论文部分内容阅读
摘要：实时性问题在工业控制领域中是一项关键问题，而在网控制系统通信网络中，实时性问题关系到了控制的及时性，对于控制系统的控制步骤来说具有很重要的作用。本文笔者将会从实时性的概念入手，对网络实时性的满足条件和模型进行分析，探讨实现控制系统通信网络实时性的策略，希望可以为大家进行孔子系统的实习性研究提供帮助。
关键词：控制系统;通信网络;实时性
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2021）-9-105
1、前言
控制系统中安全问题是核心问题之一，在控制系统中，现场的生产设备、服务器和客户端之间的动态交互等，都是在安全前提下才能进行的。在进行系统数据更新的时候，需要控制好通信网络的实时性，这是控制系统的核心所在，没有实时性，控制系统将会毫无意义。在工业监控领域中，实时性问题占有很重要的地位。
2、实时性概述
实时性的概念是什么？网络实时性又有什么特点？网络系统实习性发生的条件有哪些？这些都是在研究控制系统通信网络实时性问题前需要进行的基础了解，以下笔者将对这些问题进行详细介绍。
2.1实时性定义
实时性是指信号的输入、运算和输出都在指定时间内完成，在生产过程中，现场很有可能出现多种意外状况，及时针对现场情况进行处理，可以为减少现场问题提供帮助。实时系统主要是指在事件或者数据产生的时候，系统能够在规定事件内及时给与回应，从而让控制系统能及时采取行动进行处理，从而指导下层系统做出处理。对于控制系统来说，实时性就是将系统对输入信息做出响应的时间加以约束，从而让系统得出结果的时间有所限制。当信息输入系统之后，系统需要在一定时间内做出响应。实现实时性需要保证响应的时间必须小于规定的时限，保证彼此信息的及时响应[1]。
2.2网络实时性
网络控制系统的实时性包含多个含义，首先是指通信网络的实时性，在控制系统中，多种通信功能的基本单元通过通信网络联系在一起，每个单元之间都能通过通信网络进行沟通。而网络的实时性，就是指在每个单元通信网络通信的时候，响应时间必须满足规定要求。每个站对于实时性的要求都是不同的，但是基本原则都是在规定时限内进行响应[2]。实时性的另一个含义是：基本控制仪器也要保证实时性，控制系统是由无数控制器组合在一起的，每一台控制器对实时性都有一定要求，每一台机器需要承担的任务也远远不止一项，每个任务也对实时性又一定要求，所以实时性就要求在配置控制器的时候，需要实时多任务管理程序，来实现各个任务的即时的响应。
2.3网络实时性发生的条件
网络实时性发生需要满足诸多条件，除了网络本身的硬件性能之外，还包括网络通信协议、网络信息量、网络本身的硬件性能，包括网络接口、通信媒体和传送速率等，这些硬件性能是网络实时性发生的基础，网络传输速度越快、网络接口质量越好、硬件性能越强，越能让网络的实时性得到保证。其次，网络的通信协议也是网络实时性发生的条件，通信协议中包含媒体的访问控制、通信协议的层次结构、传输可靠性等。很多控制系统因为结构复杂导致实时性很难实现，所以为了提升网络实时性，设计人员需要尽量减少网络通信协议的层次结构，让网络实时性的实现更有可能。网络信息量也是网络实时性发生的条件，在网络系统中，网络负载的信息量越多，一定时间中网络需要传送的信息量也就越多。信息量过大很有可能导致网络负载过大导致实时性降低。另外，信道的利用率也是网络实时性发生的基本条件，在网络系统中，很多控制师为了提升实时性发生的概率，总是不得已而降低信道的利用率[3]
2.4网络控制时间
