系统控制网络范文（精选12篇）
系统控制网络 第1篇
近年来,网络控制系统(NCS)已成为控制理论界和工业应用领域的一个热点问题[1]。一些国际知名期刊相继出版了很多关于NCS的专刊[2,3,4,5,6],NCS也一直是控制、计算、通信、网络等诸多领域内许多国际会议的征文主题之一。针对网络控制系统的综述见文献[7,8,9,10,11]。然而,针对工业过程控制中广泛存在的一类特殊的网络控制系统,网络化串级控制系统(NCCS)[12,13]的分析和综合还有待系统深入的研究。
在网络控制系统和网络化串级控制系统中,采用网络来传输系统中的各种信息,可大大减少系统布线,降低系统成本,便于系统维护,提高系统的灵活性和可靠性。然而,在网络控制系统和网络化串级控制系统的控制回路中插入网络,也给它们的分析和综合带来了新的挑战,使得系统的分析和设计变得异常复杂。文献[14]将NCS中的网络诱导时延分别建模为常数时延、独立分布的时延和 Markov链,并研究了相应的控制器设计问题。文献[15]只考虑了有数据包丢失的NCS,建立了系统的模型并分析了其稳定性。文献[12]仅针对有时延的NCCS建立了系统的闭环模型,没有考虑数据包丢失。
本文提出了广义对象和广义控制器的概念,同时考虑了网络诱导时延和数据包丢失,采用增广状态向量法在离散时间域分别建立了网络控制系统和网络化串级控制系统统一的闭环模型。
2 广义对象和广义控制器
随着仪器仪表的发展,智能化现场设备如传感器、控制器和执行器一般都具有通信能力。在网络控制系统和网络化串级控制系统中,传感器和控制器都具有通信能力。以下分别定义了广义对象和广义控制器。为便于分析,作如下假定:①传感器、控制器、执行器均是时钟驱动的;②网络诱导时延是采样周期的整数倍,随机且有界的;③网络发生丢包的概率是固定的,且最大连续丢包数是1。
2.1 广义对象
广义对象包括被控对象P、传感器S以及发送传感信息的网络N,如图1所示。
考虑连续时间线性时不变对象P,其状态空间方程为:
undefined
采样周期为h,在一个采样周期内对其离散化得其离散时间状态空间方程为:
undefined
式中:Φ=eAh;Γ=∫undefinedeAsdsB。
假定网络诱导时延为ph,p=0,1,,P,数据包在网络上的成功传输率为α,即当数据包成功传输时,α=1;当数据包丢失时,α=0。因此,网络模型可表示为:
w(k)=αy(k-p)+(1-α)y(k-p-1) (3)
联立式(2)和式(3),得到广义对象undefined如下:
undefined
式中:增广状态向量undefined;
讨论:p=0时,如果α=1,则有w(k)=y(k),即广义传感器中无网络,传感器将周期性地采集传感信息直接发送到控制器;如果α=0,则有w(k)=y(k-1),即广义传感器中的网络仅有丢包而无时延。p=1时,如果α=1,则有w(k)=y(k-p),即广义传感器中的网络仅有时延而无丢包;如果α=0,则有w(k)=y(k-p-1),即广义传感器中的网络同时存在时延和丢包。
2.2 广义控制器
在网络控制系统和网络化串级控制系统中,控制器一般都是由计算机在离散时间域实现的。广义控制器包括控制器C和发送控制信息的网络N,如图2所示。
考虑离散时间动态输出反馈控制器C,其状态空间方程为:
假定网络诱导时延为qh,q=0,1,,Q,数据包在网络上的成功传输率为β,即当数据包成功传输时,β=1;当数据包丢失时,β=0。因此,此时网络模型可表示为:
v(k)=βu(k-q)+(1-β)y(k-q-1) (6)
联立式(5)和式(6),得到广义控制器undefined如下:
式中:增广状态向量undefined;
讨论:q=0时,如果β=1,则有v(k)=u(k),即广义控制器中无网络,控制器周期性地将计算出来的控制指令直接发送到执行器;如果β=0,则有v(k)=u(k-1),即广义控制器中的网络仅考虑了丢包。q=1时,如果β=1,则有v(k)=u(k-p),即广义控制器中的网络仅考虑了时延;如果β=0,则有v(k)=u(k-p-1),即广义控制器中的网络同时考虑了时延和丢包。
3 网络控制系统的统一建模
在一个典型的单回路控制系统中,有三个现场设备:传感器、控制器和执行器。传感器安装在现场,和被控对象直接连接,执行器接收控制器的控制指令驱动执行机构改变被控对象的状态。在现场总线控制系统(FCS)中,传感器和执行器具备计算和通信能力,控制器可内置于传感器中,也可内置于执行器中,此时网络的位置存在于控制器和执行器之间,或传感器和控制器之间;而在分散控制系统(DCS)中,控制器一般置于网络上其它的独立节点中,此时网络同时位于控制器和执行器之间,以及传感器和控制器之间。一般的网络控制系统如图3所示。
基于第2部分定义的广义对象和广义控制器,联立式(4)和式(7),得到网络控制系统统一的闭环系统模型为:
所建立的闭环系统模型表明,系统矩阵Ω与采样周期h有关,并取决于p,q,α,β的取值,同时存在时延和数据包丢失的网络控制系统是离散时间线性切换系统。
4 网络化串级控制系统的统一建模
在一个典型的网络化串级控制系统中,有三个现场设备:主变送器、副变送器和执行器。主变送器和主对象直接连接;副变送器和副对象直接连接;执行器接收控制器的控制指令驱动执行机构改变副对象的状态进而改变主对象的状态。由于现场设备都是智能的,具有存储计算功能,可将主控制器和副控制器任意置于这三个现场设备中,因此网络可能存在的位置有:主变送器S1和主控制器C1之间、主控制器C1和副控制器C2之间、副变送器S2和副控制器C2之间、副控制器C2和执行器A之间。一般的网络化串级控制系统的方框图如图4所示[16]。
以下针对图4所示的典型网络化串级控制系统进行分析和建模。基于第2部分提出的广义对象和广义控制器,图4可转化为图5所示的方框图,包括广义主控制器undefined、广义副控制器undefined、广义副对象undefined和广义主对象undefined。
图5中,广义主控制器undefined如图6所示。
考虑主控制器C1是离散时间动态输出反馈控制器,其状态空间方程为:
假定网络诱导时延为p1h,p1=0,1,,P1,数据包在网络上的成功传输率为α1,即,当数据包成功传输时,α1=1;当数据包丢失时,α1=0。此时网络模型可表示为:
联立式(9)和式(10),得到广义主控制器:
undefined
广义副控制器undefined如图7所示。
考虑主控制器C2是离散时间动态输出反馈控制器,其状态空间方程为:
其输入为:
e2(k)=v1(k)-w2(k) (13)
假定网络诱导时延为p2h,p2=0,1,,P2,数据包在网络上的成功传输率为α2,即当数据包成功传输时,α2=1;当数据包丢失时,α2=0。此时,网络模型可表示为:
v2(k)=α2u2(k-p2)+(1-α2)u2(k-p2-1) (14)
联立式(12)～式(14),得到广义副控制器:
广义副对象undefined如图8所示,副对象P2是连续时间线性时不变的,其状态空间方程为:
在一个采样周期h内对式(16)离散化得其离散时间状态空间方程为:
式中:
假定网络诱导时延为q2h,q2=0,1,,Q2,数据包在网络上的成功传输率为β2,即当数据包成功传输时,β2=1;当数据包丢失时,β2=0。因此,网络模型可表示为:
w2(k)=β2y2(k-q2)+(1-β2)y2(k-q2-1) (18)
联立式(17)和式(18),得广义副对象:
广义主对象undefined如图9所示,考虑连续时间线性时不变主对象P1,其状态空间方程为:
在一个采样周期内对其离散化得其离散时间状态空间方程为:
式中:。
假定网络诱导时延为q1h,q1=0,1,,Q1,数据包在网络上的成功传输率为β1,即当数据包成功传输时,β1=1;当数据包丢失时,β1=0。因此,网络模型可表示为:
w1(k)=β1y1(k-q1)+(1-β1)y1(k-q1-1) (22)
联立式(21)和式(22),得广义副对象:
联立式(11)、式(15)、式(19)和式(23),得网络化串级控制系统统一的闭环系统模型为:
ξTk+1=Ω ξTk (24)
式中:ξTk=undefined;
所建立的闭环系统模型表明,系统矩阵Ω不仅与采样周期h有关,还取决于p1,p2,q1,q2,α1,α2,β1,β2的取值。有时延和数据包丢失的网络化串级控制系统是离散时间线性切换系统。
5 结束语
工业控制系统网络化 第2篇
