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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇工業控制，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞:嵌入式控制器;工程機械;控制
中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)05-1227-02
嵌入式系統在生產制造,工業控制中有廣泛的用途。目前,在工業控制中嵌入式控制系統正朝著高速、高集成度和低功耗方向發展。研究嵌入式控制系統,對于提高工業控制質量,提高生產效率具有重要意義。
1嵌入式系統的特點與結構
嵌入式技術廣泛應用于消費電子、通信、汽車、國防、航空航天、工業控制、儀表和辦公自動化等領域。在個人領域中,嵌入式產品將主要是個人使用,作為個人移動的數據處理和通信軟件。對于企業專用解決方案,如物流管理、條碼掃描、移動信息采集等,小型手持嵌入式系統將發揮巨大作用。嵌入式系統不僅可以用于ATM機,自動售貨機,工業控制等專用設備,而且和移動通信設備、GPS、娛樂相結合[1]。還有一些其他微處理器,如ARM SA-1100系列是便攜式通訊產品和消費類電子產品的理想選擇,已成功應用于多家公司的掌上電腦系列產品中。PXA270則應用于高端移動設備中,通過復雜指令集,提高了其媒體的信息處理能力?？傮w上看,嵌入式控制系統有以下特點:系統內核小,專用性強,系統精簡,多任務高實時性操作和專用開發工具和環境。
嵌入式系統具有“嵌入性”、“專用性”、“計算機”的基本要素和特征[2]。其一般由嵌入式處理器、硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶應用程序四個部分組成,用于實現對其他設備的控制、監視或者管理等功能。它們的結構圖可以概括如圖1所示。
2 嵌入式控制系統的設計過程
由嵌入式控制系統的組成,可知嵌入式控制系統的設計主要考慮硬件設計和操作系統設計。
2.1 處理器選型
工業中嵌入式控制器的應用較為廣泛,由于處理器是控制器的核心,因此不同類型的處理器有著不同的應用基礎。嵌入式處理器主要分為四類,嵌入式微處理器,嵌入式微控制器,嵌入式DSP,嵌入式片上系統SOC[3]。但是隨著工業控制中對嵌入式控制系統要求越來越高,控制算法越來越復雜,目前形成了以ARM微處理器應用最廣泛的現狀。該系列的處理器中,ARM7主要應用于工業控制、Internet設備、網絡和調制解調器設備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應用中;ARM9主要應用于無線設備、儀器儀表、安全系統、機頂盒、高端打印機、數字照相機和數字攝像機等;ARM10E系列微處理器主要應用于下一代無線設備、數字消費品、成像設備、工藝控制、圖形和信息系統等領。本文以Philips公司的LPC2880芯片為處理器,它是ARM7系列中的一員,它具有以下特點:8kB高速緩存,64kB SRAM,工作頻率可達60MHz;外部存儲器控制器支持flash,SRAM,ROM,和SDRAM;2個帶可選預分頻器的32位定時器;Boot ROM允許執行flash代碼、外部代碼;允許通過USB進行flash編程等。
2.2 電源電路設計
LPC2880處理器芯片內核芯片需要工作電壓為1.8V ,I/0接口的工作電壓為3.3V,以高電壓為判斷依據,因此系統應設計成3.3V應用系統。其實現方法如下:用一個220V到9V的變壓器將辦公用電轉換成直流9V電源,然后將9V直流電源由從另一電源接口輸入,并使用二極管用來防止電源反接,經過二次濾波后,通過由美國國家半導體公司生產的LM2575開關電源芯片將電源穩壓到5V。最后將5V電源經過低壓差電源芯片穩壓輸出為3.3V和1.8V電壓。其中低壓差電源芯片可以采用Sipex公司生產的SPX1117系列芯片SPX1117M3-3.3和SPX1117M3-1.8,其特點為輸出電流大,輸出電壓精度高,穩定性高。精度在正負±1%,還具有電流限制和熱保護功能。
2.3 系統時鐘電路,復位電路的設計
時鐘電路在嵌入式控制系統中往往因為市場而決定,在工業控制中,由于機械造價昂貴,嵌入式系統中設計時鐘電路就可以控制機械的運行時間,迫使買家按時付款[4]。對于LPC2880處理器而言,通過內部PLL電路可調整系統時鐘,使系統運行速度更,達到最高運行頻率即60MHz,它可使用外部晶振或外部時鐘源。若不使用片內PLL功能,則外部晶振頻率為1~30MHz,外部時鐘頻率為1~50MHz,若使用片內PLL功能,則外部晶振頻率為10~25MHz,外部時鐘頻率為10~25MHz。對于復位電路,其設計一定要使系統能夠充分復,保證系統可靠工作,因為LPC2880芯片具有高速、低功耗、低工作電壓導致其噪聲容限低的特點,使得其對電源的紋波、瞬態響應性能、時鐘源的穩定性、電源監控可靠性等有更高的要求。復位電路的設計一定要使系統能夠充分復位,保證在各種復雜情況下穩定可靠的工作。本文中復位電路采用由CATALYST公司生產的專用電源監控芯片CAT1025JI-30(復位門檻電壓為3.0~3.15V)。
2.4 操作系統設計
一個實時操作系統在應用之前,首先要做的工作是將該實時操作系統移植到該微處理器上,所謂移植,就是使一個實時內核能在某個微處理器或微控制器上運行。本系統采用uC/OS-II,對它的移植就是對對uC/OS-II中與處理器有關的代碼進行重寫或修改。盡管μC/OS-II的大部分源代碼都是用C語言寫成的,但是嵌入式控制系統和硬件密切相關,因此處理器必須滿足如下要求:C編譯器能產生可重入代碼,在程序中可以打開或關閉中斷,處理器支持中斷,并且能產生定時中斷,處理器支持能夠容納一定量數據的硬件堆棧,處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器存儲和讀出到堆棧(或者內存)的指令。對于LPC2880處理器,移植uC/OS-II內核的主要內容是:用#define聲明若干個個宏和若干個(根據具體需要而設計)與編譯器相關的數據類型,并用#define設置一個常量的值,編寫若干個與操作系統相關的函數,用匯編語言編寫若干個個與處理器相關的函數[5]。具體過程如下:1) 移植OS_CPU.H。包括定義數據類型,μC/OS-II不使用C語言中的short、int和long等基本數據類型的定義,代之以移植性強的整數數據類型;臨界代碼的使用,μC/OS-II在進入系統臨界代碼區之前要關閉中斷,等到退出臨界區后再打開,它是通過OS_ENTER_CIRTICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()這兩個宏來實現的。實現關閉中斷的方法有多種,如在OS_ENTER_CIRTICAL()中調用處理器指令關中斷,在OS_EXIT_CRITICAL()中調用相應處理器指令開中斷;執行OS_ENTER_CIRTICAL()時,先將中斷狀態保存到堆棧中,然后關中斷,而當執行OS_EXIT_CRITICAL()時,再從堆棧中恢復原來的中斷開/關狀態等;2)移植OS_CPU_C.C。主要有6個函數在文件:OSTaskStkInit(),OSTaskCreateHook(),OSTaskSwHook(),OSTaskDelHook(),OSTaskStatHook(),OSTimeTickHoo();3)OS_CPU_A.ASM文件。需要改寫的匯編語言函數有四個:OSStartHighRdy(),OSCtxSw(),OSIntCtxSw(),OSTickISR()。
2.5 人機交互模塊設計
在工業控制中,有大量的生產控制信息需要實施作人員所掌握,這些信息主要在控制系統的LED面板上現實。其基本信息包括參數值(如速度,進給量、工件統計),X軸、Y軸坐標值(含X軸、Y軸運行方向指示),控制方式指示(自動、半自動、調校)等。通過這些信息,操作人員可以完成對現場設備的組態配置,數據集中處理,工作狀態監控等功能?，F在很多公司提供功能豐富的組態軟件,如Vincc、力控PCAuto、組態王等。主要工作是創建液晶顯示接口函數,創建過程如下:定義void LCD_Cls(),在LCD的顯示屏中顯示液晶初始化后,液晶的主界面;定義void LCD_Init(void),用于初始化設置,主要是對顯示區域的設置和顯示方式的設置;定義void LCD_Refresh(),用于更新LCD的顯示,把需要顯示的內容更新到LCD的顯示屏上;定義void LCD_BkLight(),用于打開或者關閉LCD的背光;定void LCD_DisplayOpen(),用于打開或者關閉LCD顯示。
當前,工程控制中的人機界面越來越人性化,具有可操作性和可理解性。因此將人機界面信息由傳統的單文字形式轉化為圖形界面是嵌入式控制系統的必要工作。有些處理器,如S3C44BOX處理器本身也帶有液晶控制系統,其設備只需要配備液晶顯示器,用控制信號線將顯示器和控制器連接即可。
2.6 鍵盤按鍵的程序設計
工業控制系統中,人和機器需要實現信息的交互,即人通過操作界面對機械發出指令。嵌入式系統已經實現了較為人性化的設計,即通過鍵盤,結合液晶顯示,將指令傳達給控制器,實現真正意義上的人機交互功能。按鍵的主要功能可以分為:暫停鍵,復位鍵,開始鍵,分別實現按下此鍵來暫停運動或程序執行,當程序執行過程或著運動中出現異常情況,按下此鍵可以終止一切,暫停后按下此鍵來恢復運動或程序繼續執行等指示。這三個狀態可以在液晶顯示屏上顯示。另外,嵌入式控制系統還需要提供上下翻頁,樹狀上翻下翻等功能,這主要是因為嵌入式系統的液晶現實面,不可能不能一次完全把所有程序運行狀態或者參數全部顯示出來,所以利用上翻和下翻鍵進行查看。在處理器中鍵盤控制由一個函數(GetKey(INT16S*key))控制,它用于檢測鍵盤是否有鍵被按下,如果有,就得到按鍵值并返回。通常需要頻繁的調用該函數,對鍵盤進行輪詢,以檢測是否有按鍵被按下。如果有按鍵被按下,則返回TRUE;否則返回FALSE。
3 總結
工業生產規模的擴大與生產過程的復雜化,對控制系統的實時性、可靠性提出了更高的要求。嵌入式控制系統實現了計算機的微小化控制,對于提高工業控制的準確,實現快速反應和規?；瘷C械生產具有重要意義。本嵌入式工程機械控制系統以S3C44BOX芯片為控制器,以uC/OS-II為操作系統,以LCD顯示器進行顯示,配有時鐘,輸入鍵盤,數據存儲器以及多種數據通訊接口。在實踐中,以該處理器為基礎的控制器具有成本低,系統移植簡單,強操作性和升級性等特點,可以滿足不同機型的工程機械使用。
參考文獻:
[1] 王田苗.嵌入式系統設計與開發實例[M].北京:清華大學出版社,2003.
[2] 蔡明征,汪海生,徐小龍,等.嵌入式微處理器在工程機械控制系統中的應用[J].筑路機械與施工機械化,2006(9).
[3] 馬忠梅.ARM嵌入式處理器結構與應用基礎[M].北京:北京航空航天大學出版社,2002.
