1.1对广播发射实施发射监控技术
计算机自动化技术具有远程监控功能,该功能不仅可以对广播发射机房的运行情况和动态变化进行远距离监控,还能够把所获得的调查信息传出给传送部门进行监管,根据信息进行广播发射发展的未来预测以及总结性分析,根据分析结果相关部门得出可行性解决方案。因此计算机自动化技术的远程监控功能,既可以进行远距离监控,又能够实现近距离操作,从而很大程度上提高了广播发射工作效率,确保了广播发射的安全性和准确性[1]。通过计算机的远程访问功能,可以实现对广播发射机房中设备的定时开关等日常操作,保证需要播出的信号可以顺利传送,操作相对灵活,有效防止了变更时的波动变化。
1.2采集调试广播发射数据信息
在广播发射系统中,计算机自动化技术除了具有远程监控功能之外,还能够满足不同数据信息的实时采集,进而对系统进行测试调试,这里所需要采集的数据信息包括了广播发射整个过程中各个领域的波动信息,并且对信息进行系统的处理,处理完成后的信息以广播发射系统指定格式存储在数据库中,便于描述工作过程中的信息变化情况[2]。当计算机到数据库调用数据信息时,如果检测到异常因素,计算机远程监控系统会向传送部门发送报警信号,并且依据数据信息做出判断及响应,将调试处理结果实时发送到数据传送部门。由于广播发射时会对地面计算机造成不同程度的影响和干扰,因此地面计算机对数据信息的采集调试能力会相应减弱,计算机自动化技术却可以提升对数据信息的处理能力,在广播发射过程中通过实时存储动态信息进行实时监测,当广播发射过程中出现异常信号时,计算机自动化技术会及时采集到异常信息,依据异常信号及时进行调试和处理,将处理异常信号的工作记录和处理结果传送到广播发射传送部门监管人员的计算机上,从而在实时数据出现异常时及时进行处理,将动态记录广播发射工作的整个过程[3]。
1.3提高广播发射安全性
计算机自动化技术可以提高广播发射安全性,当出现广播发射问题时,计算机自动化系统会自动记录下该问题所出现的相关信息[3],能够将数据信息以某种格式进行存储和数据处理,将数据处理结果发送到传送部门工作人员的计算机中,以及时发现状况,及时有效地处理所遇到的问题,把对广播发射的不利影响降到最低程度,从而提升广播发射的安全性。无论是远程监控功能还是信息采集调试功能,都有利于提升广播发射的安全性,此外,计算机自动化技术相关部门还设计了安全维护系统,以保证广播发射工作的安全可靠,一旦广播发射出现故障,监控部门的计算机可以将出现故障的数据信息自行记录处理[4],并且对问题及时反馈,及时将整个记录反映到广播发射监控人员的计算机上,保证了广播发射的连续、可靠和安全。
2计算机自动化技术应用在广播发射中的注意事项
(1)计算机的安全性能。计算机自动化技术在广播发射上的顺利实现是基于计算机自身具有较强的安全稳定性,计算机安全的内涵是维护计算机系统安全,主要包括对计算机软件系统、硬件系统以及网络平台维护,采用可靠的安全防范技术,增强计算机系统的容侵性和安全性,能够有效地抵御外部攻击,避免计算机平台遭到破坏。(2)远程信息的安全性。远程信息的安全隐患主要是黑客蓄意攻击所带来的,蓄意攻击会对用户信息造成严重威胁,破坏计算机网络系统的正常工作。黑客可以制造伪网站,植入病毒、隐藏计算机系统操作指令等,攻击用户计算机成功后,采取远程控制的方式获取用户信息,威胁计算机网络安全。因此,在广播发射领域应用过程中如何利用计算机自动化技术确保远程信息的安全性,是亟需解决的问题[5]。
2.变电所自动化技术应用
2.1工程概况某煤矿电网拥有多座35kV变电站和数座6kV变电站，承担着矿区内所有生产矿井及周边地区供电任务。自上世纪90年代起，已陆续对部分变电所进行了自动化改造，并且尝试了调度自动化技术。然而各变电站内网络结构、传输规约、通信协议等各不相同，变电站的运行维护成本高，系统互联及互操作性差，也对变电所继续升级改造形成很大阻力。为此，需要进行较为彻底的改造，以从根本上改变目前的被动局面。如上所述，应用IEC61850标准进行数字化改造可以较为完美解决这个问题。
2.2改造目标与要求根据工程具体情况，制定了“一次规划、分段实施”和“电力调度一体化系统”的原则，主要内容包括变电站综合自动化改造、五防系统建设、一体化传输网络平台建设等内容，并作出以下具体要求：变电站主接线运行可靠，操作、维护、检修简便；开关设备实现无油化；采用直流操作电源，并有可靠备用电源；遥测量、遥信量要全面、准确、可靠等。
2.3实施方法变电站总体架构将操作员接口、工程师接口、通用计算机接口、现场单元（1、2、…、n）、低级人机接口分别与通信网络设备互联，即将物理上分散配置的各计算机、现场单元通过通信网络设备有机连接在一起，实现信息交互、资源共享，以便集中控制。变电站综合自动化模块分为中心枢纽单元和现场单元两部分，并分别与通用通信网络和专用通信设备（通道控制机）相连，实现通信和控制功能。中心枢纽单元包括调度员接口（操作员接口）、维护人员接口（工程师接口）、通用微机接口、上级调度接口，这些设备安装在变电站（所）值班室内，并通过站内以太网连接。现场单元包括数据采集与处理模块、主变保护模块、出线保护模块、母线保护模块、直流保护模块、电容器保护模块，这些设备分布于变电站现场。采用一体化通信平台作为各变电站、电力调度中心和用户之间的高速数据网络平台，并采用光纤通道实现高可靠性的通信要求。除保留必要的紧急操作的手动分、合闸以外，其他全部监控、测量、报警等都由监控计算机完成。调度自动化平台由前置系统、系统服务器和Web服务器等设备组屏而成。改造后的数字化变电所具有分布式结构与集中设计相结合、系统结构简单可靠、兼容性与可扩展性强的特点。
3.变电所自动化技术展望
虽然数字化技术较好地解决了变电所自动化过程中存在的众多问题，但是仍未完全成熟，目前存在的不足有：（1）IEC61850应用问题，如该标准基于欧美标准和习惯而制定，与我国目前使用的保护功能、方法等方面存在一些差异，在实际建模过程中受到一些限制；再如高压保护双重化配置，两套保护同时动作并发送报文时存在冲突的可能。（2）设备方面的不成熟，如智能一次设备智能断路器未完全成熟，所以采用完全数字化技术有一定困难，折中的解决方法包括设计基于IEC61850通信协议的过渡型数字变电站或基于IEC61850通信协议与数字化互感器的实用型数字化变电站。无论如何，一项新技术从孕育、发展到成熟必然有一个过程，展望未来可以预计在信息安全、状态检修、基于GOOSE网络技术新应用、采用高端交换机冗余组网、高度集成、智能自愈、异地同步测量、三态数据标准化等方面会有所突破，从而使数字化变电站运行更加智能、可靠，并为智能电网的建设奠定坚实基础。
1.1故障诊断