由于控制系统的发展和计算机及网络技术有着紧密的联系。在上世纪五十年代，在控制系统当中就开始应用计算机。而在上世纪六十年代初期，控制系统当中就有着模拟控制被计算机完全替代，这也就是俗称的直接数字控制。到了上世纪七十年代中期之后，由于当时忑微处理器，这使得有着快速发展的时期在计算机控制系统当中，由于这一时期的计算机控制系统在进行分散控制的时候采用多台微处理器，并且集中管理则是通过数据信息网络来实现，这时候也被称为集散控制系统。在上世纪八十年代之后，通过对微处理器以及一些外围线路的利用，从而使得模拟仪表被数字式仪表所代替，这种控制方式的采纳，使得整个系统的控制精度和控制的灵活性得到显著的提高，并且由于系统当中是使用多回路的巡回采样及控制技术，这就使得和传统模拟仪表相比，其有着的性价比比较高。在八十年代中后期这一阶段，在面临着日益复杂的工业系统，这就使得进一步增多回路控制，单一的控制系统在面临着现场生产控制要求以及生产工作的管理要求则不能够满足，并且在这一阶段有着很大的`提高在微机和中小型计算机的性价比。所以，大量的进行应用微机和中小型计算机两者共同作用下的分层控制系统当中。而进入九十年代之后，该阶段计算机网络技术得以迅猛发展，这使得计算机控制系统也得到更迅速的发展，并且系统的可维护性和可靠性得到显著的提高，如今计算机控制系统依然在工业控制领域占据着明显的主导地位，可是由于显现出的封闭性、所需要的费用比较高以及进行布线比较复杂，这使得有着很大的困难在进行不同厂家产品的集成上。而在上世纪八十年代后期以来，由于出现大规模集成电路的大发展，现场设备智能化趋势增强，这样就积极的需求能够通过一根通信电缆，就能够将具有统一通信协议通信接口的现场设备技能型连接，而设备层所传递的是数字信号，而不是传统之前的I/O信号，这也就是俗称的现场总线。由于现场总线将网络控制系统当中的自身开放性和可靠性问题进行了解决，这使得计算机控制系统的发展趋势是现场总线技术。自从现场总线技术提出之后，一些发达的工业国家以及跨国工业公司都退出自己的现场总线标准和相关产品。
二、现场总线技术的研究现状
为了对计算机控制系统当中的技术瓶颈进行克服，更加适合现场需要，这时候就应运而生现场总线技术，其实质性的内容就是通过现场只能设备和自动化控制设计使用多借点、数字式以及双向串行通信网络连接，这也就是现场底层设备控制网络。由于控制网络所直接面向的对象是生产过程，这是和Internet、Intranet等类型的信息网络有着本质上的区别，所以要对的可用性、可靠性、资料完整性和实时性比较高。为了对这些特性进行满足，则必须将标准的网络协议进行简化，使得其中的一些中间层进行省略。只是应用层、数据链路层和物理层这三个层次。
在进行现场总线的发展初期阶段，各个公司都有着自己的现场总线协议的提出。为了对如此混乱的局面进行解决，在12月31日通过投票，IEC确定了国际现场总线标准，而之后在此基础上所形成的新的现场总线控制系统，其中糅合了智能仪表、自动控制技术、数字通信技术、网络技术以及计算机技术等多种技术手段，并且做到了从根本上突破以往的传统点对点模拟信号或者是数字，解决了以往模拟信号控制所具备的局限性，这使得新构成的通信和控制系统具有多接点、互连、智能、全分散、多变量、双向以及全数字化。并且有着比较大的变化在相对应的控制网络结构当中。其典型结构分为3层：设备层、控制层和信息层。
三、现场总线技术存在的问题
虽然这些年有着非常迅速的发展在现场总线技术上，可是在应用过程当中也面临着诸多的问题，并且随着应用范围的扩大，其制约范围也呈现进一步扩大的趋势，其问题主要总结为以下几点：
首先在进行选择现场总线上。即使目前IEC组织已经达成国际总线标准，可是在现实过程当中总线种类依然显得过多，所有的现场总线都有着最合适的应用领域，对于客户来说，依然比较棘手的是实际的客观情况按照应用对象，通过各种不同层次的现场总线组合进行使用，这样使得系统的各个部分都能够做到最合适的现场总线的选择。
其次是系统的集成问题。在及时的应用过程当中，一般在一个系统的现场总线都会有多种形式的采用，所以必须做到无缝集成在工业控制网络和数据网络之间实现，其关键环节就是管控一体化在整个系统当中实现。在设计网络布局的时候，现场总线系统要对各现场节点距离进行考虑，还应该对现场节点的功能关系和网络上信息的流动情况等情况进行考虑。而现实情况是智能化的现场仪表有着很强的功能性，所以就会有着相同的功能块在许多仪表当中，要仔细考虑哪个功能块在组态时选用，并且要最小化在网络当中的信息流动上。并且有着很重要的是组态通信参数，要做好平衡在系统的实时性与网络效率两者之间。
最后存在着技术瓶颈。在系统当中存在着技术瓶颈主要体现在：一方面当总线电缆截断时，整个系统有可能瘫痪。用户希望这时系统的效能可以降低，但不能崩溃，这一点目前许多现场总线不能保证;另一方面系统组态参数过分复杂。现场总线的组态。参数很多，不容易掌握，但组态参数设定得好坏，对系统性能影响很大。
四、结束语
谈网络远程控制系统的研究现状 第3篇
关键词 网络 远程控制 计算机 客户端 TCP协议
中图分类号：TP393 文献标识码：A
1远程控制简介
1.1远程控制的定义
从字面意义上来理解远程控制，是指在不近的距离范围来进行控制。监测和控制的对象是一个物理系统，如电力，生产线，水电站等，他们是由计算机系统控制来管理和执行的，因此远程控制是由监控计算机系统来操作的。准确理解，远程控制是本地计算机系统通过网络（尤其是Internet）的远程控制和控制系统，如基于Internet的远程控制系统是指以互联网为控制系统的通信平台。考虑到远程控制系统领域的对象，需要完整的远程监测应考虑以下几点：第一，保证实时性，即在有限的时间里正确的数据传输，处理，大多数的控制系统是一个实时系统，实时性的要求是特别重要的。二是可靠性和容错性，这是在系统出现故障的情况下，可以自动或半自动（人工干预的需要）采取相应的措施，确保系统正常运行。
1.2远程控制的模式
使用客户端/服务器的远程控制功能模式，由客户端和服务器端两部分组成。监控计算机系统在服务器模式运行，用来监控客户端。客户端主要负责请求将信息给服务器，把来自服务器发送的信息重新在本地实时显示，或向服务器端发送控制命令。服务器主要负责响应客户端的请求并发送信息。服务器程序放置在控制计算机中，客户程序安装在控制终端中。服务器程序启动，远程计算机上安装网络服务器的客户端一直搜索。然后，联系客户连接服务器，两个PC连接被建立，它可以通过互联网络协议TCP / IP被远程控制。
2网络远程控制系统的研究现状
随着互联网技术的迅速发展，远程控制技术已经日臻完善。首先，远程控制功能的PC用户可以访问台式机硬盘的信息，在你离开办公室的时候，甚至可以通过企业的网络资源访问台式机。今天，许多企业和零售商贩利用远程控制的功能作为一种有效的技术支持工具，如网络管理员利用软件对局域网进行管理，企业可以随时提取数据和信息。但最重要的远程控制技术是远程控制技术在工业控制中的应用。
随着网络和工业控制技术的迅速发展，带来了对控制技术的飞跃提升。国内外积极开展远程控制的应用研究，并取得了良好的效果。如等离子体物理研究所，中国科学院研制出了HT-7超导托卡马克装置。整个系统采用不同类型的计算机，操作系统也不同，能够满足实验控制系统的特殊要求，控制计算机各子系统在不同的实验场所，可以实现实时控制，并且可以和相距甚远的实验场所之间实现大量数据传输。为实现对保护系统的实时监测和诊断，系统在交换网络技术的基础上还采用了快速以太网。基于Socket网络编程的TCP / IP协议使用（如图1所示，是TCP协议中连接建立的过程图解），不仅实现了数据共享，还具有高速、可靠的数据传输的优点，而且系统具有简单，易于升级，性价比非常高。
到目前为止，基于国内互联网远程控制有不同程度的研究。相对而言，对于信息技术和计算机的发展，西方国家对于基于Internet的远程控制技术研究较早。由于因特网的迅速发展，国内也在近几年开始积极研究。国内基于Internet远程机器人控制的研究相对于其他地区和国外相对较晚，但也有一些不俗的研究成果。如美国伯克大学通过Internet远程控制技术研制了工业机器人的手臂来种植花卉。哈尔滨工业大学开发的网络机器人控制系统，用户可以查看传输机械臂上的摄像机图像，这使得园艺工作变得非常简单，如花卉种植，浇水等。
基于网络的客户机服务器模式的网络机器人控制系统，可以通过网络发送的命令和控制用摄像头来监控网站。目前，由于网络基础设施尚不完善，因此，大量图像监控的数据传输时间太长。即使使用数据压缩技术，仍然有大量的数据传输，远程控制的延迟时间非常长。此外，这类系统的网络模型通常使用客户机服务器模式，远程控制功能太简单，只有一些简单的指令，并不能达到所要求的复杂逻辑处理。
参考文献
[1] 单长虹.计算機远程控制技术研究[D]. 武汉大学，2004.
[2] 李新林.基于WEB的网络管理技术研究与实现[D]. 南京航空航天大学，2002.
