基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張亮 江蘇中煤礦山設(shè)備有限公司

引言：因特網(wǎng)應(yīng)用一般以傳輸、交換和發(fā)布靜態(tài)信息為主，如文本、圖像和儲(chǔ)存的視頻信息。隨著有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平的迅速提高，因特網(wǎng)正逐漸成為可接受的且離不開(kāi)的強(qiáng)大技術(shù)。人們已不再被限制在辦公室里處理日常事務(wù)，取而代之的是，無(wú)論在什么地方都能夠使用網(wǎng)絡(luò)辦公。目前己經(jīng)開(kāi)發(fā)出很多小的可移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如掌上電腦和可上網(wǎng)的多功能手機(jī)等。井于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，吸引了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來(lái)越多的注意力。本文以遠(yuǎn)程交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例來(lái)講述。

1 基于因特網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的特點(diǎn)和意義

1.1 基于因特網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的特點(diǎn)

與以往的控制系統(tǒng)相比，基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)支持如總線型、星型、樹(shù)型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與分層控制系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)相比，顯得更加扁平、簡(jiǎn)潔。

（2）節(jié)點(diǎn)智能化帶有的智能化節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳輸和功能協(xié)調(diào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的細(xì)胞，各自具有相對(duì)獨(dú)立的功能，有計(jì)算、分析、處理和通信的能力，能對(duì)其管轄范圍內(nèi)發(fā)生的事件做出反應(yīng)，具有局部控制能力，整個(gè)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)則通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的通信來(lái)完成。

（3）控制現(xiàn)場(chǎng)化和功能分散化網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)使原先由中央控制器實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，下放到智能化現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備上，這使危險(xiǎn)因素得到了分散，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

（4）系統(tǒng)開(kāi)放化和產(chǎn)品集成化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是遵循一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，是一個(gè)開(kāi)放性的系統(tǒng)，只要不同廠商根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品之間便能實(shí)現(xiàn)互操作和集成。

綜合上述的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在資源共享、遠(yuǎn)程操作與控制上的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)控制無(wú)法比擬的。此外，物理上的連接簡(jiǎn)單，便于系統(tǒng)的安裝、維護(hù)與升級(jí)，以及故障診斷，同時(shí)縮減了開(kāi)支。信號(hào)的數(shù)字化傳輸，也使得信號(hào)的抗干擾性能大大增強(qiáng)，因此受到人們的關(guān)注。

1.2 基于因特網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的意義

傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中的信息采集、傳送和處理是一個(gè)自成封閉的專用系統(tǒng)，這和集中、封閉的生產(chǎn)方式和規(guī)模是相適應(yīng)的。伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展全球化的推進(jìn)和與此相適應(yīng)的信息技術(shù)、因特網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息互連技術(shù)己更深層次地滲透到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。融合了控制理論和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)的研究順應(yīng)了時(shí)代科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，可以說(shuō)它是自動(dòng)控制理論和技術(shù)今后一個(gè)重要的研究方向之一。

將因特網(wǎng)引入控制系統(tǒng)，打破了控制信息進(jìn)行傳遞和交換時(shí)在時(shí)間和空間上的限制，從而構(gòu)筑真下意義上的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)任何人在任何時(shí)間對(duì)位于任何地點(diǎn)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。工信息網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)化層控制網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成，也將成為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)新的發(fā)展方向，不僅可以為企業(yè)的管理和生產(chǎn)帶來(lái)很多方便，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且為控制網(wǎng)絡(luò)走向全開(kāi)放性、全分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

而且，因特網(wǎng)的高速普及，在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域里也必將產(chǎn)生巨大的影響。例如隨著信息家電的出現(xiàn)，通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)人們可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)節(jié)，還有諸如遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動(dòng)辦公等等。目前，基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究越來(lái)越受到世界各國(guó)研究人員的重視。