电气工程设备的工作时间长，难免会发生故障，由于电气设施故障的非线性、复杂性及不确定性，一旦发生故障，往往需要大量的时间排查故障，效率低、准确率低。而智能化技术能够有效解决这一问题。在故障发生前，一般仪器会出现一些人们很难发现的预兆，通过实时监测仪器状态，在出现异常时及时报警并提示故障位置，在故障真正发生前避免故障，能够在极大程度上减少维修时间。电气工程中常常通过分析变压器中渗漏油分解出来的气体进行故障诊断，确定故障发生的范围，并通过各种手段逐步缩小范围，从而确定故障位置并提示派遣人员及时检修。同时，智能化装置可以记录故障问题，为以后的故障诊断提供参考，使故障诊断更加安全可靠。
1.2智能控制
智能控制能够在很大程度上实现电气工程及其自动化的控制过程自动化，实现无人化管理和远程管理，提高管理的高效性。尤其对于一些高危险、高难度的工作，如高压控制，智能控制是必不可少的。相对于传统的控制器，智能控制器的灵活性更好，更易调节。传统的控制器在设置时需要精确考虑控制对象的动态方程，而实际涉及到的控制环境往往很复杂，存在很多不确定因素。但是智能控制不存在这方面问题，因为其在设计时并不涉及控制对象的模型。并且智能化控制器可以根据对响应数据（如鲁棒性变化、响应时间、下降时间）的分析随时调整系统，调整后智能控制器的性能会大大提高，调整的过程并不需要专业人士在场，这样就减少了大量的人力。以风力发电厂智能化升压站系统为例。智能化升压站系统通过对过程层和间隔层设备升级，将一些模拟量和开关量数字化，有效运用光纤设备，实现间隔层和过程层的通信。站控层由系统主机、工作站、VQC等设备组成，是全站监控、管理、调度中心。系统通过智能化控制，自动完成信息的采集、测量、控制、保护等功能，相比于传统的升压站系统在效率、有效性等方面有很大的提高。
1.3优化设计
电气设备的设计工作相当繁琐，需要综合运用成套设备、电路、电机与电气、电磁场、变压器等学科的知识，并结合过去的设计经验。传统的设计方式根据经验和实验，手工完成设计，方案的达标率非常低，修改难度大，成本高，产品的开发周期也很长。应用智能化技术能够有效提高设计产品的质量，缩短开发周期。智能化技术在这方面的应用主要有专家系统和遗传算法。其中，专家系统依据该领域的专家提供的知识经验，建立数据库，在决策前模拟专家决策过程，做出合理决策，该技术比较前沿，目前尚处于研发阶段，尚未得到大量应用。遗传算法是一种借鉴进化论的随机化搜索方法，被广泛运用于信号处理、组合优化、自适应控制等领域，在电气设计产品的优化上性能优越。
1.4PLC技术
PLC（可编程逻辑控制器）具有高可靠性和抗干扰能力，广泛应用于自动控制领域。在一些大型的电力企业的辅助系统中，PLC已经代替了一般的继电控制器。PLC技术使用内存，用程序方式存储控制逻辑，并用半导体电路实现。PLC技术的应用实现了供电系统的自动切换，用软继电器取代了实物器件，使供电系统更加安全可靠。并且，它能使用复杂的工作环境，具有良好的发挥性能，稳定性强。
2．智能化技术在电气工程及其自动化中的应用前景
2.1优势分析
智能化技术在电气工程及其自动化中相比于传统的控制系统有巨大优势。传统的自动控制系统需要建立控制模型，运用数学方法分析，建立动态方程，但由于系统的复杂性，在实际应用中往往会出现无法预料的问题，很难达到预期的效果。智能化系统可以从根本避免不可控因素，提高工作的效率。智能化技术可以实时监控系统，通过监测响应时间、下降时间等对系统进行实时调节，使系统性能大大提高。因此，智能化系统比传统的控制器更能适应实际工作环境。另外，智能化技术拥有很强的一致性。在输入不同的数据时具有同样可靠的估计能力，有广泛的适用性。
2.2性能方向
速度、精度及效率是电气工程及其自动化的关键指标。在电力系统中采用智能高速处理器芯片，同时采用交流数字伺服系统，能够改善电力系统的动态特性和静态特性，提高系统的速度、精度和效率。柔性化柔性化主要包括群控系统和数控系统这两个方面。对于群控系系统，必须按照生产流程的具体要求设计系统，使系统能够发挥最大的作用，完成信息流和物料流的动态调控。对于数控系统，其强大的可裁剪性和覆盖面可以满足客户的具体要求。
2.3功能方向
在功能方向上，主要包括设计用户图形界面、可视化计算、多媒体技术方面的发展。目前的操作系统一般都采用图形界面，具有良好的人机交互性。在智能化系统中采用图形化界面，通过窗口和菜单实现编程、图像显示、图像模拟、仿真等功能，能够降低操作者的门槛，方便非专业人士操作。通过可视化技术，信息的表达不再是呆板的文字和数据。将数据转化成图表，能方便操作者分析数据，也可以高效地处理和解释数据。同时，采用无图纸设计、虚拟样机技术等技术，将可视化和虚拟环境相结合，能够更加有效地提高产品质量、缩短产品开发周期。多媒体技术一般是将声音、文字、图像、视频等融合在一起传输，如果将多媒体技术应用于智能化系统，可以更加综合化、智能化地处理信息，能带来很大的经济效益。
2.4体系结构
通过集成化、模块化、网络化实现智能化技术在体系结构方面的发展和完善。可以使用高集成度的处理器、大规模集成电路FPGA、CPLD等提高软硬件运行速度。器件的高度集成化能够提高电路密度，减小器件体积，更加方便安装和使用。将智能化技术模块化，各模块之间通过接口通信，这样有助于技术的标准化和集成，也可以运用模块的增减将智能化产品分级别销售。将智能化系统联网使得人们能够对系统进行远程监控，随时掌握系统状况，使电气工程的控制不受地域限制。也可以实现在一台设备上控制其他设备，进行编程等操作。对于较小的电力系统，远程控制能够节约电缆的增加数，材料以及安装费用，并且可靠性高、灵活性强；但是在通讯量大的系统中远程控制会比较困难。
二、楼宇自动化技术教学方法改革
近些年来，通过不断的实践，对教学方法与教学手段做了改革，使其更能适应社会对应用型人才需求的现状。在提高教学质量的同时，在学生的素质与能力的培养方面，取得较明显的效果。
(一)采用启发式与讨论式教学相结合。在课程讲授之前，可先引用相关课程的工程实例，通过实例的讲解，引发学生的思考，并且将学生在思考过程中出现的问题引出，由此引发讨论，通过学生的小组讨论，提出相应的解决方案。通过实际工程案例的讲解，可以极大的激发学生的学习兴趣，通过学生自己思考问题并提出解决方案，调动学生学习的积极性，并且活跃课堂气氛。例如在课堂上，教师通过提问的方式让学生自己思考自动灭火的方法，可以让学生举出实例。通过这样的教学方法，在提高学生独立学习与思考的能力的同时，还可以提高学生的语言表达能力。教学效果显而易见。