网络系统集成的质量控制 第4篇
网络系统集成是在网络系统工程方法的指导下, 根据网络应用的需求, 将网络硬件设备、系统软件和应用软件等产品和技术, 系统性地集合在一起, 成为满足用户需求的、较高性价比的计算机网络系统。
网络系统集成可分成若干阶段:需求分析、技术方案设计、产品选型、网络工程经费预算、综合布线系统与网络工程施工、应用软件平台配置、网络系统测试、网络技术支持、网络应用和技术培训、网络工程的验收。每个阶段的质量控制都很重要, 关系到随后各阶段实施的效果, 最终影响到整个系统的效能。
一、质量控制的总体原则
(一) 事前控制原则
网络系统建设是一个高技术、高投入的建设过程, 任何由于质量问题引起的工程变更必然产生巨大的投资浪费和工期拖延。所以, 在集成过程中应该始终坚持质量的事前控制原则。坚持事前控制原则的关键在于准确了解用户需求, 科学地进行网络系统设计。
(二) 标准化原则
经过国内外信息领域研究者的长期不懈的努力, 信息领域已经形成一系列的标准, 总的来说, 信息领域的标准可以分为:信息技术标准和信息管理标准, 其中信息技术标准阐述了信息产品或系统所应该遵循的技术规范, 而信息管理标准则规定了信息产品或系统设计、实现和维护过程中所应该遵循的行为规范。这些标准为我们建设高质量的网络系统提供了科学的依据。因此, 在网络系统集成过程中, 应该根据网络系统的特点, 遵循有关国内外的相关标准进行系统集成, 保证集成过程的科学性。
(三) 阶段性控制原则
网络系统集成需要根据用户的具体需求, 系统地设计和实现网络系统, 因此, 它是一个创新的过程。由于网络系统集成的过程性, 这就决定了网络系统的质量控制应该是阶段性的, 不可能一蹴而就。换句话说, 网络系统集成的质量控制应该分阶段实施;应该根据系统的质量总目标形成各个工程阶段的质量目标和具体的质量控制措施, 通过实现各阶段的质量目标来完成整个系统的质量目标。
(四) 定性测试和量化测试相结合的原则
根据GJB9001A的有关要求, 质量目标应该是可以验证的。由于网络系统特殊性, 绝大多数的验证过程是无损的, 应该大力提倡使用网络系统的验证手段来保证网络系统的质量, 测试是网络系统验证的重要手段之一。笼统地说, 网络系统测试可以分为定性测试和量化测试。定性测试主要用于系统的功能测试, 而量化测试主要用于系统的性能测试, 两种手段可从不同角度反映网络系统的质量。
(五) 用户需求符合性原则
衡量网络系统质量的一个重要尺度是用户需求的符合程度。建成的网络系统应该符合用户的业务功能需求、性能要求和使用习惯要求等。检验用户需求符合度的主要方法是科学的测试, 可以通过测试手段来判定用户需求的符合程度。
二、设计阶段的质量控制
(一) 全面系统地了解用户需求
定义清晰的用户需求是整个系统成败的关键。应该采用科学的方法从事用户需求的调查, 这种需求调查不仅应该包括单位管理者和系统维护者意见, 而且应该包括最终用户 (内部用户、外部用户) 的意见, 从而保证用户需求的完整性;同时为了保证用户需求的准确性, 用户需求的制定过程应该使用迭代的方式, 通过反复征询用户的意见, 逐步完善用户需求。
(二) 充分讨论系统设计方案
系统设计方案描述了被建系统的抽象模型, 因此设计方案的科学性和合理性对被建系统的质量具有极其重要的影响。
因此, 系统设计方案应该与系统集成部门、质量监理部门充分讨论, 提高系统设计的质量。其中, 系统设计过程中应该注意:用户需求的符合性、技术成熟性和先进性、系统的安全性、系统的可扩展性、所选产品的质量符合性、法律法规的符合性等。
(三) 设计完整的系统验证方案
在系统设计阶段, 应该根据用户需求书和系统设计方案, 制定完整的系统验证方案。网络系统的验证方法主要包括:模拟仿真的方法和测试的方法。目前, 对于网络系统的设计已经具有一些成熟的仿真平台, 可以参照使用;测试一种普遍采用的质量验证方法, 但设计现场测试方案时应充分考虑用户需求的符合性。
(四) 确定可行的质量控制方案
为了保证系统实施的质量, 应该依据系统设计方案制定一套可行的系统质量控制方案, 以便有效地指导系统实施过程。该质量控制方案应该确定系统实施各个阶段的质量控制目标、控制措施、工程质量问题的处理流程、系统实施人员的职责要求等。
之间路径的长度, 就等于该路径所包含的两条边的参照距离值之差。基于上述考虑, 对式 (1) 中的公交网络二部图模型进行如下扩展:
其中, R, S, E符号意义同前;W为边的权值集合;L为边的参照距离值集合。
对于一个实际的公交网络, 可以按以下步骤生成一个二部图:
(1) 将校园网络中的所有线路 (不区分上下行) 加入顶点集合;
(2) 将校园网络中的所有站点加入顶点集合对于分别属于两条不同线路但又相邻很近的停留点, 可根据一定原则合并为同一顶点[3];
(3) 如果一条公交线路经过某些停留点, 则在此线路顶点和这些停留点顶点之间连接一条无向边;
(4) 令所有边的权值等于1, 这一权值不代表任何实际距离, 只是为了在路径搜索中计算变换次数;
(5) 根据一条线路包含站点的次序, 依次赋予每条边一个参照距离值, 对于该条线路上的起始站点, 参照距离值等于0, 其余站点连接边的参照距离值等于该站点到起始站点的距离。
3算例分析
在前述算法设计的基础上, 用Matlab编制了数字化校园网络路径搜索仿真程序, 验证数字化校园二部图模型, 示例数字化校园网络中共有n=50个驻留点, m=49条路径分别用不同线型表示, 如图2所示。为简便起见, 假定相邻两驻留点间的距离均为相等值。
通过分析计算结果可以看出, 算法能够以变换次数最少和距离较短为目标, 搜索出数字化校园网络中两点间的多条可行路径, 且算法生成的最佳路径, 与一般用户的选择方案选择行为较为符合。
4结语
采用二部图模型描述数字化校园路径网络, 将线路抽象为图中一类特殊的顶点, 对图论中普通的最短路搜索算法稍加改造, 即可搜索到变换次数最少且距离较短的合理出行路径, 避免了采用有向赋权图描述模型时变换乘识别的困难。在此基础上进一步研究了校园网络多条备选路径的搜索算法, 不局限于只提供单一的路径方案, 使研究成果更具实用
参考文献
[1]闫小勇, 尚艳亮.基于二部图模型的公交网络路径搜索算法[J].计算机工程与应用.2010, 46 (5) :246-248.
[2]杨新苗, 马文腾.基于GIS的公交乘客出行路径选择模型[J].东南大学学报:自然科学版.2000, 30 (6) :87-91.[3]鲍江宏, 关毅璋.基于矩阵运算的公交查询高效算法[J].计算机工程与应用.2008, 44 (10) :198-200.
[4]侯刚, 周宽久.基于换乘次数最少的公交网络最优路径模型研究[J].计算机技术与发展.2008, 18 (1) :44-47.
[5]闫小勇, 牛学勤.公交网络多路径选择启发式算法研究[J].城市交通.2005, 3
(五) 形成表述规范的设计文档
为了保证系统实施的可操作性和系统的可维护性, 设计文档应该采用规范的表述形式。例如:我们可以采用标准建模语言U M L (U n i f i e d M o d e l i n g Lan guag e) 描述软件设计方案, 利用甘特图 (Gantt Chart) 描述工程进度安排等。
三、实施阶段的质量控制
(一) 慎重选择系统分包商
网络系统实施过程的分包是非常常见的。由于工程的任何部分都会对整个系统的质量产生影响, 应该慎重选择分包商, 尽量选择具有相应工程资质、丰富工程经验、有技术保障的分包商。
(二) 遵循科学的实施流程和技术要求
系统实施过程应该遵循科学的流程和有关技术要求, 坚持按照标准的实施流程完成系统的建设。系统实施流程应只与系统的需求和类型相关, 不能因人而异。例如:网络设备选型时, 应当有事实数据来评估每种设备的性能指标是否满足网络系统的设计要求。
(三) 合理进行阶段性测试
系统实施的各个阶段应该遵照质量控制方案的要求, 分阶段地进行系统测试, 逐步地实现质量控制目标。例如:综合布线系统施工过程中, 应该及时利用网络测试仪测定线路质量, 及早发现并解决质量问题。
四、结语
计算机网络已成现代社会的基础设施, 其本身的复杂性构成对系统质量的挑战。在网络系统集成应把握各阶段的质量控制, 才能实现整个系统的效能。
摘要：网络系统集成是在网络系统工程方法的指导下, 根据网络应用的需求, 将网络硬件设备、系统软件和应用软件等产品和技术, 系统性地集合在一起, 成为满足用户需求的、较高性价比的计算机网络系统。本文阐述了网络系统集成中质量控制的基本原则、实施要点。
关键词：网络,系统集成,质量控制
参考文献
[1]杨卫东.网络系统集成与工程设计[M].北京:科学出版社.2002.04
基于E5122的家庭网络控制系统 第5篇
摘要：对家庭控制的系统方案、系统组成、硬件配置、软件设计、工作原理、功能以及技术性能进行论述。该系统通过单片机采集数据，通过网络协议处理器将数据打包成以太网协议包，发送到以太网上，从而实现基于以太网的远程控制。
关键词：E5122以太网控制系统RTL8019AS
引言
随着信息技术、计算机网络技术的迅猛发展和广泛普及，越来越多的家庭通过Internet或Intranet来获得信息和资讯。作为现代化的智能化住宅小区，向社区内的广大住户提供宽带多媒体综合信息资讯服务，是智能化住宅的重要体现，也是信息社会发展的客观需要。建设部住宅产业办公室提出了我国住宅智能化的概念，即住宅小区智能化是利用4C(计算机、通信、网络、自控、IC卡)技术真正实现远程家庭的智能控制，通过有效的传输网络,将远程信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成,为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段,以期实现快捷高效的超值服务管理,提供安全舒适的家居环境。
1系统简介
家庭智能控制系统的开发基于短信息技术、自动控制技术、计算机技术、数字通信技术及加密技术。系统利用相关的网络、计算机系统和控制器，以无线网络和有线网络为基本控制指令和数据信息传送方式，实现手机无线遥控和数据传送。通过专设的短信控制中心和服务中心，为家庭和小区管理提供全方位的数字化服务。家庭智能控制系统具有手机远程控制、自动报警、呼叫社区服务、物业管理等功能，还可以根据用户群的需要向生活连网服务、智能办公等方向无限扩展。
