任務(wù)1　遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)基本概念

任務(wù)書

1.描述遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的概念。

2.描述遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的分類及作用。

3.描述遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)工作原理。

4.討論衡量遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)性能的指標(biāo)。

理論知識(shí)

遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是人們?yōu)榱吮O(jiān)視和控制分散狀態(tài)的生產(chǎn)過程，綜合利用自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)而形成的一門獨(dú)立的學(xué)科，起源于20世紀(jì)30年代。近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測技術(shù)等的迅猛發(fā)展，遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)得到飛速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域和所涉及的技術(shù)范圍更為廣泛、功能也不斷提高，在控制距離、控制功能、容量和自動(dòng)化程度上都有了階躍性的發(fā)展。遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到了深入應(yīng)用，如現(xiàn)代電力工業(yè)、石油工業(yè)、采礦工業(yè)、城市交通、衛(wèi)星通信、火箭導(dǎo)彈、宇航工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等。隨著人工智能、模糊控制等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)必將得到更進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。

一、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的分類及作用

遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是指控制端（或稱總機(jī)、主機(jī)、調(diào)度端）與被控制端（或稱執(zhí)行端、分機(jī)、從機(jī)、結(jié)點(diǎn)、終端）之間實(shí)現(xiàn)遙控、遙信和遙測技術(shù)的總稱。綜合應(yīng)用了自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)。用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的在人（或機(jī)器）和機(jī)器之間交換信息的功能。以遠(yuǎn)程控制技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)成的系統(tǒng)稱為遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)從不同的角度，有多種分類方法：

（一）按功能分類

按功能來區(qū)分，分為遙控、遙信和遙測系統(tǒng)。

1.遙控系統(tǒng)：對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的系統(tǒng)。

2.遙信系統(tǒng)：對(duì)被控對(duì)象的工作極限狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)距離測定的系統(tǒng)。

3.遙測系統(tǒng)：對(duì)被控對(duì)象中的某些參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量的系統(tǒng)。

（二）按信號(hào)產(chǎn)生和發(fā)送的方式分類

按信號(hào)產(chǎn)生和發(fā)送的方式來區(qū)分，分為非周期型遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)和周期型遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

1.非周期型遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)：系統(tǒng)中信號(hào)的產(chǎn)生和發(fā)送是隨機(jī)的，平時(shí)系統(tǒng)不動(dòng)作，控制端要發(fā)送命令或執(zhí)行端被控對(duì)象狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，即有信息產(chǎn)生時(shí)整個(gè)系統(tǒng)才動(dòng)作。

2.周期型遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)：系統(tǒng)中不管信號(hào)是否有變化，或者說信息是否產(chǎn)生，整個(gè)系統(tǒng)都是處于循環(huán)不停的周期性工作狀態(tài)中。

（三）按工作方式分類

按工作方式來區(qū)分，分為1∶1方式、1∶n方式和m∶n方式。

1.1∶1方式：是指一個(gè)控制端和一個(gè)執(zhí)行端組成的系統(tǒng)；

2.1∶n方式：是指一個(gè)控制端對(duì)應(yīng)n個(gè)執(zhí)行端組成的系統(tǒng)；

3.m∶n方式：是指m個(gè)控制端和n個(gè)執(zhí)行端組成的系統(tǒng)。

（四）按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類

按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來區(qū)分，分為總線型、環(huán)形、星形、樹形等。

（五）按遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)采用的信道分類

按遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)所采用的信道來區(qū)分，分為有線和無線遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

（六）按被控對(duì)象所用元件分類

按被控對(duì)象所用元件不同來區(qū)分，分為有接點(diǎn)和無接點(diǎn)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

（七）按遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)方式分類

根據(jù)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)是用硬件還是軟件實(shí)現(xiàn)來區(qū)分，可分為布線邏輯式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)和軟件化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

二、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

（一）遙控系統(tǒng)

遙控就是對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，使被控對(duì)象按所傳遞的命令去完成特定的功能。遠(yuǎn)距離控制的“遠(yuǎn)”是相對(duì)的說法，可以是幾米遠(yuǎn)，也可以是幾十到幾百公里，還可以是幾十萬公里外。遙控系統(tǒng)由控制端、執(zhí)行端和信道三部分組成，其系統(tǒng)組成如圖1-1所示。