(二)采用多种现代化技术相结合的方式。由于楼宇自动化技术课程的知识理论性较强，所讲知识又很抽象，同时由于手机、电脑的应用，如果知识单纯的照本宣科，则学生根本不会将注意力停留在所学知识上。为了调动学生学习的积极性，并且能够跟着教学的思路，可以采用图片、视频、音频等多种现代化技术，不仅能够引起学生学习的兴趣，同时还能通过这些手段加深学生对所学知识的理解。例如，在进行消防系统中自动灭火模块的讲解时，可以通过动画视频的方式展示自动灭火的过程，然后通过图片的方式展示出自动灭火系统各个部分的组成，这样能够将所学知识生动具体的描述出来，还能够加深学生对所学知识的理解。在讲解完知识点后，可以通过视频的方式播放一段相关知识的实际工程应用，使学生能够了解所学知识的用处。
(三)加大实践课程教学的力度。在本课程的教学过程中，要重点注意实际操作过程的培养。由于楼宇自动化技术课程设计的知识点多，所以相关的实验设备一也比较多，并且价格相对来说都比较昂贵，不能一次性购买多套，在实验过程中，只能是几个人一组，这样就不能保证所有的同学都能够了解相关设备，因此在配置实验室时候，可以每种相关的设备都配置2一3套，这样可以保证学生同时都在做实验，只不过做的实验不同而已可以带领学生参观一些具有代表性的智能建筑，通过实例的讲解，可以先让学生对楼宇自动化设备有一个初步的了解，并且有一个直观的认识，对该课程的学习奠定基础。
通常来说，电源、通讯模块、CPU模块、数字量与模拟量的输入输出模块是其装置组成部分，在油田生产的实际使用过程中需根据具体情况而定，无论是电源，还是各类模块的型号选择都要慎重细致，以便确保生产运行的稳定、安全，提高PLC操作技术的使用价值。
2.DCS采集监控系统的应用
在油田生产过程中，离不开一种生产设备的供应—锅炉。其作用主要体现在能够利用原油热循坏和加热作用，让原油的处理水平得到提升，那么锅炉DCS采集监控系统的应用，则完全实现了在锅炉生产运行期间的相关的数据监测，能够及时、有效地对安全条件进行分析与判断，进而借助安全警报信号功能来指导程序做出正确执行操作，有利于避免爆炸等安全危险事故的发生，帮助工作人员做到有效地防御和保护，形成极为安全的生产运营体系。
二、自动化技术与油田生产有效结合的构建途径
1.构建科学系统的自动化安全生产控制方案
自动化技术在油田生产中的应用需要论证与方案，一方面保证了系统技术的可行性和实用性，另一方面则为油田工人做出了详细地工作操作指导，因此，自动化安全生产控制方案很大程度上反映了自动化系统技术的实际应用水平。在油田生产过程中，始终以提高工作效率，便于人工操作与管理作为原则，自动化控制方案以简化操作流程，便于控制管理为要求，建立出更为科学、可靠的安全保护系统，进而使得施工技术人员在油田生产的过程中有效把控生产质量和安全，不再因为主控系统的影响而出现各种生产故障，真正实现自动、智能化的现代石油企业管理。
2.增强石油企业员工的技术水平
石油企业的管理最终仍然回归对人员的管控，人力资源的作用发挥才是促进高产值、高效益的决定性因素，因此，在自动化技术与油田安全生产有效结合之际，不断增强企业员工的专业技能和综合素质显得十分重要。由于自动化技术设备的操控通常较为复杂，需要具备过硬的专业知识和实践技能，所以人员的技术水平是否过关影响到油田生产工作的顺利进行与否。企业可以采取定期进行员工培训、外派技术骨干深造、开展技术交流研讨会等众多的形式，以便全面提高企业员工的专业技术能力和综合素质，从而打造出一批高能力、高素质的油田自动化技术管理队伍，并且通过反复、不断地工作实践，来加深巩固所学到的知识理论和实践技能，总结过往的经验和教训，进而在实际的油田生产工作中熟练掌握各种自动化技术，使其更好地服务于油田的生产运营工作，达到高效、安全生产的最终目的。
2厂站自动化概述
2.1火电厂自动化
自我国火电厂建立自动化系统以来，共经历了“第一代”和“第二代”以及“第三代”数字控制系统三个阶段。把彼此孤立的各个机组，建立起系统为第一控制阶段的内容，没有产生理想的效果。第二阶段这一问题没有被解决，在火电厂自动化历史舞台也渐渐退出。就目前火电厂自动化发展状况来看，正是发展中的第三阶段，该阶段的支撑为具备开放式特征的工业自动化系统。立足第三代数字控制系统的实际工作状态及其效率角度进行分析，能够完成实时监控全场电力工作行为任务，并能够将其向电力调度部门及时提供，这样电力调度部门就可根据各机组工作状态，分配全厂经济计算数据。与此同时，第三代数字控制系统还能够向电力系统各个“分部”反馈电力调度部门各项工作指令，这样调度部门通过合理调度整个电力系统，使其能够处于正确与科学的工作状态之中。分析第三代数字控制系统实际工作水平，其工作性能能够满足火电厂自动化工作需求，其作为自动化技术类型在火电厂推广和发展是值得的。
2.2水电厂自动化
就我国水电厂自动化技术来看，其建立是以计算机监控系统为基础实现的。在其发展初期，主要系统类型为分布式系统。而当代水电厂自动化技术全面改革的实现是建立在计算机监控系统不断进步基础上全面铺开的。目前，就水电厂自动化发展来看，其主要技术类型为全开放和全分布式监控系统。全开放和全分布式监控系统与集中式和分层分布式系统相比，具有明显的可靠性和可维护性优势，在电力生产和运行工作中投入速度更快，因此人们更“器重”它。无人值班为下一步发展水电厂自动化技术方向，对于这一发展目标的实现，水电厂不仅要把内部计算机实时监控系统建立起来，还需要其他调度部门的配合，把整个电网自动化系统建立起来，从而使有效监视与采集整个电网信息数据能够实现，这样无人值班的发展目标就会在各个自动化系统相互监督下成功实现。
2.3变电站综合自动化
变电站的综合自动化作为自动化管理技术是把各项优秀技术集中为一体。在实际工作当中，其能够完成检测电力工作现场数据，并将在其他系统的支持下分析无法测量的数据，将记录下来，调度部门对其进一步分析和使用带来便利。目前，变电站综合自动化技术能够有效集中电力系统各个分散设备，实现有效调度电力系统各个设备。由于同质性为电力系统当中部分设备特征，因此为防止相互干扰和混淆调度指令信号，变电站综合自动化系统能够有效划分系统单元，以中央单元和间隔级单元呈现，综合自动化系统特点正体现于此，其优势也正在这里。
3厂站自动化技术的发展趋势
综合自动化技术为当今发电厂和变电站自动化技术，其主要特征为分层分布，在科学技术不断进步下，方兴未艾为其发展状态，以下为其大致发展趋势。电子、计算机、通信技术加速了厂站自动化技术的发展，IED兴起在20世纪末，被广泛地应用在工业自动化领域和电力自动化方面。IED实际就是一台嵌入式装置，具备微处理器等部件，对各种不同工业应用环境都能够满足，应用场合不同其软件也具有差异，电子电能表等就是比较典型的IED。以这一定义为依据，我们针对厂站自动化系统，可以以IED来看待其中的间隔层测控等装置。通常各种IED之间接口为工业现场总线或工业以太网，由于应用环境不同其信息交换协议也存在差异。特别强调一下，在厂站自动化领域中，PI的应用存在逐步扩大趋势。作为工业自动化产品的PLC比较经典，应用历史较长，目前处于发展与改进中，但在过去电力自动化行业相当长一段时间内，其被较为广泛地应用在电厂自动化机组单元控制外，在远动与继电保护领域运用极少。近来在厂站自动化领域，PLC的应用呈现出扩大和深化趋势，成为关注的焦点。