网络系统控制对于时间的要求很严格，在时间域上，网络控制主要包含以下特色：首先，网络控制系统在执行任务的时候非常重视时限控制，在规定时间内进行响应才算是网络实时性。所有的响应都不能超过规定的时限要求。其次，网络控制系统还追求实时控制，控制系统在收到信号之后，需要实时做出决策，及时输出数据做出控制决策，这一特点要求控制系统各个环节的相互配合。第三是控制洗系统的“反应”系统，网络控制系统都是反应的系统，这一系统的最后评判标准就是是否做出了反应。事件驱动之下控制系统必须尽快做出反应，以此才能实现控制的实时性，及时解决系统遇到的问题，防止因为故障的发生影响系统的稳定性。
3、控制系统实时问题解决策略
针对控制系统实时性问题，及时对控制系统中的各个要素进行调整，可以尽快提升控制系统的实时性，实现系统的及时响应。
3.1控制对象
在网络控制系统中，数据之间的通信需要经过消息传递，实现实时通信是为了保证实时任务的顺利完成。控制系统可以针对需要控制的对象进行信息传递，尽量满足控制对象的实时性传播。对于控制系统来说，不可预测的消息总是会存在延迟，但是很多情况下，系统都需要对各种信息进行及时处理，而不可预测的信息如果关系到系统的安全和正常运行，及时处理这一信息就非常重要了。因此控制系统需要针对不同类型的信息进行模型设计，从而真正实现全方位的实时通信。
3.2控制系统消息延迟处理
在通信中，经常出现一个消息在发出之后消息延迟的现象，这是因为在信息发出之后，发送者和接受者之间会存在一定的时间间隔，控制系统消息的延迟，是不可避免的现象。因为控制消息在传输过程中并不是直达的，其中还会经过其他各个节点，在每一个节点都存在被阻塞的时间。有的时候同一个接受者在同一时间内也会收到来自不同系统的信息，这也会到时信息传输到位不及时。除此之外，信息延迟处理还有可能是因为信息发送延迟导致，如果发送对象不能在故障和信息发生的时候及时传递数据，就导致了报文发送延迟。控制系统传播延迟大部分是因为网络宽带和信号传播速度决定，所以在进行控制系统信息发送的时候，需要重视每一个节点的通信对象所需要的消息排队时间，及时调整系统软件结构，才能减少延迟发生次数。
3.3网络系统实时数据和非实时数据控制
网络控制系统是一个复合系统，在整个系統中包含实时数据也包含非实时数据。实时数据的控制对时间要去很严格，因此信号在传递过程中不允许有任何延迟，对大多数实时数据而言，最新数据非常重要，这关系到了系统的最新反应。及时启用最新数据，可以更大程度上加快实时数据的更新和传输[4]。非实时数据对时间的要求并不是很苛刻，允许系统在反应的时候有一定程度的延迟。这种数据的数据量级较大，数据包含信息量也大，在传输的过程中不允许有任何差错，也不允许丢失数据，保证数据完整和准确。无论是实时数据还是非实时数据，数据中都包含着控制系统所需要的全部信息，及时对这些数据进行处理和分析，可以在很大程度上实现系统的升级，减少系统控制响应的延迟。
4、结束语
综上所述，网络控制系统通信网络实时性问题关系到了网络控制系统的控制速度和反应速度。控制系统需要对各种复杂的信息进行处理和分析，各种包含信息的数据在传输的过程中速度越快，就越能加快控制的效率。本文对网络系统的实时性问题做出了全面探讨，除了分析了实时性的概念，也分析了网络控制系统实时性问题的解决策略。更好地满足系统的实时性需求，可以实现系统的全面升级。
参考文献
[1]王名海. 网络化控制系统实时性分析与仿真研究[D]. 2020.
[2]罗智迅， 罗超， 陈林. 城轨车辆架控制动系统通信故障控制策略设计分析[J]. 电力机车与城轨车辆， 2020， v.43;No.228（03）：21-25.
[3]张超. 智慧航站楼节能控制系统技术分析与发展前景[J]. 信息通信， 2020， 000（004）：230-231.