设备接入Internet/Intranet网，原则上讲，只要实现TCP/IP网络协议就可以。TCP/IP协议及其应用是一项复杂的系统工程。该协议的建立经过了缜密的设计过程，全套协议的实现是比较复杂的。在嵌入式系统中，实现该协议有一定的难度。在实际的应用中，如果要完全实现该协议，比较合理的方案是直接利用集成的TCP/lP协议的芯片，将系统中央控制单元和TCP/IP协议处理单元进行分离。
另一方面，实现其它几个方案中，可以对原有的TCP/IP进行精简，保留实际应用系统所需要的一些协议，使得核心芯片既能实现网络的数据传输，又可以完成监控任务。对原有的TCP/IP协议迸行精简，可以大大减轻系统实现的难度，并提高系统的效率和可靠性。
图1
2系统工作原理
该系统的原理框图如图1所示。
家庭中的三表度数作为采集信号，通过采样保持电路处理以后，送入单片机进行处理。单片机把数据通过串口送入E5122网络协议处理器中进行打包处理，将数据打包成TCP/IP协议包，该数据包通过RTL8019AS以太网控制器发送到以太网上。采用CPLD芯片EPM7128S作为译码和驱动电路。在本应用场合，家庭用户终端对数据交换的速率要求不高，在1MB/s以下。所以可以采用一般的高速单片机，写入TCP/IP协议，这样既可以满足要求，价格又能让用户接受。
3芯片介绍
(1)网络接口控制器RTL8019AS
RTL8019AS是Realtek公司高集成度的专用以太网接口芯片，支持EthernetII、IEEE802.3、10Base5、10Base2、10BaseT，支持UTP、AUI&BNC、PnP自动探测模式，并且内嵌16KBSRAM用于收发缓冲，降低了对主处理器的速度要求。支持8位、16位数据总线模式;支持跳线、无跳线模式;有全双工的通信接口，可以通过交换机在双绞线上同时发送和接收数据，使带宽从10M增加到20M，是用来进行以太网通信的理想芯片。
RTL8019AS有3种工作方式：
①跳线方式，网卡的I/O和中断由跳线决定;
②即插即用方式，由软件进行自动配置plugandplay;
③免跳线方式，网卡的I/O和中断由外接的93C46里的内容决定。
网卡使用哪种方式由RTL8019AS的第65脚JP决定。65脚JP为高电平时(接到VCC或通过一个10kΩ的电阻上拉)使用跳线方式;RTL8019AS引脚悬空时，输入状态为低电平(其它引脚也是这样，悬空的输入脚电平为低电平，里面有一个100kΩ的下拉电阻)。64脚AUI，该引脚决定使用AUI还是BNC接口。我们用的网卡接口一般是BNC的，很少用AUI。BNC接口方式支持8线双绞或同轴电缆。高电平时使用AUI接口，悬空为低电平，使用BNC接口。IOCS16B引脚用电阻下拉为低电平，选择8位数据总线模式，省去BROM模块，只需8根数据线SD0~SD7。基地址选择引脚IOS3、IOS2、IOS1、IOS0空接为低电平。因为芯片内部都接有下拉电阻，此时I/O基地址为300H，所以地址线SA8、SA9接高电平。又因为寄存器的地址偏移量为00H~1FH共32个，所以只用了地址线SA0~SA4，其余地址线接地即可。芯片的中断线由IRQS2、IRQS1、IRQS0决定，全部空接时中断线为INT0，8根中断线7根空接。SMEMRB和SMEMWB引脚决定网络接口类型时，10BaseT、10Base2或10Base5采用悬空方式时为低电平。即为自动选择方式。AUI引脚决定使用AUI还是BNC接口，悬空时为低电平。使用BNC接口，支持双绞线或同轴电缆，所使用的引脚有：TPIN+、TPIN-、TPOUT+、TPOUT-，接入网卡耦合隔离变压器中，利用RJ45插头实现与网络的连接。
(2)TCP/IP协议解析芯片E5122
E5
122是上海精致科技公司研制的飞虹系列网络协议处理器。外部晶振22.1184MHz，工作电压5V。以硬件实现TCP/IP协议，提供API接口，极大地方便了使用，由外部集成RAM。对用户端以I2C协议或RS-232接口方式进行通信，通信接口支持带I2C接口MPU，为不带I2C接口MPU提供I2C驱动程序。E5122与网络的接口为以太网接口，通过以太网控制芯片RTL8019连接到以太网。串行速率最大达115.2Kbps，达到真正实时传送。
E5122是完成TCP/IP协议的专用芯片，用以实现以太网和串口之间的协议转换。可以为串口设备提供完善的网络通信解决方案，只需外接MPU。本系统采用的MPU型号是：89C52单片机。单片机程序中，只需要简单调用API函数即可实现。E5122结构如图2所示。设备做为服务器端，即首次连接网络时，客户机端主动请求连接服务器端作为被动端监听，并接收连接的局域网内连网接收远端客户的主动查询访问，并将设备信息返回给客户;同样，还可以作为客户机主动和局域网内，或Internet上的主机进行通信。E5122芯片外部使用32KBRAM，用来作为以太网数据缓冲，使用256字节(最少为256字节)的串行EEPROM(I2C总线接口)存储系统参数。用户通过串口与E5122连接实现通信。E5122完成TCP/IP协议和串口通信协议。支持普通串口和用户设备进行交互，通过外接RTL8019AS以太网控制芯片来实现网络连接。
当系统初次运行时，E5122会对RTL8019AS进行初始化工作，并设置其工作模式以及中断源等。
当RTL8019AS接收到数据时，会触发E5122中断。此时E5122通过A8~A13和A15来选择RTL8019AS的寄存器地址和存储器地址，控制和实现数据的读取。当有数据通过E5122发送给RTL8019AS时，通过地址线设置RTL8019AS相应寄存器进行数据发送。
4硬件电路设计
在具体使用中，由于单片机本身的限制，进行了一系列的简化设计。采用跳线工作方式，JP引脚接高电平;E5122与RTL8019AS接口用于传输网络数据。
当系统初次运行时，E5122会对RTL8019AS进行初始化工作，设置RTL8019AS的工作模式以及设置中断源等。当RTL8019AS接收到数据时，会触发E5122中断，此时E5122通过A8~A13和A15来选择RTL8019AS的寄存器地址和存储器地址，控制和实现数据的读取。
当有数据通过E5122发送给RTL8019AS时，通过地址线设置RTL8019AS相应的寄存器进行数据发送。
接口电路图如图3所示。
5应用中的几个技术问题
在系统的实际应用过程中，要注意以下几个问题。
(1)传输速度
在系统中，上位PC机与下位测控设备之间数据交换的速度，取决于以太网接口模块的传输速度。而以太网模块的传输速度取决于以太网接口芯片的速度、单片机的处理速度，以及和设备交换数据的方式。
在一般的测控系统中，要传送的仅仅是控制命令和测量数据，数据量不大。模块与测控设备之间采用RS-232、RS-485、CAN等串口方式连接，其通信速率仅几十kb/s或上百kb/s。这时以太网接口芯片的速度(10Mb/s)和微处理器的速度就远大于串口通信速度。因此传输速率主要就取决于串口的通信速率。
当要传送的数据速率要求很高时(如图像)，它与测控设备之间就不能再采用串口连接，而必须采用并口连接，这时传输速率就取决于微处理器的处理速度。此时，要选用一些高速的单片机，如P89C52RX系列或SX系列等单片机。
(2)IP地址
以太网测控系统中，测控设备通过该模块进入以太网，就必须确定自己的IP地址。IP地址的获得有两种方式：有动态获得IP地址和固定分配IP地址。由于E5122不支持RARP反向地址解析协议，因此无法获得动态IP地址，只能使用固定IP地址。
(3)安全控制
在小型封闭的局域网中进行测控，安全问题不大，但在广域网甚至因特网上进行测控，安全控制就至关紧要。为此，采用48~128位的用户密码来保护测控设备的安全。合法用户可以修改、设定自己的密码。网络非法用户即使窃取了IP地址，没有用户密码，也无法操作设备。
(4)实时性问题
测控系统在很多场合都要强调它的实时性，但以太网不是一个实时系统。由于它的`载波侦听碰撞检测(CSMA/CD)通信方式，决定了以太网中IP包的传输会有延迟，甚至丢包，这是利用以太网组成分布式测控系统最大的缺点。但是，现在以太网的速度越来越快，百兆网甚至千兆网，或在一些小型封闭的局域网中，网络的繁忙程度大为减轻，IP包几乎没有碰撞，传输延迟、丢包现象就大大减小，不会影响测控系统的正常工作。同时，在系统的网络层之上，可增加应答协议，丢包的问题就可基本克服。
(5)连接方式
该模块有两个插座：一个是RJ-45插座，可用双绞线直接连接到以太网;另一个是25脚插座，内含RS-232或RS-485总线接口。
结语
网络环境下会计信息系统的内部控制 第6篇
计算机网络技术、数据库技术、多媒体技术等IT技术现在、将来都在不断改变会计这一职业的传统，在重新赋予会计新的内涵的同时，各种新的管理思想也在改变着会计管理的内容和会计人员的工作。在这种背景下，会计人员需要不断更新自我的会计理论知识和会计技能。目前网络财务正处于研究和不断完善阶段。
一、 网络环境下会计信息系统的发展
伴随着计算机信息时代的到来，会计信心系统也在企业的财务管理中得到了普及和推广，因此为了让公司更好地发展和跟上时代的脚步，也为了企业在这个竞争巨大的市场下能把财务信息系统顺利的走上自动化，快速化，同时把大量的劳动力从繁重复杂的原始和传统的手工操作中解放出来，提高大家的工作效率，减小工作压力和工作强度，所以一定要通过计算机的手段和会计管理系统实现信息的现代化。
二、会计信息系统在企业管理信息系统中的作用和地位
会计信息系统是企业管理信息系统中处于非常重要的地位，他是企业管理系统中的重要的子系统。会计信息使得企业的生产、管理和决策中的信息，在现代企业的管理中起着非常重要的作用。会计信息系统是企业信息系统中占有重要地位的一个子系统。会计信息系统在企业管理信息中的重要地位，是由它本身的特点决定的。
网络环境下会计信息系统的内部控制的必要性
企业会计的核算和管理在网络的环境下都发生了巨大的变化，这个变化对企业内部的会计信息系统造成了巨大的冲击，原来的控制形式已经再也不能满足在网络环境下产生的需求了，而企业内部对财务的控制既关系到企业资产的安全和完整还关系到会计信息系统对企业经济活动反映的正确性、安全性、可靠性。
如果企业想要实现最初制定的目标就必须建立与网络环境相适应的会计信息控制系统提醒，只有这样才能充分保障企业的健康有序的发展。
第一，网络会计信息系统是企业的交易和相关的作用都必须要依赖计算机，因此会计信息系统的控制好坏必然将对企业的运营和发展造成重要的影响，因为会计信息被记录到了磁盘或者其他的介质中，就失去了原有的直观。在此同时，信息系统相对于人工来讲，透明度会大大提高，数据也变得更加的安全，因为保密对企业来说是非常之重要的。