2直管接长焊机
锅炉压力容器所要承受的压力是非常大的，仅仅凭借膜式壁焊机，并不能长久的满足要求。为此，技术人员通过长期的调查和研究，制定了全新的焊接自动化技术——直管接长焊机。该焊机的优势在于，其拥有的自动化程度较高，能够满足日常焊接中的较多工作，即便是应对一些技术性较强的焊接，也没有表现出较多的问题，总体上的满意度较高。比如说武汉锅炉厂就与美国的阿尔斯通展开了合作，引进了管子预处理线，该线包括管子定长切断、管端数控倒角机、管端内外磨光机、管内清理机等先进的设备和装置，采用了PLC自动化控制技术，实现了自动化生产。在所有的设备当中，管端数控倒角机是一个非常重要的设备，这一设备利用旋转及轴向进刀的过程中，可以根据管子的规格及要求编制相应的切削程序，快速、标准、优质的切割出各种坡口。由此可见，直管接长焊接的功能性较多，日后可以在锅炉压力容器制造中推广应用。
3马鞍形焊机
锅炉压力容器在现阶段的应用中，常常是为了满足一些特殊要求而设定的，为此，仅凭上述的两项技术，依然没有完全的满足需求。经过探究，技术人员还研制出了一种名为马鞍形焊机的设备。该设备能够应对较多的特殊形状或者是特殊功能的锅炉压力容器。第一，该焊接技术，利用数控技术建立数学模型，保证设备的形状和具体功能不会发生偏差。第二，主管与焊枪的同步运用，使得焊接的效率和质量稳步提升，并且有效的解决了两直径相近的相关结构焊接质量问题，总体上的焊接效果比较理想。在今后的工作中，可将上述的三种焊接技术，广泛应用与锅炉压力容器制造中，并深入研究，健全技术体系和应用方式，创造更多的效益。
中国行业标准JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》第26章《建筑物自动化系统（BAS）》所规定的模拟和数字混合的集散型系统（TDS），已面临更新为全数字系统的挑战。就像工业自动化一样，建筑物自动化市场在技术接受期曲线上，通常落后于商业领域技术应用会有几年之久，因此，在商业领域已经成功运用多年的个人计算机和以太网通信，现在却成为BAS更新途径的热门话题。PC-BasedControl和以太网技术，已经开始全面进入BAS领域。2000年3月，Honewell公司推出的全数字化闭路电视监视系统DVM，就用PC-BasedVideoServer，类似于商业领域应用的个人计算机式视频服务器，取代了传统的模拟和数字混合的CCTV闭路电视矩阵切换器和磁带录象设备；DVM系统中，经过信号转换接口把所有摄像机的视频信号直接连入以太网通信，每20台摄像机使用1台VideoServer。这种第三代保安监控电视的全数字化CCTV以太网系统，已经在澳大利亚悉尼机场使用。
PC机技术日新月异的进步，使BAS的中央站功能不断增强；PC机的商业软件，如ODBC、API等等，已成为BAS的标准软件；基于PC机技术的分站不断发展。信息领域的以太网技术对工业自动化和建筑物自动化各个层面的影响，从上到下。BAS管理层的以太网正在下植到自动化层和更低的现场层。BAS三层结构将会成为以太网"一网到底"的三层网络。完成这项"通体透明网络"革新的主要技术，就是以太网现场总线。以太网现场总线，也可称为以太网I/O（Input/Output），是控制技术和信息技术的完美结合，性能发挥到极致，它或许能够解决工业自动化长期争论不休的现场总线标准化问题，是商业技术影响工控技术的一个范例。
以总线为脉络，分析计算机总线、测控总线和网络总线在BAS技术发展中分别担纲的角色，可以加深对BAS未来发展的了解。
1、总线BUS
总线一词，源于计算机技术。总线是各种信号线的集合（包括地址、数据、控制、电源等），是各种信息传输的通路，有汇总的涵义。微软百科词典定义总线为：计算机系统中各部件之间用于数据传输的一组硬件连线（导线）。IBM公司将其简称为用于传输信号或功率的一根或多根导体。在建筑物自动化中，BAS总线可解释为用来连接中央站分站、现场设备或者各种系统的那些具有导电性的通路，以完成数据或信号的传输。
以应用范围来分，BAS总线可划分为计算机总线、测控总线和网络总线、。计算机总线用于上位管理计算机和中央站内部部件的连接。测控总线用于中央站与分站的连接，分站与现场设备的连接，现场设备之间的连接。网络总线则是将上位管理计算机和中央站、浏览器等视为节点而共同连接在一起的一条多分支线路，将数据置于网络总线中，数据将会经所有的节点检测后，由其指定地址的节点接收。BAS管理层的以太网就是网络总线。当以太网下植到自动化层和现场层以后，以太网又扮演着测控总线的角色，在这种背景下，我们借用"网络就是计算机"的概念，不免也可以说"网络就是控制器"，因为所有传感器、执行器、分站、中央站已经遍布以太网中，以太网被赋予完成分布式控制兼有普通信息存取的能力，人们可以随心所欲使用以太网，无论是进行实时控制还是传递管理信息。
2、标准化Standardization
作为信息传输通路的总线，追求标准化，是各种总线的共同目标；只有标准总线，才能够支持更多的性能不同的产品的连接，完成更多更好的系统的集成，实现更完善的控制和管理，因此，总经以其有汇集性能的特点，尤其需要标准化。标准总线的形成，主要有两种方法，一种是由非商业的或政府组织所产生的标准，目的在于使某一种类型总线开发和使用规范化，例如RS232C；这种正规的合法的技术标准，是在对已有方法、途径及技术开发进行仔细研究的基础上起草，并经正式批准后产生，这种标准通常包括着一些国际标准。另外一种方法，是有某一家公司先行开发出一种总线技术，由于成功，得到其它公司模仿和广泛使用，以至一偏离该总线就会产生不兼容问题，导致产品在市场中受到限制，例如现场总线LonTalkBus；这类事实上的总线技术标准，是基于市场需求产生而形成的，无需正式批准，这种标准通常包括大量流行的工业标准。
3、计算机总线ComputerBus