控制端：發(fā)出控制命令的設(shè)備。

執(zhí)行端：執(zhí)行控制端命令的設(shè)備。

信道：連接控制端和執(zhí)行端的通道，信號(hào)的運(yùn)載工具。

控制端發(fā)出的控制命令是控制人員或計(jì)算機(jī)對(duì)被控對(duì)象發(fā)出的控制意圖，控制端將非電量的控制意圖變換成電信號(hào)，并進(jìn)行編碼，然后經(jīng)過合適的變換，通過信道傳遞到執(zhí)行端，執(zhí)行端通過譯碼后，控制具體的被控對(duì)象。遙控系統(tǒng)工作原理框圖如圖1-2所示。

命令形成：將操作人員的控制意圖通過控制端設(shè)備變?yōu)榭刂泼睢?/p>

編碼：將控制命令按照雙方約定轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，并具有一定的抗干擾能力。

信道：信號(hào)的運(yùn)載工具。

譯碼：將從信道上接收的信號(hào)恢復(fù)成與原始命令相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行命令，通過執(zhí)行環(huán)節(jié)去操縱相應(yīng)的被控對(duì)象。

執(zhí)行：將接收到的控制命令變?yōu)楸豢貙?duì)象能接收的動(dòng)作。

對(duì)象：根據(jù)具體需求可以有1～n個(gè)被控對(duì)象。

（二）遙信系統(tǒng)

遙信是對(duì)遠(yuǎn)距離被控對(duì)象的工作極限狀態(tài)（如：工作電壓的超限與正常、信號(hào)機(jī)的開放與關(guān)閉、道岔的定位與反位、股道的占用與空閑等狀態(tài)）進(jìn)行遠(yuǎn)距離的測定，通常利用表示燈或表示設(shè)備監(jiān)視被控對(duì)象的極限狀態(tài)。遙信系統(tǒng)要反映被控對(duì)象的狀態(tài)，所以它的信息源是在執(zhí)行端，而接收信息的場所是在控制端，信息的傳輸方向是由執(zhí)行端到控制端。遙信系統(tǒng)工作原理框圖如圖1-3所示。

表示形成：對(duì)被控對(duì)象的極限工作狀態(tài)信息進(jìn)行采集，并形成相應(yīng)的表示信息。

表示設(shè)備：系統(tǒng)用表示燈或計(jì)算機(jī)顯示終端將被控對(duì)象的極限工作狀態(tài)顯示出來。

其他環(huán)節(jié)同遙控系統(tǒng)。

（三）遙測系統(tǒng)

遙測是對(duì)被控對(duì)象中的某些參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量。相對(duì)的遠(yuǎn)“距離”，可以近到幾米，如高速旋轉(zhuǎn)體內(nèi)相關(guān)參數(shù)的遙測，也可以遠(yuǎn)離到幾十萬公里，如衛(wèi)星和深空探測中的遙測。與遙信系統(tǒng)的區(qū)別是測量對(duì)象的參數(shù)是模擬量而不是數(shù)字量，如繼電器的動(dòng)作電壓、軌道電路送受端電壓、信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈電壓等。遙測系統(tǒng)工作原理框圖如圖1-4所示。

采集設(shè)備：對(duì)要測量對(duì)象的參數(shù)，通過采集設(shè)備不斷地進(jìn)行采集。

記錄顯示設(shè)備：系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)對(duì)采集的參數(shù)進(jìn)行記錄、處理，并在顯示終端進(jìn)行顯示。

其他環(huán)節(jié)同遙控系統(tǒng)。

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)視和遠(yuǎn)程參數(shù)測量，一個(gè)完整的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。遙控、遙信及遙測可在同一信道上傳送不同的信息，兩個(gè)不同方向的信息可以同時(shí)傳送，也可根據(jù)需要分時(shí)傳送。信道一般分為有線信道和無線信道，有線信道如對(duì)稱電纜、同軸電纜、光纖等；無線信道是利用空間的各個(gè)通信頻段進(jìn)行信息傳播。

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)，一是集中監(jiān)視，提高安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，正常狀態(tài)下實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)工作狀態(tài)，為系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行方式提供依據(jù)；事故時(shí)，提供全面、系統(tǒng)的事故分析數(shù)據(jù)及狀態(tài)，及時(shí)了解事故的發(fā)生和范圍，加快事故處理進(jìn)程。二是集中控制，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，借助遠(yuǎn)程控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無人化或少人化，改善勞動(dòng)人員工作條件。

三、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)

（一）系統(tǒng)設(shè)備可靠性

要保證遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的工作穩(wěn)定性，就必須做到其硬件設(shè)備在技術(shù)要求所規(guī)定的工作條件下，能夠保證實(shí)現(xiàn)其技術(shù)指標(biāo)的能力。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性直接與裝置本身的可靠性有關(guān)，裝置設(shè)備的一次誤動(dòng)或是失效都有可能引起嚴(yán)重的后果，造成生命和財(cái)產(chǎn)的損失。

