工业控制系统十篇

工业控制系统篇1

传导干扰：由于物体本身各自束缚电荷的能力不同，其自身电位容易发生变化，这种电位变化容易引起电容性的耦合，在测量回路中形成干扰，特别是在电气强电与仪表弱电同沟辐射、两电缆槽或保护管相行辐射时，强电沿电缆延伸方向产生环状磁场，仪表信号线在磁场中受到干扰作用，容易产生信号干扰，有时还能引起仪表信号线两端产生电位差。附加电势干扰：仪表信号回路在装置现场经过的区域温度不同，或某一特定区域存在腐蚀严重、信号线表皮破损，在大功率电气设备周围存在的静电场以及大型设备运行过程中的振动都会引起附加电势强加在仪表测量回路中。变频电磁干扰：由于某些电气设备需要进行调频控制，变频器使用过程中会产生中频和低频干扰信号，如若仪表信号电缆在变频器周围，容易产生变频电磁干扰。

二、抗干扰防范措施

1.接地保护仪表信号电缆在DCS机柜间外部分为：仪表电缆槽盒段、仪表信号保护管段、现场接线箱、和现场一次仪表末端。仪表电缆槽盒段应用黄绿接地线做好可靠的接地保护，仪表信号线保护槽盒内应明确设有不同类型仪表信号线分隔板，如本安仪表信号电缆、隔爆仪表信号电缆等。仪表信号保护管段应做好保护管两段接地，可以选择与就近地连接到与接地网相连的钢结构、工艺管线，如若现场一次仪表使用铠装屏蔽电缆，其铠装保护金属层应至少在两端接至保护接地；现场接线箱应与就近的接地网做跨线连接。

2.工作接地DCS控制系统工作接地首先要确保工作接地在工作接地总接地点之前不应与保护接地进行混接；其次要保证在所有接地线汇总到总接地点前应当是外部绝缘，工作接地电缆之间不会相互存在接通状态。工作接地最终与接地体或接地网的连接应从总接地板单独接线；DCS控制系统工作接地的原则应遵循单点接地，避免在信号回路中产生接地回路，如若某一条线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地，则应采用隔离器将两点接地隔离开。

3.本安系统接地目前现场一次仪表大多数都实现了本安防爆要求，本安测量回路必须使得安全栅能在直流供电电源故障时实现与危险场所隔离的，这就要求了安全栅需要与直流供电电源公共端进行连接，要实现安全栅能在交流电源故障时实现与危险场所隔离，安全栅接地必须与交流供电电源的中线连接，因此可以说安全栅系统接地方式取决于安全栅端子排的供电电源属性。采用隔离式安全栅的本质安全仪表系统，无需专门接地，齐纳安全栅的本质安全仪表则应设置接地连接系统，其接地与仪表信号回路接地不应分开。

4.防静电、防雷接地DCS控制系统的防雷接地可以采取接闪器、引下线和接地体三种方式实现，接闪器是指避雷针、避雷线、避雷带可直接接受雷电的部分；引下线是一般用黄绿接地导线活铜棒直接将DCS机柜接地端子排连接到石油化工装置防雷接地网中。而防静电接地可以与保护接地共用一套接地系统。

5.采用滤波设施随着仪器仪表专业技术不断发展，采用滤波技术实现对干扰信号进行抑制，显示出了滤波器对信号干扰抑制的突出优势，在测量回路中加装适合的滤波器，可以有效削弱测量回路中的电磁干扰作用。

6.屏蔽技术仪表信号电缆可以选用分层屏蔽和总屏蔽双重屏蔽实现仪表传输信号保护，减少干扰因素影响。现场测量精度要求较高的一次仪表可以选择采用加装具有良好导电性能的封闭式外壳，起到隔离和衰减辐射干扰的作用。

三、维护保养注意事项

为维护DCS控制系统的正常运行，日常的保养工作非常重要，正确的保养可以减少或消除干扰信号的产生，可延长DCS控制系统的寿命。在DCS机柜间门口处安装防静电接地桩，使用防静电接地地板，进行控制系统操作前先通过接地桩消除静电，温度要求：在系统控制室或机柜间的温度必须控制在15～30℃之内；湿度：控制室的湿度必须控制在20～80％之间；空气微粒：严格控制DCS机柜间的空气微粒，减少灰尘的产生。其次还要建立控制室的日常规章制度，确保控制系统的正常运行。

四、结束语

工业控制系统篇2

Huang Yongjie

（Guangxi Vocational & Technical College，Nanning 530226，China）

摘要： 集散控制系统（DCS）是当今工业过程控制领域广泛应用的主要控制系统之一，在控制技术上产生了巨大的影响。在本文中综述了集散控制系统在工业控制中的应用现状及其特点。探讨了集散控制系统在实际应用中设计方法与综合应用，最后介绍DCS未来的发展趋势，为工业自动化控制研究提出参考。

Abstract: Distributed Control System（DCS）is one of the main control systems which are widely used in industrial process control field, and had a tremendous impact on the control technology. In this article, the application status and characteristics of distributed control systems in industrial control are summed up. The design methods and integrated application of the distributed control system in practical applications are discussed, and finally the future trends of DCS are introduced, to provide reference for the study of industrial automation control.

关键词： DCS 分散控制 工业控制系统 集散控制系统 设计与应用

Key words: DCS；decentralized control；industrial control systems；distributed control system；design and application

中图分类号：T-1文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）20-0032-02

1集散控制系统概述

1.1 集散控制系统的概念集散控制系统DCS（Distributed Control System）又称分布式控制系统，是对生产过程进行集中管理和分散控制的计算机系统，是随着现代大型工业生产自动化水平的不断进步和过程控制要求日益复杂应运而生的综合控制系统，它融合了计算机技术、通讯技术、网络技术和自动控制技术，是一种把危险分散，控制集中优化的新型控制系统，由集中管理、分散控制和通信网络三大部分组成。

1.2 集散控制系统的工作过程根据实际过程控制的要求，利用组态软件对硬件以及程序模块进行组态，包括控制回路组态，控制方案的选择，趋势画面的生成等。组态完毕后，生成一系列组态信息文件。在系统运行前，根据文件属性的不同，将这些组态信息文件下装到过程控制单元与操作员站，过程控制单元根据该组态信息文件的内容，从固化在EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）中的功能模块库中找到相应的控制算法并且执行。最后通过驱动装置将结果送往执行机构，完成控制目的。同时操作员站根据组态提供的内容，实现对系统生产状况的监控。

2集散控制系统的特点

2.1 分级递阶控制集散控制系统是分级递阶控制系统，它的规模越大，系统垂直和水平分级的范围也越广。最简单的集散控制系统至少在垂直方向分为操作管理级和过程控制级，水平方向各过程控制级之间相互协调，向垂直方向送数据，接受指令，各水平级间也进行数据交换。

2.2 分散控制分散的含义不单是分散控制，还包括人员地域的分散、功能分散、设备分散、负荷分散、危险分散。目的是危险分散，提高设备使用率。

2.3 完善的控制功能和窗口功能集散系统可完成简单回路调节、还可以完成复杂多变量多回路模型优化控制。可以执行PID控制运算、前馈一反馈复合调节、史密斯预估、预测控制等各种运算。利用专家系统，可实现自适应控制。可进行反馈控制，也可进行间断顺序控制、批量控制、逻辑控制、数据采集，可实现监控、显示、打印、输出、报警、历史趋势贮存等各种操作要求。操作站采用高分辨率彩色显示器和复合窗口技术，画面非常丰富，各种资料、信息及时恰当地呈现在操作人员面前。平面封闭式操作键盘、各种软键、触摸式屏幕、鼠标、跟踪球标操作器等，使操作更为灵活、可靠、方便。操作站所配备的拷贝机和打印机，适应了现代化生产管理对画面和报表的要求。

