监控系统的远程控制，能够实现对阀门的远距离操作，有效的保证了生产的安全。同时在PLC程序中利用阀门的反馈信号，能够实现系统的冗余保护。当发生网络故障时阀门远程控制系统能够通过重启的方式来恢复通信，保障了系统的可靠性。
参考文献
[1] 蒋科峰.浅析燃气管道防腐技术及腐蚀评价[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011（4）：46-47.
[2] 韩小茹.基于PLC技术分析燃气管道阀门远程控制系统的设计[J].科技传播，2014（5）：124-125.
[3] 王艳，李顺义，叶林平.燃气管道阀门加装远程控制系统[J].信息系统工程，2011（7）：79-80.