[4] 馬維華.嵌入式系統原理及應用[M].北京:北京郵電大學出版社,2006
1.1我國工業控制的情況
傳統的手工生產方式被機械設備所取代，在一段時期內的確使生產效率得到了顯著提高，對于經濟水平較低的工業發展初期，尚可滿足生產的需求。然而隨著社會的進步，時代的發展，人們對于工業產品提出了更高的要求，無論是數量還是質量、精度，都提高到了一個新的層次。單純的機械設備生產以及人工操作的生產方式已無法滿足工業生產的要求。電子技術的應用則解決了這一難題，采用可編程邏輯控制器和單片機，并將所需的控制程序寫入，完全能夠滿足工業控制的要求。同時有效降低了勞動強度，節省了大量的人力資源，僅需較少的技術人員進行看護。此外，隨著人工智能應用于工業生產，設備在程序的控制下，可以解決生產中遇到的較為簡單的問題。然而，雖然近年來電子技術獲得了廣泛的應用，我國的電子技術水平總體來說仍然不高，與國外的電子技術公司相比存在較大的差距，不利于我國工業控制的發展，我國的電子技術行業面臨的形勢依然較為嚴峻。
1.2自動化技術在工業控制領域中的應用
自動化技術應用于工業領域，廣義的講是指對于新能源和信息技術的充分運用的一種特殊生產方式，并以人力資源占用的最小化為宗旨。在工業生產中，其生產的目標和目的經由各種參數來得以表達，從而形成一種新型的生產模式，在這一模式下，無需人工管理，即所謂的自動化。當前，自動化技術的管理理念已經頗具系統性和綜合性，這種先進的生產體系和生產方式也逐漸獲得人們的重視，越來越多的資源被投入到自動化技術的研究與開發中去。實踐已經證明，社會的進步離不開經濟的繁榮，而工業則是推動經濟繁榮的基礎性產業，發展現代化的工業已經成為時代的主題。發展工業的進程中，自動化技術是重要的基礎，是確保工業生產順利進行的關鍵環節。工業正向著系統化、綜合化、全面化的方向發展，而自動化則為其創造了發展的核心環境。工業的管理是一項復雜而系統的工程，自動化的管理亦是如此。因此，需要借鑒國外先進的自動化管理理念，從而推動我國的自動化管理體系的發展，推動工業控制領域的進步。自動化技術應用于工業控制領域，主要體現在對于工業生產過程的控制。簡單的說是一種管理的控制流程，以自動化技術為基礎，實現工業生產中監測、調度、管理的自動化。從近年來應用自動化技術的成果來看，自動化技術對于工業生產的產量和質量都有著非常重要的提升作用。除此之外，還能夠有效的減少生產的能源消耗，這對于當前能源消耗較大、能源不足、環境污染較為嚴重的現狀，具有非常重要的意義。
2電子技術的作用
21世紀，傳統工業對于經濟發展速度的提升所起到的推動作用已經不十分顯著，而新興的電子技術則為經濟的發展提供了新鮮的活力。電子技術是實現生產自動化的關鍵要素，因此在工業控制領域，電子技術的作用也是不容忽視的。衡量一個國家的技術水平，有多種因素，而電子技術的發展水平則是其中較為關鍵的因素。當前，我國無論在經濟水平還是在技術水平方面，較之以前都有了重大的進步，取得的成果也是十分顯著的。然而，卻并不能滿足于現狀，應該看到，與世界上發達國家相比，我國的電子技術水平還有待完善和提高，尤其是高科技的尖端電子技術領域，與發達國家的差距仍然很大。因此，當前的任務則是逐漸擺脫從國外引進產品的現狀，加強電子技術的研發力度，積極開發出我國自己的尖端電子產品。
3電子技術在工業控制領域中的應用
3.1提高生產效率
電子芯片是實現電子技術的重要載體，也是實現自動化生產的主要媒介。通過將設定好的程序寫入電子芯片，再由電子芯片執行程序，對機械設備進行控制。無需人工干預，即可準確地控制機械設備的操作。人工控制被寫入特定程序的電子芯片所取代，避免了人工誤操作帶來的不利因素，無需休息，實現24小時不間斷生產，因此極大的提高了生產效率。相應的，工作人員的數量和工作的強度都得以降低，進而減少人員成本。對傳統的工業控制進行改造，將電子技術融入其中，不可避免地需要大量資金，尤其是在改建初期，需要投入較多的人力和物力，然而從長遠的觀點來看，對于企業效益的提高和可持續發展，其發揮的作用是不容忽視的。
3.2提高加工的精度
關鍵詞 ZigBee；工業控制；現場總線技術；應用
1.ZigBee技術分析
1.1內涵
ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低成本的雙向無限通訊技術。其主要適用于距離較短、功耗較低、傳輸速率要求不高的電子設備，以及其具有一定周期性數據、間歇性數據和低反應數據傳輸。這就類似于蜜蜂在發現花叢后，會通過特殊的肢體語言來告知同伴其發現的事物。而這種肢體語言，其本身的可輸出距離較短，表達難度較低。從這點看來，ZigBee技術也具有類似的特性。而隨著現代通信技術的不斷發展，目前，其已經成為一種網絡協議。該協議相對其他協議而言，局限性較強，但是在應用中，這個局限性也轉化為其優勢，成為現代工業控制的首選。
1.2特點
1）傳輸速率低下。相對其他的網絡協議而言，該種網絡技術其在2.4GHz工業、科學、醫學頻帶的最高傳輸速率為250kbps，適用于報文吞吐量較小的一些通信場合。然而，在信息技術如此發展的今天，人們很多商業活動，都要依靠網絡。該種網絡模式基本上沒有應用空間。
2）功能耗損較低。ZigBee技術的傳輸速率低下，自然，其在整個傳輸過程中，其耗損的功能也相對較少。根據其應用統計，其發射功率損耗大約為1mW，在休眠的狀況下，其電池壽命可長達數年。這是其他網絡技術所難以達到的一個狀態。
3）成本低。當前，zigBee協議是免專利費的，也就是說，在應用該種協議時，協議本身不需要消耗，只需要基本的設備。而根據相關統計，該種技術的設備單位成本在幾美元左右，也就是不超過一百元人民幣。這就使得其運用成本大幅度降低。
4）距離短。相對一般網絡的覆蓋來說，該種技術的覆蓋面有些局限。其傳輸距離短，因此在長期的發展中，很少有人使用該種技術。但是，也正是因為傳輸距離短，所以其傳輸的準確性相對較高。
1.3優勢
1）可靠性。工業控制環境下對通信網絡的首要要求，就是數據傳輸的可靠性與準確性。無限通信技術相對有限通信而言，其受到外界干擾的可能性提高。在部分網絡技術的使用中，還需要使用一定的手段，來降低其擾的可能。而ZigBee技術其本身傳輸的距離短，擾可能降低。另外，其本身也會對外界的干擾進行消除，這就使得其數據的可靠性得到極大的保障。
2）實時性與同步性。實時性是工業控制的重要指標。ZigBee技術其網絡新增節點的典型網絡參與實踐為30ms，其節點從休眠進入激活狀態的用時較短，能夠更快地保證信息的傳遞。這就使得其在使用中，各個環節的實時性與同步性較好。
3）靈活性。其靈活性主要體現在自身組網的可擴展性以及設備共存性。一般來說，無線網絡信號之間會存在一定的排斥，在共同使用時，其相互干擾的可能性極高。而zigBee技術很好地規避了這一缺點。無論是設備的擺放，還是其應用，都不會產生過多的影響。
4）經濟性。從整體來說zigBee技術其成本較低，且能夠很好地滿足工業控制的需求。在使用中，無論是電源壽命，還是后期的調整，都不會有過大的花費。這就使得其安裝成本與維護成本較低。
2.ZigBee技術應用解析
當前，工業控制系統不斷完善，其中以現場總線為主要形式。現場總線是一種數字化分布式的雙向串行通訊總線，其種類相對較多。應用較廣且效果較好的為Modbus。該種協議是Modicon公司為可編程邏輯控制器設計的現場總線協議。該種協議模式，其結構簡單、報文吞吐量較小，類似于ZigBee技術。隨著ZigBee技術應用范圍的不斷擴大，不少研究人員也將Modbus進行優化，其本身是通過有線連接來建立，而在這個協議中，其傳統的模式沒有ZigBee技術，表現如圖1。該種模式下，其成本相對較高，其設備可擴展性受限制。隨著現代技術的不斷發展，當前，已經將zigBee技術引入其中，其結構表現如圖2。
優化后的引入zigBee技g的控制系統，其能夠在保證通信可靠性與實時性的基礎上，提高控制系統的可擴展性，極大地降低了設備的安裝成本與維護成本，有效地實現了工業生產的成本控制，經濟性較強。
關鍵詞： 工業控制系統；干擾；抗干擾
中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）0120046-03
隨著機電一體化技術的發展，工業控制系統應用場所越來越廣泛。干擾與抗干擾就像矛與盾相伴相隨。在工業控制系統的工作環境中，存在大量的干擾信號，如電網的波動、強電設備的啟停、高壓設備和開關的電磁輻射等，當干擾信號在工控系統中產生電磁感應和干擾沖擊時，往往就會擾亂系統的正常運行，從而降低系統運轉的可靠性和穩定性。本文即是針對各種干擾的來源以及抗干擾措施進行分析、研究。
1 干擾的產生
1.1 干擾的定義
干擾是指對系統的正常工作產生不良影響的內部或外部因素。這些有害因素使得控制系統的信號數據發生瞬態變化，增大誤差，出現假象，甚至使整個系統出現異常信號而引起故障、甚至系統崩潰。
從廣義上講，控制系統干擾因素包括電磁干擾、溫度干擾、濕度干擾、聲波干擾和振動干擾等等。其中電磁干擾最為普遍，且對控制系統影響最大，最難解決。
1.2 形成干擾的三個要素
干擾形成包括三個要素：干擾源、耦合通道和接受載體。三個要素缺少任何一項干擾都不會產生。
干擾形成的路徑
1.2.1 干擾源
產生干擾信號的設備被稱作干擾源，如變壓器、繼電器、微波設備、電機、無繩電話和高壓電線等都可以產生干擾信號。當然，雷電、太陽和宇宙射線等也屬于干擾源。
1.2.2 傳播途徑
傳播途徑是指干擾信號的傳播路徑。電磁信號在空中直線傳播，并具有穿透性的傳播稱為輻射方式傳播；電磁信號借助導線傳入設備的傳播被稱為傳導方式傳播。傳播途徑是干擾擴散和無所不在的主要原因。
1.2.3 接收電路
接收電路是指設備中對干擾信號敏感的某個部分，吸收了干擾信號，并轉化為對系統造成影響的部分。接收電路的接受過程又成為耦合，耦合分為兩類：通過金屬導線等介質接受干擾信號的過程稱之為傳導耦合。干擾信號通過空間以電磁場形式耦合至接受載體的稱之為輻射耦合。
根據干擾的定義可以看出，干擾信號之所以是干擾是因為它會對系統造成不良影響，反之，不能稱其為干擾。從形成干擾的要素可知，消除三個要素中的任何一個，都會避免干擾?？垢蓴_技術就是針對干擾三個要素的研究和處理。
1.3 干擾的種類
按干擾的耦合模式分類，干擾主要包括下列四種類型。
1.3.1 電網干擾
電網是整個工業系統的命脈，理想的電網供電質量應該是電壓穩定、純正弦波、頻率準確、供電不間斷。但實際上由于電網中負載的變化，如繼電保護系統開關的通斷；大功率用電設備的起停；感抗容抗器件在電網中接入和斷開等都會在正弦波上疊加高頻振蕩或瞬變脈沖，造成電網波形嚴重失真，電網電壓波動。電網干擾可以引起信息設備出錯、失靈、數據丟失、破壞程序。造成的損失往往是難以挽回的重大經濟損失。據統計工控系統故障有80%是由電網干擾引起的。每年因電網干擾引起儀器、設備受損的例子在國內外舉不勝舉。對于電子工程師來說，電網干擾是最頭疼的事情，尤其是工程施工現場，由于客觀條件的限制電網干擾更嚴重。