第二，网络系统中的数据处理是在一个封闭的系统中进行，数据运行和处理完全都是取决于计算机的程序和硬件的。会计人员根本不会也不能参加到具体的运行控制当中。
第三，会计信息系统在网络环境下会变得非常的特殊，会计信息系统中设置了明确的权限分工，这样不但确保了系统运用提高财务信息的安全性，还可以对财务工作的各个环节做到最大化的控制，从而降低企业财务保密的风险程度，网络的应用会使得以前对内部控制依赖性大大的减弱，几乎失去了效用。所以要有效的利用网络系统来帮助企业的财务工作，就必须建立既适合企业也适合网络操作的会计信息系统，这样才能对企业的财务进行有效的控制，完善财务运作系统。
第四，随着会计电算化在实际工作中的广泛运用，企业的管理部门会对计算的依赖变得越来越大，企业的各种数据和制定的报表都要一开计算机来完成，所以，想要数据是正确的就必须控制这些会计信心的产生是正确的，只有保证了信息的正确和可靠才能减少或者是预防计算机出现的错误几率，但是目前而言我国国内对于内部控制的研究大多数还是处于传统的手工会计阶段。 因此，研究网络环境的会计信息系统内部控制的研究 具有一定的现实意义
基于网络环境下会计信息系统内部控制的加强与完善
基于网络环境下，会计信息系统不断提高财务会计的管理水平和工作效率。通过网络，金融活动越发的频繁，单位内部的财务活动和跟单位外部的财务活动高效化、实时化、并对单位的经济运作， 财务往来，要实现会计运算的准确和全面的控制，从而实现财务的动态管理，摒弃过去传统的静态管理才能最大限度的提高企业的整体效益。
（一）完善风险管理机制
建立一套完善的风险管理机制：第一，需要建立正确的网络信息制和相应的政策；第二，要定期对网络系统的安全制度和安全政策进行有效的评价；最后，要树立风险意识，建立健全预算及其责任控制。针对企业可能出现的风险，可以设立风险评估部门或者岗位，对风险进行规避和控制，以免造成不必要的浪费。
（二）完善监督管理机制
当前的法律法规呈现出一定的滞后性。因此，我们要完善法律法规。不仅对原有的法律法规进行补充和规范，再此基础之上，还应该加其配套的法律法规的建立，对计算机辅助审计技术和软件进行升级，加强企业审计算专业人才的培训。
（三）加强会计信息系统的安全控制
1、 系统硬件安全控制。
如果要保持网络会计系统的安全性，第一，要做好定期的对计算机网络设备进行检查和维护，并且要及时的排除计算机存在的各种风险隐患。第二，注意电子设备的更新换代，及时淘汰落后了的机器设备，从而保证会计信息的快速高效和准确性。
系统软件的安全控制。
要想做到会计信息的高正确率就必须对所运行的软件进行定期的检查和更新，同时保证各个运行模块的的及时升级。还要定期的做好数据备份和数据的管理以防止非法访问所造成的数据丢失或者系统错误。
网络病毒防护。
网络会计信息系统虽然高效，方便，实用但是他有一个弊端就是网络会有病毒侵袭的问题，所以必须注意防范，第一，在硬件方面要采用贩毒的芯片或者是卡。第二，要防止第三方访问带来的病毒，所以对外来的访问一定要经过严格仔细的审查，进行杀毒之后方可接受。
（四）建立良好的信息沟通系统
第一， 信息化战略性计划应当与公司的整体战略紧密相关。
第二，各个部门的工作人员要根据系统的要求严格审核使用者信息，还要收集工作人员的各种资料，并进行后续的加工处理，从而督促工作人员认真负责的履行自己的职责。
第三, 通过内部控制框架的构建, 完善公司的法人治理结构, 建立健全会计及相关信息的报告负责制度。
强调“软控制”与人的重要性。
第一，要想有效的利用网络会计信息系统，就必须建立一个良好的控制系统，在这个工作中，每一个工作人员都要明白自己在系统中的责任。只有清楚了自己的义务和权限才能更好地做好自己的本质工作，同时，要想利用会计信息系统来完成企业的内部财务工作，各个部门的工作人员都要相互理解和协调，然后团结在一起，共同的遵循系统的规则，相互探讨系统运用中德问题，不断的完善，最后使得企业能充分的利用会计信息系统，是企业的财务管理实现会计网络信息化的管理
第二，虽然系统是自动的，但还是由人来操控的，从这一点来说就必须要提高企业的工作人员对会计信息系统运行的内部控制风险意识，另外一方面要提高工作人员的素质，首先是要提高他们的道德意识，然后是要提高他们的会计职业道德，在学会会计信息系统的运用和知识不断的更新中，建立自己的保密意识，正确的利用自己在系统中的权限，明白自己工作的要求和所肩负的责任，同时在能适应新的网络快速更新的环境下严格的控制好系统运用，为企业的财务信息化做出应有的贡献。
五、总结
网络技术的不断发展改变了企业的管理环境和管理理念，这一切的改变必定影响企业内部控制要素的具体内容，导致企业会计信息系统内部控制的变化。其中涉及到相关理论，政策方正的改变，我们相信，只要我们共同努力，网络环境下会计信息系统的内容控制一定会更加完善。（浙江大经建设集团股份有限公司；浙江；临海 ；317000）
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系统控制网络 第7篇
近年来, 随着我国高等教育事业的迅速发展, 在校学生人数不断增加, 师生员工在教学、科研、生活等方面对水电的保障要求持续提高, 水电供需之间的矛盾更加尖锐、突出。相对于网际学术交流办公自动化和网络化、信息化的视频会议, 传统的水电管理模式已成为制约高校发展的瓶颈。本文根据计算机控制网络技术和PLC技术, 结合高校水电管理自身的特点, 就实现从现场到桌面的水电管理模式, 提出一个切实可行的设计方案。
1 传统的高校水电管理模式的滞后
作为科教的前沿的高等院校, 创新和发展一直是其前进的目标。相对于大量使用高新技术的教学和科研, 高校的水电管理手段明显滞后, 主要体现在以下三个方面:
1.1 缺乏有效的计算机监管
绝大多数高校的水电职能部门虽然配备了计算机, 但只局限在建立水电收费档案、打印文稿等事务性用途方面和对水电表用水用电的数据采集和统计上, 而不是用计算机对分散在校园各处和分校各点的水电设备进行有效的统筹性监控管理[1]。在网络化高度发达的今天, 高校的水电管理仍旧处在单机时代, 导致大量的信息丢失在现场, 管理人员却不得而知, 无法做到实时、高效的监管。
1.2 供配设备相对落后
供水配电设备的运行状况决定着水电供给的质量, 但由于其分布广泛, 改造周期长且不便一次完成, 造成设备新老程度不一。在能源供给矛盾日益激烈的今天, 怎样通过部分改造提升老设备的性能, 已成为水电管理人员不得不面对的问题。
1.3 员工素质仍有待提高
近年来, 随着人才的引进和对员工基础培训力度的加大, 员工的素质得到了提升, 但相对于高速发展的科技, 员工素质仍有提高的空间。
(1) 缺乏对技术型员工的深入培养。
在实际工作中, 技术型员工往往发挥着重要的作用, 但由于其知识面的局限性, 这类员工常常产生“心有余而力不足”的感觉。而高校正是知识的大熔炉、科技的前沿。借助于高校自身的优势, 对技术型员工进行深入培养, 大力挖掘这类人才的潜力, 就能将新思想、新技术带入到实际工作中。这正是推动新型水电管理的动力。
(2) 普通员工缺乏对新技术的认识。
由于历史原因, 大部分职工的文化水平较低, 造成很多员工对新技术缺乏了解, 对高新设备既好奇又恐惧, 结果常常是对新技术的排斥。对于这样的员工, 可借助于多媒体等手段对其进行简单的培训, 并由技术型员工进行现场演示。在其感性认识的基础上, 用简单的用户手册 (可由技术型员工编写) 规范其操作。
2 基于控制网络的水电控制系统
随着网络化技术的高速发展, 周围的一切都在发生着改变。Web的连接不仅使在任何地方对控制系统进行监控成为可能, 而且使在需要时完成手动操作等事情也成为可能[2]。很多工业控制组件如PLC都被嵌入了Web服务。在新技术云集的高校, 网络延伸到学校的每一个角落。借助于校园网和工业控制组件, 就可以对分散在校区内各个水电运行设备远程监控, 统筹管理, 实现高校水电管理的网络化、智能化。
2.1 计算机控制网络的技术优势
计算机控制网络集控制技术、计算机技术和通信技术于一体, 将控制系统从现场总线扩大到以太网, 从而把原本分散孤立的控制单元联系起来, 打破“自动化孤岛”, 实现统筹控制。高校的水电供配设备分布广泛, 而且相互独立, 无法实现信息的整合和共享。将控制网络应用于水电远程监控, 可实现如下技术特征[3]:
(1) 现场设备成为以微处理器为核心的数字化设备, 彼此通过传输媒体 (双绞线、同轴电缆或光缆等) 以总线拓扑模式相连。
(2) 网络数据通信采用基带传输 (即数字数据的数字传输) , 数据传输速率高 (1 Mb/s或10 Mb/s) , 实时性好, 抗干扰能力强。
(3) 废弃了集散控制系统 (DCS) 中的I/O控制站, 由通信网络来完成这一功能。
(4) 分散的功能模块, 便于系统维护、管理与扩展, 提高了系统可靠性。
(5) 开放式互联结构, 即可与同层网络相连, 也可通过网络互联设备与控制级网络或管理信息级网络相连。
(6) 互操控性。在遵守同一通信协议的前提下, 可将不同厂家的现场设备产品统一组态, 构成所需要的网络。
2.2 PLC控制系统的技术特点
PLC称为可编程控制器, 也称作可编程逻辑控制器, 是一种广泛应用于工业控制的专用计算机[4]。由于PLC及其有关外部设备, 都按易于与工业控制系统联成一个整体, 易于扩充其功能的原则设计, 所以将PLC构成的控制系统应用于功能相对单一的水电控制系统的现场部分是完全可行的, 特别是该控制系统具有以下特点:
(1) 可靠性高, 抗干扰能力强, 保证了现场设备安全、可靠运行。
(2) 配套齐全、功能完善、适应性强, 可以用于各种规模的水电供配场所。
(3) 易学易用, 深受工程技术人员欢迎。
(4) 系统设计的工作量小、维护方便、容易改造。
(5) 采用模块化结构, 扩充方便。
(6) 功能丰富。由于PLC有多种通信联网的接口模块, 所以它既可以与计算机直接连接, 也可与计算机进行联网, 同时, 其自身也可以联网[5]。将PLC与计算机、智能设备通过网络连接, 就可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。
(7) 环境要求低, 适用于恶劣的工业环境。
2.3 以太网与TCP/IP协议
2.3.1 以太网技术的广泛应用