中国行业标准JGJ/T16-92第26章BAS，对中央站硬件、组态、系统软件的规定（26.4.26.5）非常简单，仅是基于采用计算机作为监控中心的一般原则，如应设置CPU、CIU、CRT、打印机等规定，对上位管理计算机则仅限于优化控制与管理某些功能要求。但是，近年来计算机技术发展很快，系统软件、应用软件、存储系统、处理器技术、输入输出系统和计算机结构，都是如此，其中，计算机总线技术与工业自动化、建筑物自动化关系密切，计算机总线是计算机系统信息总通道，性能优劣，对BAS上位管理计算机和工作站的影响是至关重要的。因为采用先进的计算机总线，可以提高工作站的带宽，改变工作站的兼容性和开放性，并能提高工作站的可靠性，这对控制系统无疑是最重要的性能。例如，使用PCI总线技术的PC机，每年停机时间可以小于315秒中，可靠性高达99.99%，因此，BAS用户已经开始关心工作站的计算机总线，2000年9月山西省太原市某国际贸易中心大厦BAS招标文件中，明确提出中央站应该使用计算机33MHz三总线结构PCI（外部设备互联总线），说明用户不仅关心各种功能模块设置，还要求提供工控级别的总线来保证工作站性能。随着基于PC机控制的技术进展，计算机总线对BAS的影响会更加重要。因为BAS将逐渐最终成为由一台PC机控制几条现场总线的系统。
3．1计算机总线的发展历史
1970年，DEC公司首先推出了称为Unibus的总线，把PDP11小型计算机上所有的部件、设备都连接在一起。它是一种单总线结构。
1981年，IBM公司在第1台个人计算机IBMPC/XT上推出了XT总线，也是单总线，1984年，采用16位CPU的IBMPC/AT出台，AT总线在XT总线结构上，增加了一组输入/输出总线，形成双总线结构。AT总线就是著名的工业标准总线ISA，全称是IndustrialArchitecture工业标准结构，它是通过将板卡出入IBMPC及其兼容机的标准扩展槽来添加计算机部件的总线设计规范。1989年康柏、惠普等9家公司在ISA基础上，推出EISA，扩展工业标准结构，这是一种把附加卡（例如视频卡、内置卡MODEM卡及支持其它设备的卡）联接到PC机主板的一种总线标准。EISA总线操作频率比ISA高很多，能提供很多的数据吞吐率。
为了提高PC机性能，使某些扩展板可以直接与微处理器通信，而不必经过通常使用的系统总线，Intel公司提供了PCI总线规范。这种局部总线允许在计算机上安装多至10个PCI兼容的扩展卡，PCI局部总线系统需要在某个PCI兼容插槽中安装一块PCI控制卡，每次可以以32位或64位的速度与CPU进行数据交换。PCI规范还考虑了多路复用Multiplexing。因此，PCI总线已成为今天计算机事实上的局部总线标准。由于PCI独立于处理器，不仅Intel系列可用，DEC的Alpha、Motorola的PowerPC等系列也可以用，它的向前向后兼容性，能使现有的多种计算机都能平滑过度到新标准，所以尤其受工业控制机行业的欢迎，建立了PCI工业计算机协会PCIIndustrialComputerManufacturersGroup（PCIMG），致力于在工控机行业推广PCI总线。1995年，出版了CompactPCI规范。
PCI总线在计算机中配置了3组总线，时钟33MHz，与CPU时钟频率无关，宽度32位，可扩展至64位，带宽达132Mbps至246Mbps，可以和ISA、EISA、VL-BUS等总线兼容，支持5V和3.3V两种电压，可以在芯片、软件和开发工具方面广泛利用PC机丰富资源，它具有良好的网络性能、图形视窗介面和数据存贮性能，是工业自动化和建筑物自动化中央站理想的计算机总线。
3．2标准计算机总线
国际标准
IEEE969（S-100）微机通用
IEEE488（HP-IB）测试仪器
IEEE1394（FireWire）测试仪器
EIARS232C设备总线
EIARS422/423/449/485设备总线
ANSISCSI小型计算机，设备总线
VESAVL-BUS局部总线
工业标准（流行微机总线）
ISA系统总线
EISA系统总线
PCI局部总线
3．3新一代计算机总线（正在开发中）
1998.9PCI-XCompaqIBMHP
1998.12NGIO（NextGenerationI/O）IntelDellSunNEC日立NEC西门子
1999.2FutuieI/OCompaqIBMHP
4、网络总线NetworkBus
中国标准JGJ/T16-92第26章BAS，规定"优先采用共享总线型"局域网结构作为BAS管理层、自动化层、现场层的网络拓扑，即用一条总线，把上位管理计算机、中央站、分站、现场设备各自连接在一起，形成三层局域网。因为所有节点共享一条传输通路，一次只能允许一个节点发送信息，所以需要建立信息发送的控制方式，JGJ/T96-在26.6.6条文说明中，没有明确规定是用IEEE802.3以太网的CSMA/CD波及监听多路访问/冲突检测争抢发送，还是用IEEE802.4令牌总线排队访问控制，只有指出这两种方法都是"目前流行的"，但是"并无一致的看法"。在26.6《信号传输与数据通信》中，则把现场层至自动化层之间的信息传递成为"信号传输"，把自动化层和管理层之间的信息传递，称为"数据通信"，以示区别，前者为现场设备与计算机通信，包括模拟信号，后者为计算机之间通信，全部为数字信号。
20多年来，发展极为成功的以太网技术，已经得到公认。人类进入英特网时代，以太网也迅速进入工业自动化的各层网络。电气电子工程师协会IEEE基于802.3以太网国际标准，正在积极制定现场与以太网通信的新标准，使以太网能够直接为现场层所使用，可以预见，正象个人计算机PC迅速进入工业自动化领域一样，以太网以及TCP/IP、UDP/IP协议将十分迅速进入工业自动化各个领域，包括BAS。
网络总线是网络通信总线的简称，在BAS中，网络总线是上位管理计算机、中央站、分站、现场设备之间的连接总线，从计算机系统结构的角度上看，它是计算机的外部总线，计算机总线则可视为内部总线。网络总线属于网络技术，计算机总线属于计算机技术，网络是多个计算机的集合系统，数据通信和资源共享是其特点。今天，已经进?quot;网络就是计算机"的时代，通信和计算机技术紧密结合、同步发展，计算机总线和网络总线是计算机一种技术的两个方面。新一代的计算机已经把网络接口集成到计算机母板上，网络功能已经嵌入到操作系统中，使得网络总线可以视为计算机总线的外部延伸，密不可分。不进入网络的工作站，是不完整的工作站。在建筑物领域，BAS是建筑物整体计算机网络的重要子网，形成建筑物管理和建筑物设备控制一体化是从网络开始的。计算机总站维系着BAS的通信子网，资源子网和通信子网的组合，就是建筑物自动化网络，就是建筑物自动化系统。
4．1以太网的发展历史
1968-1972Aloha无线电系统夏威夷大学开创争用型通信
1972-1977首台以太网2.94MMetcalf和Boggs先生建立CAMA/CD
1979-1983粗同轴以太网10MCom（DEC、Intel、Xerox）10BASE5