1.3.2 輻射干擾
輻射干擾主要是由電力網絡、雷電、廣播電視信號、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，分布極為復雜。輻射干擾與現場設備布置及與設備所產生的電磁場的大小有關，特別是與頻率有關。
1.3.3 信號通道干擾
與控制系統連接的各類信號傳輸線除了傳入各種有用的信號外，還會伴隨有外部干擾信號。由信號引入的干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度的嚴重失真。信號干擾分為模擬信號干擾和數字信號干擾。
1.3.4 接地系統干擾
接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使控制系統無法正常工作。
2 抗干擾的措施
抗干擾技術就是了解、分析、研究干擾的產生根源、干擾的傳播方式和避免擾的措施（對抗）等問題。在做系統設計時就要采取盡量避開各種干擾的方法，盡量避開干擾源。
提高工控系統抗干擾能力最理想的方法是提高接收電路的抗干擾能力，抑制干擾源，削弱干擾信號的強度，使其不向外產生干擾或盡可能將干擾信號強度影響限制在允許的范圍之內。抑制干擾的措施很多，針對不同類型的干擾要采取相應的措施，同時要提高接收電路的抗干擾能力和在軟件編寫上采取相應對策?？垢蓴_技術主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等方法。
2.1 電網抗干擾措施
工業控制系統的電源都接自電網。工業現場的用電情況比較復雜，電網上經常有振蕩電壓的存在，經過供電線路進入電源系統，造成電源電壓不穩定、波形不規則。干擾工控系統的正常運轉。目前主要采取以下幾種措施來盡可能減少來自電網的干擾：
2.1.1 低通濾波器
低通濾波器作用只讓低頻成份通過，而高于截止頻率的成份則受抑制、衰減，不讓其通過。在工控系統中，常用低通濾波器抑制由交流電網侵入的高頻干擾。下圖為電源常用的LC低通濾波器的接線圖。含有瞬間高頻干擾的220V電源通過截止頻率為50Hz的濾波器，其高頻信號被衰減，只有50Hz的工頻信號通過濾波器到達電源變壓器，保證正常供電。
LC低通濾波器原理圖
2.1.2 隔離變壓器
隔離變壓器也是常用電源隔離部件，用來阻斷交流信號中的直流干擾和抑制低頻干擾信號的強度。隔離變壓器把各種模擬負載和數字信號源隔離開來，也就是把模擬地和數字地斷開。傳輸信號通過變壓器獲得通路，而共模干擾由于不形成回路而被抑制。
2.1.3 電源監視線路
電源監視線路具有監視電源電壓瞬時短路、瞬間降壓和微秒級干擾及掉電功能，即時輸出供CPU接受的復位信號及中斷信號總功能。
2.2 輻射抗干擾措施
對于外來輻射抗干擾措施主要是屏蔽和正確的接地（見2.3.3）。屏蔽是利用導電或導磁材料制成的盒狀或殼狀屏蔽體，將干擾源或干擾對象包圍起來從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。屏蔽主要用于空間外來干擾信號的抑制。實際應用中須注意以下幾點：
1） 消除靜電干擾最簡單辦法是把感應體接地，接地時要防止形成接地環路。
2）為了防止電磁場干擾，使用帶屏蔽層的信號線，要將屏蔽層單端接地。
3）不要把導線的屏蔽層當作信號線或公用線使用。
4）避免在電源電路和檢測、控制電路之間使用公共線。
5）避免在模擬電路和數字電路之間使用公共線。
2.3 信號通道抗干擾措施
2.3.1 隔離措施
1）光電隔離
光電隔離是以光作媒介在隔離的兩端間進行信號傳輸的，所用的器件是光電耦合器。光電耦合器在傳輸信息時，借助于光作為媒介物進行耦合。
光電隔離原理圖
光電隔離具有以下幾方面的特點：
① 光電耦合器的輸入阻抗很小，一般為100Ω～1kΩ之間，而干擾源內阻則很大，通常為105～108Ω，因此能分壓到光電耦合器輸入端的噪聲很小。② 干擾噪聲雖有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發光二極管是在電流狀態下工作的，即使有很高電壓幅值的干擾，由于不能提供足夠的電流而被吸收。③ 光電耦合器是在密封條件下實現輸入回路和輸出回路的光耦合，不會受到外界光線的干擾。④ 輸入回路和輸出回路之間分布電容極小，一般為0.5～2pF之間，而且絕緣電阻很大，通常為1011～1012Ω，因此回路一邊的干擾很難通過光電耦合器饋送到另一邊去。
2）變壓器隔離
隔離變壓器也是常用的隔離部件，用來阻斷交流信號中的直流干擾和抑制低頻干擾信號的強度。
3）繼電器隔離
繼電器線圈和觸點僅在機械上形成聯系，而沒有直接的電的聯系。繼電器線圈接受控制信號，利用其觸點控制和傳輸電信號，從而實現強電和弱電的隔離，使得高壓交流側的干擾無法進入低壓直流側。同時，繼電器觸點較多，觸點能承受較大的負載電流，應用非常廣泛。
實際使用中，繼電器隔離適合開關量信號的傳輸。系統控制中，常用弱電開關信號控制繼電器線圈，使繼電器觸電閉合和斷開。而對應于線圈的觸點，則用于傳遞強電回路的某些控制信號。隔離用的繼電器，主要是一般小型電磁繼電器或干簧繼電器.
2.3.2 傳輸線防干擾措施
1）傳輸線要盡可能短。
2）信號線與電源線分開配線，電源線放在有屏蔽的金屬管內。
3）帶屏蔽層的信號線，要將屏蔽層單端接地。
4）在保證性能的前提下，把并行傳輸改成串行傳輸。
5）TTL電路負抗干擾能力比正抗干擾能力強，盡量用負脈沖或負電位傳輸等。
2.3.3 合理的接地措施
將電路、設備機殼等與作為零電位的一個公共參考點（大地）實現低阻抗的連接，稱之謂接地。接地的目的有兩個：一、安全。二、給系統提供一個基準電位。接地抗干擾技術主要是消除公共地線阻抗所產生的共阻抗耦合干擾，避免受磁場和電位差的影響，防止形成地環電流電路與其他電路產生耦合干擾。
1）見的接地方式有如下幾種：① 懸浮接地 系統的工作地線與參考大地及其他導體之間沒有導體連接，即設備懸浮，以懸浮的“地”作為系統的參考電位。這樣可以提供良好的電器隔離，但是容易產生靜電積累。② 單點接地 系統中的電路以一點作為參考，把這個單一的點連接至設備的接地系統。低頻時可以避免各個單元的地阻抗干擾，但高頻時，易造成單元間的相互干擾。③ 多點接地 所有電路的地線都是就近接地，以降低地線的阻抗，多適用于高頻電路。多點接地比單點接地簡單，但是由于接地點增加會導致設備可靠性降低。④ 混合接地 是指接地形式同時包括單點接地和多點接地形式。
2）設計接地電路和地線時遵循以下幾點原則：① 交流地、直流地、模擬地、數字地必須要分開接地。② 地線應盡量粗，如果地線很細，接地電阻就會很大，信號電平不穩，降低電路的抗干擾能力。③ 工業控制系統主機和外部設備金屬屏蔽直接接地。④ 根據需要選擇合適阻值的接地電阻。⑤ 采用接地扼流圈的方法，防止地電流和高頻電流干擾。⑥ 根據工作頻率的大小，確定合適的接地形式。工作頻率小于1MHZ時使用單點接地。大于10MHZ時選擇多點接地形式。
2.4 軟件抗干擾設計
工業控制系統在惡劣環境中工作時，干擾源不僅會影響到硬件系統的正常工作，還常常使系統的軟件運行發生混亂。因此系統的抗干擾問題不能完全靠硬件去解決，軟件的抗干擾設計也是一項重要措施。系統受到干擾時，可能使單片機內部特殊功能寄存器（SFR）值改變，使程序狀態混亂；如果改變的是程序指針PC值，則會使程序進入死循環或將數據區中的數據破壞。如果是被測信號受到干擾，則會造成測量值失真。對于程序運行失常的軟件，對策是及時發現，及時引導程序指針指向正確位置，或系統復位重新開始運行。通常采用如下措施：
2.4.1 軟件濾波
用軟件來識別有用信號和干擾信號，并濾除干擾信號的方法，稱為軟件濾波。識別信號的原則有三種：
1）時間原則。分析、掌握有用信號和干擾信號在時間上出現的規律性。
2）空間原則。從不同位置、用不同檢測方法、經不同路線或不同I/O口對接收到的同一信號進行比較，根據既定邏輯關系來判斷真偽，濾掉干擾信號。
3）屬性原則。有用信號往往是在一定幅值或頻率范圍的信號，當接收的信號遠離該信號區時，可通過軟件識別予以剔除。
軟件濾波的方法主要有限幅濾波法、中值濾波法、算術平均濾波法、滑動平均濾波法、限幅平均濾波法、消抖濾波法、數字濾波器等。
2.4.2 軟件“陷阱”
當程序進入非程序區，只要在非程序區設置攔截措施，使程序進入陷阱，然后強迫程序回到初始狀態。如單片機的RST指令對應字節碼為0FFH，如果在不用的程序存儲區預先寫入0FFH，則當程序因干擾而“飛”到該區域執行代碼時，就相當于執行了一條RST指令，從而達到系統復位的目的。實際上，新的EPROM芯片在沒寫入任何內容前，各字節內容均為0FFH。
2.4.3 看門狗技術
看門狗技術（watchdog timer）是一種程序監視技術，防止程序由于干擾等原因而進入死循環。它不斷監測程序循環運行的時間，若發現程序運行時間超過最大循環運行時間就認為系統陷入死循環，然后強迫程序返回到已安排了出錯處理程序的入口地址，使系統回到主程序或程序入口正常運行。看門狗技術可以通過硬件或者軟件兩種方式實現。
1）硬件看門狗是個特殊定時器，來監控主程序的運行。也就是說在主程序的運行過程中，程序在一定時間范圍內對定時器清零。如果出現死循環，或者說PC指針不能回來，那么定時時間到后看門狗定時器就會溢出，產生復位信號使單片機復位。常用硬件看門狗芯片如MAX691、MAX6316LUK29CY-T、TPS3823、MAX813L、W78E51B、X25045、X5043/X5045等。下圖為常用硬件看門狗電路設計圖。上圖為常用硬件看門狗電路設計圖。
2）軟件看門狗與硬件看門狗原理上差不多，只不過是采用軟件的方法實現這個功能。利用單片機片內定時器的計數器單元作為看門狗，在單片機程序中適當地插入“喂狗”指令，當程序運行出現異?；蜻M入死循環時，利用軟件將程序計數器PC賦予初始值，強制程序重新開始運行。
以MCS-51系列單片機為例，晶振頻率為12MHz，定時器T0工作在方式1，根據定時時間ams，設定定時器T0的初值應設為TH0=0xxH、TL0=0yyH，下面為軟件門狗常用匯編語言程序：
3 總結
工業控制系統的工作環境惡劣，存在各種各樣的干擾。進行系統設計時，必須對環境做全面的分析，確定干擾的來源、性質。采取相應的措施和方法來加以解決，設計者應綜合考慮系統資源、經濟性、可靠性等多方面因素，合理制定工業控制系統方案，提高系統的性能價格比，保證工業控制系統能夠長期穩定運行。
參考文獻：
[1]何立民，《單片機應用技術選編》，北京航空航天大學出版社，1993.12.
