嵌入式网络化控制系统（NetCon）解决方案 |
 应用背景
随着计算机技术和控制理论的不断进步，工业控制系统从分布式系统、集散控制系统、现场总线控制系统，发展到了目前的网络化控制系统（NCS：Networked Control Systems）。为将网络化控制技术应用于工业控制系统，中嵌科技有限公司应用自身的嵌入式应用技术优势，结合中国科学院自动化研究所网络化控制系统的最新理论研究成果，合作开发了NetCon系统，将先进的控制技术、网络技术和嵌入式计算技术加以结合，通过采用 IP 网络（以太网/无线网/因特网）连接技术，把控制系统快速原型开发和网络化控制无缝集成到一起，从而将先进控制和网络化系统结合起来，体现了未来控制理论研究和控制系统应用发展的方向。
方案介绍
嵌入式网络化控制系统——NetCon，是中嵌科技有限公司与中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室联合开发研制的高级嵌入式应用系统。可基于以太网、无线网、因特网建立网络化控制研究与开发平台，实现远程控制、监控和管理，进行网络化控制的研究与系统开发工作。 |
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NetCon系统包含三个部分：NetControllor、NetConLink、NetConTop，提供了一个完整的控制系统快速开发和实时控制解决方案，可作为自动控制理论和控制技术教学、研究、实现与评估的平台，可以快速建立控制系统原型，进行算法的开发、实现和验证等工作，搭建起控制理论与实际工程之间的桥梁；
NetCon系统可基于以太网、无线网、因特网，建立创新性的网络化控制系统，实现远程控制、监控和管理，进行网络化控制的系统开发与研究工作。
关于NetCon系统更详细的情况，请参考：
NetController —— 网络化控制器
NetConlink —— 网络化可视控制组态软件
NetConTop —— 网络化可视监控组态软件
NetCon系统典型结构
NetCon系统开发实例 —— 基于因特网的水箱液位网络化控制系统的设计与实现
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NetController —— 网络化控制器
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网络化控制器（NetController）为 NetCon系统的前端执行单元，运行具体控制算法，通过网络接口接收监控组态平台的控制参数与控制命令，并将控制对象的运行状态实时上传至监控组态平台。与传统的前端控制器比较，网络化控制器具有更高的运行速度和更大的寻址能力，加上嵌入式操作系统的多任务和实时性，可以完全保证复杂控制算法的流畅运行。
网络化控制器具有如下特点：
●基于高性能、低功耗的 32 位 ARM 微处理器；
●运行嵌入式实时操作系统；
●多路标准输入输出接口，如 A/D、D/A 、PWM、数字I/O等；
●工业级模块化设计； |
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NetConLink —— 网络化可视控制组态软件
网络化可视控制组态软件（NetConLink）基于 Matlab/Simulink ，实现和 Simulink 的无缝结合。
用户可首先借助 Simulink 提供的各种模块及定制的 S-function 系统函数，快速地建立控制器及控制对象模型，并对整个控制系统进行多次的离线及在线试验来验证控制策略的可行性；然后利用 NetConLink，可在几秒内自动完成代码的生成和下载到 NetController 中执行。 |
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NetConLink具有如下特点：
● 与 Matlab/Simulink 无缝集成；
● 自动快速完成模型代码的生成与下装；
● 配套硬件驱动模块库；
● 配套网络通信工具箱。 |
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NetConTop —— 网络化可视监控组态软件
网络化可视监控组态软件（NetConTop）基于 Windows 操作系统，是用于快速构造和生成上位机图形化监控程序的组态软件开发平台，为用户提供了解决工程监控问题的完整方案。 |
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NetConTop具有如下特点：
● NetController 实时数据采集和管理；
● 多种标准组态控件，如各种曲线图、仪表盘、输入框等；
● 支持客户机 / 服务器结构 ；
● 支持实时远程监控、调试和管理。 |
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NetCon系统典型结构
利用网络化控制器（NetController）、控制组态工作站（安装有 NetConLink）、监控组态工作站（安装有 NetConTop）， 配合其它网络软硬件设备，可将系统配置成以太网本地控制、以太网网络化控制、无线局域网网络化控制、无线广域网网络化控制或因特网网络化控制等多种控制结构。
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以太网本地控制：
网络化控制器、控制组态工作站、监控组态工作站分别连入以太网中，工作站与网络化控制器通过以太网通信，实现程序下装和实时监控。