1980-1982细同轴以太网商品化10M3ComISA总线与10BASE2相连
1984-1987双绞线以太网1MUTPHP、AT&T1BASE5
1986-1990综合布线+双线绞线以太网10MSynOptics、HP10BASET
1990-1994交换式和全双工以太网10MKalpanaEtherSwitch
1992-1995快速以太网100MUTPGrandJunction100BASET
1996-?千兆位以太网1000MIEEE802.3z1000BASEF
4．2以太网与局域网国际标准IEEE802.3
以太网是商业市场上发展的，而802.3标准是独立的标准组织《电气与电子工程师学会》开发的802.3是基于以太网第1个版本制定，但在一定程度上改进了设计，1983年公布以后，以太网以此又作了修改，原来互不兼容的局域网，变为互相兼容（但不完全兼容）。二者主要区别是结构不同，例如，最大数据单元，802.3是1460字节，以太网是1500字节。但是，通常可以把802.3视同以太网。
以太网速率有10M和100M两种，最大1518字节，最大段长度500米（粗同轴）、185米（细同轴）、100米（UTP），中断段综合长度2500米（粗同轴）、925米（细同轴）、2500米（UTP）。
在BAS中用以太网作为网络总线时，现在BAS供应商所提供的以太网接口卡NIC（安装在中央站中），应该是10M/100M自适应型，以满足用户部署100M快速以太网的要求，例如Intel公司的PRO/100+管理适配器，适用于有PCI总线的台式机，能自动监听集线器速度，从而自动选择10M或100M，能支持最新的连接管理规范wfw2.0，支持所有的主要操作系统和网络操作系统，WinNT、95、98、2000，Nerware、UNIX，支持10BAS-TX，5类UTP，RJ-45连接器，数据路径宽度32位，可在0-55℃环境中工作。
4．3以太网介质访问控制（MAC）CSMA/CD
载波监听多址访问/冲突检测是以太网抢先式信息发送的主要技术，它包括有先听再讲、无声则讲、有空就讲、边讲边听、一人独讲、退避三舍等信息发送规则，保证所有站点都能以公平方式通过竞争来访问大家共享的以太网，虽然难免有"后到先服务"的现象，但是，由于CSMA/CD有一套完整的处理冲突的方法，大体上实现了对网络总线的公平访问。它是退避三舍的自调整功能，保证所有信息的发送都是成功的，例如常用的一种冲突退避延迟算法，称为"截断的二进制指数回退（EBE）"，它使发送信息的站点，每冲突一次，自动延迟一个以2的幂函数计算的退避时间，用这种不断扩大回退时间来适应网络流量的变化，这是一种很巧妙的方法。它规定了退避也是有限度的，即最大退避时间以210倍为限，忍让次数也是有限的，以216次为限，否则就会丢掉这个屡发屡败以太冈帧，这种情况是绝少发生的，除非以太网已经瘫痪。
以太网每帧发送之间有一个固定的间隙64字节、512位，称为时间片，用来识别由于冲突而失败的发送信息帧碎片（最小帧规定为64字节，包括48字节数据），在512位时间内，网络冈所有站点检测到载波（有信息发送）和合法的冲突、信息帧碎片，从而保证以太网能正常工作，不受非有效帧（碎片）的影响。
一般谈到以太网，主要是指802.3的CSMA/CD协议，它是以太网的主经软件（其它还帧结构软件等）此外，以太网还包括以太网接口卡NIC、收发器、中继器硬件。总之，以太网是一种局域网，是共享总线型局域网（包括集线器Hub网络），是国际标准局域网之一，应用最广泛。
4．4以太网与TCP／IP
传输控制协议／网际协议（TCP／IP）是实践中产生的解决网络互连和异构计算机之间提供可行的透明通信服务的一组协议，它是世界上最大网络因特网的基础。以其公用性和有效性，成为公认的开放系统。TCP／IP是网络数据传输事实上的标准，或者简称其为因特网通信协议。
BAS结构图中，标明以太网，是说网络采用共享总线拓扑，标明TCP／IP，是说数据传输采用因特网通信协议。
TCP／IP独立于特定的计算机软硬件、独立于特定的网络系统，即使你不接入Internet，用它也是最好的组网方案，所以，我们在本文开始，对JGJ／T16－92BAS的网络结构就标明采用TCP／IP，更何况，BAS进入Internet也是势在必行的事情。
TCP／IP协议有三个特点，首先它的开放性，可以把现行的各种局域网互联起来，其次，它统一了地址规则，这种IP地址与域名系统的唯一性，保证了因特网走向全球，最后，高层协议基本标准化，使各种用户可靠而且便利，这一特点，在工业自动化中，有很好的应用，可以把标准化的控制总线协议，包装在高层协议中，使TCP／IP成为工业控制通信协议。
TCP／IP分成4个层次：
应用层--常用的应用程序有SMTP（邮件传送）、NFS（网络文件）、NIS（网络信息）、SNMNP（网络管理）、FTP（文件传输）、DNS（域名系统）等，以及工业自动化通信协议，也可在本层打包，如Moddbus、HoneywellC-Bus等。
传输层--提供端到端（即应用程序之间）的通信，主要功能是信息格式化、数据确认和丢失重传等，主要有（TCP传输控制协议）和UDP（用户数据报协议UserDataprogramProtocol，它在工业自动化应用中看好，它把数据先打包，后经IP发送，效率高于TCP）
网络接口层--不同网或同网中计算机之间的通信，处理数据报和路由，主要是IP（网际互连协议）
网络接口层--提供与物理网络的连接，它包括所有现行的网络访问标准，最重要的是以太网（802.3系列）。
5、测控总线MeasureandControlBus
BAS现场层和自动层的总线，可视为测控总线。JGJ／T16－92第26章BAS26.6.l节规定"从现场到计算机系统的信号传输，需综合考虑""（1）简化传输控制的硬件结构；（2）减少传输导线的根数；（3）弱化维修的技术难度"，还进一步指出了采用的方法"可选用一对一的传输方式、矩阵选码一公用线传输方式或多路复用技术的一路通道多方使用的传输方式（阵列式传输方式）""首先考虑时分制"等等。反映中国行业标准对测控信号传输的重视以及要求采用最新技术的愿望。在当时的历史条件下，已经把测控总线阐述得淋漓尽致。
自从HGH／TI6颁布近十年来，测控信号传输领域发生了重大的变化，这就是现场总线技术所带来的深刻变革，对BAS的影响当然也是非常深远的。只有现场总线技术才能符合JGJ/T1-92第26.6.1节规定的三项要求：最简单的传输控制，最少的导线根数，最方便的维修技术；而且，最重要的是，现场总线带来了工业自动化开放系统的新局面，减少了自控系统寿命周期成本LifeCycleCost。