如今我國工業迎來全新改革發展機遇，特別是網絡實時通信技術支持使得工業自動化控制目標得到全方位的貫徹落實。筆者的任務便是針對網絡通信技術特性，其在工業控制期間的適用問題，以及日后網絡實時通信技術的控制要點等內容，加以有序論證。
關鍵詞：
網絡；實時通信；工業控制；自動化
結合以往實踐經驗整理論證，在網絡實時通信技術貫穿融入工業自動化生產空間之后，有關工業生產的不同工序流程得到一定程度的技術積累并且呈現出愈加可觀的改革發展趨勢。不過網絡實時通信技術目前仍舊存在一定的漏洞，如若想要確保今后在工業領域愈加自然可靠地沿用，并且順勢帶動自動化發展進程，就必須預先制定出合理的革新調試方案。
1網絡通信技術的特性
如今網絡通信技術開始在我國各類產業領域之中融入，不過因為其主張沿用CSMA/CD協議進行相關介質訪問，使得該類技術不可避免地呈現出實時和確定性不理想的狀況。如帶有沖突檢測的載波在針對多路訪問現象進行動態化監察與發送報文過程中，一旦說遭遇網絡運行過于繁忙的狀況，要持續到空閑狀態再予以監聽。可與之相互矛盾的是，大多數節點在發送報文期間，仍需同步承擔網絡整體監聽的重大任務，像這樣持續到網絡重新空閑時再發送報文，不單單會全面增加數據信息傳輸消耗的時間，嚴重情況下會直接發生無法順利傳送的現象。以上結果充分表現出當前我國網絡通信運行確定和實時性不佳的狀況。
2現階段網絡通信技術在工業環境中的適用問題
網絡通信技術無法提供電源，因此在工業環境中沿用期間，需要額外提供電纜等輔器具進行供電，可歸根結底來講，以太網自身也并非完全安全的系統。正如前面內容強調，以太網沿用的是CSMA/CD協議的介質訪問模式，這類技術模式不單單難以全方位迎合工業生產實時性控制需求，并且存在嚴重的不確定特性。須知以太網開發設計的初衷，就是在辦公室和商業領域之中調試現場總線之間不兼容等挑戰困境基礎上，為各類公司控制器之間數據高速實時化傳輸提供保障。相比之下，在工業自動化領域之中應用，則存在許多有待解決的問題。
3新時代下網絡實時通信技術在工業控制領域中的合理化應用措施
面對以太網本身的不確定性和工業環境不適應性等消極狀況，有關工作人員必須盡快予以解決。畢竟唯獨在實時性的通信網絡條件支持下，有關生產現場中的相關設備故障信息才會在第一時間內精準地傳輸到上級。至于工業自動化領域中沿用網絡實時通信技術的具體細節則表現為：
3.1借助網絡負荷持續降低途徑改善數據信息傳輸速率
須知以太網上傳輸的數據沖突概率，往往和數據通信量維持正比例關系，就是說當網絡內部不存在過多的數據通信現象時，涉及報文沖突的概率自然就會得到合理程度地降低。而諸多實踐經驗驗證，當通信負荷被控制在25以下期間，網絡通信過程基本上能夠維持暢通效果；而當負荷維持在5以內時，則能夠全面規避報文發送的沖突狀況。相比之下，在工業控制活動中，當網絡負荷維持在10以內期間，部分人員可能認為當中的報文沖突可以成功規避，可現實往往不遂人愿。雖然說沖突概率不是很高，但網絡負荷如若低于一定數值指標，將會不利于網絡寬帶的經濟性應用結果。
3.2配合交換機提高網絡站點的寬帶
傳統的網絡通信技術的核心控制媒介，主要是共享形式的集線器，不管透過功能或是結構角度審視，該類集線器都歸屬于物理層的中繼器。所以，如若想要將站點銜接到共享式集線器并保證共享一個寬帶，并且確保能夠順利地發送和接收相關數據時，就必須全面以太網預設的介質訪問模式CSMA/CD協議。需要注意的是，以太網交換機作為一類保留多個端口的開關矩陣，在受控過程中不同端口的數據信息流都維持相對隔離的狀態，唯獨在相同端口傳送的信息流才會發生沖突跡象。換句話說，當下單位端口都可視為一個沖突域，所以可以借助網絡負荷予以測試演算，或是配合交換機工作原理將網絡加以分割處理。分割各類端口并且衍生出多個數據通道之后，不同端口上的數據，不管是輸入或是輸出，就不會再過度承受網絡介質模式CSMA/CD協議的約束，進一步貫徹落實網絡通信不同站點寬帶提升的目標。不過該類模式需要投入較多數量的附加成本，特別是在現場儀表之中沿用期間，有關數據存儲和轉發程序，也會遺留顯著的延遲和不確定隱患，所以日后還須技術人員多多地加以改良優化。
4結語
綜上所述，隨著網絡通信技術的持續革新發展，有關其在工業控制領域中的應用融合進程、質量，也需要予以同步改善，其中最需要注意的問題便是網絡通信技術的不確定和非實時性。而筆者在此闡述論證的網絡負荷降低、網絡傳輸速率提升，以及借助網絡交換機來提升內部單位站點寬帶等方案，都可以很好地解決網絡通信在工業自動化中應用的不確定和實時性不高問題。相信經過持續優化改進之后，勢必能夠令工業控制行業贏啦愈加美好的發展前景。
作者：趙新亞 單位：沈陽職業技術學院電氣工程學院
參考文獻：
[1]李云歡.工業無線網絡可靠性研究及實驗平臺設計[D].上海：上海交通大學，2012.
[2]胡增云.基于無線技術的生產線異常停線監控系統的設計[D].武漢：武漢輕工大學，2013.
關鍵詞：W77E58單片機 智能化 工業控制
1. 系統概述
控制系統是由單片機、液晶顯示模塊、鍵盤、控制電路等組成，主要功能是單片機通過模數轉換電路實時采集設備腔體內的溫度來控制壓縮機的起停，使溫度保持在一特定的范圍內，壓縮機的運轉狀態與腔體溫度均由單片機通過串口送往液晶顯示器，在其上進行顯示。這種技術現在應用非常廣泛，如冰箱、空調等很多電器都是采用這種技術。本文重點論述了串行通訊系統的接口設計、串口通訊軟件實現及控制功能的實現。系統構成示意圖如圖1所示。
2. 串行通訊接口系統
由于本控制系統需要兩個串口，所以選用WINBOND公司的W77E58這款單片機，它內含2個增強型串口和32KB大容量Flash存儲器，指令集與51系列單片機完全兼容。
本控制系統中有壓縮機，大功率的電機等設備，容易產生干擾。由于RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，具有抑制共模干擾的能力，傳輸距離長，可用于惡劣環境中，所以W77E58的串口0與串口1均采用RS485接口，通過SN75176與控制系統進行通訊，采用一問一答的主從機制，用相互約定的協議進行數據傳輸，來控制整個系統的運轉。W77E58單片機其串口增強型特征在于特有的地址自動識別和幀出錯診斷功能。需要注意的是，串口0可以使用定時器T1或定時器T2作為波特率發生器；而串口1只能使用定時器T1作為其波特率發生器，所以本例使用單片機的定時器1作為波特率發生器，波特率根據需要進行設定。本例中波特率為9600，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗位。
3. 串口通訊軟件實現
W77E58串行口是可編程接口，對它初始化編程只需對特殊功能寄存器SCON、SCON1和電源控制寄存器PCON寫入相應的控制字即可。本例是用C51語言對單片機串口進行初始化，程序如下：
TMOD=0x25； 定時器0為模式1方式的16位計數器
PCON=0x00；
TL1=0xfd； 晶振為11.059MHZ，定時器1做波特率發生器
TH1=0xfd；
TF1=0； TR1=1；
RI=0； TI=0；
RI1=0； TI1=0；
SCON=0x48； 數據格式為：8數據位，無奇偶校驗，1位停止位。
SCON1=0x48；
T2CON=0x04；
ES1=0； 串口1禁止中斷
ES0=0； 串口0禁止中斷
與控制系統通訊是通過串口0發送數據的，串口0發送數據程序如下：
void SendCharToSeries0（unsigned char byte）
{ TI=0；
SBUF= byte；
while （！TI）；
}
其中的byte就是所要發送的具體字節內容。如果某一指令有15個字節，則要連續執行這段發送程序15次，用具體的發送字節替換byte。例如設置控制系統的加速時間，數據串為a5 30 31 31 02 58 00 6a 0d，數據串是根據具體的協議內容而定的，這一數據串中數據頭為0xa5、0x 30、0x 31，0x02、0x58為數據內容即加速時間，0x00、0x6a為CRC檢驗碼，數據結尾是0x0d，調用上面的發送函數將這串數據發送。
當控制系統接收到這一串數據之后也要進行CRC檢驗，如果檢驗之后與所接收到CRC檢驗碼一致，說明接收的數據正確，否則舍棄這一數據。在進行串口通訊時，為了確保發送與接收的數據準確無誤，最好采用CRC（循環冗余校驗）校驗，編碼和解碼方法簡單，檢錯和糾錯能力強，在通信領域廣泛地用于實現差錯控制。CRC的算法如下：
void getcrccode （unsigned char tmpbyte[]，unsigned char length）
{ unsigned char aaa，i；
unsigned int crc；
crc=0xffff；
for （aaa=0；aaa
{ tmpbyte[length]=crc % 256；
tmpbyte[length+1]=crc / 256；
tmpbyte[length]=tmpbyte[length] ^ tmpbyte[aaa]；
crc=tmpbyte[length+1]* 256+tmpbyte[length]；
for （i=1；i
{ if （crc & 0x0001）
{ crc=crc >> 1；
crc=crc & 0x7fff；
crc=crc^0xa001；
}
else
{ crc=crc>>1；
crc=crc&0x7fff；
}
}
}
tmpbyte[length]=crc % 256；
tmpbyte[length+1]=crc / 256；
}
以上是有多個字節進行CRC校驗的通用程序代碼，在產品中已經得到應用。CRC是現代通信領域的重要技術之一，掌握CRC的算法與實現方法，在通信系統的設計、通信協議的分析以及軟件保護等諸多方面，能發揮很大的作用。
讓數據在液晶顯示器上顯示是按照約定的協議通過串口1向液晶顯示器發送數據來實現的，發送與接收均采用CRC檢驗，確保在液晶顯示器上所顯示的內容正確無誤。串口1發送數據程序如下：
void SendCharToSeries1（unsigned char byte）
{ TI1=0；
SBUF1=byte；
while （！TI1）；
}
4. 控制功能
單片機有多個I/O口，通過這些I/O口實現數據的采集及對設備的控制。本控制系統主要包括兩個方面，第一是溫度傳感器經過模數轉換電路送入單片機的I/O口，單片機從I/O口讀入數值，經過計算便得到實際的溫度值，將這一溫度值實時顯示，并且通過溫度來控制壓縮機的起停，使機器的腔體溫度在一定的范圍；第二是通過單片機的計數器讀取電機的轉速，用變頻器控制電機運轉，使得電機的運轉保持在一定的速度范圍之內，進而使風速恒定。
5. 鍵盤
本系統鍵盤是非編碼的，采用單片機的I/O口組成3X4矩陣，矩陣鍵盤減少了I/O的占用，在需要的鍵數比較多且單片機資料夠用時，采用矩陣法是很合理的。本例中用P2.0、P2.1、P2.2、P2.3作為行線，每個口上均接入一個10K的上拉電阻，P2.4、P2.5、P2.6作為列線，鍵盤結構如圖2所示。
判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線P2.0-P2.3置高電平，再分別置P2.4、P2.5、P2.6為低電平，然后檢測行線的狀態。如果行線中出現了低電平，則說明有鍵被按下，再根據自己定義的鍵盤功能去處理就可以了。
6. 結束語
本系統設計采用模塊化、結構化的程序設計方法，軟硬件自動故障診斷，使系統具有高可靠性和高實時性。我公司生產的高速冷凍離心機就是采用這種控制方式，產品已投入生產。
參考文獻
關鍵詞:工業控制系統;行為審計;智能分析;信息安全
引言
伴隨著工業化和信息化融合發展,大量IT技術被引入現代工業控制系統.網絡設備、計算設備、操作系統、嵌入式平臺等多種IT技術在工控系統中的遷移應用已經司空見慣.然而,工控系統與IT系統存在本質差異,差異特質決定了工控系統安全與IT系統安全不同.(1)工控系統的設計目標是監視和控制工業過程,主要是和物理世界互動,而IT系統主要用于與人的交互和信息管理.電力配網終端可以控制區域電力開關,類似這類控制能力決定了安全防護的效果.(2)常規IT系統生命周期往往在5年左右,因此系統的遺留問題一般都較小.而工控系統的生命周期通常有8~15年,甚至更久,遠大于常規IT系統,對其遺留的系統安全問題必須重視.相關的安全加固投入涉及到工業領域商業模式的深層次問題(如固定資產投資與折舊).(3)工控系統安全遵循SRA(Safety、Reliability和AGvailability)模型,與IT系統的安全模型CIA(ConfidentialGity、Integrity和Availability)迥異.IT安全的防護機制需要高度的侵入性,對系統可靠性、可用性都有潛在的重要影響.因此,現有的安全解決方案很難直接用于工控系統,需要深度設計相關解決方案,以匹配工控系統安全環境需求[1G2].
