反饋

分佈式測控系統

分佈式測控系統(Distributed Measurement and Control System,DMCS)是指通過總線形式，與分佈在各個測點的模塊進行數據交換，以達到遠程測量及控制的目的，是一種分散式的測控系統。其主要由分佈式主機及各個測控子站組成，其中分佈式主機主要用於管理各個子站，與上位機進行數據交換，而測控子站完成數據的採集與控制。

中文名: 分佈式測控系統
外文名: Distributed Measurement and Control System,DMCS
學科: 計算機科學與技術

特點: 結構網絡化、節點智能化等
分類: DMC300數字主機等
應用: 智能控制

分佈式測控系統簡介

分佈式測控系統（Distributed Measurement and Control System,DMCS）的概念有狹義和廣義之分。狹義的概念是指通過的通信媒介把分佈於某個區域內各測控節點，獨立完成特定功能的測量設備、測量用計算機，各種傳感器、控制器、執行器等連接起來，以達到測量資源共享、分散操作、集中管理、協同工作、負載均衡、測控結合、時實性好、測量過程和控制過程監控以及設備診斷等目的。廣義的概念包括狹義的概念在內，而且還包括通過甚至實現對工廠車間、生產線、現場測控設備的監視與控制等^[1] 。

分佈式測控系統系統模型

圖1

分佈式測控系統是計算機技術、通信技術、自動控制技術和現代測試技術的交叉融合發展，體現了合而不同的思想，所要研究的內容很多，但又不是各種技術的簡單迭加。從分佈式測控系統的概念和定義，可以得到一個簡化的研究模型，如圖1所示。

計算機網絡通信技術、現代測試技術和自動控制技術是各自獨立的學科分支，具有自己的研究內容和研究方法，將前兩者應用於後者便產生了學科交叉，這便是分佈式測控系統的研究課題。它首先是一個測試控制系統，測試系統的研究方法和內容，如測試信息誤差的分析，對測試的響應、靈敏度、分辨率、精度、反應時間等技術指標的基本要求，測試平台的構建等控制系統的研究方法和內容，如控制算法、可靠性、實時性、互操作性、安全性等這些方面仍然應該是分佈式測控系統的研究範疇，但由於計算機網絡技術的應用，呈現出了新的特點，產生了新的問題，出現瞭如體系結構、通信協議等新的研究課題。具體來説，分佈式測控系統的研究內容有：

體系結構（Architecture）。體系結構決定功能，決定整個系統的構建方向。網絡體系結構的確定對網絡的性能與發展至關重要。網絡體系結構確立了網絡建設的指導方向，它不只描繪出網絡建設的目標，還制定了網絡發展的框架，具有長期的意義。計算機網絡的發展從集中式、分層進階式到扁平分佈式。可以預見測控系統體系結構也應走計算機網絡體系結構的發展方向，分佈式測控系統是一種先進的測控系統，它的先進性首先就應體現在體系結構上，現行的膽、參考模型體系結構是否適合於分佈式測控系統，有沒有更先進的體系結構這些都是值得研究的。
實時性（Real-Time）。實時性是分佈式測控系統重點考慮的問題之一，測控系統是面向企業生產第一線的，實時性的研究就是要在特定的環境下，使各種設備之間的通信能夠保證測控系統的實時性要求。
性能評價（Performance evaluation）。計算機網絡性能評價的主要目的有三個選擇、改進和設計。性能評價是對系統的行為進行研究和優化，其方法是對系統的行為進行測量和模擬。包括按照一定的性能要求對方案進行選擇對已有的系統性能缺陷和瓶頸進行改進並提高其運行效率對未來設計的系統進行性能預測，在保證服務質量的前提下實現最佳設計或配置。因此，所設計和組建的分佈式測控系統是否滿足預期的要求，性能是否優化，這是分佈式測控系統性能評價所要研究的工作內容。
協議（Protocol）。計算機網絡技術應用於測控系統必然要研究通信協議，眾所周知通信協議是通信雙方約定的規則。計算機網絡中的、膽參考模型及協議棧以太網，令牌環網等長期用於計算機網絡通信，己相當成熟，這些技術能否應用於分佈式測控系統，應進行怎樣的改造，這些都是值得研究的課題。
互操作性（Interoperability）。分佈式測控系統由於環境的異構性、分佈性，不同廠家的設備需要具有互操作和集成的能力。
算法（Algorithm）。傳統的測控系統具有自己的常規研究方法，如開環和閉環控制方法，有的適用於分佈式測控系統，有的要進行改進。
安全性和可靠性（Security and Dependability）。安全性和可靠性是系統的根本保障，由於系統呈現網絡化分佈式的特性，各種測試設備、控制設備的接入對分佈式測控系統的安全性、可靠性提出了新的挑戰，賦予了新的內容。這裏安全性既包含測控設備的安全，又包括測控信息的安全，而系統的可靠性是追求的目標。