2.4 易操作性集散控制系统根据对宜人学的研究，结合系统组态、结构方向的知识，为操作工提供了一个非常好的操作环境。为操作员提供的资料、状态等信息易于辨认，报警或事件发生的信息能引起操作员的注意，长时间工作不易疲劳，操作方便、快捷。

2.5 安全可靠性高系统硬件采用冗余技术，硬件上包括操作站、控制站、通讯线路等都采用双重化配置，使得在某一个单元发生故障的情况下，仍然保持系统的完整性，即使全局性通信或管理失效，局部站仍能维持工作。从软件上采用分段与模块化设计，积木式结构，采用容错设计，使系统安全稳定。系统具有抗干扰能力，对测量信号和控制信号要经过隔离处理，信号电缆进行良好的接地和屏蔽。采用不问断供电设备，用带屏蔽的专用电缆供电。考虑到交流电源停电事故，采用镍镉电池、铅钙电池及干电池的掉电保护措施。采用危险分散、连续监视、故障报警、横向联锁、分级操作等措施，保护系统安全可靠地进行。

2.6 采用局部网络通信技术和标准化通信协议采用局部网络把各工作站连接起来，实现资料、指令及其它信息的传输。局部网络实行无主站的n：n平等通信，信息传输速率高，误码率低，实时性好，安全可靠，分布式数据库资源共享，便于信息的综合管理、集中显示和操作，便于控制功能的分散。集散控制系统的开放使各不同制造厂的应用软件有了可移植性，系统间可以进行数据通信，为用户提供广阔的应用场所。

2.7 系统构成灵活方便，存储容量大集散系统采用局部网络，使系统扩展十分方便。系统用组态方法构成各种控制回路，当变更控制方案时，只要变更程序，无需增添设备或更换接地线就能修改控制方案，对生产工艺及流程的改变具有较强的适应性。信息存储容量大，有极强的管理能力，可实现生产过程自动化，工厂自动化等目标。

2.8 适用于生产控制用于各种生产控制，有良好的性能价格比，不但其硬件适应生产控制，而且软件的适应性也稳定，随着系统开放第三方的应用软件也可方便应用。

3系统的设计方法及应用

3.1 设计思想围绕模拟锅炉、管式电阻炉及水箱等对象，以锅炉、管式炉的温度及水箱的液位或压力作为被控参数，分别选择热电阻、热电偶及压力变送器作为测量元件，再配备相关变送器和执行部件，采用AI-808智能仪表或KMM可编程调节器作为控制器，设计的温度控制系统或水箱液位控制系统，进行参数整定后系统能稳定运行，且控制精度较高，各项性能指标均满足要求，应用结果令人满意。但是，运行或试验过程中的各种仪表操作及各类试验数据的记录与统计仍需要操作人员的反复参与，各种数据报表只能由人工完成。为进一步提高装置的自动化水平，对各项功能指标实现集中管理，在原仪表控制系统基础上进行改进，通过引入尽可能少的设备，设计实现以计算机为上位机，以多个智能控制器为现场控制级的集散控制系统。通过对上位机的软件开发，达到对多个被控对象完成不同性能指标要求的控制，同时进行监控及操作，使均满足各自性能要求为目的，实现集中管理，分散控制。如图1为集散控制系统的组成原理图。

3.2 系统组成及工作原理DCS是以模拟锅炉、管式电阻炉和水箱为被控对象，分别提出不同控制要求，通过选择不同控制算法，由下位机或计算机直接实现其自动控制，下位机可通过上位机进行监督、调度及管理。其控制方式有仪表控制和直接数字控制（DDC）。其中DDC足以远程数据采集板卡（完成A/D和D/A转换）和计算机相连实施控制，其它回路用智能仪表进行自动调节；数据采集板卡和智能仪表均通过RS-485通信经RS-485/232转换和计算机串口相连实现数据交换，实现分散控制和集中管理与监督。在图1所示原理图中，作为监督与管理功能的PC机通过RS-485通信方式与多个AI仪表相连接，可多达到一百台，实现不同现场级的过程控制。以图1中的（虚线内）每个过程现场级为例，基本组成仍是简单过程控制系统，其结构框图如图2所示。图2中的被控对象可以是模拟锅炉、管式电阻炉及水箱；控制器选用具有通信功能的AI仪表或采用PC实现DDC控制；测量变送器选择对应被控对象的热电阻温度变送器、热电偶温度变送器及压力变送器。执行装置分别选择三相可控硅调压装置、固态开关触发器及双向可控硅凋压装置和电动调节阀。如图2，以水箱液位控制系统为例，通过智能仪表或上位监控机设置液化的给定值SP。用压力变送器测量水箱的液位高度，并把测量信号（PV）送智能仪表。智能仪表接收到PV和SP形成偏差，一方面根据控制规律进行运算并发出控制命令来改变调节阀门的开度大小，实现水箱液位定值控制。另一方面经RS-485通信把智能仪表的各种信号送上位机（PC）进行显示和记录，以便实施统一管理。

3.3 具体实现①硬件部分。硬件部分是在原仪表控制的基础上进行改进而来，其基础控制回路不变，主要是实现下位机和上位机的连接。连接方式是各仪表间采用RS-485通信。再经RS-485/232转换器和PC机相连。每台仪表被赋予各自的地址编码，用以识别身份，实现一对多通信。这样汁算机经过串行通信便能通过通信线对挂在下面的所有仪表进行控制操作。②软件部分。采用工控组态软件（MCGS）来开发系统的应用软件，能够解决实际工程问题，完成设备、数据库及用户窗口的管理；具有方便友好的人机交互界面，能实现数据采集、实时和历史数据、报警安全机制、工艺流程控制、动画显示，实时和历史曲线及报表输出等功能。③系统调试与运行。系统调试首先对各个现场级回路进行，保证各现场级能正常工作。然后完成智能仪表和PC机间的凋试，主要是对仪表的正确设置及保证通信畅通，通过设备窗口完成设置与调试。

设备调试在“设备调试”属性页中进行，以检查和测试模块是否正常工作。在进行调试前，要先接好模块电源和串行通讯线，把模块地址、波特率和各种参数设置正确、Addr参数必须和模块地址一致，串口号、波特率、数据位位数、停止位位数、校验方式必须和父设备的设置一致。打开主机即可调试。调试正确后，使系统运行，先使各现场级在智能仪表控制下手动运行，启动所开发的应用软件，观察PC机和各下位机的通信情况、PC机正确采集到智能仪表的相关信息、参数及系统运行状况。

4集散控制系统的发展趋势

随着科技的发展和人们的要求，DCS在系统的功能、可靠性、通信速率、兼容性、方便用户运用及可维护性方面必将有很大的提高和发展。①未来的集散型过程控制系统将更加开放，即改变过去DCS各厂家自成体系的封闭结构，组成一个连接规则标准化的开放系统网络，如采用开放式的具有层次结构模块化的体系结构，使不同厂家的设备能够灵活地相互组合、进行通讯。②微型化及结构分散化。系统采用分级结构，一机一回路是发展趋势，这样，使得危险更加分散，但同时带来的问题是成本将增加。③丰富的软件功能。标准模块化的系统应用软件将具备调节控制、约束控制和优化控制功能、专家系统，模糊控制理论机神经网络将应用于DCS。④通讯网络光缆化。采用光导纤维实现通讯，统一通讯规则是今后的方向。⑤与PLC相互渗透。PLC与DCS系统相互融合，是控制领域的趋势。此外，随着系统的灵活性、扩展性、可靠性和性能价格比的不断提高，DCS系统将完全取代常规控制系统，其应用和发展必将跃上一个新台阶。

随着控制技术、计算机技术、网络通信技术、人工智能、智能仪表、集成技术等高新技术的发展和各种理论的完善，集散控制系统己向更广更深层次发展，如CIMS系统、CIPS系统和FCS系统等。