1工控系統安全威脅及成因
工業控制系統安全威脅主要有以下幾個方面[3G5]:(1)工業控制專用協議安全威脅.工業控制系統采用了大量的專用封閉工控行業通信協議,一直被誤認為是安全的.這些協議以保障高可用性和業務連續性為首要目的,缺乏安全性考慮,一旦被攻擊者關注,極易造成重大安全事件.(2)網絡安全威脅.TCP/IP協議等通用協議與開發標準引入工控系統,使得開放的工業控制系統面臨各種各樣的網絡安全威脅[6G7].早期工業控制系統為保證操作安全,往往和企業管理系統相隔離.近年來,為了實時采集數據,滿足管理需求,工業控制系統通過邏輯隔離方式與企業管理系統直接通信,而企業管理系統一般連接Internet,這種情況下,工業控制系統接入的范圍不僅擴展到了企業網,而且面臨來自Internet的威脅.在公用網絡和專用網絡混合的情況下,工業控制系統安全狀態更加復雜.(3)安全規程風險.為了優先保證系統高可用性而把安全規程放在次要位置,甚至犧牲安全來實現系統效率,造成了工業控制系統常見的安全隱患.以介質訪問控制策略為代表的多種隱患時刻威脅著工控系統安全.為實現安全管理制定符合需求的安全策略,并依據策略制定管理流程,是確保ICS系統安全性和穩定性的重要保障.(4)操作系統安全威脅.工業控制系統有各種不同的通用操作系統(Window、Linux)以及嵌入式OS,大量操作系統版本陳舊(Win95、Winme、Win2K等).鑒于工控軟件與操作系統補丁存在兼容性問題,系統上線和運行后一般不會對平臺打補丁,導致應用系統存在很大的安全風險.(5)終端及應用安全風險.工業控制系統終端應用大多固定不變,系統在防范一些傳統的惡意軟件時,主要在應用加載前檢測其完整性和安全性,對于層出不窮的新型攻擊方式和不斷改進的傳統攻擊方式,采取這種安全措施遠遠不能為終端提供安全保障.因此,對靜態和動態內容必須進行安全完整性認證檢查.
2審計方案設計及關鍵技術
2．1系統總體架構
本方案針對工控系統面臨的五大安全威脅,建立了基于專用協議識別和異常分析技術的安全審計方案,采用基于Fuzzing的漏洞挖掘技術,利用海量數據分析,實現工控系統的異常行為監測和安全事件智能分析,實現安全可視化,系統框架如圖1所示.電力、石化行業工業控制系統行為審計,主要對工業控制系統的各種安全事件信息進行采集、智能關聯分析和軟硬件漏洞挖掘,實現對工業控制系統進行安全評估及安全事件準確定位的目的[8G9].審計系統采用四層架構設計,分別是數據采集層、信息數據管理層、安全事件智能分析層和安全可視化展示層.其中數據采集層通過安全、鏡像流量、抓取探測等方式,監測工控網絡系統中的服務日志、通信會話和安全事件.多層部署采用中繼隔離方式單向上報采集信息,以適應各種網絡環境.信息數據管理層解析MODBUS、OPC、Ethernet/IP、DNP3、ICCP等各種專用協議,對海量數據進行分布式存儲,優化存儲結構和查詢效率,實現系統數據層可伸縮性和可擴展性.智能分析層通過對異構數據的分析結果進行預處理,采用安全事件關聯分析和安全數據挖掘技術,審計工控系統應用過程中的協議異常和行為異常.安全綜合展示層,對安全審計結果可視化,呈現工業控制系統安全事件,標識安全威脅,并對工業控制系統安全趨勢作出預判.
2．2審計系統關鍵技術及實現
2．2．1專用協議識別和異常分析技術系統實現對各種常見協議智能化識別,并且重組恢復通信數據,在此基礎上分析協議數據語義,進而識別出各種通信會話和系統事件,最終達到審計目的[10G11].2．2．2核心組件脆弱性及漏洞挖掘技術基于Fuzzing的漏洞挖掘技術,實現工業控制系統核心組件軟硬件漏洞挖掘,及時發現并規避隱患,使之適應當前的安全環境.Fuzzing技術將隨機數據作為測試輸入,對程序運行過程中的任何異常進行檢測,通過判斷引起程序異常的隨機數據進一步定位程序缺陷[12－14]通用漏洞挖掘技術無法完全適應工控系統及網絡的特殊性,無法有效挖掘漏洞,部分漏洞掃描軟件還會對工控系統和網絡造成破壞,使工控系統癱瘓.本文結合電力、石化行業工控系統特點,研究設計了工控行業專用Fuzzing漏洞挖掘技術和方法,解決了漏洞探測技術的安全性和高效性問題,實現了工業控制協議(OPC/Modbus/Fieldbus)和通用協議(IRC/DHCP/TCP)等漏洞Fuzzing工具、應用程序的FileFzzinug、針對ActiveX的COMRaidGer和AxMan、操作系統內核的Fuzzing工具應用,構建了通用、可擴展的Fuzzing框架,涵蓋多種ICS系統組件.ICS系統測試組件眾多,具有高度自動化的Fuzzing漏洞挖掘系統可以大大提高漏洞挖掘效率.生成的測試用例既能有效擴展Fuzzing發現漏洞的范圍,又可避免產生類似于組合測試中常見的狀態爆炸情況[15].采用模塊(Peach、Sulley)負責監測對象異常,實現并行Fuzzing以提高運行效率;還可以將引擎和分離,在不同的機子上運行,用分布式應用程序分別進行Fuzzing測試.2．2．3異常行為檢測技術針對工控系統的異常行為檢測,本方案采用海量數據和長效攻擊行為關聯分析技術,內容如下:(1)建立工業控制系統環境行為架構,檢查當前活動與正常活動架構預期的偏離程度,由此判斷和確認入侵行為,診斷安全事件.(2)研究行為異常的實時或準實時在線分析技術,縮短行為分析時間,快速形成分析報告.(3)基于DPI技術,對網絡層異常行為安全事件進行檢測分析.基于海量數據處理平臺實現對數據包的深度實時/離線分析,從而有效監測工控設備的異常流量,進而有效監測多種網絡攻擊行為[16].(4)應用層異常行為檢測.應用層異常行為安全事件檢測圍繞工業控制系統軟件應用展開,該功能基于應用層數據收集結果進行,支持運行狀態分析檢測、指令篡改分析檢測、異常配置變更分析檢測等.(5)系統操作異常行為安全事件檢測.系統攻擊檢測基于海量日志分析技術進行,在檢測整個系統安全狀態的同時,以大規模系統運行狀態為模型,發掘出有悖于系統正常運行的各種信息,支持系統安全事件反向查詢,并詳細描述系統的運行軌跡,為系統攻擊防范提供必要信息.(6)異常行為安全事件取證.基于安全檢測平臺所提供的多維度多時段網絡安全數據信息進行異常行為安全事件取證,有效支持對單點安全事件的獲取,達到安全事件單時段、多時段、分時段提取,進而支撐基于事實數據的安全取證功能.2．2．4安全事件智能分析技術方案把工業控制系統海量安全事件的智能關聯分析、安全評估、事件定位及回溯相關分析技術應用于分析系統,并且基于不同的粒度進行安全態勢預警.(1)安全事件聚合.采用聚類分析模型,將數據分析后的IDS、防火墻等網絡設備產生的大量重復或相似的安全事件進行智能聚合,并設計不同條件進行歸并,從而將大量重復的無用信息剔除,找到安全事件發生的本質原因.(2)安全事件關聯.系統將安全事件基于多個要素進行關聯,包括將同源事件、異源事件、多對象信息進行關聯,從而在多源數據中提取出一系列相關安全事件序列,通過該安全事件序列,對事件輪廓進行詳細刻畫,充分了解攻擊者的攻擊手段和攻擊步驟,從而為攻擊防范提供知識準備[17].2．2．5安全可視化安全可視化是一項綜合展現技術,其核心是為用戶提供工控系統安全事件審計全局視圖,進行安全狀態追蹤、監控和反饋,為決策者提供準確、有效的參考信息,并在一定程度上減小制定決策所花費的時間和精力,盡可能減少人為失誤,提高整體管理效率.安全可視化包括報表、歷史分析、實時監控、安全事件、安全模型5大類.其中,歷史分析包括時序分析、關聯圖、交互分析和取證分析.實時監控重點通過儀表盤來表現.