分佈式測控系統系統特點

分佈式測控系統是計算機網絡技術在測控領域的延伸及應用，是測控系統的更高級發展，具有如下主要特點：

結構網絡化。分佈式測控系統最顯著的特點體現在網絡化結構上，它支持如總線型、星型、樹型等拓撲結構，與集中式測控、分層遞階式測控結構相比，顯得更加扁平與穩定。
節點智能化。各智能化節點之間通過網絡實現信息傳輸和功能協調，每個節點都是組成分佈式測控系統的一個實體，且具有各自相對獨立的功能。
測控現場化、功能分散化。網絡化結構使原先由中央控制器實現的任務放到智能化現場設備上執行，使危險因素得到分散，從而提高了系統的可靠性和安全性。
系統開放化和產品集成化。分佈式測控系統的開發遵循一定標準進行的，是一個開放性的系統，不同廠商根據統一標準開發自己的產品，這些產品之間實現互操作和集成。

分佈式測控系統系統原理示意圖

系統原理示意圖如圖2所示：

圖2 ^[2]

分佈式測控系統分類

系統主要包含模塊分類如下：

DMC300數字主機

DM402x系列頻率測量子站

DM403x系列温度測量子站

DM404x系列4~20mA測量子站

DM4101系列直流功率測量子站

DM4103系列交流功率測量子站

DM4105系列三相電壓測量子站

DM4107系列三相電流測量子站

DC系列分佈式I/O測控子站

分佈式測控系統應用前景

智能控制—維護—管理集成系統90年代發展起來的一項新概念、新方法、新技術。它以智能化、信息化、網絡化的手段，使企業和生產過程獲得高性能、高可靠和高效益。它是21世紀企業發展的方向。ICMMS以分佈式的智能測量與操縱系統(intelligent actuation and measurement system， IAMS)為基礎，通過信息交換與共享，將控制、維護和技術管理系統(control maintenance and technical management system， CMMS)集成為一個有機整體，即ICMMS。^[3]

分佈式測控系統應用和標準

分佈式系統被用在許多不同類型的應用中。以下我們列出了一些應用。對這些應用而言，使用分佈式系統要比其他體系結構如處理機和共享存儲器多處理機更優越：

並行和高性能應用

原則上，並行應用也可以在共享存儲器多處理機上運行，但共享存儲器系統不能很好地擴大規模以包括大量的處理機。HPCC（高性能計算和通信）應用一般需要一個可伸縮的設計，這種設計取決於分佈式處理。

容錯應用

因為每個P E是自治的，所以分佈式系統更加可靠。一個單元或資源（軟件或硬件）的故障不影響其他資源的正常功能。

固有的分佈式應用

許多應用是固有分佈式的。這些應用是突發模式（burstmode）而非批量模式（bulk mode）。這方面的實例有事務處理和Internet Javad,程序。

這些應用的性能取決於吞吐量（事務響應時間或每秒完成的事務數）而不是一般多處理機所用的執行時間。

對於一組用户而言，分佈式系統有一個特別的應用稱為計算機支持的協同工作（Computer Supported Cooperative Working，CSCW）或羣件（groupware），支持用户協同工作。另一個應用是分佈式會議，即通過物理的分佈式網絡進行電子會議。同樣，多媒體遠程教學也是一個類似的應用。

由於在不同的平台上如：Pc、工作站、局域網和廣域網上可獲得非常多樣的應用，用户希望能超出他fliP c的限制以獲得更廣泛的特實用、功能和性能。不同網絡和環境（包括分佈式系統環境）下的q 操作性變得越來越重要。為了達到互操作性，用户需要一個標準的分佈式計算環境，在這個環境裏，所有系統和資源都可用。

DCE（分佈式計算環境）是OSF（開放系統基金會）開發的分佈式計算技術的工業標準集。它提供保護和控制對數據訪問的安全服務、容易尋找分佈式資源的名字服務、以及高度可伸縮的模型用於組織極為分散的用户、服務和數據。D C E可在所有主要的計算平台上運行，並設計成支持異型硬件和軟件環境下的分佈式應用。

DCE已經被包括TRANSVARL在內的一些r一商實現。TRANSVARL是最早的多廠商組（multi vendor team）的成員之一，它提出的建議已成為DCE體系結構的基礎。在中可以找到利用DCE開發分佈式應用的指南。具有標準接口和協議的系統也叫做開放系統。

參考資料