[4]胡丽娜. 论电子通信技术的应用分析和网络构架[J]. 数字技术与应用， 2020（1）：64-64.
肥城市城市热力有限公司 山东 泰安 肥城 271600
关键词：控制系统;通信网络;实时性
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2021）-9-105
1、前言
控制系统中安全问题是核心问题之一，在控制系统中，现场的生产设备、服务器和客户端之间的动态交互等，都是在安全前提下才能进行的。在进行系统数据更新的时候，需要控制好通信网络的实时性，这是控制系统的核心所在，没有实时性，控制系统将会毫无意义。在工业监控领域中，实时性问题占有很重要的地位。
2、实时性概述
实时性的概念是什么？网络实时性又有什么特点？网络系统实习性发生的条件有哪些？这些都是在研究控制系统通信网络实时性问题前需要进行的基础了解，以下笔者将对这些问题进行详细介绍。
2.1实时性定义
实时性是指信号的输入、运算和输出都在指定时间内完成，在生产过程中，现场很有可能出现多种意外状况，及时针对现场情况进行处理，可以为减少现场问题提供帮助。实时系统主要是指在事件或者数据产生的时候，系统能够在规定事件内及时给与回应，从而让控制系统能及时采取行动进行处理，从而指导下层系统做出处理。对于控制系统来说，实时性就是将系统对输入信息做出响应的时间加以约束，从而让系统得出结果的时间有所限制。当信息输入系统之后，系统需要在一定时间内做出响应。实现实时性需要保证响应的时间必须小于规定的时限，保证彼此信息的及时响应[1]。
2.2网络实时性
网络控制系统的实时性包含多个含义，首先是指通信网络的实时性，在控制系统中，多种通信功能的基本单元通过通信网络联系在一起，每个单元之间都能通过通信网络进行沟通。而网络的实时性，就是指在每个单元通信网络通信的时候，响应时间必须满足规定要求。每个站对于实时性的要求都是不同的，但是基本原则都是在规定时限内进行响应[2]。实时性的另一个含义是：基本控制仪器也要保证实时性，控制系统是由无数控制器组合在一起的，每一台控制器对实时性都有一定要求，每一台机器需要承担的任务也远远不止一项，每个任务也对实时性又一定要求，所以实时性就要求在配置控制器的时候，需要实时多任务管理程序，来实现各个任务的即时的响应。
2.3网络实时性发生的条件
网络实时性发生需要满足诸多条件，除了网络本身的硬件性能之外，还包括网络通信协议、网络信息量、网络本身的硬件性能，包括网络接口、通信媒体和传送速率等，这些硬件性能是网络实时性发生的基础，网络传输速度越快、网络接口质量越好、硬件性能越强，越能让网络的实时性得到保证。其次，网络的通信协议也是网络实时性发生的条件，通信协议中包含媒体的访问控制、通信协议的层次结构、传输可靠性等。很多控制系统因为结构复杂导致实时性很难实现，所以为了提升网络实时性，设计人员需要尽量减少网络通信协议的层次结构，让网络实时性的实现更有可能。网络信息量也是网络实时性发生的条件，在网络系统中，网络负载的信息量越多，一定时间中网络需要传送的信息量也就越多。信息量过大很有可能导致网络负载过大导致实时性降低。另外，信道的利用率也是网络实时性发生的基本条件，在网络系统中，很多控制师为了提升实时性发生的概率，总是不得已而降低信道的利用率[3]
2.4网络控制时间