3安全事件評估
通過以上安全應用分析,能夠對安全事件形成從點到面、多視角的分析結果,對安全事件帶來的影響進行分級,包括高危級、危險級、中級、低級4個級別,使網絡管理者更好地將精力集中于解決對網絡安全影響較大的問題.
4安全態勢預警
為對網絡安全態勢進行全面評估,建立如圖3所示的全方位多層次異角度的安全態勢評估基本框架,分別進行更為細粒度的網絡安全態勢評估,評估內容如下:(1)基于專題層次的網絡態勢評估.評估各具體因素,這些具體因素都會不同程度影響工業控制系統安全,根據威脅內容分為資產評估、威脅評估、脆弱性評估和安全事件評估4個模塊,每個模塊根據評估范圍分為3種不同粒度.威脅評估包含了單個威脅評估、某一類威脅評估和整個網絡威脅狀況評估3種不同粒度的安全分析.(2)基于要素層次的網絡態勢評估.全方位對安全要素程度進行評估,體現網絡各安全要素重要程度,包括保密性評估、完整性評估以及可用性評估.(3)基于整體層次的網絡態勢評估.綜合評估工業控制系統安全狀況,對不同層次采用不同方法進行評估.采用基于隱Markov模型、Markov博弈模型和基于指數對數分析的評估技術,對安全態勢的3個安全要素進行評估,評估所有與態勢值相關的內容;基于指數對數分析評估技術,實現由單體安全態勢得到整體安全態勢,具體參數根據不同目的和網絡環境進行設置.
5工業控制系統審計方案部署
本項目要符合電力、石化行業工業控制系統特點,提供高可用、可擴展和高性能解決方案.系統包含數據采集器、數據存儲服務器、安全審計分析服務器等核心組件,如圖4、圖5所示.(1)數據采集器是工業控制系統的末梢單元,是審計系統與工業控制各種設備、終端的信息接口.數據采集器數量依據工控終端規模進行分布式動態擴展.特定工控采集環境下,硬件數據采集器輔助探針軟件協同工作.(2)數據存儲服務器用以存儲采集和分析計算處理后的海量數據.數據存儲服務器以彈性擴展集群方式組成海量數據存儲平臺.(3)安全審計分析服務器負責數據處理、安全事件分析、漏洞挖掘等高性能安全計算和結果展示,是審計系統的計算中心.
6結語
【關鍵詞】攻擊圖 工業控制網絡 安全隱患 實現
工業控制系統影響著各行各業的生產運行，被廣泛的應用于水利系統、電力系統、化工生產系統、制造行業和大型的制造企業的自動化控制領域中，在實際的使用過程中，主要是依靠工業控制系統來實現自動化運轉，在各個領域中占據重要位置。工業控制系統與辦公管理系統實現了一體化集成，為數據交流提供了便利，通過與辦公網絡互聯，共同組成了工業控制系統網絡。本文對攻擊圖的工業控制網絡的安全隱患進行分析。
1 基于攻擊圖的工業控制網絡整體系統結構設計
1.1 整體系統結構設計
在對攻擊圖的工業控制網絡安全隱患進行分析時，需要充分開發工控系統攻擊圖隱患分析工具，主要包括原子攻擊規則生成模塊、工控系統主機連接信息采集模塊和工控系統圖生成模塊等。該項工具在使用過程中主要是運用人工手動輸入來實現，通過對各模塊進行分析，進而得出清晰直觀的主機攻擊圖。攻擊圖生成模塊需要輸入相關的攻擊圖腳本，對攻擊圖模塊進行可視化展示，確保展示效果具有清晰直觀性特點。工控系統攻擊圖分析工具系統中主要包括工控系統隱患分析、原子攻擊規則生成、工控系統攻擊圖生成、攻擊圖可視化展示等方面的模塊。在運用工控系統攻擊圖對安全隱患進行分析時，主要分為挖掘系統漏洞，（挖掘系統漏洞包括緩沖區溢出、程序不按計劃運行、插入惡意代碼）、系統配置掃描、仿真平臺配置輸入、攻擊圖隱患分析、安全分析與加固建議和系統隱患消除六個流程狀況，在實際的運用過程中存在密切的邏輯關系。
1.2 基于層的攻擊圖生成模塊設計
為了給人們展示出直觀清晰的網絡拓撲生成模塊，將其分成不同的區域，對網絡的網絡模塊進行簡化，增加繪制網絡區域的功能。該種做法能夠給用戶提供清晰和直觀的網絡拓撲管理，為基于層的攻擊圖提供信息配置功能，為了方便人們的使用，在用戶界面設置了網絡區域功能按鈕，對不同的網絡區域使用不同的顏色進行填充，并用不同的區域名稱進行標記。如果設備從一個區域轉移到另外一個區域時，設備的區域屬性也會隨之發生相應的改變。
基于層的攻擊圖生成模塊主要設計方法為，攻擊圖的正向生成算法主要是由攻擊源發起的，主要用于分析已知攻擊源所在的位置，明確哪些主機會對攻擊源的正常工作造成威脅，能夠實現對網絡設備的保護?；趯拥墓魣D生成算法在實際的使用過程中主要是利用工控網絡的層次結構來實現的，需要對復雜的工控網絡進行按層計算，進而生成攻擊圖網絡。
攻擊圖網絡圖的生成主要以MulVAL為工具，MulVAL是“多主機、多階段漏洞分析”，是堪薩斯州大學的一個開源項目，主要是運用邏輯編程語言Datalog來描述網絡元素和安全聯動情況，MulVAL的分析工具輸入主要包括主機配置、漏洞通告、網絡配置等，輸出為PDF或TXT格式描述的攻擊圖。但是該攻擊圖的節點不是主機，節點的類型主要包括：棱形的權限節點、圓形的攻擊步驟節點和矩形的配置信息節點。MulVAL作為命令行工具，能夠實現對漏洞庫文件的優化配置，轉換OVAL/Nessus漏洞報告，生成攻擊圖。MulVAL工具生成的攻擊圖例子如圖1所示。
1.3 網絡狀態采集模塊設計
網絡狀態采集模塊主要是對攻擊圖生成算法進行服務的模塊，在使用前需要明確網絡系統的信息狀態，按照合理的方法對網絡拓撲進行有效連接，對網絡層次信息進行合理劃分，明確網絡拓撲設備上存在的漏洞信息，例如，設計網絡狀態信息輸入格式文件，設計網絡層次劃分方式，網絡設備基本信息輸入方式和網絡威脅信息輸入方式等。明確攻擊主機的所在位置，對網絡狀態信息采集模塊進行合理設計。首先，在對網絡連接輸入方式進行設計時，主要的連接信息包括服務器、交換機、防火墻、PC機、集線器和現場設備等。需要明確設備間鏈路的具體連接情況，結合實際的網絡拓撲需要自行選擇網絡設備，在已有模塊的基礎上對工業控制網絡拓撲圖進行合理設計，確保路由器和防火墻配置的合理性。其次，在對網絡的層次進行劃分時，需要采用矩形框來對網絡拓撲進行分層，通過雙擊矩形對話框，對話框中的設備進行合理配置。最后，對網絡設備的信息進行配置時，需要明確設備操作系統的版本、設備上的具體服務信息和設備在運行過程中可能產生的漏洞信息，防止漏洞程序和作用對漏洞造成的威脅。
2 工業控制系統安全隱患分析系統的實現
2.1 攻擊圖生成算法的實現
為了實現對工業控制系統安全隱患的分析，主要找到IT工控網層中的可攻擊到的所有主機，由列表頭對主機發起攻擊，列表尾可以攻擊到最后的主機。在對節點進行計算時，需要防止攻擊路徑出現重復性，對所有攻擊路徑列表中的節點進行刪除，防止出現無效攻擊路徑。在辦公層生成時，需要辦公層節點分為辦公層與IT層的邊界主機、辦公層內主機和辦公層與工控層邊界主機三種。
2.2 網絡狀態采集模塊的實現
2.2.1 網絡連接信息配置技術的實現
集線器、交換機和路由都是網絡拓撲設備中的重要連接信息，需要將信息格式保存為：hacl，將src作為源節點，dst作為目標節點，port作為數據使用的傳輸端口，Apply是保存配置信息，OK是關閉對話框。
2.2.2 主機信息配置技術的實現
在攻擊圖工業控制網絡中，主要包括主機、服務器和PLC等設備，需要嚴格按照設備配置方法在配置界面上進行配置，對主機上存在的漏洞信息進行優化配置。合理選擇主機服務類型，確保信息配置的合理性和正確性?！伴_放服務”欄目在表格中的信息內容是不可修改的，在運用刪除按鈕進行信息刪除時，首先需要先選中所要刪除的內容，點擊“服務名稱”的前一列數字符號進行刪除。需要對出現的網絡漏洞信息進行優化配置，需要配置的信息主要包括漏洞所在的程序、漏洞ID、漏洞作用范圍和漏洞威脅程度等方面的內容。
2.2.3 攻擊源信息配置技術的實現
在對攻擊源信息進行配置時，需要選擇網絡中的所有設備，明確網絡拓撲的所有設備節點，點擊“》”按鈕，將左側列表中選擇好的設備添加到右側列表中，再次點擊“》”能夠撤消右側的選擇，點擊“重置”按鈕，能夠清除已選擇的信息，點擊“apply”是保存信息。需要將樹形結構按照設備種類進行分類，明確樹枝設備的名稱?？梢詫粼催M行添加刪除重置。添加攻擊源功能主要包括按照設備的hostname進行準確添加，支持ctrl多選，但不支持樹枝選擇。刪除功能包括電機攻擊源設備屬性列表的樹頭，需要刪除樹頭下的設備節點，支持多選刪除節點。重置功能主要是指需要清空所選攻擊源信息，對攻擊源信息是否為空進行檢查，如果不是空，需要詢問是否確認清空攻擊源配置信息。
2.2.4 攻擊目標配置技術的實現
攻擊目標配置技術主要是由攻擊信息和攻擊類型組成的，需要運用攻擊目標表格對配置好的信息進行展示，不可對信息進行修改，結合實際的使用需要，對攻擊類型進行合理設置，合理選擇配置信息選項，待配置信息選擇好后，選擇增加按鈕將攻擊信息添加到攻擊目標表格中來。需要將設備id作為網絡設備的唯一標記，能夠實現對perlog文件設備的識別，為了方便用戶使用，需要將設備名稱標記在攻擊目標的信息配置界面進行展示，將模塊中的設備名稱轉化為設備id，之后在進行信息的保存和配置。
3 結論
本文主要是基于攻擊圖工業控制網絡安全隱患進行分析，由于攻擊圖系統具有復雜性和龐大性，不適宜在大型的工業控制網絡中應用。本文對基于攻擊圖的工業控制網絡整體系統結構設計進行分析，主要分析整體系統結構設計、攻擊圖生成模塊設計和網絡狀態采集模塊設計三方面的內容。可知攻擊圖對控制網絡安全隱患具有重要作用，在對工業控制系統安全隱患分析系統的實現進行分析時，主要是對層的攻擊圖生成算法實現和網絡狀態采集模塊實現兩方面的內容進行分析，明確了攻擊圖工業控制網絡安全隱患的實現過程和實現方法，通過增加防火墻，強化了對工業控制網絡安全隱患的分析力度。
參考文獻
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【關鍵詞】 光纖通信 工業控制 優勢 應用細節
前言：現代工業主張憑借信息技術作為先導條件，主要是因為信息技術發展速率飛快，且對于人們日常生活和生產水平提升有著較強的推動功效。但是目前我國互聯網整體運行速率和外國相比著實不夠可觀，并且涵蓋的信息量十分有限，為了一改該類消極局勢，光纖通信技術得以順利衍生。所以說，盡快理清光纖通信技術在工業控制中的應用細節，存在一定的現實意義，應該引起相關工作人員重視。