以太网作为一种成熟的网络技术, 在办公自动化和工业界获得了广泛的应用, 具有成本低、稳定和可靠等诸多优点。以太网技术的开放式网络结构、IP功能、全球信息获取功能、离散模块自动化, 使得工业以太网的发展趋势主要集中在个人数据安全、模块化结构、机器控制、工厂主干网、无线监测和控制、远程维护、可视化监控等领域。
由于以太网是:①可扩展的 (从10 Mb/s到10 Gb/s) ;②灵活的 (多种媒体、全/半双工、共享/交换) ;③易于安装;④稳健性好[6]。所以选用以太网技术来组建控制网络, 可以做到方便地组网和网络维护, 同时对未来控制网络的扩展和升级也是有帮助的。
2.3.2 TCP/IP协议
在整个计算机网络 (因特网或者公司局域网) 通信中, 使用最广泛的通信协议便是TCP/IP协议。它是普遍使用的网络互联的标准协议, 可使不同环境下的不同结点之间进行彼此通信, 是连入因特网的所有计算机在网络上进行各种信息交换和传输所必须采用的协议。
3 高校水电控制网络设计方案
借助于工业以太网方式进行组网, 可将系统分成四个层次:
第一层, 监控层。
监控层主要由上位机、冗余机、监管机 (普通PC机) 等组成, 完成人机对话, 对整个的控制网络进行监控。由于上位机的操作人员多半不是专业的计算机人员, 所以人机交互界面的设计尤为重要。可以选用Visual C++、Delphi、Visual Basic等作为开发平台, 也可以直接使用组态软件, InTouch、KINGVIEW (组态王) 、Controx (开物) 、ForceCntrol (力控) 都具有良好的开发性能。
第二层, 交换式以太网。
交换式以太网主要由以太网交换机、以太网路由器、光纤、双绞线等组成, 主要负责控制层和监管层之间的通讯、数据传输等。
第三层, 控制层 (PLC网络) 。
控制层以PLC网络的方式进行实现。PLC网络的可用通信方法有[5]:
①采用CSMA/CD通信方式的PLC通信网络。其适用于总线结构的PLC网络, 总线上各站地位平等, 没有主从之分, 存取控制方法为“先听后讲, 边听边讲”。
②采用浮动主站N∶ M通信方式的PLC通信网络。它适用于总线结构的PLC网络, 其中M为总线上站的总数, N为主站的个数, 从站个数为“M-N”个。
③采用令牌环通信方式的PLC通信网络。该方式存取控制采用令牌法, 具有较好的实时性, 但较少采用。
④采用令牌总线N∶ N通信方式的PLC通信网络。它适用于总线结构的PLC网络, N为网络上主站的个数, 也是总的站数, 即N个站都是主站。
⑤采用全局I/O方式的PLC通信网络。全局I/O方式是一种串行共享存储区通信方式, 它主要用于带有连接区的PLC之间的通信。
⑥采用周期I/O方式的PLC通信网络。远程I/O链路按主从方式工作, PLC带的远程I/O主单元在远程I/O中担任主站, 其它远程I/O单元皆为从站。
⑦采用主从总线1∶ N通信方式的PLC通信网络。这是在PLC通信网络上采用较多的一种通信方式。在总线结构的PLC子网上有N个站, 其中只有一个是主站, 其它皆是从站。
第四层, 现场设备。
现场设备指现场运行的受控设备, 如真空断路器、显示仪表等等。
控制网络结构如图1所示。
3.1 配电系统
高校的配电站分布零散, 但主要功能是将10 kV或6 kV电压转变为400 V配送到用户, 主要有高低压配电柜、PT柜、电容补偿系统, 以低压配电柜为主, 电容补偿系统多为自动运行。测量量主要为各出线的电流值、电压值和电量值, 控制量主要为各个断路器的投切。
以中国石油大学 (华东) 为例, 校区内有配电室10个, 分布在学校的各处, 其中4个配装抽屉式配电柜, 其余配备的均为老式配电柜, 每条出线配备电流、电压、电量计量。抽屉式配电柜出线的计量由智能仪表完成, 老式配电柜出线计量由单独的电流表、电压表、电能表分别测量, 所以, 只需要对老式配电柜的仪表需进行数字化改造, 借助于以太网和PLC, 即可实现如图2所示的控制系统。遥测量主要设置为电流值、电压值和电能值, 对抽屉式配电柜可增加断路器的位置;遥信为断路器的投切。
上位机中安装组态软件, 借助于组态软件良好的图形界面, 将各个孤立的运行系统集中到一个统一的控制系统当中, 实现统筹管理。由于对各配电站的运行情况进行实时监控, 所以可以实现现场数据汇总、分析, 并能依据设定的程序自动或手动下指令完成对各现场断路器的投切工作。普通PC机通过C/S (客户端/服务器) 结构访问服务器, 即可获所需要的信息[7], 实现监管功能。以太网用于将独立的各个配电室进行网络连接, 完成数据和控制指令的传输。PLC作为各分站的主控单元, 实现现场各参量的采集和设备的控制。
3.2 供水系统
由于高校的校区比较庞大, 发展比较迅速, 市政供水管线的水压有时不能满足高校的用水需求。为了满足校区用水的需要, 各高校都有自己的加压泵房, 但怎样合理调配压力一直是一个棘手的问题。基于控制网络的水控系统, 借助工业化的控制技术, 运用高校自身的网络优势, 将各个站点的运行情况摆上桌面, 并通过对各个监控点的自动化分析, 对高校的供水系统进行智能化管理。
3.2.1 对供水系统的智能化管理
对于加压泵房, 主要监视状态为系统运行状态 (自动或手动) 、各水泵机组运行状况 (工频或变频) 、变频器运行状况、电压、电流、功率、水压、流量等[8]。主要控制状态为水泵组的启停。控制系统可根据压力实测值与设定值的比较决定是否启动水泵以及启动水泵的数量, 当主管线压力低于最低限时发出警报, 记录各状态量并启动一台水泵, 如果压力回到正常供水压力区间则停止报警, 如果未能达到正常供水状态, 将依次启动其余水泵, 直至恢复到正常供水状态。若水泵全部启动仍不能达到正常供水状态, 控制系统将持续发出警报[9]。当水泵运行时供水压力高于上限值, 系统将发出警报, 记录状态值, 并依次停运启用的水泵, 直至供水压力回到正常值。
3.2.2 对用水情况的智能化监控
对主要的用水单位, 如学生宿舍楼、食堂, 在其进水管线加装差压式流量计, 用于管线流量和压力的监测。当监测到的流量值超出正常区域时, 说明该监测点处用水异常, 上位机将发出警报并显示出相应位置, 如学5宿舍楼。监控部分可实现对各主要用水单位用水状况的实时监测, 并能及时察觉跑水现象的发生, 促进高校的节水工作。
水控系统类似于配电控制系统。上位机负责监控各设备运行状态、汇总各测量点的数据[10], 非工作站的管理人员可以通过网络用普通PC机查看各项数据, 各现场的控制工作由PLC完成。如图3所示。
4 结束语
利用高校自身的优势, 并借助于以太网组建的高校水电监控系统, 使管理人员不必亲临现场, 就可以对现场设备进行实时监视和控制, 大大提高了工作安全性, 并进一步提高水电的保障能力。同时, 由于它的透明性, 控制人员只需要轻点鼠标就可以完成原先繁重的工作, 提高了工作效率。整套控制系统将分散在各处的设备信息进行整合, 有助于管理人员更系统地掌握水电的使用和供给情况, 真正实现信息由现场到桌面, 从而更好地为高校的发展和建设服务。该控制方案不仅适用于高校校区, 也可以用于企业厂区和居民小区, 具有良好的推广价值。
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网络控制系统鲁棒性能μ综合控制 第8篇
近年来,随着网络控制系统NCS(networked control system)在工业控制、机器人、远程医疗、航空航天和交通运输等领域的广泛应用,网络化系统的分析和设计已成为控制理论与应用领域的研究热点之一。NCS中,所有的信息都通过总线进行传输.由于信息的传输要分时占用总线,这就使其传输不可避免地存在着延迟,延迟具有不确定性,它是导致系统性能下降或者不稳定的一个重要因素[1]。
针对时延的不确定性,文献[2,3,4]采用缓冲队列方法研究NCS的时延问题,文献[5,6,7]采用最优随机控制方法对随机延时网络NCS进行控制,文献[8,9,10]用鲁棒控制理论设计出网络控制器。
针对上述网络控制器设计的现状,本文将鲁棒控制引入到控制器的设计中,把延时环节转化为一个不确定块,然后针对转化后的系统进行鲁棒性能分析和控制器的设计,使得设计出的控制器能即能保证网络控制系统的鲁棒稳定性又能满足鲁棒性能指标。
2 网络控制系统不确定性系统鲁棒性能
网络控制系统的典型框图见图l,其中整个系统的延时τ主要由两部分组成:从传感器到控制器的网络时延τsc和从控制器到执行器的网络时延τca。当闭环系统的主导时间常数远大于系统的采样时间时,对于闭环系统,图1可以等价为图2所示系统,其中τ=τcka+τksc,r表示参考输入,y表示被控输出,G表示被控对象。这样就把系统从离散域转化到了连续域。
因为时延具有不确定性,所以把延迟环节看成一个不确定性块,然后对具有不确定性块的整个闭环系统进行鲁棒性能分析和控制器的设计。若将其不确定性描述为非结构式乘性摄动,则其鲁棒性能问题结构如图3所示。图中W1(s)为乘性输入不确定性加权函数,W2(s)为性能加权函数,W1(s)刻化了∆1(s)的模型误差幅值界限,W2(s)反映了系统性能的鲁棒性要求。由图3可得系统从d到z的加权灵敏度传递阵为
所以系统鲁棒性能要求为
设广义对象为P,其输入向量为[u∆wu]T,输出向量为[y∆zv]T,其中w=[-rnd]T,则可根据图3信号流的输入输出关系,得到如下等式
相应的P-K-∆结构图为图4所示。定
义M为关于P,K的线性下分式变换
(Pij按P的输入输出分块),则可得图5所示的-∆结构图,其中
设z到w的性能传输阵为∆2,则M-∆1结构图可转化为图6所示的M-∆结构图,其中
一般地,结构不确定性可用下面的对角矩阵集合来表示
结构奇异值定义[11]对于复矩阵M,在给定不确定性结构∆时,M的结构奇异值定义如下:
其中表示最大奇异值。
以结构化奇异值作为系统鲁棒性的度量,可以导出如下定理。
稳定鲁棒性定理[11]如图6所示系统,设M稳定,∀∆∈B,系统稳定,当且仅当:s uωpµ(M(jω))<1。
性能鲁棒性定理[1]如图5所示系统,如果Fu(M,∆1)稳定,且Fu(M,∆1)1,∀∆1∈B,当且仅当u∆(M(jω))∞1,其中∆={diag(∆1,∆2)|∆∈B}。
由上述定理可知,图3中的含乘性输入不确定性的网络控制系统鲁棒性能W2[I+G(I+W1∆1)K]∞-1<1是与图6中的u∆(M(jω))<1是等价的。因此设计满足性能指标的鲁棒控制器问题可归结为求u∆(M(jω))<1,∀ω且M内稳定的鲁棒控制器问题。由于目前没有直接求解u∆(M(jω))的方法,所以常用的间接求法是D-K迭代法[12]。利用奇异值的上界性质:,使µ鲁棒控制器的设计问题归结为求如下最优化问题