系統(tǒng)設(shè)備的可靠性是指一般用平均故障間隔時(shí)間，即兩次偶然故障的平均間隔時(shí)間來表示，要提高遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的系統(tǒng)可靠性，就要注意保證做到如下幾點(diǎn)：

（1）針對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用的不同領(lǐng)域，制定合理的設(shè)計(jì)方案。應(yīng)盡可能簡化設(shè)備硬件，模塊電路力求簡單，并充分利用好軟件的功能，提高系統(tǒng)運(yùn)行的綜合性能。

（2）遠(yuǎn)動(dòng)裝置由許許多多的組件所構(gòu)成，包括：通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、檢測電路模塊等等，只有選用高質(zhì)量的硬件產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的加工技術(shù)水平，才能保證遠(yuǎn)動(dòng)裝置設(shè)備自身的產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）遠(yuǎn)動(dòng)裝置的工程安裝與調(diào)試質(zhì)量也影響到設(shè)備運(yùn)行工作的可靠性，要注重加強(qiáng)對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備安裝施工過程的質(zhì)量管理與控制，提高工程質(zhì)量。

（4）遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備工作運(yùn)行的溫度、濕度和衛(wèi)生環(huán)境條件必須得到滿足，并為其提供可靠的工作電源。

（5）要定期對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行巡視、維護(hù)與檢修，保證預(yù)防設(shè)備故障的出現(xiàn)。目前，我國自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置一般平均故障間隔時(shí)間要求控制端達(dá)到5000h以上，被控端達(dá)到8000h以上。

（二）信息傳輸差錯(cuò)率

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在信息傳輸過程中，會(huì)因?yàn)槭艿皆O(shè)備自身或外界干擾源的干擾而出現(xiàn)信息傳輸錯(cuò)誤。信息傳輸過程中的這種不可靠性通常用信息的差錯(cuò)率來表示：

信息傳輸中的差錯(cuò)率包括誤比特率、誤碼率和誤字節(jié)率，且常用誤碼率表示。在通常情況下，差錯(cuò)率要求在信噪比大于15dB時(shí)，誤碼率小于10-5。

（三）系統(tǒng)容量

遠(yuǎn)動(dòng)裝置的容量是指遙控、遙測及遙信功能所實(shí)現(xiàn)的對(duì)象數(shù)量。遠(yuǎn)動(dòng)裝置在設(shè)計(jì)初期就必須了解實(shí)際用戶對(duì)系統(tǒng)容量的要求。同時(shí)，應(yīng)考慮到遙控、遙測及遙信功能的可擴(kuò)展性。隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)動(dòng)裝置還要根據(jù)社會(huì)生產(chǎn)的需求完成生產(chǎn)過程中的事件記錄、數(shù)據(jù)處理、信息轉(zhuǎn)發(fā)、安全監(jiān)視等功能。

（四）實(shí)時(shí)性

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)信息的“實(shí)時(shí)性”是提高生產(chǎn)效率，加速事故處理，及時(shí)了解被控對(duì)象運(yùn)行工作狀態(tài)等情況的關(guān)鍵，這也是對(duì)系統(tǒng)顯而易見的要求。“實(shí)時(shí)性”常用信息“響應(yīng)時(shí)間”來衡量，它是指從信息發(fā)送端事件信息發(fā)出到信息接收端正確地收到該事件信息的這一段時(shí)間間隔。

（五）抗干擾能力

遠(yuǎn)動(dòng)裝置在運(yùn)行過程中所受到的干擾主要指電磁干擾，受到外界或自身設(shè)備干擾的因素很多，如：雷電干擾、無線電波干擾、靜電干擾、設(shè)備操作過程中的電磁干擾等。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中最易受到干擾的部位是信道，而信道所受到的干擾主要是外界干擾源的干擾和在多路傳輸時(shí)信道間的路際干擾。

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的抗干擾能力是指在有電磁干擾的情況下，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)仍能保證技術(shù)指標(biāo)的能力。增加抗擾度的方法大致有兩種：其一是在信道輸入端適當(dāng)變換信號(hào)的形式，使其不易受干擾的影響；其二是在接收端變換環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)上加以改善，使其具有消除干擾的濾波和補(bǔ)償能力。

（六）兼容性及維修性

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備較好的兼容性，選型設(shè)計(jì)時(shí)要考慮設(shè)備的規(guī)范化、系列化，要注重采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于硬件維護(hù)與檢修。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)對(duì)同一系統(tǒng)往往并非同時(shí)能夠滿足，其中存在著矛盾，因此需要權(quán)衡利弊，予以選擇。