总之，未来的集散控制系统将随着计算机的发展而发展，高级智能化的判断、策略及控制规律的出现，新技术成果的不断丰富，将使集散控制系统发生再一次飞跃，并赋予新的概念、新的内容，站立在新技术革命工业生产发展的前沿。

参考文献:

[1]徐树梅．一种多智能仪表DCS系统的研究[J]．微计算机信息，2005（6）．

[2]邱化元．集散控制系统．北京：机械工业出版社，2002（8）．

[3]刑建春．新技术形势下DCS的发展对策．自动化仪表，2003（1）．

[4]刘军民．基于CDMA的无线DCS系统．工业仪表与自动化装置，2003（1）．

[5]郑萍，李英．集散控制系统（DCS）的发展及展望.自动化与仪器仪表，2003（4）．

工业控制系统篇3

【 关键词 】 工业控制系统；SCADA；安全防护；解决方案

1 引言

现代工业控制系统（ICS）包括数据采集系统（SCADA），分布式控制系统（DCS），程序逻辑控制（PLC）以及其他控制系统等，目前已应用于电力、水力、石化、医药、食品以及汽车、航天等工业领域，成为国家关键基础设施的重要组成部分，关系到国家的战略安全。为此，《国家信息安全产业“十二五”规划》特别将工业控制系统安全技术作为重点发展的关键技术之一。

与传统基于TCP/IP协议的网络与信息系统的安全相比，我国ICS的安全保护水平明显偏低，长期以来没有得到关注。大多数ICS在开发时，由于传统ICS技术的计算资源有限，在设计时只考虑到效率和实时等特性，并未将安全作为一个主要的指标考虑。随着信息化的推动和工业化进程的加速，越来越多的计算机和网络技术应用于工业控制系统，在为工业生产带来极大推动作用的同时，也带来了ICS的安全问题，如木马、病毒、网络攻击造成信息泄露和控制指令篡改等。工业基础设施中关键ICS系统的安全事件会导致出现：（1）系统性能下降，影响系统可用性；（2）关键控制数据被篡改或丧失；（3）失去控制；（4）严重的经济损失；（5）环境灾难；（6）人员伤亡；（7）破坏基础设施；（8）危及公众安全及国家安全。

据权威工业安全事件信息库RISI（Repository of Security Incidents）的统计，截止2011年10月，全球已发生200余起针对工业控制系统的攻击事件。2001年后，通用开发标准与互联网技术的广泛使用，使得针对ICS系统的攻击行为出现大幅度增长，ICS系统对于信息安全管理的需求变得更加迫切。

典型工业控制系统入侵事件：

（1） 2007年，攻击者入侵加拿大的一个水利SCADA控制系统，通过安装恶意软件破坏了用于取水调度的控制计算机；

（2） 2008年，攻击者入侵波兰某城市的地铁系统，通过电视遥控器改变轨道扳道器，导致4节车厢脱轨；

（3） 2010年，“网络超级武器”Stuxnet病毒通过针对性的入侵ICS系统，严重威胁到伊朗布什尔核电站核反应堆的安全运营；

（4） 2011年，黑客通过入侵数据采集与监控系统SCADA，使得美国伊利诺伊州城市供水系统的供水泵遭到破坏。

2 工业控制系统的安全分析

分析可以发现，造成工业控制系统安全风险加剧的主要原因有两方面。

首先，传统工业控制系统的出现时间要早于互联网，它需要采用专用的硬件、软件和通信协议，设计上基本没有考虑互联互通所必须考虑的通信安全问题。

其次，互联网技术的出现，导致工业控制网络中大量采用通用TCP/IP技术，工业控制系统与各种业务系统的协作成为可能，愈加智能的ICS网络中各种应用、工控设备以及办公用PC系统逐渐形成一张复杂的网络拓扑。另一方面，系统复杂性、人为事故、操作失误、设备故障和自然灾害等也会对ICS造成破坏。在现代计算机和网络技术融合进ICS后，传统ICP/IP网络上常见的安全问题已经纷纷出现在ICS之上。例如用户可以随意安装、运行各类应用软件、访问各类网站信息，这类行为不仅影响工作效率、浪费系统资源，而且还是病毒、木马等恶意代码进入系统的主要原因和途径。以Stuxnet蠕虫为例，其充分利用了伊朗布什尔核电站工控网络中工业PC与控制系统存在的安全漏洞（LIK文件处理漏洞、打印机漏洞、RPC漏洞、WinCC漏洞、S7项目文件漏洞以及Autorun.inf漏洞）。

2.1 安全策略与管理流程的脆弱性

追求可用性而牺牲安全，这是很多工业控制系统存在普遍现象，缺乏完整有效的安全策略与管理流程是当前我国工业控制系统的最大难题，很多已经实施了安全防御措施的ICS网络仍然会因为管理或操作上的失误，造成ICS系统出现潜在的安全短板。例如，工业控制系统中的移动存储介质的使用和不严格的访问控制策略。

作为信息安全管理的重要组成部分，制定满足业务场景需求的安全策略，并依据策略制定管理流程，是确保ICS系统稳定运行的基础。参照NERCCIP、ANSI/ISA-99、IEC62443等国际标准，目前我国安全策略与管理流程的脆弱性表现为：（1）缺乏安全架构与设计；（2）缺乏ICS的安全策略；（3）缺乏ICS安全审计机制；（4）缺乏针对ICS的业务连续性与灾难恢复计划；（5）缺乏针对ICS配置变更管理；（6）缺乏根据安全策略制定的正规、可备案的安全流程（移动存储设备安全使用流程与规章制度、互联网安全访问流程与规章制度）；（7）缺乏ICS的安全培训与意识培养；（8）缺乏人事安全策略与流程（人事招聘、离职安全流程与规章制度、ICS安全培训和意识培养课程）。

2.2 工控平台的脆弱性

由于ICS终端的安全防护技术措施十分薄弱，所以病毒、木马、黑客等攻击行为都利用这些安全弱点，在终端上发生、发起，并通过网络感染或破坏其他系统。事实是所有的入侵攻击都是从终端上发起的，黑客利用被攻击系统的漏洞窃取超级用户权限，肆意进行破坏。注入病毒也是从终端发起的，病毒程序利用操作系统对执行代码不检查一致性弱点，将病毒代码嵌入到执行代码程序，实现病毒传播。更为严重的是对合法的用户没有进行严格的访问控制，可以进行越权访问，造成不安全事故。

目前，多数ICS网络仅通过部署防火墙来保证工业网络与办公网络的相对隔离，各个工业自动化单元之间缺乏可靠的安全通信机制，数据加密效果不佳，工业控制协议的识别能力不理想，加之缺乏行业标准规范与管理制度，工业控制系统的安全防御能力十分有限。例如基于DCOM编程规范的OPC接口几乎不可能使用传统的IT防火墙来确保其安全性，在某企业的SCADA系统应用中，需要开放使用OPC通讯接口，在对DCOM进行配置后，刻毒虫病毒（计算机频繁使用U盘所感染）利用Windows系统的MS08-67漏洞进行传播，造成Windows系统频繁死机。

另一种容易忽略的情况是，由于不同行业的应用场景不同，其对于功能区域的划分和安全防御的要求也各不相同，而对于利用针对性通信协议与应用层协议的漏洞来传播的恶意攻击行为更是无能为力。更为严重的是工业控制系统的补丁管理效果始终无法令人满意，考虑到ICS补丁升级所存在的运行平台与软件版本限制，以及系统可用性与连续性的硬性要求，ICS系统管理员绝不会轻易安装非ICS设备制造商指定的升级补丁。与此同时，工业系统补丁动辄半年的补丁周期，也让攻击者有较多的时间来利用已存在漏洞发起攻击。以Stuxnet蠕虫为例，其恶意代码可能对Siemens的CPU315-2和CPU417进行代码篡改，而Siemens的组态软件（WinCC、Step7、PCS7）对Windows的系统补丁有着严格的兼容性要求，随意的安装补丁可能会导致软件的某些功能异常。