网络化控制器与控制对象相连，控制系统中的执行器、传感器和控制器功能均由这台网络化控制器实现，控制系统在其内部构成闭环，实现本地控制。
以太网本地控制结构如右图所示。
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以太网网络化控制：
两台或多台网络化控制器、控制组态工作站、监控组态工作站分别连入以太网中，工作站与网络化控制器通过以太网通信，实现程序的下装和实时监控。
两台网络化控制器通过以太网交换实时数据，作为不同的功能模块使用，一台网络化控制器与控制对象相连，作为传感器和执行器，执行数据采集、信号输出、本地控制、故障保护等功能；另一台网络化控制器执行各种复杂的实时控制算法，作为控制器使用，它通过以太网从另一台网络化控制器中得到反馈数据，计算出的控制输出再通过以太网传回执行器。两台网络化控制器构成网络闭环，实现以太网闭环控制。
以太网网络化控制结构如右图所示。
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无线局域网网络化控制：
两台或多台网络化控制器、控制组态工作站、监控组态工作站分别连入无线局域网中，工作站与网络化控制器通过无线网络通信，实现程序的下装和实时监控。两台网络化控制器的功能和结构与以太网网络化控制中类似，一台执行传感器和执行器功能，另一台执行控制器功能。但它们通过无线网络通信，在无线局域网中形成闭环回路，实现无线网络闭环控制。
无线局域网网络化控制结构如右图所示。 |
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无线广域网网络化控制：
网络摄像机、控制组态工作站、监控组态工作站分别连入广域网中，两台或多台网络化控制器通过CDMA/GRRS等无线方式连入广域网。工作站与网络化控制器通过广域网通信，实现程序的远程下装和远程实时监控，并可通过网络摄像机监视控制对象状况。
两台网络化控制器的功能和结构与以太网网络化控制中类似，一台执行传感器和执行器功能，另一台执行控制器功能，但它们通过无线广域网交换实时数据，在无线广域网中构成闭环回路，实现无线广域网闭环控制。
无线广域网网络化控制结构如右图所示。
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因特网网络化控制：
两台或多台网络化控制器、网络摄像机、控制组态计算机、监控组态计算机分别连入因特网中，连接的方式可以是有线网络、无线局域网、无线广域网或混杂网络等。
工作站与网络化控制器通过因特网通信，实现程序的远程下装和远程实时监控，并可通过网络摄像机监视控制对象状况。
两台网络化控制器的功能和结构与以太网网络化控制中类似，一台执行传感器和执行器功能，另一台执行控制器功能，但它们通过因特网交换实时数据，实现因特网闭环控制。
因特网网络化控制结构如右图所示。 |
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NetCon系统开发实例 —— 基于因特网的水箱液位网络化控制系统的设计与实现
水箱液位系统由水箱、液位传感器、直流水泵及其驱动器构成，我们按如下步骤为其设计并实现基于因特网的网络化控制系统，在因特网上实现闭环控制，并且远程实时监控系统状态。 |
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步骤 1 ：系统控制组态及离线仿真
建立水箱数学模型，为其设计控制器，在 Simulink 中建立控制系统框图模型，离线仿真验证控制效果。
控制组态及仿真如右图所示。 |
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步骤 2 ：实时本地控制
将水箱对象的 I/O 接口（液位传感器输出端、直流水泵模拟信号输入端）与网络化控制器的 I/O （ AD 转换器、 DA 转换器等）接好，对 Simulink 模型做适当修改，如加入 AD 、 DA 等 I/O 模块，设置好模块参数（通道号、采样时间等）。点击 Build 按钮，系统自动将框图模型转化为可执行代码并下装到网络化控制器中运行。
代码转换配置如右图所示。 |
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步骤 3 ：监控组态
利用 NetConTop 中提供的各种画图工具与虚拟仪表对远程监控界面进行组态，得到系统模型中所有参数与可观测信号，将各个虚拟仪表与信号和参数建立连接。
监控组态如右图所示。
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步骤 4 ：实时监控
远程监视系统状态，在线修改控制器参数，观察系统实时响应，以达到对实物控制的最优效果。 |
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步骤 5 ：实时网络化控制
修改控制框图，将传感器、执行器、控制器功能分离，添加网络发送接收模块，对控制模型加入特定算法以补偿网络带来的影响。将不同的功能模块分别转化为可执行代码下装到不同网络化控制器中；其中一台网络化控制器在本地与实物相连，作为传感器与执行器；另一台网络化控制器在异地，作为控制器，两者通过因特网进行实时数据交换，构成网络控制回路。
在 NetConTop 中同时监控两台网络化控制器的状态，对控制器参数进行在线调整，实现了基于因特网的水箱液位系统的网络化控制。
最终控制结果如右下图所示。 |
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产品资讯