一、光纖通信技術內涵
所謂光纖通信技術，即憑借光作為信息載體，光纖作為信息傳輸模式。光纖可以順勢細化為內芯和包層兩類結構單元：其中內芯通常維持在幾十微米以內，細過一根頭發；至于外包層的存在意義，便是針對光纖加以保護。光纖通信系統通常會聚集許多光纖材質進行光纜制備，其間因為光纖制作的主流原材料是作為電氣絕緣體的玻璃，因此設計人員完全可以不用過度關心接地問題；而光波在光纖內部傳播，也不會引發嚴重的信息泄露現象；最為主要的，就是光纖很細且能夠很好地解決以往實施空間的問題。
二、光纖通信技術的優勢條件
1、頻帶較寬且通信容量大。結合銅線和電纜加以對比校驗，光纖傳輸寬帶要大出許多。而對于單波長光纖通信系統來講，因為中端設備的影響，使得大寬帶優勢效應很難予以理想型發揮。所以說，需要有關工作人員主動開展技術創新活動，目的是進一步擴充傳輸的容量，而當期能夠最高效處理這部分挑戰困境的莫過于密集波分復用技術莫屬。
2、損耗程度不高同時中繼距離較長?，F階段損耗程度最低的傳輸介質便是商品石英光纖，如若日后光纖通信技術考慮沿用這類原材料，相信勢必能夠全面縮減系統創建和運行維護消耗的成本數量，最終為相關企業贏取合理數量的經濟和社會效益。
3、抗電磁干擾能力較為理想。須知石英本身保留較為可靠的抗腐蝕、絕緣，以及抗電磁干擾等性能條件，能夠很好地克制過往通信技術中的外部環境和人文架設電纜干擾效應。這類優勢條件對于在工業控制領域中的應用的光纖通信技術來講，十分有利。
4、保密性能妥善。傳統通信技術下，電磁波傳播泄露幾率十分高且保密性較差。而經過光纖通信技術推廣沿用之后，則可以有效地克制串擾的狀況，進一步彰顯出較強的保密特性。
三、光纖通信技術在我國工業控制中的應用細節
如今我國光纖通信技術已經朝著智能化發展方向持續過渡扭轉，就是說相關運營主體能夠更為自由靈活地控制光傳輸。而將這類技術要素貫穿融入到工業控制流程之中，明顯能夠表現出愈加可觀的適應性?，F階段沿用光纖通信技術的行業，通常都是有著較高自動化生產需求的，包括汽車工業、機器和物料運輸等自動化工廠。至于光纖通信技術想要在工業控制領域之中全方位推廣沿用，就必須注意經歷以下繁瑣的處理流程：首先，在工廠內部安裝即插即用的光纖通信系統，實際上就是將傳統工作環境下的熔纖設備進行光纜替換之余，合理減少光纜接頭盒研磨上的成本投入盜俊⑹實奔涌旃庀朔種У愫團湎吖飫輪間的連接速率、有機縮減布線系統的規劃布置時間等。而為了確保今后光纖通信技術在工業控制中發揮出可靠的風險規避功效，就必須考慮預先全面性測驗認證各類部件性能、消除現場端接和中間跨度光纜之間引發的網絡故障問題。其次，調查認證不同工業環境惡劣狀況，結合豐富實踐經驗開發設計出更高效的光纖連接器，即要求在貫徹落實防塵、防水指標的前提下，強化系統傳輸的可靠和堅固性。尤其是在工業環境配線中心，要確?，F場沿用的光纜布線方案，能夠更加理想地適應實際生產和工業應用環境需求，如令EDC系列產品能夠在戶外存放，并且合理發揮光纖接合的保護功能。至于箱體則需要沿用較為特殊的原材料，要求在維持優質化的化學和溫度特性基礎上，同步滿足NEMA 4X或IEC IP66級別，長此以往，能夠令工業控制中的光纖通信系統，很好地克制以往嚴重的氣體、雨雪、灰塵等侵蝕效應。
結語：盡管說當前我國光纖通信技術存在較大的容量，不過同步狀況下也存在許多閑置的應用，特別是在我國社會經濟和科學技術全面革新發展背景下，有關工業信息需求量持續加大，嚴重情況下會直接超出既有的網絡承載能力。所以有關技術人員必須竭盡全力研發出更為高端合理的光纖傳輸技術，爭取為日后工業信息協調化監管和控制，奠定基礎。
參 考 文 獻
[1]胡健.聚合物光纖收發模塊及其在工控領域應用研究[D].中國科學技術大學，2012.
[2]翁軒.高速光纖通信系統中信號損傷緩解與補償技術的研究[D].北京郵電大學，2013.
【關鍵詞】變頻調速技術；發展；工業控制；應用
前言
作為一項實際應用要求較高的技術方法，變頻調速技術的特殊性不言而喻。該項課題的研究，將會更好地提升對變頻調速技術的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進一步優化工業控制的最終整體效果。
一、變頻調速技術概述
（一）變頻調速技術的發展歷史
變頻調速技術從理論到使用推廣經歷了40年的時間，在這期間，電子器件的發展促進了這一過程的實現。在20世紀70年代，發達國家為了緩解石油危機，投入大量的人力、物力和財力去研究更加高效的變頻器，使變頻調速技術得到進一步推廣。到今天，依托于電子計算技術和微電子技術的變頻調速技術以優越的性能被各行各業所采用，實現了電氣自動化控制領域的節能減排，提高了生產效率。
（二）變頻調速技術基本原理及組成
變頻調速技術的基本原理為利用電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系n=60f（1-s）/p，其中n為轉速，s為電機轉差率，f為輸入頻率，p為電機磁極對數，改變電動機的工作頻率從而達到控制電機轉速的目的。
變頻調速技術的關鍵部件主要有3部分：自適應電動機模型單元、脈沖優化選擇器、轉矩和磁通比較器。（1）自適應電動機模式單元主要的功能是檢測輸入電動機的電壓、電流的性質，從而識別電動機的參數，它是直接轉矩控制的關鍵單元，以定子磁場定向方式幫助實現對轉矩的直接控制，該技術能夠實現正負0.1%的速度控制精度。（2）脈沖優化選擇器的主要功能是優化選擇在一定范圍內的脈沖信號，功能的實現首先需要選擇合適的信息處理選擇芯片，當前在電氣自動化控制行業中常用的型號為CycloneⅡEP2C5Q209C8；其次需要設計調制方式的信號源并編寫能夠實現不同功能的電路模塊，例如能夠實現星座映射、緩沖功能的模塊；最后，通過信號源進行仿真模擬判斷編寫的電路模塊是否能夠實現既定的功能。影響脈沖優化選擇器性能的重要因素是電解電容器的容量具有很大的離散型，導致部件承受的電壓出現偏差，為此需要對電容進行改進，可以在電容器旁并聯一個與電容器阻值相同的電阻，同時為了防止電路被燒毀，還可以增加抑制浪涌電流的措施。（3）轉矩和磁通比較器的主要功能為每隔20s將反饋值與參考值進行比較，而后通過滯環{節器輸出轉矩或磁場狀態，為工作人員后續的工作提供參考。
（三）變頻器的特征
變頻器是變速調控技術的核心，變頻器具有如下特點：利用變頻技術將電源轉化為不同頻率的交流電源，可對發電廠熱工控制系統的給水泵、送風機等系統進行調節。變頻器分為高壓變頻器和低壓變頻器。其中低壓變頻輸出電壓為380～650V、工作頻率為0～400Hz，輸出功率為0.75～400kW。其主電路由整流和逆變構成，該變頻器采取拓撲結構使得其技術穩定；硬度大、成本支出低。同時可以滿足一般傳動在平滑調速方面的需求，由于低壓變頻與高壓變頻相比，采用的力矩較低，應用較為廣泛。
二、變頻調速技術工業自動化控制中的應用
（一）應用案例。本文選擇是該技術在數控機床中的應用案例，在這個案例中應用該技術的主要目的就是為了完成節能改造，因為數控機床傳統的技術需要耗費很多的電能，無論是對企業，還是數控機床自身都是一種損失，為了減少這種損失，提高企業的整體經濟效益，數控機床人員經常使用的方式是工頻運行，雖然這種方式有一定效果，但是其劣勢也比較明顯，比如齒輪主軸速度可供選擇的范圍過大，這樣就不能對其進行精細控制，特別是恒線速度，再加之，在使用該技術的過程中，也不能完全保證機械從始至終都能夠安全穩定的運行，因此要時時對機械設備進行維修，尤其是離合器；另外雖然使用的主軸屬于直流型，這種類型的注重最大的優勢就是可以進行無級調速，但是卻為后期維護工作帶來了問題，而且在運行的過程中，主軸的最高轉速，根本不能達到，所以其總體效果并不好。因此相關人員決定使用變頻調速技術，希望能夠取得預期的效果，達到降低電能損耗的目標，進而減少企業成本支出。決定使用該技術之后，數控機床人員經過商討確定了使用方案。
（二）應用效果。使用該技術不僅避免了使用工頻技術的劣勢，還提高了機械工作的速度，另外機械消耗的能源也有明顯的下降，減少了企業成本的支出，其使用效果非常好。變頻調速技術主要針對數控機床的結構、功能等多方面，所以效果比較好。因為使用該技術，數控機床自身的結構得到了優化，所以能夠節省大量的金屬材料，再加之，使用該技術之后，機械操作與原來相比比較簡單，這就降低了機械損耗的程度，也減少了機械維修的次數；而且使用該技術之后，數控機床控制范圍有所擴展，無論是控制精度，還是控制效率都得到了有效的提高，最關鍵的是，該技術的使用提高了數控機床加工質量，其生產效率與傳統的方法相比，有所提高，這對企業，甚至是整個數控機床行業來說，都有積極的意義。
三、變頻調速技術的發展趨勢
（一）開關器件方面
就目前的開關器件發展來看，智能化變頻器將會是未來的發展潮流，實現功率變化、檢測、控制、保護等等功能的全自動化，達到高效節能的目的。讓具有更多功能，具有更高特性的開關器件進入我國的電力市場。
（二）變頻控制電路方面
目前，我國的高壓變頻調速裝置基本上已經實現了數字化和自動化的全方位控制，但是，在變頻調速設備的數字化和自動化方面還有很大的提升空間，我們要不斷的將新的先進的科學技術運用其中，用于嘗試，實現變頻電路的更高效的控制。
（三）矢量控制技術方面
矢量控制技術仍然會是目前和以后很長一段時間內高性能電機的主要控制技術，它包含有多種重要的科學技術，如：PWM技術，參數識別技術、磁通觀測技術等等，這些高效的控制技術能夠提高開關的頻率，改變電壓波形。我們需要實現更有效的控制，就必須長期的對矢量控制技術進行研究。
四、結束語
綜上所述，加強對變頻調速技術及其在工業控制中應用的研究分析，對于其良好實踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的工業控制實踐中，應該加強對變頻調速技術的重視程度，并注重其具體應用實施策略的科學性。
參考文獻：
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[2] 羅春芳.變頻調速技術及其在制藥工業電氣自動化控制中的應用[J].企業技術開發.2015（02）：115-116.