2.3 网络的脆弱性

ICS的网络脆弱性一般来源于软件的漏洞、错误配置或者ICS网络管理的失误。另外，ICS与其他网络互连时缺乏安全边界控制，也是常见的安全隐患。当前ICS网络主要的脆弱性集中体现在几个方面。

（1） 网络配置的脆弱性（有缺陷的网络安全架构、未部署数据流控制、安全设备配置不当、网络设备的配置未存储或备份、口令在传输过程中未加密、网络设备采用永久性的口令、采用的访问控制不充分）。

（2） 网络硬件的脆弱性（网络设备的物理防护不充分、未保护的物理端口、丧失环境控制、非关键人员能够访问设备或网络连接、关键网络缺乏冗余备份）。

（3） 网络边界的脆弱性（未定义安全边界、未部署防火墙或配置不当、用控制网络传输非控制流量、控制相关的服务未部署在控制网络内）。

（4） 网络监控与日志的脆弱性（防火墙、路由器日志记录不充分、ICS网络缺乏安全监控）。

（5） 网络通信的脆弱性（未标识出关键的监控与控制路径、以明文方式采用标准的或文档公开的通信协议、用户、数据与设备的认证是非标准的。

（6） 或不存在、通信缺乏完整性检查。

（7） 无线连接的脆弱性（客户端与AP之间的认证不充分、客户端与AP之间的数据缺乏保护）。

3 工业控制系统的安全解决方案

工业控制系统的安全解决方案必须考虑所有层次的安全防护安全解决方案，必须考虑所有层次的安全防护。

（1） 工厂安全（对未经授权的人员阻止其访问、物理上防止其对关键部件的访问）。

（2） 工厂IT安全（采用防火墙等技术对办公网与自动化控制网络之间的接口进行控制、进一步对自动化控制网络进行分区与隔离、部署反病毒措施，并在软件中采用白名单机制、定义维护与更新的流程）。

（3） 访问控制（对自动化控制设备与网络操作员进行认证、在自动化控制组件中集成访问控制机制）工业场景下的安全解决方案必须考虑所有层次的安全防护。

根据国内ICS及企业管理的现状，建议ICS的信息安全机制的建立从三个方面考虑：1）借鉴国际规范制定适合我国国情的ICS分区分级安全管理及隔离防护机制，制定相关技术标准，鼓励国内相关企业开发符合相关技术标准的专业防火墙、隔离网关等专业产品；2）按ICS系统的应用类型建立工控网络信息安全网络架构规范和组网原则，制定ICS系统网络设备选取及运行管理规范，禁止接入外来不可信存储设备；3）建立市场准入机制并制定相关文件。

目前，国内大型成套设备的ICS系统基本上以国外工控系统为主，甚至有些设备直接是国外全套进口的。国外厂商在ICS系统集成、调试和后续维护上有许多办法和手段以降低工程项目的后期运行维护成本。其中最典型的手段就是设备的远程维护，包括监控、诊断、控制和远程代码升级。这些功能的实施通常是借助外部公共网络平台远程操控。这些功能方便了系统开发建造商，但给我们的大型（包括重点）工业项目的日后运行带来重大隐患。外部攻击者可以通过这些路由控制或改变、介入并控制ICS系统。从信息安全的角度应严格控制国外具有远程外部操作后门的ICS系统与装置进入国内核心工控系统。另外，随着高性能的通用PC平台与工控系统对接，越来越多的工控核心装置采用PC硬件平台和微软操作系统作为系统的核心，这样做的好处是借助PC平台和微软软件系统下的大量高性能软件资源降低开发成本。但这样做的危害是将工控系统置于PC平台中的各种病毒和网络攻击的威胁下。虽然相关企业不断推出各种补丁与升级，但工控系统24小时常年不断的运行模式使得这种间歇式的软件修补与升级显得非常无助。所以选用基于PC硬件平台和微软操作系统的底层ICS装置进入核心工控系统应该予以认真考虑。

参考文献

[1] 王孝良，崔保红，李思其.关于工控系统的安全思考与建议.第27次全国计算机安全学术交流会，2012.08.

[2] 张帅.ICS工业控制系统安全分析.计算机安全，2012.01.

[3] 唐文.工业基础设施信息安全.2011.

[4] 石勇，刘巍伟，刘博.工业控制系统（ICS）的安全研究.网络安全技术与应用，2008.04.

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工业控制系统篇4

关键词:六自由度；工业机器人；运动控制系统

自动化工业系统中工业机器人是一种不可或缺的设备,为人类社会进步和历史发展奠定基础。随着社会生产力的全面提升,越来越多的劳动力被需要,这就使得逐渐凸显出重复劳动力的问题,为了有效解决上述问题,机器人是一种良好措施。虽然工业机器人研究方面具备一定成绩,但是相比国外发达国家来说,还是具备一定差距,为此需要进一步研究六自由度工业机器人,集中阐述运动控制系统。

1设计运动控制系统基本方案

基于六自由度工业机器人基本系统的基础上来构建控制系统,六自由度工业机器人运动控制系统主要包括两个部分：软件和硬件。软件主要就是用来完成机器人轨迹规划、译码和解析程序、插补运算,机器人运动学正逆解,驱动机器人末端以及所有关节的动作,属于系统的核心部位。硬件主要就是为构建运动控制系统提供物质保障[1]。

2设计硬件控制系统

在六自由度工业机器人的前提下,利用ARM工控机来设计系统方案。下位机模块是DMC-2163控制卡。通过以太网工控机能够为DMC-2163提供相应的命令,依据命令DMC-2163执行程序,并且能够发出控制信号。利用伺服放大器对系统进行放大以后,驱动设备的所有电机进行运转,保障所有环节都能够进行动作。工业机器人通过DMC-2163输送电机编码器的位置信号,然后利用以太网来进行反馈,确保能够实时监控和显示机器人的实际情况。第一,DMC-2163控制卡,设计系统硬件的时候,使用Galil生产的DMC控制器,保障能够切实满足设计的性能和精度需求,选择DMC-2163控制器来设计六自由度工业机器人,依据系统API来二次开发工控机。第二,嵌入式ARM工控机。实际操作中为了满足系统高性能、可靠、稳定的需求,使用嵌入式FreescaleIMx6工控机,存在1.2GHz主频率。Cortex-A9作为CPU，拥有丰富的硬件资源,能够全面满足设计六自由度机器人的需求[2]。