2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及其主要性能

2.1 實(shí)時(shí)性

實(shí)時(shí)性是遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的一個(gè)比較重要的性能指標(biāo)。如果由于某種原因，使得遠(yuǎn)程控制者的控制命令不能馬上由被控設(shè)備執(zhí)行，造成設(shè)備動(dòng)作的不連續(xù)，就會(huì)影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行另一方面，被控設(shè)備的反饋數(shù)據(jù)不能及時(shí)傳送回遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，也會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)程控制者在判斷被控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)偏差。這些情況都會(huì)直接造成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的性能不可靠。

2.2 可靠性

可靠性是遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的又一個(gè)重要的性能指標(biāo)。系統(tǒng)可靠性通常是指該系統(tǒng)在規(guī)定大條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?；谝蛱鼐W(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的可靠性只要是指系統(tǒng)的三個(gè)組成部分，即遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)傳輸通道和本地控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。其中，數(shù)據(jù)傳輸通道的傳輸可靠性至關(guān)重要，其主要取決于所采用的傳輸位議、傳輸介質(zhì)及傳輸方式等因素。

2.3 穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指本地控制系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的遠(yuǎn)程控制下，能夠穩(wěn)定地運(yùn)行，避免出現(xiàn)震動(dòng)、中斷、跳變等不正常現(xiàn)象。影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素主要包括以下幾種一是由于傳輸時(shí)延的影響，本地控制系統(tǒng)在執(zhí)行完一條控制指令后，沒(méi)有及時(shí)接收到下一條控制指令，從而產(chǎn)生控制過(guò)程的中斷，如果本地控制系統(tǒng)沒(méi)有對(duì)該中斷做出相應(yīng)的補(bǔ)救措施，就有可能導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的結(jié)果二是當(dāng)本地控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況后，需要遠(yuǎn)程監(jiān)控終端給出修正，而傳輸時(shí)延會(huì)使異常在控制現(xiàn)場(chǎng)得不到及時(shí)有效的終止，從而出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的結(jié)果三是數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤造成系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況，數(shù)據(jù)傳輸通道可能會(huì)由于外界干擾等原因出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，從而影響系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性。在具體應(yīng)用中，還可能存在許多其它因素影響遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要我們具體問(wèn)題具體分析。

3 遠(yuǎn)程交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1 遠(yuǎn)程交通控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)遠(yuǎn)程交通控制系統(tǒng)由中央監(jiān)控端、區(qū)域監(jiān)控端、通信網(wǎng)絡(luò)、智能交通控制設(shè)備、交通信號(hào)燈、路口攝像機(jī)及路口交通流信息采集設(shè)備組成。中央監(jiān)控端、區(qū)域監(jiān)控端對(duì)實(shí)時(shí)交通進(jìn)行監(jiān)控并整體優(yōu)化，工作人員執(zhí)行的操作經(jīng)過(guò)編碼后以固定據(jù)格式通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街悄芙煌刂圃O(shè)備，其根據(jù)既定的協(xié)議對(duì)接收的命令進(jìn)行解釋，并執(zhí)行指令所規(guī)定的具體操作，同時(shí)將路口現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備狀態(tài)和操作信息反饋到遠(yuǎn)程控制端。整個(gè)遠(yuǎn)程交通控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。

系統(tǒng)中，各主控端為客戶端，智能交通控制器為服務(wù)器。智能交通控制器的主要功能有根據(jù)既定優(yōu)化交通控制方案實(shí)施路口交通控制及時(shí)響應(yīng)遠(yuǎn)程服務(wù)請(qǐng)求`并做出相應(yīng)的應(yīng)答根據(jù)接收到的控制命令信息，對(duì)交通信號(hào)燈的相位和攝像機(jī)的位置進(jìn)行精確的控制獲取攝像機(jī)拍攝的交通路口實(shí)時(shí)圖像信息并回傳遠(yuǎn)程監(jiān)控周期性回傳路口交通流信息數(shù)據(jù)等。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，隨著基于因特網(wǎng)遠(yuǎn)程控制研究的進(jìn)一步深入，特別是高速因特網(wǎng)性能的不斷改善和高速因特網(wǎng)應(yīng)用的快速普及，基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制理論和應(yīng)用將會(huì)有著強(qiáng)大的生命力和美好的發(fā)展前景。