關鍵詞 工業控制計算機；多任務分時操作系統；工業控制
中圖分類號 TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）104-0222-02
可編程序控制器一直在工業控制領域占有主導地位，但是雖著工業水平的發展，對PLC的運算速度存儲容量提出了更高的要求，且PLC的人機接口功能不完善，接口電路比較簡單使得工業控制方面出現了瓶頸在一定程度上阻礙了工業在自動化控制領域的發展，因此一種比PLC功能和運算速度更強大的專為大型控制系統設計的工業控制計算機的 （ IPC）產生。
1 工業控制計算機（IPC）
工控機是在個人計算機的基礎上發展起來的，采用總線式結構，硬件的兼容性較強。IPC有各種各樣的輸人/輸出板卡供用戶選用，有很強的高速浮點數運算、圖像處理、通信和人機交互等功能，容易實現管理控制網絡集成化。
1.1工業控制計算機（IPC）的技術特點。
1）可靠性高，抗干擾能力強 在工業控制系統中，大量的開關動作是由組態程序控制激活板卡相對應的控制通道輸出控制相對應的信道設備，從而大大降低了傳統控制中的故障率 I/O 接口電路采用光電隔離措施使各單元利用屏蔽措施以防止干擾；對信息進行自診斷利用校驗位來實現所采集的數據準確無誤。利用工業總線協議加強系統的可靠性和準確性；
2）強大的接口電路 對于各種現場信號流如電流量或電壓量、數字量，電位量；輸入輸出接口單元與工業現場各種開關及傳感器及隔離單元直接連接。為了提高工業控制及信息共享可通過各種通信協議平臺及交換機設備獲取多種數據從而實現工業控制系統的一體化及集中處理集中控制減少系統的接點增強了系統的集中控制能力；
3）強大的兼容性，工業計算機最基本的特性就是他的兼容性很強，隨著現代工業自動化的發展，在生產控制中PLC及工控機種類繁多各種接口電路使得系統結構復雜。這就要求我們整個控制系統具有強大的兼容性和協議共享性。然而我們可以選擇多種控制板卡都是可以與之相兼容的使現實生產控制得到了擴大，使其控制的設備及系統功能更加完善。然而我們選用工業計算機來控制生產滿足了多種設備聯網生產；
4）在通信方面， 現代工業計算機具有多協議多網絡支持平臺，可通過工業總線實現與各種生產設備進行聯網控制，例如現在工業中常用的CAN總線、interbus總線以及光纖通訊等。網絡兼容性較好，可與其他生產廠家的各種通信板卡及設備接口電路匹配。使工業控制計算機的功能大加強，能夠完善的兼容控制與管理生產現場。
2 IPC 與PLC在煤礦皮帶機控制應用中的比較
皮帶機運輸集控系統是針對礦用煤流運輸系統設計的綜合監控系統。實現了皮帶機打滑、超溫、灑水、堆煤、急停、跑偏、撕裂、煙霧等基本保護。同時配有總線型和以太網接口，接入工業以太網，實現遠程控制。
工業控制計算機在皮帶機控制中的特性
1）工業計算機控制皮帶運輸具有實時性好，穩定性高，故障率低。在皮帶運輸控制中工業計算機通過與下位機進行同一平網，對皮帶的啟動停止，各種傳感器的在線監測進行分散采集，集中控制使皮帶運輸可靠性高，大大提高了井下的運輸能力從而提高了生產效率。在皮帶的運行保護方面實現了皮帶機的啟動打滑監測調整電機的運行特性加大轉矩降低啟動轉速；實時采集處理超溫、灑水、堆煤、急停、跑偏、撕裂、煙霧等傳感器的信息，響應速度快定位準確。計算機系統將全面在線監測所有的電機驅動單元及各類傳感器系統，將皮帶的運行情況通過網絡先傳于工作面的集中控制臺，控制臺將會顯示每臺電機的運行電流及電壓是否正常，及傳感器所反饋的各種數據信息；
2） 隨著皮帶運輸自動化技術的廣泛應用，各大礦業集團井下生產運輸及地面運輸裝車系統均采用，工業計算機控制的皮帶運輸監控系統。此系統從井下工作面到主運大巷到地面所有驅動單元及采集系統通過地面調度室的主控制工業計算機來完成啟動與停止。地面裝車系統也是通過工業計算機來控制給煤皮帶運輸機及裝煤系統來完成裝煤的，地面裝車系統通過皮帶控制器來監測皮帶運輸情況如，跑偏、堆煤、撕裂、煙霧等。通過開關量，電流量、電壓量及超聲波傳感器來辨認火車車箱的型號級高度和車輛運行狀態。從而給主控制機提供數據將信息顯示都裝車控制室的顯示器上供工作人員參考。根據車皮型號計算機會計算出此車的裝煤量，通過控制給煤機將煤量給入裝車漏斗緩沖區。來實現裝車的全過程，實現了煤礦井下生產運輸及地面裝車為一體的現代工業計算機控制系統，使煤礦企業生產自動化系統高度集中。
3結論
工業計算機的發展促使現代工業自動化的高度集中與控制，使我國的煤炭及相關應用領域從生產規模，生產效率大大提高。本文主要從工業計算機的特性與在工業自動化皮帶生產運輸中的應用。
參考文獻
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關鍵詞：光纖；傳輸系統；工業控制
1 光纖概述
上世界六十年代，美國科學家發明世界第一臺激光器，光纖第一次進入通信領域，隨后對光纖進行不斷的研究，進入了飛速發展階段，主要優點包括：損耗低，指相對于電纜，同比程度下損耗比電纜小1億倍，損耗率極??；頻率寬，指在光譜上，光的頻率覆蓋面極廣，比VHF頻段高出一百多萬倍；重量輕，指相對于其他傳輸介質，更小的體積可以傳輸更大的信息量；抗干擾能力強，指傳光不導電，不受電磁場的影響，保密性能高；保真度高以及成本不斷下降。
光纖，全名光導纖維，是一種傳輸光能的波導介質。裸纖由以下3個部分組成：玻璃芯（50-62.5μm，位于最里層）、硅玻璃包層（125μm，位于中間層）、樹脂涂層（最外層）。按照光纖的功能、用途等可以劃分很多種類。本文主要按照傳輸模式對光纖進行分類：單模光纖（含偏振。隨著光纖的需求量越來越大及光纖理論體系的不斷完備，根據光纖不同性能分為保持光纖、非偏振保持光纖）、多模光纖。
2 光纖傳輸網絡的架構
簡單的光傳輸網絡包括光源、光檢測器以及光纖。其中光源一般指二極管（LED或LD），傳輸的原理及路徑為：電信號光信號光纖傳輸光信號電信號。光纖傳輸網絡有自身的很多優點：不產生電磁也不受電磁干擾影響，保證了周圍電氣設備的安全，也使自身傳輸介質的功能不受其他電氣設備的影響；適合于數據傳送。但是光纖的分節較為困難，損耗較大，在實際應用中使用的拓撲網絡是解決這一問題的措施之一。
3 光纖信號傳輸系統應用于工業控制中的解決方案
在工業控制中一般要傳輸的是模擬信號，因此設計最基本的3種傳輸方案進行對比分析：第一種是通過光端機直接傳輸模擬信號；第二種是采用電信號光信號光纖傳輸光信號電信號的原理進行傳送；第三種是在通過光隔離器來進行傳輸信號。
3.1 方案一
以5公里左右的傳輸距離作為本次設計的傳輸距離，通過光端機直接傳輸模擬信號傳輸的頻率定為1MHz，通過分析發現，這個頻率值可以通過光端機來進行傳輸，費用計算如下表：
通過上表可知，采用第一種解決方案總費用約6000元。通過光端機直接傳輸模擬信號的優點是網絡構建較為簡單，成本低。同時，這種傳輸方式有著自身難以克服的缺點：傳輸的質量受溫度的影響很大，在進行多種信號傳輸的時候，發生相互干擾，影響傳輸效率，還有不穩定現象發生，這種解決方法較適用于信號較少，溫度變化不大地區使用。
3.2 方案二
第二種方案采用電信號光信號光纖傳輸光信號電信號的原理進行傳送，不再用模擬信號傳輸，傳輸方式是將模擬信號轉換成數字信號傳輸。
使用的傳輸設備主要為數字光端機，其他的傳輸設備與第一種方案相同。傳輸網絡系統的架構與第一種方式相同，第二種方案能有效克服第一種方案傳輸信號相互干擾的弊端，可以同時傳輸4路以上的信號，性能良好的傳輸設備，可以同時傳輸幾百路信號。第二種方案與第一種方案從性能來看要明顯更高，傳輸保真度高，同時進行多路傳輸，環境溫度影響小，傳輸穩定的脖頸，從價格來看，第二種方案還需要增加逆流轉換器、AD轉換器等模塊，增加了實際安裝的工作量，成本比第一種方案高20%左右。
3.3 方案三
第三種方案與第二種方案的傳輸原理相同，都是不再使用模擬信號傳輸，傳輸方式是將模擬信號轉換成數字信號傳輸。第二種和第三種方案的不同在于第三種方案采用光電隔離器來代替原有的數字光端機。光電隔離器傳輸原理是以光為媒介傳輸，對輸入、輸出信號有很好的隔離作用，同時具備受外界環境干擾度小、性能穩定、使用壽命長、無觸點、保真度高等優點，是目前工業控制信號傳輸中應用最廣泛的光電設備之一。
信號傳輸網路與第二種方案類似，需要增加逆流轉換器、AD轉換器等模塊，同時還需要根據實際傳輸情況，合理設計電路，包括轉換與逆轉換的全過程，加大了工作量。從工作原理看，第三種方案輸出信號不會影響輸入端，設計原理上更容易和邏輯電路配合使用，實用性能提高，輸入輸出端的相應時間縮短，一般只需要微秒甚至毫微秒。
第三種方案從成本來看，增加的光電隔離器需要2對，成本約800元左右，其他的設備如6芯多模光纖、逆流轉換器、AD轉換器等價格參考第一種方案，要增加轉換電路的設計及安裝，費用則根據實際情況而定?？傮w而言，第三種方案工作量及成本增加，性能最優。
以上三種方案，通過從性能、工作量及成本分析可以看出，各有優缺點，選用時要根據實際情況而定?？梢酝ㄟ^以下原則進行選?。簜鬏斝盘柗N類不超過4種，環境影響度不大，對傳輸信號的要求不高時，優先選擇第一種方案，因為成本較低，設計簡單，產品成熟，操作不復雜，易于掌握；如果傳輸信號路數多，對信號保真度要求高，環境影響很大時，優先選擇第二種方案，適合多路傳輸，保證傳輸性能的同時能夠有效節省成本；如果只是單向傳輸，環境影響較大，對信號保真度要求高，優先選擇第三種方案，傳輸性能較好，并能有效降低成本。