3设计和实现控制系统软件

3.1实现NURBS插补依据系统给定的控制顶点、节点矢量、权因子来对NURBS曲线进行确定,插补NURBS曲线的关键实际上就是利用插补周期范围内存在的步长折线段来对NURBS曲线进行逼近,因此,想要实现NURBS插补就需要切实解决密化参数和轨迹计算两方面内容。第一,密化参数。实际上就是依据空间轨迹中给定的补偿来对参数空间进行映射,利用给定步长来计算新点坐标和参数增量。第二,轨迹计算。实际上就是在具体体现空间回轨迹的时候合理应用参数空间坐标进行反向映射,以便于能够得到对应的映射点,也就是插补轨迹新点坐标。为了有效提升插补实时性以及速度,需要进行预处理,确保可以降低计算量。通过阿当姆斯算法,有机结合前、后向差分来进行计算,保障能够防止计算隐式、复杂的方程。为了确保可以有效地进行插补计算,设计过程中通过Matlab平台进行仿真处理[3]。3.2实现ARM工控机基于ARM工控机来展现六自由度工业机器人运动控制系统的软件,实际操作中开发软件环境是首要问题,把Linux系统安装在FreescaleIMx6中,构成ubuntu版本的控制系统,并且系统中移入嵌入式Qt,并且在ubuntu中移入DMC控制器中的Linux库[4]。利用图形用户界面来设计软件,构件主体框架的时候合理应用QMainWindows,为了能够全面实现系统所有模块的基本功能,需要合理应用QDialog、QWidget类,通过Qt信号、配置文件、事件管理、全局变量等来展现模块的信息交流功能。控制软件系统包括以下几方面内容：第一,文档管理模块。文档管理模块能够保存文件、重新构建文件,是一种可以被DMC-2163解析的文档二字符指令集,以便于能够简单控制代码测试机器人的轴[5]。第二,与下位机通讯模块,这部分实际上就是通过DMCComandOM()函数来对编码器数值进行关节转角数据的获取,计算运动轨迹的时候应用正逆运动学,同时利用DMCdownloadFile()函数,在控制器中下载运动指令。第三,人机界面模块。这种模块主要就是用来更新和显示机器人运动状态的,此外也能够设置用户输入的数据,保障能够实时监控和控制机器人的基本情况。第四,运动学分析模块,在已经获取末端连杆姿态和位置的基础上,来对机器人转角进行计算的方式就是逆解。在已经计算出关节转动角度的基础上,来对空间中机器人姿态和位置进行求解的方式就是运动学正解。机器人想要正确运行的前提就是运动学分析模块,并且对机器人目标点是否符合实际情况进行分析,保障能够及时更改错误。第五,轨迹规划模块。这种模块可以为完成基本运动作业提供依据,不仅可以完成圆弧运动和直线运动,也能够进行NURBS插补,保障能够自由地进行曲线运动。第六,机器人在完成十分复杂的再现和示教操作的时候,利用再现模式界面来对示教动作进行自动操作。第七,设置系统。设计的过程中应该对系统进行合理设置,如限制运动权限、进入系统的密码、机器人系统参数等。在设置系统参数的时候,能够在六自由度工业机器人中来实现控制系统软件的基本作用,以此来保障控制软件系统设计的通用性。第八,状态显示模块。这种模块可以具体显示完成作业的进度、机器人安装的姿态和位置、控制器I/O。第九,设置机器人参数,一般来说主要包括伺服驱动倍频比/分频比、运动学DH参数,六自由度工业机器人设计结构取决于DH参数;机器人DMC控制卡输送单个脉冲过程中的关节转动角度取决于倍频比/分频比[6]。3.3运行系统软件软件控制系统设计中成功测试各模块以后,在程序主框架中进行合理应用,以便于设计实现机器人系统。成功测试系统软件以后具备运动控制系统的基本功能。

4结语

综上,在基于目前已经存在的六自由度机器人系统上来设计运动控制系统,嵌入式ARM工控机和DMC-2163控制卡是硬件系统设计的关键。在Ubuntu的基础上构建Qt平台,此时合理科学地设计软件系统。此外把NUBRS插补计算方式融入到控制系统中,保障在轨迹空间中机器人末端能够形成自由曲线轨迹。运动控制系统为机器人提供图形界面,能够为系统运行提供比较好的扩展性、高通用性,并且操作也十分方便,因此这种运动控制系统应用具备广阔的前景。

参考文献

[1]张鹏程,张铁.基于矢量积法的六自由度工业机器人雅可比矩阵求解及奇异位形的分析[J].机械设计与制造,2011(8):152-154.

[2]张鹏程,张铁.基于包络法六自由度工业机器人工作空间的分析[J].机械设计与制造,2010(10):164-166.

[3]倪受东,丁德健,张敏，等.视觉功能六自由度工业机器人的研制[J].制造业自动化,2012,34(24):1-4,9.

[4]吴应东.六自由度工业机器人结构设计与运动仿真[J].现代电子技术,2014(2):74-76.

[5]田东升,胡明,邹平，等.基于ANSYS的六自由度工业机器人模态分析[J].机械与电子,2012(2):59-62.

工业控制系统篇5

    关键词:制造工业自动化控制过程控制系统

    中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0022-01

    自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用,自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展,自动控制技术的应用日益广泛,其重要作用也越来越显着。生产过程自动控制(简称过程控制)是自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用,是自动化技术的重要组成部分。

    1、过程控制系统的特点

    (1)生产过程的连续性:在过程控制系统中,大多数被控过程都是以长期的或间歇形式运行,在密闭的设备中被控变量不断的受到各种扰动的影响。

    (2)被控过程的复杂性:过程控制涉及范围广,被控对象较复杂。

    (3)控制方案的多样性:过程控制系统的控制方案非常丰富。

    2、工业中过程控制系统的主要应用

    2.1 自动检测系统

    利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录。

    2.2 自动信号和联锁保护系统

    自动信号系统:当工艺参数超出要求范围,自动发出声光信号。联锁保护系统:达到危险状态,打开安全阀或切断某些通路,必要时紧急停车。(如图1所示)

    2.3 自动操纵及自动开停车系统

    自动操纵系统:根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统:按预先规定好的步骤将生产过程自动的投入运行或自动停车。

    2.4 自动控制系统

    利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制,使他们在受到外界扰动的影响而偏离正常状态时,能自动的回到规定范围。

    3、过程控制系统的组成

    3.1 检测元件

    该单元的主要作用是检测被控元件的物理量。

    3.2 控制器

    将设定值与测量信号进行比较,求出它们之间的偏差,然后按照预先选定的控制规律进行计算并将计算结果作为控制信号送给执行装置。

    3.3 执行器

    该部分元件作用是接受控制器的控制信号,直接推动被控对象,使被控变量发生变化。

    4、过程控制系统中的闭环控制系统

    按照自动控制有无针对对象来划分,自动控制可分为“开环控制”和“闭环控制”。区分“开环控制”和“闭环控制”最直接的办法是看是否有最终对象的反馈,当然这个反馈不是人为直观观察的。目前工业自动化控制中采用最为广泛的就是闭环控制系统。

    4.1 闭环控制系统的优缺点

    闭环控制系统主要是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的控制系统。 其主要优点为,不管任何扰动引起被控变量偏离设定值,都会产生控制作用去克服被控变量与设定值的偏差。其主要缺点为,由于闭环控制系统的控制作用只有在偏差出现后才产生,当系统的惯性滞后和纯滞后较大时,控制作用对扰动的克服不及时,从而使其控制质量大大降低。

    4.2 闭环控制系统的主要类型

    根据设定值分为定值控制系统,随动控制系统和程序控制系统。

    (1)定值控制系统,其特点是设定值是固定不变的闭环控制系统称为定值控制系统。

    作用为克服扰动的影响,使被控变量保持在工艺要求的数值上。

    (2)随动控制系统 ,其特点为设定值是一个未知的变化量的闭环控制系统称为随动控制系统。作用为以一定的精度跟随设定值的变化而变化。

    (3)程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情况,其分析研究方法与随动控制系统相同。其特点为设定值是变化的,且按一定时间程序变化的时间函数。作用为以一定的精度跟随设定值的变化而变化。

    5、过程控制系统的性能指标及要求

    过程控制系统的常见信号有:阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。我们在生产中使用最频繁的就是阶跃信号,其数学表达式为:

    当A=1时称为单位阶跃信号。其特点是易产生,对系统输出影响大,便于分析和计算。在阶跃信号作用下,被控变量随时间的变化表现的形式有:发散振荡过程,非振荡衰减过程,等幅振荡过程,衰减振荡过程,非振荡发散过程。

    通过以上的陈述不难看,过程制造系统在我国各行各业已经有了十分广泛的应用,并且技术也在日趋成熟。随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈,产品的质量和功能也向更高的档次发展,制造产品的工艺过程变得越来越复杂,为满足这些更高的要求,做为工业自动化的重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。

    参考文献

    [1]陈诗涛编着.工业过程仪表与控制.轻工业出版,2000.

    [2]李友善主编.自动控制原理.国防工业出版社,2001.

    [3]吴勤勤等编着.控制仪表及装置.化学工业出版社,2002.