式中,。
当固定D,K之一时,可交替求解D M(K)D-1∞,D-K迭代过程如下:
(1)固定D,求K,使得m Ki nD M(K)D∞-1;
(2)固定K,求D域中的凸包最优化问题的解D,使得)。
不断重复以上两个步骤,直到满足(DM(K)D-1)<1,或者满足闭环传递函数M的H∞范数不再减小。这样设计出的控制器就能够保证在不确定块∆的存在下系统的鲁棒稳定性。
3 网络控制系统µ鲁棒控制器
为了说明上述控制器的设计过程和控制效果,通过一个网络控制系统的实例来具体说明。在该实例中,被控对象为一个随动电机,其传递函数G(s)=1/[s(0.05s+1)],对照图3,考虑到鲁棒系统性能,选择权函数为。为了选取乘性输入不确定性加权函数1w(s),假设系统的最大传输延迟τm a x=3 s。为了保证系统的鲁棒稳定性要求,对于任意的τ>0,都要求,所以选
针对上面选取的权函数,利用M A T L A B中的µ分析和综合工具箱[13],设计出满足要求的鲁棒控制器,对其进行降阶后,得到
针对该控制器,在闭环系统中进行验证。当τ=5s,3s,0s可得闭环系统的阶跃响应如图7所示。
从图中可以看出,设计的控制器能够保证在系统稳定状态下具有良好的动、静态性能。当τ=5s时,,系统输出已经出现了很严重的振荡,但仍能保证在给定的延迟上界内系统的稳定性,并满足响应的性能指标,说明本文的方法设计的控制器并不保守。
4 结束语
PLC网络控制系统的实现 第9篇
PLC是可编程控制器的缩写, 它是一种进行数字运算的电子系统, 经过几年来的研究, 已建成了几个实用系统。其优点已经明逐渐凸显是一种以微处理器为基础, 结合计算机技术、自动控制技术和通信技术, 运用面向控制过程、同时面向用户的“自然语言”编程, 简单易懂、操作方便、可靠性高并且可以直接应用于工业环境下的计算机。
作为Internet的接入技术, PLC在很多方面都显示出了其特有的优势, 但是它也有自身的一些缺点, 比如:数据的计算处理和管理能力较弱, 不能给用户提供良好的界面等。
因此, 网络化和强化通信级力成为了PLC发展的一个重要方面, 人们期望实现一种向下将多个PLC、多个I/O框架相连;向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。其中PLC的通信技术愈来愈体现出其广泛的实用价值和现实需求。
二、PLC网络类型划分
人们对计算机网络的分类标准划分不一, 如果按网络分布距离分为局域网 (LAN) 、广域网 (WAN) 和互联网 (Internet) ;如果按网络拓扑结构分为树形结构、总线形结构、星形结构和环形结构。对于PLC网络, 如果按其组成规模划分的话, 则分为简单网络和多级复杂网络。
1、简单网络
简单网络主要是指以个人计算机为主站, 一台或多台同型号的PLC为从站, 组成的简易集散控制系统。
在这种系统中, 一般有两种组成形式, 一种是以PLC作为主站, 其他多台同型号PLC作为从站, 构成主从式网络 (在主站PLC上配显示器和打印机等, 共同完成操作站的各项功能) ;
另一种是个人计算机充当操作站, 实现编程、显示、操作、监控及报警等功能, 控制任务由多台PLC负责。
2、复杂网络
多级网络的形式一般体现在现代大型工业企业中。虽然在很多年前国际标准化组织 (ISO) 就对企业自动化系统确立了基本的模型。但是不同PLC应用厂家的自动化系统网络结构的层数包括各层的功能分布还是有一定的差异。
制造商们描述其产品可实现的功能时往往采用金字塔结构来进行, 这样做的特点是:底层负责现场的监测与控制, 中间层负责生产过程的监控和优化, 上层负责生产管理。
三、PLC网络控制系统实现基础
PLC具有数据采样点分布广、数据量小、要求可靠性强的特点。选择它作为低速数据传输手段, 将有更广泛的应用如遥控、遥测、电力数据传输等。而且其信道均衡、功率控制和同步解调等技术都随着对PLC技术深入研究趋于成熟。PLC网络控制系统已经具备了一定的实现基础。
不过要建立复杂数据传输路径的大范围内的应用问题, 就需要基于网络的PLC通信系统, 这也是实现PLC网络控制系统的基础和重点方向。
1、网络协议
在单元中一般要设计有关的协议, 目的是使每个工作在网络上的单元自动寻找路由, 需要, 以组建某个结构的网络, 最终完成链路管理与控制。
路由的建立是, 完成数据全程传输的基础。其直接目的是将数据最终传送到主控制的数据集中单元, 用来与外界通畅的联系。所以, 每一个处于最“下层”的数据单元, 必须要经过几次的向上传送, 才能最终到达。
这样一来, 任何单元都可能是master单元, 起到承上启下的作用, 新单元“报道”时, 需要在网络配置的层面上先进行设置, 并预先为其输入地址号, 随后由网络自动寻出新单元的位置, 进一步划分出管理空间。
可靠的链路控制, 都需要两个以上的数据信道和控制信道。而且整个通信单元电路结构简单, 灵活, 造价也较低, 虚线框内表示的是通信单元的主要部分。其中, 高层协议都是由外部设备提供, 一般是FTP或http协议;PPP为串口控制协议;UDP、TCP/IP为目前最流行的传输控制协议;路由协议为网络单元通信协议, 用于完成呼叫与数传控制。它们的选用都是取决于用户的需求。
2、系统构成
以网络控制为基础的通信单元一般采用QAM调制方式, 因为其主要应用于低速数据传输, 其传输速度一般在64kb/s以下。选择QAM调制方式的另一个优点是接收系统的载频提取和同步电路都比较简单, 如果加入大量的差错控制字符就可以进一步提高其可靠性。
当距离较短时, 如果要求较高的速率至少大于64kb/s时, 可以考虑OFDM调制, 这也符合当前高速数据传输的技术要求。
3、系统的软件构成
软件部分同样是PLC网络控制系统必不可少的部分, 一般分为网络链路建立、发送数据和接收数据处理3个部分, 在此不再详述对建立网络链路的软件处理的具体过程。
结语
当前, PLC的控制功能变得日益强大, 本文主要是针对PLC网络控制系统的实现基础进行浅析。其中值得注意的一点是, 设计的技术指标中, 发送功率要受到国家标准 (电磁环境指标) 的限制, 系统中的细节技术问题需进一步研究。
参考文献
[1]郑晟、巩建平、张学:《现代可编程控制器原理与应用》, 科学出版社, 1999年。
[2]李鹏:《计算机通信技术及其程序设计》, 西安电子科技大学出版社, 1998年。
基于工业网络控制的教学实验系统 第10篇
1.1 工业以太网
具有现场总线开放性、互操作性、互换性、可集成性、数字化信号传输等特点,许多专家预测以太网将会成为取代现场总线的一种最佳选择和最终发展方向。以太网是IEFES02-3所支持的局域网标准,采用带碰撞检测的载波侦听多路访问技术(CSMA/CD),在办公自动化领域得到了广泛应用。以太网技术应用于实时性要求很高的工业控制领域,关键要采取有效手段避免CSMA/CD中的碰撞。由于以太网通信带宽得到大幅提高,5类双绞线将接收和发送信号分开,并且采用了全双工交换式以太网交换机,以星形拓扑结构为其端口上的每个网络节点提供独立带宽,使连接在同一个交换机上面的不同设备不存在资源争夺,隔离了载波侦听,因此网络通信的实时性得到大大改善,保证了以太网产品能真正应用于工业控制现场。而且以太网技术成熟,连接电缆和接口设备价格相对较低,带宽迅速增长,可以满足现场设备对通信速度增加而原有总线技术不能满足的场合的需求。
1.2 Web自动化技术
Internet网把全世界连成了一个整体,而Web技术引发了信息技术的革命。把Web技术应用到工业控制领域就产生了web自动化。web自动化的基本思想是只要需要,在任何时间和地点都可以对工业现场的数据进行实时访问和控制。
2 PROFIBUS和PROFINET
PROFIBUS是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统,特别适用于工厂自动
化和过程自动化领域。PROFIBUS适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务。
PROFINET是PROFIBUS国际组织创新的自动化标准,用于实现基于工业以太网的集成、一致的自动化解决方案。PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案,囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题,并且,作为跨供应商的技术,可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线(例如PROFIBUS)技术,保护现有投资。
3 基于工业网络控制的教学实验系统的组成
该实验系统采用西门子PLC组成,硬件为:S7-300CPU315-2PN/DP、ET200S IM153-1、SCALANCE X208网络交换机、IE/PB LINK等,软件为:STEP7 V5.5、SIMATIC NETV6.2、IMAP V3.0、WinCC及WinCC Flexible等。
4 基于工业网络控制的教学实验系统的功能
该实验系统的最大特点是学生可以完成以下实验:
4.1 通过PROFINET IO集成分散的现场设备
PROFINET IO以交换式以太网全双工操作和100 Mbit/s的带宽为基础。
4.2 Web自动化
PROFINET基于工业以太网,工业以太网的各种IT技术可以应用在PROFINET中,用于管理和维护网络,例如SNMP和HTTP等等。西门子集成PN接口的CPU开始集成WEB服务器,可以在工厂中通过IE浏览器而无需额外的软件开销即可跨越Intranet或Internet监控CPU,消息和模块状态,网络拓扑等等,这些信息都可视化在Web页面上,从而监控整个PROFINET系统。连接WEB服务器的客户端,例如PG/PC到CPU的PROFINET接口或者网络中的交换机端口上,打开IE浏览器输入该CPU的IP地址(例如:http://192.168.0.1)即可进入Web首页。
5 结论
基于工业网络控制的教学实验系统采用最先进的自动化工业网络控制PROFINET技术,可以让学生理论联系实际,按照实际生产情况构建各种不同的控制系统,组建工业以太网,实现远程监控,使学生能学到真正有用的东西。
参考文献
[1]崔坚.西门子工业网络通讯指南(上、下)[M].北京:机械工业出版社,2011.