因此，测控总线的讨论，可以归纳为现场总线的讨论。
国际电工委员会IEC定义现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
安装在控制室内的BAS中央站与现场的分站，分站与现场的传感器，它们之间的信号传输均适用现场总线技术。换言之，自动化层和现场层，采用现场总线技术是历史发展的必然。当有人提?quot;现场总线是管理控制一体化方案的催化剂"时（美国Fisher公司Martin先生），我们深刻体会这一隽语的丰富内涵。
5．1现场总线发展历史
1983年，Honeywell公司推出的差分信号驱动器，成功地在4-20mA直流信号上叠加了数字信号，随即投入市场的智能化仪表Smart变送器，是现场总线产品的前驱，这些带有微处理器芯片的仪表，除了在原由模拟信号仪表的基础上增加了复杂的计算功能外，还在4-20mA直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接，从模拟信号过渡到了数字信号。这种工作机制，成为美国fisher-Rosemount公司著名的现场总线HART通信协议的基础。
1984年，美国仪表协会ISA／SO50工作组，开始制定现场总线标准。IEC也成立现场总线工作组IEC／TC65／SC65C／WG6，开始研究现场总线标准。
1985年，国际电工委员会决定由ProwayWorkingGroup负责研究现场总线体系结构和制定标准。
1986年，德国推出Profibus过程现场总线标准。
1990年，美国Echelon公司推出LonWorks现场总线产品。
1992年，Siemens、Rosemount、Rosemount、ABB、Foxboro、Yokogawa等80家公司联合，成立ISP协会，着手在Profibus基础上制定标准。
1993年，Honewell、Bailey等公司成立WorldFIP协会，有120家公司参加，准备以法国标准FIP（FactorInsrtumentationProtocol）为基础制定标准。
1994年，ISP和WorldFIP北美部份合并，成立FF现场总线基金会（FieldbusFoundation）。推动现场总线国际标准的开发。
1996年，FF公布了低速总线H1标准。
2000年1月4日，IEC宣布现场总线国际标准以86%赞成、12%反对通过，IEC-61158面世。
5．2现场总线国际标准IEC-61158
8种现有的现场总线纳入国际标准，如果考虑到世界上已有30多种现场总线，这也还是在统一的路程上，前进了一大步。
从上表可以看出，8种现场，有8种通信协议，互不兼容，距离统一标准的现场总线，还有很大距离，虽然这些现场总线在功能上可以互补。
为了解决现场总线统一问题，借鉴IT行业的统一网络通信标准，就是第5种类型，即以太网现场总线。1998年，在美国休斯敦召开的ISA展览会期间，成正了工业自动化开放式网络联盟IAONA，建议把FF的H2高速现场总线，改成高速以太网HSE，有Honeywell参加的18个公司31位工程师正在Foxboro公司积极进行开发，希望HSE能成为众望所归的现场总线。
HSE的特点是速度高（100Mbps），数据通过量大，与计算机联接容易，价格低。有两类用途，一类是完成由于计算量过大而不适合在现场仪表中进行的运算，另一类是作为多条低速H1总线或其他网络的网关设备。
HSE是否适用干BAS，是有待研究的事情。
在IEC61158国际标准中，有欧洲标准建筑物自动化系统MBS－TC247推荐的ProfibusFMS总线和WorldFIP总线，但是没有欧洲推荐的LonWorks总线和欧洲设备总线EIB。
5．3现场总线的三层结构
从IEC61158标准中的8类总线，可以看出现场总线并不需要保持与ISO／OS17层结构一致，只需物理层、数据链路层、应用层等三层就可以了。因为面向控制的信息比较简单，但需要快速而可靠地到达目的地，七层模式使数据转换变慢，会滞后实时控制的时间要求，七层有关的网络接口成本也较高，同时，现场设备也不需要OSI地址。
IEC61158还规定，所有2至8类现场总线，均需对类型1的FF总线提供接口，但2至8类总线之间，不要求提供接口。
5．4以太网作为现场总线的主要问题及其解决方法
由于以太网802.3采用随机式的CSMA/CD信息发送方式，对事实控制来说，就带来一?quot;不确定性"问题，不能事先预言测控信息传送的时间，存在着"后到先服务"现象。而令牌式"排队发言"信息传送是可以预言的。要克服这个缺点，就要提高以太网的传输能力。由于10／100BASE－T全双工交换式以太网技术发展，基本上解决了CSMA／CD随即发送带来的"不确定性"问题。1990年，智能交换机的出现，基本上淘汰了信息发送时的冲突，而且，智能交换机的成本不断下降，为工业控制实际应用提供了可能。智能交换机（网络开关EtherSwitch），能同时提供多条数据传输途径，功能和电话交换机相似，使整体吞吐量显著提高，同时智能交换机还使用一种名为"切入法"（CutThrough）的新桥接技术（常规桥接是使用存储转发技术），是延迟时间又降低了一个数量级。1993全双工技术是以太网可以同时发送和接收数据，理论上又可以使传输速度翻上一番，再加上快速以太网的出现，以太网在处理事实控制方面，已经可以做到测控信息的传输不再是"不确定"的，而是有着"良好概率GoodProbability"的表现，能够适应事实控制的需要。
以太网传送测控信息的另一个问题是线路"利用率"，线路效率。利用率是指线路用来成功地传输帧的时间部分。每个以太网数据包中那些不代表实际数据部分（同步、地址、字段长度、错误检验）较大，共26个字节，这种"开销"使线路利用率下降。在测控领域，实际数据很短，例如，DI20个字节、DO16个字凇IAO200个字节、通信接口500字节、PID运算500字节、计数器4个字节等，这样，当使用以太网信息包包装时，大量信号还需要加上填充符才能满足最小48个字节数据段的长度要求，如DI、DO、计数器，因此，效率较低。
但是，实际上，由于争先式发送，会改变效率，计算指出，如果连续发送两个64字节的以太网信息包，效率可以提高到54％。尽管如此，在工业自动化领域，仍然重视如何减少"开销"，提高通信效率，例如，在通信协议中，想已用户数据报协议UDP来取代最常用的传输控制协议TCP，因为UDP信息包的包装比TCP简单，只有4个字节，而TCP，则是26个字节。IEC61158国际标准现场总线HSE高速以太网就考虑采用UDP／IP来代替TCP／IP。