工业控制系统篇6

1.1干扰来源

干扰变量的根源通常来自传输电磁能量的各种装置。但干扰源存在的部位不统一，干扰源的灵敏性也不一样。有些干扰变量非常容易与传感设备产生耦合，产生电磁活动，一定程度上影响传感设备。只有认清不同类型的耦合方式，才能应用各种干扰。一般说来，耦合包括电流耦合、电磁场耦合、电容耦合和电感耦合。

1.2常见干扰源

常见干扰源的种类繁多，分类标准也比较复杂，但通常认为常见干扰源包括辐射干扰、传导干扰和设计施工干扰。这些干扰都是因为变频器或电流较大引起的。

（1）辐射干扰

辐射干扰主要由电路、高频感应设备等产生。辐射干扰无法避免，通常采用消除电磁感应来减少空间辐射。通过诸如优化电路，消除高频感应设备的电流等措施来降低辐射。

（2）传导干扰

传导干扰通常由电源线或信号线干扰引起，许多工业自动化控制系统的用电设备部件引起电磁感应，干扰工业自动化控制系统。当然也信号线也时常产生电磁感应，导致导线产生瞬间电流，影响线路，甚至造成控制系统死机。通常采用绝缘电缆或屏蔽接地等措施来降低干扰。

（3）设计施工干扰

某些工工程设计与施工或安装也会造成干扰。例如接地系统设计不合理或高频发生器控制器设计不合理都会引起系统混乱，进一步产生干扰。通常采用优化系统设计，提高技术含量来避免设计施工干扰。

二、工业自动化控制系统的抗干扰措施

2.1利用计算机软件降低干扰信号强度

工业自动化控制系统中的各种干扰都是因为辐射、传导、通信信号等各方面的原因。这些干扰影响了系统的正常运行，即然是计算机自动化控制系统，就可以通过编程来分析各种辐射波，进一步过滤和分析这些辐射波，甚至进行数字化处理，有效的降低干扰信号的强度，提高工业自动化控制系统的抗干扰能力。

2.2合理设计接地系统抵制电磁干扰

接地系统设计不合理也会产生电磁干扰，这种干扰不及时处理，会引入更加强烈的干扰信号。自动化工程师应很据工业自动化控制系统的实际运行情况，对接地系统进行合理的设什，比如，通过电气保护接地或信号回路接地等等，保证工业自动化控制系统的电磁干扰减弱，进一步提高工业自动化控制系统运行的安全性、可靠性。

2.3合理选用控制系统零部件削除调频干扰

大量零部件设备对工业自动化控制系统的干扰也是不可小嘘的。这些零部件设备会产生大量的干扰信号，影响自动化控制系统的正常运行。自动化工程师应该合理选用零部件消除调频干扰。例如可以使用双积分型的RC滤波器来实现消除高频干扰，使用双差分输入型交绞合线及差动放大器消除共模的干扰。必要时可以结合阻抗的匹配形式、采取单边接地、屏蔽接地、光电隔离等措施来有效的提升工业自动化控制系统的运行效率。

2.4合理设计敷设线路避免信号干扰

敷设线路设什不合理而造成信号线、通信线、信号线等方面的信号干扰也是工业自动化控制系统的一部分，这部分干扰会影响系统的正常运行。因此，必须对敷设线路进行优化，提高敷设线路的抗干扰性能。目前大部分的的敷设线路仍然采用普通标准型号的电缆线路，这非常不利于电磁信号的抗干扰。关键时，应该根据工业自动化控制票统的实际运行情况进行相应的敷设。敷设线路设计时，应注意敷设信号类型的不同，选择不同线路进行敷设、尤其是模拟信号和数字信号不能同用一根电缆，避免产生信号干扰的现象。

三、总结

工业控制系统篇7

关键词： 工业蒸汽锅炉；自动控制；系统组成

中图分类号： TP27 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2012）1110060-01

1 概述

工业蒸汽锅炉生产自动化控制系统即通过采用各种检测仪表、调节仪表、控制装置等自动化技术工具，对锅炉生产过程中的温度、压力、流量、液位等热工参量进行自动控制的系统。自动控制的目的是实现各种最优的技术经济指标，减轻劳动强度，提高经济效益和生产率，节约能源，改善劳动环境条件。

实现锅炉自动化具有提高锅炉运行的安全可靠性、提高锅炉运行的经济性、减少运行人员、提高劳动生产率、改善劳动条件等特点，具有显著的经济效益和社会效益。本文所介绍的控制系统是我公司在生产上百套设备的基础上总结出来的，经过现场实际运行，得到了用户的好评。

2 设计原则

根据工程的重要性和实际使用、维护等多方面因素，建议主要遵循以下原则：

1）安全、可靠、适用、耐用、易操作、易维护。

2）节能、环保、投资少、效率高、先进性。

3）系统软件功能完善，提高管理水平。

4）预留接口，用于扩建时联网、通讯，方便管理。

3 自动化控制系统的内容

1）自动检测

用检测元件和显示仪表或其它自动化设备，对系统的温度、压力、流量、液位等热工参量，进行连续测量和显示，以供值班员监视生产情况，或为企业经济核算提供数据，为自动调节和保护提供检测信号。以此监视工业锅炉生产过程进展的情况和发展的趋势，以指导安全操作生产，求得维护最佳运行工况。是锅炉生产自动化的组成部分，是实现锅炉生产自动化的前提和基础。自动检测点的选取是依据锅炉生产工艺要求设计的。

2）自动控制

自动控制是按一定的次序、条件和时间要求，对工艺系统中各有关对象进行控制的一种技术，是生产过程自动化技术的一个重要组成部分。主要指锅炉的起动、停止及正常运行等一系列操作自动化。锅炉上应用的自动控制主要有：送、引风机的起停，水处理设备的运行，输煤系统的启停等。采用自动控制可以大大提高锅炉的自动化水平，简化操作步骤，避免误操作，减轻劳动强度，加快机组的启停速度，减少运行人员等。

3）自动保护

当设备运行状况发生异常或参数超过允许值时，及时发出报警或进行必要的动作，以避免发生设备事故和危及人身安全。锅炉生产的自动保护主要分为以下几种：

联锁保护-防止锅炉设备在启停过程中，由于操作次序错误而造成事故，在上一步操作未完成前，不能做下一步操作。或者在锅炉运行时，当某些辅机发生故障，另一些有关的设备必须立即动作或停止，以免事故进一步扩大。

限值保护-工业锅炉运行时的实际蒸发量和变动负荷速度应根据锅炉及辅机的运行状态予以限制。各种调节阀、调节挡板的最大和最小开度应予以限制。

紧急保护-如果蒸汽压力，锅炉水位出现危险工况时或炉膛熄火时，相应的自动保护装置都应能快速投入。

指示与报警-各辅机工况应予显示（指示灯或仪表），危险工况应立即自动报警，当参数超过规定值时，发出声光信号，提醒值班员注意，采取有效措施，以保证正常生产，或自动地按一定顺序操作某些设备或紧急停止机组运行。

4）自动调节

锅炉的一些被调参数应自动地适应运行条件的变化，使锅炉在所要求的工况下保持运行。

4 系统组成

1）计算机系统

计算机系统是由可编程控制器、工控机和软件组成。PLC的可靠性高、抗干扰能力强，用于完成数据采集和现场其它设备的通讯控制任务，通过通讯接口与现场的工控机显示控制终端连接，工控机实时显示各种数据和报警信号以及输出其它控制指令，还可以完成查询、检索、统计报表、打印等功能。利用网络与远方计算机完成数据的自动交换和远方控制功能。

计算机主界面设有锅炉总系统图、运行工况图、系统实时报表、系统历史报表、系统总测点图、棒形图、历史趋势曲线等。以上各画面采用多级下拉菜单，送风机、引风机、给煤机，循环水泵，补水泵，除渣机及所有电动阀门均为动态显示。