系统控制网络 第11篇
摘要：针对一类具有状态时变时滞且模型中具有参数摄动的网络控制系统，通过构造输入时滞、添加自由矩阵的技巧，利用Lyapunov 泛函和线性矩阵不等式工具，得到闭环系统鲁棒渐近稳定且满足给定H∞扰动抑制水平γ的时滞条件，并给出系统的鲁棒H∞状态反馈控制器的设计方法。所用方法适合时滞以任何速度变化的系统，且不需要知道时滞的导数信息。最后用实例仿真证明了结论的有效性。
关键词：网络控制系统；输入时滞；自由矩阵；线性矩阵不等式；Lyapunov函数
中图分类号：TP13文献标识码：A
1引言
网络控制系统广泛应用于现实之中，而不确定性和时滞在实际系统中普遍存在，是影响系统稳定性和相应性能指标的主要因素。同时在系统运行过程中不可避免的受到外界干扰。因此，对不确定时滞系统进行稳定性分析，设计一个理想的控制器在理论和实际中具有重要的意义[1-3]。
近年来，对具有状态时滞和输入时滞的不确定线性系统的鲁棒H∞控制引起了众多学者的关注，并取得大量研究成果。文献[4]研究了一类不确定非线性广义系统的鲁棒H∞容错控制。文献[5]研究了带有时延和丢包的网络控制系统的容错保成本控制。文献[6]研究了一类不确定时变时延网络控制系统的鲁棒H∞非脆弱控制。现有研究成果中很多都假定时滞是固定的，或者要求时滞是光滑连续的函数并且其导数是小于1的某个固定值。由于网络控制系统中的时滞参数变化很快，有时时滞参数的导数不存在，这时所选方法就不能满足系统的真实情况，这无疑增加了系统设计的保守性[7-10]。
本文以Lyapunov泛函和线性矩阵不等式为工具，通过构造输入时滞，引入自由矩阵，研究了具有时变时滞和外部扰动的网络控制系统的鲁棒H∞控制问题，得到了闭环系统鲁棒渐近稳定且具有H∞性能的一个充分条件，并给出了相应控制器的设计[11-12]。最后通过数值仿真验证结果的有效性。
5结语
针对一类具有系统状态和控制输入都具有时变时滞和参数摄动的网络控制系统，对系统的鲁棒H
SymboleB@ 控制进行了研究。基于Lyapunov稳定性理论，结合线性矩阵不等式和添加自由矩阵的方法，给出了控制器的设计方法。最后用MATLAB的LMI工具箱进行仿真，从仿真结果得出结论的有效性。
参考文献
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区域保护控制系统网络拓扑研究 第12篇
1 区域保护控制系统现状
在区域保护实施初期借鉴了很多智能变电站站内的组网方案和保护原理,具体可参考文献[4]了解智能变电站站内的实现方法。区域保护与控制系统由变电站间的站间通信为基础,由控制中心、传输网、各变电站的站域保护控制设备构成。
整个系统由区域保护控制主站、多个区域保护控制子站、就地采集控制设备、通信网关设备等组成,在每个变电站布置区域保护控制子站,任意一个变电站布置区域保护控制主站、主站与子站之间、子站与子站之间通过区域过程层通信网相互连通,协调完成某一区域电网内的所有保护与控制功能。
其中保护系统的拓扑结构为对等通信模型。如图1所示,保护系统由各个变电站内的站域保护设备构成,各个变电站内的站域保护控制设备接收相关变电站内站域保护控制设备发送的报文,并依据报文信息完成区域保护功能。区域内各个变电站内的信息没有统一的接收设备,各设备处于对等的地位。每个变电站内负责与其他变电站进行信息交互的设备为站域保护控制设备,该设备负责收集站内各个间隔的信息,并将信息发送给其他变电站的站域保护控制设备,同时接收其他相关变电站发送的信息并进行保护功能计算及动作。
区域保护控制系统中的保护业务具有站间对等通信需求,而现网的通信均采用点对点的主从通信模式,无法满足多站间对等通信需求。如将区域保护控制主站当作特殊的站域保护控制设备,那么整个区域保护控制系统可看作一个完整的对等通信模型来建立,文中将以这个前提来讨论最适合区域保护控制系统需求的网络拓扑结构。
区域保护控制系统根据业务类型的不同,要求也有很大的差异,基于目前区域保护控制系统通道延时小于10 ms,误码率小于10-6的要求进行网络方案设计及验证[3]。
2 通信技术发展
电力系统目前传输网主要由多业务传输平台(multi-service transfer platform,MSTP)设备构成[5],该设备采用同步数字体系(synchronous digital hierarchy,SDH)作为业务的载体,采用时分复用(time division multiplexing,TDM)技术进行业务传输;同时,为兼容日益增加的IP等其他传输机制业务需求,开发了支持IP等不同传输机制的业务接入板卡,实现了多业务共平台传输。SDH采用刚性通道进行业务传输[6],其具有传输延时相对固定的特点,非常适合可靠性要求高的保护等业务传输。
目前,电力系统开始尝试使用分组传送网(packet transport network,PTN)设备组建传输网,并进行了大量的PTN测试;PTN设备采用分组交换的原理进行报文传输,非常适合新型IP业务的传输。PTN设备采用柔性通道进行业务传输,为确保业务的可靠性,必须借助服务质量(quality of service,Qo S)等辅助手段来提升业务的传输可靠性[7]。但是,PTN设备具有更大的传输带宽,在电力系统业务日益增加、带宽需求日益变大的情况下,有可能成为未来电力系统传输网的主要组网设备。
针对区域保护控制系统的特点,需要实现基于传输网的对等通信网络架构。在对等通信技术方面,目前可用的环网技术主要是快速生成树协议(rapid spanning tree protocol,RSTP)和IEC 62439-3规定的高可靠性无缝冗余环(high-availability seamless redundancy,HSR)技术[8],其他一些私有环网技术也可应用在区域保护控制系统中,但通用性较差,文中不作推荐。
为适应现网的传输网设备情况和未来传输网技术的更新,并结合各种环网技术的特点,下文的方案论证中将在SDH和PTN 2个平面进行对等通信实现方式的分析介绍。
3 拓扑结构研究
基于现网SDH的配置情况和目前主流的PTN设备的配置情况,结合环网技术的支持程度进行方案的论证。
3.1 基于SDH的RSTP环网方案
如图2所示,利用SDH设备SDH承载以太(ethernet over SDH,Eo S)板卡进行以太层的接入,开通业务时采用相邻站间根据业务流量开通SDH侧的通道带宽,可以是1个或几个虚拟通道12(virtual channel 12,VC12),当业务量足够大时也可开通虚拟通道3(virtual channel 3,VC3)。站点业务报文通过虚拟局域网(VLAN)进行隔离,每个站点接收和发送的VLAN号和数量根据业务情况进行配置。
该方案采用Eo S板卡提供的RSTP功能进行环保护,采用该方式需要各站点上传的组播报文在SDH通道上均进行传输,防止单纤故障后组播报文无法从另一个方向传输而导致异常业务终端。该方式总带宽使用情况为:N倍的业务带宽N,N为节点个数。该方式较传统的子网连接保护(subnetwork connection protection,SNCP)保护方式具有更好的带宽利用率。
但是,该方式受限于Eo S板卡的RSTP功能,目前SDH设备的Eo S板卡虽然支持了RSTP功能,但RSTP无法有效判断同步传输模块(synchronous transfer module,STM)侧的通道链路状态,导致环网恢复时会出现短暂的通道异常。实验测试发现,在环网STM侧链路中断等情况发生时,会出现2~20 s的环路异常状态,包括2~10 s的短时网络风暴,而该种情况无法满足区域保护控制系统的50 ms链路恢复网络指标要求。
3.2 基于SDH的HSR环网方案
如图3所示,利用支持HSR功能的交换机实现业务的接入,HSR通过SDH设备Eo S板卡实现双向接入,开通业务时采用相邻站间根据业务流量开通SDH侧的通道带宽,可以是1个或几个VC12通道,当业务量足够大时也可开通VC3通道。站点业务报文通过VLAN进行隔离,每个站点接收和发送的VLAN号和数量根据业务情况进行配置。
该方案采用HSR交换机提供环网保护功能,通过Eo S板卡实现HSR双向接入,并开通双向的点对点通道。采用该方式实现各站点上传的组播报文在SDH双向通道上均进行传输,防止单纤故障后组播报文无法从另一个方向传输而导致异常业务终端。该方式总带宽使用情况与3.1节相同,但环网恢复时间为0 ms,优于区域保护控制系统的指标要求。
3.3 PTN环网方案
如图4所示,根据MPLS-TP环保护倒换(MPLS-TP ring protocol switch,MRPS)环网要求[7],每个站点部署2个分组板卡,每个分组板卡出1个GE端口作为环网的东、西向,业务从分组板卡FE端口接入,分组板卡业务配置采用MRPS方式将业务转发至面板GE端口(作为MPLS-TP环网的东西向端口,端口类型为NNI)。分组业务采用MPLS-TP(MPLS-transport profile)环网保护方式(配置在分组板卡);保护倒换时间小于50 ms。
假设组播业务按照A→B→C→D方向逐跳转发,环网中组播带宽只占用1份带宽。在环网中可设置阻塞节点预防广播风暴的发生,当发生节点故障时,打开阻塞点进行保护倒换。当C—D之间的链路故障时,A—D之间的阻塞点打开,保证业务不中断传输。当C站点的单板故障时,A—D之间的阻塞点打开,确保业务不中断传输,受影响的仅是故障单板业务。
3.4 基于PTN的HSR环网方案
如图5所示,每个站点部署2个分组板卡,每个分组板卡出1个GE端口作为HSR环网的东、西向,业务首先接入HSR交换机,HSR交换机的2个环网端口分别接入到PTN设备的2个分组接口板上,分组接口板分别对应东、西分组板卡。PTN设备不采用任何保护方式,通过HSR交换机实现环网保护功能,环网倒换时间为0 ms。
假设组播业务按照A→B→C→D方向逐跳转发,环网中组播带宽只占用左、右方向各1份带宽。在HSR环网中发生单节点故障时,依然能够确保组播业务正确送达接收终端。同时,PTN设备给出链路故障告警,方便用户进行故障定位。
3.5 HSR环网方案
如图6所示,每个站点部署1台HSR交换机,站点之间通过专用光纤进行HSR交换机的环网连接。每个站点的HSR交换机分别通过环网端口与左、右方向站点的HSR交换机级联,最终构成各站点间的HSR环网。
该组网方式为标准的HSR环网方式,环网恢复时间为0 ms。
3.6 方案对比
以上5种不同的业务开通类型均可满足对等通信的理念要求,但是,每种方案均有优点和不足,表1从带宽利用情况、环网恢复时间、保护业务开通、延时特性、安全特性等几个最为主要的方面进行了比较。
从比较结果来看,基于SDH平面的方案中RSTP环网方案具有较好的带宽利用率和保护功能,需求业务带宽为(N'-1)倍的每路报文流量,其中N'为区域保护控制系统中主子站的总和,开启的环保护功能可以保护到Eo S板卡,SNCP保护仅能保护到SDH层面;但该方式的环网恢复时间无法满足区域保护控制系统业务的需求。基于SDH的HSR环网方案可满足区域保护控制系统业务的需求,在业务带宽需求上与基于SDH的RSTP环网方案一致,因此,在现网的情况下更适合推广应用。
PTN平面上的2种方案中纯PTN平面具有更好的传输延时、带宽利用率和较少的板卡,通道切换时间也可以满足区域保护控制系统业务需求。但是与基于PTN的HSR环网方案比较,无法做到通道故障时的无缝切换。
PTN平面解决方案相较SDH平面解决方案,具有传输通道非硬通道(非TDM通道)的缺点,在一些重要应用场合需要考虑如何确保业务安全性的问题。从PTN技术发展与保护业务的不断融合来看,将来纯PTN平面的传输网将有可能取代SDH而被大面积采用。因此,现网推荐采用基于SDH平面的VLAN环网方案,PTN平面建议采用纯PTN环网方案作为区域保护控制系统的网络拓扑方案。
HSR环网解决方案有效地解决了基于SDH平面的带宽有限问题,同时也解决了PTN平面的非刚性通道的业务串扰问题。不过该组网方案需要额外通过光缆构成独立的HSR站间环网,局限性较大,不利于大范围的推广应用。
4 结束语
以现网传输设备的现状和通信技术的发展为出发点,完成了基于SDH平面、PTN平面和专网等各种满足对等通信组网方案的研究。分别提出了利旧的SDH解决方案、符合新技术的PTN解决方案和HSR组网组网方案,并对各种组网方案进行了对比,其对将来的区域保护控制系统的业务开通具有一定的指导意义。随着技术的发展,区域保护控制系统承载的业务不断完善,需要研究基于SDH平面和PTN平面的站间对时技术和安全防护等方面的问题;甚至为了减少业务开通时的配置工作量,需要开展基于IP层面的动态路由技术研究,来满足不断变化的业务需求。
参考文献
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