网络系统控制对于时间的要求很严格，在时间域上，网络控制主要包含以下特色：首先，网络控制系统在执行任务的时候非常重视时限控制，在规定时间内进行响应才算是网络实时性。所有的响应都不能超过规定的时限要求。其次，网络控制系统还追求实时控制，控制系统在收到信号之后，需要实时做出决策，及时输出数据做出控制决策，这一特点要求控制系统各个环节的相互配合。第三是控制洗系统的“反应”系统，网络控制系统都是反应的系统，这一系统的最后评判标准就是是否做出了反应。事件驱动之下控制系统必须尽快做出反应，以此才能实现控制的实时性，及时解决系统遇到的问题，防止因为故障的发生影响系统的稳定性。
3、控制系统实时问题解决策略
针对控制系统实时性问题，及时对控制系统中的各个要素进行调整，可以尽快提升控制系统的实时性，实现系统的及时响应。
3.1控制对象
在网络控制系统中，数据之间的通信需要经过消息传递，实现实时通信是为了保证实时任务的顺利完成。控制系统可以针对需要控制的对象进行信息传递，尽量满足控制对象的实时性传播。对于控制系统来说，不可预测的消息总是会存在延迟，但是很多情况下，系统都需要对各种信息进行及时处理，而不可预测的信息如果关系到系统的安全和正常运行，及时处理这一信息就非常重要了。因此控制系统需要针对不同类型的信息进行模型设计，从而真正实现全方位的实时通信。
3.2控制系统消息延迟处理
在通信中，经常出现一个消息在发出之后消息延迟的现象，这是因为在信息发出之后，发送者和接受者之间会存在一定的时间间隔，控制系统消息的延迟，是不可避免的现象。因为控制消息在传输过程中并不是直达的，其中还会经过其他各个节点，在每一个节点都存在被阻塞的时间。有的时候同一个接受者在同一时间内也会收到来自不同系统的信息，这也会到时信息传输到位不及时。除此之外，信息延迟处理还有可能是因为信息发送延迟导致，如果发送对象不能在故障和信息发生的时候及时传递数据，就导致了报文发送延迟。控制系统传播延迟大部分是因为网络宽带和信号传播速度决定，所以在进行控制系统信息发送的时候，需要重视每一个节点的通信对象所需要的消息排队时间，及时调整系统软件结构，才能减少延迟发生次数。
3.3网络系统实时数据和非实时数据控制
网络控制系统是一个复合系统，在整个系統中包含实时数据也包含非实时数据。实时数据的控制对时间要去很严格，因此信号在传递过程中不允许有任何延迟，对大多数实时数据而言，最新数据非常重要，这关系到了系统的最新反应。及时启用最新数据，可以更大程度上加快实时数据的更新和传输[4]。非实时数据对时间的要求并不是很苛刻，允许系统在反应的时候有一定程度的延迟。这种数据的数据量级较大，数据包含信息量也大，在传输的过程中不允许有任何差错，也不允许丢失数据，保证数据完整和准确。无论是实时数据还是非实时数据，数据中都包含着控制系统所需要的全部信息，及时对这些数据进行处理和分析，可以在很大程度上实现系统的升级，减少系统控制响应的延迟。
4、结束语
综上所述，网络控制系统通信网络实时性问题关系到了网络控制系统的控制速度和反应速度。控制系统需要对各种复杂的信息进行处理和分析，各种包含信息的数据在传输的过程中速度越快，就越能加快控制的效率。本文对网络系统的实时性问题做出了全面探讨，除了分析了实时性的概念，也分析了网络控制系统实时性问题的解决策略。更好地满足系统的实时性需求，可以实现系统的全面升级。
参考文献
[1]王名海. 网络化控制系统实时性分析与仿真研究[D]. 2020.
[2]罗智迅， 罗超， 陈林. 城轨车辆架控制动系统通信故障控制策略设计分析[J]. 电力机车与城轨车辆， 2020， v.43;No.228（03）：21-25.
[3]张超. 智慧航站楼节能控制系统技术分析与发展前景[J]. 信息通信， 2020， 000（004）：230-231.
[4]胡丽娜. 论电子通信技术的应用分析和网络构架[J]. 数字技术与应用， 2020（1）：64-64.
肥城市城市热力有限公司 山东 泰安 肥城 271600