自控系统最重要的是稳定、使用方便、易于维护，这样系统不但对计算机的软、硬件要求越来越高，对元件也有了更高的要求，我们在保证系统稳定运行的基础上，使用了一些新产品，如小型配电器、温度变送器、电量变送器等，将计算机输入信号统一为4～20mA或1～5V，统一了现场站的输入模块的种类，且减小了空间又起到了双重隔离作用，由此也大大的简化了计算机系统，并提高了系统的稳定性。

2）操作台控制显示系统

本系统设在中央控制室，可以选择手动或自动控制工作方式，要求与其它子系统保证友好连接，实现可靠控制和显示功能。重要参数在控制台上有常规仪表显示、报警，以使系统更加万无一失。系统包括：二次仪表、专用电源、信号隔离、综合报警、继电器组等元件。

3）变频柜控制系统

配电系统是保证锅炉正常运行的重要环节之一，配电系统所选元件的质量将直接影响锅炉的运行，循环泵、鼓风机、引风机、给煤机、选用变频控制，对其进行转速控制，使各设备达到最佳工况，即实现节能降耗的目的又提高了电机的使用寿命。

5 主要测点

1）模拟量输入点：炉膛温度、蒸汽温度、锅炉给水温度、省煤器进出口烟温、空气预热器进出口烟温、锅炉排烟温度、汽包压力、给水压力、炉膛负压、省煤器进出口烟压、空气预热器进出口烟压、除尘器进出口烟压、给水流量、蒸汽流量、汽包水位、烟气氧量及各辅机电流及频率等。

2）模拟量输出点：给水调节、鼓风机、引风机、炉排机调节等。

3）开关量输入点：鼓风机运行状态、引风机运行状态、炉排机运行状态，给水泵运行状态、上煤机运行状态、除渣机运行状态、各阀门状态。

4）开关量输出点：引风机起停、鼓风机起停、给煤机起停、循环泵起停、补水泵起停及各阀门开、关，报警输出。

5）报警输出点：炉堂负压高低、炉堂温度高低、软化水箱水位高低、炉排故障、给煤系统故障、循环水泵故障、引风机故障、鼓风机故障等。

6 结论

实际运行证明，本文所探讨的锅炉自动控制系统，设计合理、技术先进、功能完善通用性和灵活性较强、控制简单、操作方便、手动和自动调节切换容易、系统经济实用、运行稳定、可靠性高、保护功能全、自动化程度高，有较好地推广应用前景。

参考文献：

工业控制系统篇8

关键词：继电器 控制技术 应用 工业

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0003-01

1 继电器控制系统

继电器控制系统由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。

2 继电接触器工作原理

电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

3 继电器的主要作用

继电器作为最重要的控制元件之一，概括起来，有如下几种作用：

（1）扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。

（2）放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。

（3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。

（4）自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。

4 控制继电器存在的缺点

今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。

5 继电器控制系统在工业生产中的应用

（1）可编程控制器（PLC）作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来了前所未有的非凡变化。使用PLC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。可编程控制器的种类千差万别，为了在恶劣的工业环境中使用，它们却有许多共同的特点：①抗干扰能力强，可靠性极高，②编程方便，③使用方便，④维护方便，⑤设计、施工、调试周期短，⑥易于实现机电一体化。

（2）PCL的工作原理。PLC是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的。即PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描。如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

（3）PLC控制应用。模型介绍及控制过程分析：波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安装的。外桶固定，作盛水用，内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有许多小孔，使内外桶水流相通。

洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁阀离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测。启动按钮用来启动洗衣机工作。

控制要求：启动时，首先进水，到高位时停止进水，开始洗涤。正转洗涤15S，暂停3S后反转洗涤15S，暂停3S后再正转洗涤，如此反复30次。洗涤结束后开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水（同时排水），脱水时间为10S。这样完成一次从进水到脱水的大循环过程。经过3次上述大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警10S后结束全部过程，自动停机。

参考文献

[1]虞坤源.plc控制技术在横排头闸门控制中的应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2009（2）：72-74.《深入浅出西门子s7―200》.

[2]胡学林.可编程控制器原理及应用；电子工业出版社.

工业控制系统篇9

传统的工业控制系统已经满足不了现代工业发展的功能需求，由于DCS以及PLC设备的成本比较高，数据传输的实时性比较差，所以蓝牙技术成了系统开发的首要选择。本文首先对蓝牙技术进行了简要概述，在其基础上论述了该项技术在嵌入式工业控制系统中硬件设计的应用。实践证明，该项技术的应用不仅降低了系统开发成本，而且在一定程度上降低了系统设计难度。

【关键词】

嵌入式工业控制系统；蓝牙通信技术；应用

目前，大部分企业在发展中面临一个重大困难就是在工业现场采集数据并对其进行实时处理，为了解决这一问题，数字仪表使用的相对要多一些，但是该设备生产的厂家比较多，很多机型扩展能力不是很强，并且兼容性也不是很好[1]。蓝牙内部的结构采用的是分散式网络结构，并且运用了短包技术以及快跳频技术，符合当前工业控制系统开发要求，本文主要对其应用展开论述。

1蓝牙技术概述

蓝牙实际上就是一种无线电技术，主要用来实现一些距离较小的设备之间的实时通信。其中设备指的是笔记本电脑、PDA、智能电话、无线耳机以及一些相关设备[2]。通过使用蓝牙技术可以使得移动通信终端设备与设备之间的通信不再那么繁琐，其内部的结构采用的是分散式网络结构，不仅能够实现一点对多点实时通信，而且还能够实现一点对多点的实时通信，其工作频段为2.4GHz，对应的数据传输速率为1Mbps[3]。目前，蓝牙技术在通信领域发展当中起到了不可或缺的作用。

2蓝牙通信技术在嵌入式工业控制系统中硬件设计的应用

2.1系统硬件总体设计

本系统的硬件设计选用的核心控制器为ARM9，并且将S3C2440处理器作为CPU，该处理器不仅功耗低，而且性能较高，符合系统功能需求，其运行频率在400MHz左右，最高频率为533MHz。ARM9核心处理器集成的功能比较多，主要包括：NandFlash以及NORFlash两种存储系统，前者占内存大小为256M，使用的不是地址线，而是数据总线，对应的参数为8-bit，通过专用接口与CPU相连，从而起到一定的存储作用；后者自身的大小是2Mbyte，该存储系统想要与CPU相连，不仅需要使用16条数据总线，同时还需要使用22条地址总线。在ARM9的底板中含有的资源不只一种，主要包括：触摸屏与LCD显示屏，该资源有助于用户实现人机交互平台的构建；这种底板除了普通的标准接口以外，还有SPI系统总线接口以及GPIO系统总线接口等。由于ARM9控制器自身的资源比较丰富，并且具有较强的扩展性，所以有助于系统的硬件平台开发，使得该平台的开发逐渐转变为高效化、便捷化。接下来本文将对蓝牙数据实时通信进行相应设计。

2.2蓝牙数据实时通信设计

传统的工业数据传输系统采用的都是有线通信方式，例如RS232通信或者RS485通信。如果选用这些方式来进行数据的传输不仅需要消耗大量的电缆，增加了成本，而且操作起来也不具有灵活性，不仅如此，也加大了后期维护工作量。目前，无线通信技术发展较快，其中一种新型技术不仅成本低，而且具有较高的传输速率，可以在干扰比较严重的环境中正常运行，除此之外，还具有组网灵活的特性，该项技术就是蓝牙技术。虽然传输距离不是很远，在实际应用当中受到了一定限制，经过添加射频前端功放以后，其传输距离有所增加，在100米范围内传输效果都非常好，所以可以利用这种技术来实现工业数据传输，使其取代传统的有线传输方式。本文在建立蓝牙数据传输系统时，选取ARM9作为核心控制器，另外该系统的主要组成部分还包括蓝牙通信链路以及智能节点。为了实现无线数据传输，不仅要在ARM核心控制器中安装蓝牙模块，而且在8051单片机中也要安装蓝牙模块，需要传输的数据通过单片机节点进行A/D转换处理以后，经过蓝牙无线链路最终达到ARM主控制器完成相应处理。其中嵌入式蓝牙模块选用的是DFBM-CS120，其传输速率最高为721kb/s，可以支持7种工作模式，不仅可以输出射频信号，而且还具有全双工UART接口，该接口主要包括CTS、RTS、RXD以及TXD，其接收器与发射器具有相同的功能，均可实现数据的并转串功能或者串转并功能，从主机的角度对其进行分析，可以将UART看作是一个8位的输入端口与输出端口，主要用来实现主机的读写操作。由于该端口采用的是TTL电平，所以不需要借助其他器件来调整电压，只需将蓝牙模块直接与相应端口进行连接即可，不仅降低了系统开发成本，而且还降低了设计的难度，通过UART发送AT命令给蓝牙模块完成实时监控，同时利用天线射频信号来完成数据的传输。

3总结

在通信技术快速发展的时代背景下，蓝牙通信技术逐渐融入到人们的日常生活当中。为了提高嵌入式控制系统的通信效果，本文将蓝牙通信技术应用到了该控制系统的开发中，在对系统总体硬件设计的基础上，主要对蓝牙数据实时通信部分进行了详细设计。实践证明，该项技术的应用不仅降低了系统开发成本，而且在一定程度上降低了系统设计难度。

作者：王海珍 单位：内蒙古民族大学

参考文献

[1]陈曦,徐鹏,许晓蕾.基于蓝牙通信技术的嵌入式工业控制系统的开发[J].仪表技术与传感器,2015(1):74-76.

工业控制系统篇10

中图分类号：F407.67 文献标识码：A文章编号：

Abstract: the automation system is in the electrical and mechanical function, information collection function and control function of the introduction of the man-machine control technology, and mechanical and electrical equipment and acquisition and processing equipment with the relevant software and system consisting of organic combination. Automation system in industrial application environment operation, the system will always be getting power grid, space and the surrounding environment interference. This paper analyzes the industrial microcomputer control system of the interference sources and the corresponding control measures.

对于工业微机控制系统，干扰主要来源于两个方面：一是空间干扰，即电磁场的干扰；二是电网干扰，这是对微机系统的主要干扰。电网在周围大功率设备运行中，特别是启动过程中，将串入尖峰干扰或电压跌落，从而导致CPU工作不正常，存储器内容被破坏。

一、干扰的定义及分类

在工业控制现场中分布着各种各样的杂散电磁信号，它们的频率可以从直流至 1000MH2甚至更高，印噪声，噪声是绝对的，它的产生和存在不受接收者的影响，是独立的，与有用信号无关，干扰信号是相对有用信号而言的，只有噪声达到一定的数值，并且和有用信号一起进入电子控制装置，并影响装置正常工作时，称这类噪声为干扰，干扰在一定的条件下可以消除，而噪声一般只能减弱而不能消除，干扰的分类方法有很多种，按其产生和传播的方式可分为下述6种：

1.静电干扰

静电干扰实际上是电场通过电容器或分布电容耦合到受扰装置而形成的干扰，例如：流过较大电流的动力线周围存在着较强的电场，这个电场可以通过该动力线和周围的电路之问存在的分布电容向其周围的电路施加干扰，而且电场强度越大，受扰电路与该动力线距离越近，以及它们之间平行走线的距离越长，这种由动力线施加在受扰电路中的静电干扰越强。

2.磁场耦夸干扰

它是一种感受式干扰，主要是由靠近电子装置的流过较强电流的线路周围的变化电磁场对电子装置回路耦合所形成的干扰，如：动力线、变压器、交流电动机、交流接触器、电磁铁等产生磁场的器件周围都存在着较强的交变电磁场，这种交变电磁场会使其附近的电子线路产生感生电动势和感生电流，从而形成干扰。

3.电磁辐射干扰

由空间电磁渡被电子装置接收而形成的干扰称电磁辐射干扰，例如：高频感应加热炉和可控硅中频炉及各种有触点电器所产生的电火花、电弧都会产生辐射电磁渡，当它们附近的电子装置所接收到的电磁渡达到一定强度时，就可能形成电磁辐射干扰。

4.共阻抗干扰

由于电子控制装置中各个电子回路间的公共导线存在着电阻和电感，当一个回路的电流流过这段公共导线时，会在导线上产生电压降落，这一阻抗压降耦合到其它电子回路中就形成了共阻抗干扰。

5.漏电耦合干扰

该干扰是指由于控制装置内部与内部或内部与外部本不应该有电气联系的部分之间的电气绝缘性能下降而造成各部分之间有漏电流而形成的干扰，例如：工作在空气湿度较大场合下的控制装置，由于装置内部器件工作时的发热可能会在器件上凝结露水，这样便造成器件内部与外部各线之间的绝缘电阻下降而产生漏电耦合干扰，漏电耦台干扰一般发生在工作环境恶劣的条件下。

6.电网干扰

一般电子控制装置的工作电源是通过从电网获得的交流电经变换处理得到的，接在电同上的一些用电设备在工作时可能对电同施加干扰，使电同电压含有干扰信号，例如：切断大感性负载所产生的浪涌过压会叠加到电同电压上；启动大的用电设备会造成短时间内电同电压下艏；大功率可控硅的触发导通会使电网电压波形畸变；电力传输线会接收各种高频辐射干扰信号，从而使电同上含有各种高频干扰信号，电网上所含的低频干扰信号可以通过电子控制装置的电源变压器耦合到次级；高频干扰信号可以通过电派变压器初、次级间的寄生电容耦合到次级，这样就可能使电子装置的工作电源含有各种频率的干扰信号而影响装置工作。

二、场干扰及解决办法

场干扰：系统周围的空间总存在着磁场、电磁场、静电场，如太阳及天体辐射；广播、电话、通讯发射台的电磁波；周围设备发出的电磁辐射等。这些场干扰会通过电源或传输线影响各功能模块的正常工作，使其中的电平发生变化或产生脉冲干扰信号。解决场干扰：

1.解决场干扰的主要方法是良好的屏蔽和正确的接地。

2.消除静电干扰最简单的方法是把感应体接地，接地时要防止形成接地环路。

3.防止电磁场干扰，可采用带屏蔽层的信号线，并将屏蔽层单端接地。

4.不要把导线的屏蔽层当作信号线或公用线来使用。

5.在布线方面，不要在电源电路和检测、控制电路之间使用公用线，也不要在模拟电路和数字脉冲电路之间使用公用线，以免互相串扰。

三、增加软件抗干扰技术

各种形式的干扰最终会反映在系统的微机模块中，导致数据采集误差、控制状态失灵、存储数据窜改以及程序运行失常等后果，虽然在系统硬件上采取了上述多种抗干扰措施，但仍然不能保证微机系统正常工作。因为软件抗干扰是属于微机系统的自身防御行为，实施软件抗干扰的必要条件是：

1.使微机硬件系统良好接地，远离干扰场，对强场干扰做好屏蔽。

2.保护系统的程序及固化常数不会因干扰的侵入而变化。

3.RAM 区中的重要数据在干扰侵入后可重新建立，并且系统重新运行时不会出现不允许的数据。

4.PLC 间的数据交换及传输采用 CRC 校验。

5.设置 WATCHDOG 功能，由硬件配合，监视软件的运行情况，遇到故障进行相应的处理。

6.设置软件陷阱，当程序指针失控而使程序进入非程序空间时，在该空间中设置拦截指令，使程序进入陷阱，然后强迫其转入初始状态。

7.采用自动化系统冗余设计方案。

参考文献

[1] 王志卫. 工业控制计算机系统的电磁兼容设计[J]. 微计算机应用 , 1999,(06) .

[2] 殷健. 工业控制系统中模拟信号的传输[J]. 工矿自动化 , 2005,(02) .

[3]开关电源运行中的电网干扰及其抑制[J]. 电源世界 , 2006,(02) .