不过，以太网的高速度，已经把这些问题全部覆盖了，就算是以最低速3Mbps有效速率运行，一个100个字节的实时控制信息，在以太网的传输时间，只有0.336毫秒（[100＋26]×8/3M），对BAS，已是很理想的数据了。
5．5TCP／IP作为现场总线的通信协议的讨论
TCP／IP协议是一组协议，采用四层结构，与现场总路线三层结构很相似，因此，适用于现场总线。
采用TCP／IP的以太网现场总线，由于数据链路层的CSMA／CD，使得数据传输时间是建立?quot;概率"基础上，但由于以太网线路的改进，情况大为改善。
TCP／IP是非常流行的技术，移植到现场总线是顺理成章的事，问题之一是TCP／IP是为因特网设计的，TCP是要处理面对成千上万的网站，它要处理好这么多路由的连接，只能采取在TCP层，设置发送机和接收机，提供端到端的可靠的进程间的通信，使数据报在传输过程中始终保持连接状态，只有双向通信。TCP才去发送数据报（双向通信不是指两机器独占式通过网络对话，而是说两台机器间有一交互信息流），TCP发出信号后，必须等待对方应答信号，否则会重发，这种定向连接协议，使两个端机经常以适当的速度相互通话，TCP传输控制在两个机器问来回发送状态信息。而UDP用户数据表协议却比TCP简单得多。对于自动控制的应用程序来说，并不需要时时保持个连接，以节约开销和网络通信量，而UDP是一个无连接系统，从TCP到UDP放弃了许多功能，简单了许多，只是作为一个数据报的发端机和收端机操作，而不理会二者之间的连接。帧的结构简化为源端口2字节，目的端口2字节，长度2字节，校验2字节。UDP传递服务不建立通信双方的连接，发完数据就完事大吉，所以，比较灵活，效率高，非常适合测控数据的发送，因为这类数据非常短，还有，在控制网络中，通行的站点比起因特网来，少之又少，非常强调二者之间的连接管理，就显得多余，比起TCP的大文件来，测控程度只是"发出一个请求"或者"等待一个响应"，三言两语，传递本身就会很可靠。此外，在实时控制中，有时强调一种完全控制，即使在信号传输过程中发生错误，控制器业能够自行处理作出决策，而不需要让TCP一遍又一遍重复发送数据，因为自控系统控制器的自制能力都极强。
无论TCP还是UDP，应用程序都是驻留在通信协议顶层的应用中，包括控制和人机接口等一系列应用程序以及用于系统集成的OPC，都藉信息传输，获取其中的数据。
5．6以太网在工业自动化中的应用
美国Foxboro公司在1995年就推出了采用以太网10BASE－5粗同轴电缆I／AnodeBus用于现场总线控制系统，近年来，新I／A现场总线系统已经改为双绞线BASE－T，室内及机柜内，都使用RJ-45接插件，对室外及振动严重的场所，则按防护等级IP-67生产了密封式RJ-45的连接器，Hirschman公司也能提供现场总线中作为以太网连接的接插件，抗震密封，适用于工业环境。
1997年，Schneider公司为其著名现场总线ModbusTCP通信协议产品，它的PLC产品中的I／O模块，Momentum系列，均可以设置以太网端口。这些I／O模块通过这些端口直接连入以太网中。Schneider公司把Modbus通信协议变址为TCP／IP通信协议，这是世界上较早的以太网I／O产品。TCP／IP和UDP／IP的一个重要的优点是在同一个以太网中，可以运行许多不同的通信协议，它们都变址在TCP／IP或UDP／IP中。
Honeywell公司几年前就已经开始着手把以太网用于建筑物自动化系统自动化层总线通信的应用工作，目前，第一步已经实现，即，把所有测控总线通过TCP／IP接口连入以太网中，通过以太网得数据通信，进行实时控制。以太网成为BA、FA、SA集成的通信平台，进而与管理系统在此平台上完成管理控制一体化集成。
随着以太网应用技术的进一步发展，把以太网芯片内嵌与现场设备的一天，也许会很快来临，意味着因特网内置与现场设备的时代终会来到，其意义在于因特网与控制网融为一体，因特网无处不在，会进一步改变工业自动化和建筑物自动化的面貌。
5．7建筑物自动化的现场总线
现场总线这个技术热点，长期争论不休，虽然出台了IEC61158所推荐的8种国际标准总线，但是仍然没有一种统一的标准现场总线能够满足各种行业有要求。在这纷争的局面中，以太网的确受到了许多厂商的重视，在管理层（工厂级）采用以太网已经成了共识，而在低层次上的应用，还要假以时日，许多厂商正在积极研究和开发。
（1）网络设备无法即插即用；需工作人员干预，尤其是软件调试工作，更对工作人员要求较高无法达到一次进站。
（2）多厂商设备标准化程度低，7国8制，同时也带来效率底下；设备复杂，据统计有些设备命令行多达6000条以上，而图形化界面仅能操作设备的部分功能，学习和维护门槛过高。
（3）运营支撑系统与网络管理系统与网关于网络运营引入自动化技术技术的探讨文/郝军荣当今世界，网络就像水和电一样，给人提供信息服务，无时不在，无处不在。而对庞大的基础网络设施的，它的工业化程度还不及给排水行业和供电行业一样成熟。但是其发展势头，技术更新的速度却远超之前任何行业，信息社会的革新速度比农业社会、工业社会的革新速度快的多。通信网络作为基础设施，它的部署和运维，必然向自动化技术趋势迈进。自动化技术是降低成本、减少故障的必然要求。当网络通信遇到自动化技术，带给我们怎样的挑战和机遇呢？摘要络设备，无法实时对接，开通业务需人工在系统间协调。
（4）网络故障无法自动定位自动恢复，更多需要人工干预才能解决问题。
（5）网络监控效果差，对网络流量的细节无法自动识别，比如哪些流量是大象流（优先级低但却流量庞大）就很难用当前的传统方法识别出来，无法设别也就无法自动处理。
（6）网络流量模型无法自动调优，往往部分网络拥塞，部分网络轻载，却无自动化技术的方法平衡和优化网络流量模型；自动化技术的网络应该可以解决上述问题，带来效率上的提升，运营成本的降低。让我们看看如何进入“自动化技术时代的网络运营”。
2自动化技术时代的网络运营
首先让我们认识或者说设想一下自动化技术时代网络运营的特征：
2.1高自动化技术的网络规划
网络规划应该以模拟环境为主，那么就需要一个网络环境的全真模拟平台，模拟平台提供网络拓扑、网络路径计算算法，网络流量模型模拟工具等重要设施的建设。
2.2高自动化技术的网络资源部署
网络资源部署主要以“即插即用”，人工一次进站，免软调为特征。比如：可给给网络设备安装人员配置一个PAD，支持一个自动化技术设备安装软件，具有如下向导功能：
（1）用相机给设备拍照。
（2）扫描设备二维码。
（3）用GPS功能定位设备所在位置。
（4）自动化技术把上述信息打包发送到运营中心。完成以上4步工作，远程软件运营系统，就可以按照设备位置、设备型号、设备插线情况给设备下发正确的进行远程部署信息。简单的软件就可以大大的提高网络部署的效率。提高网络资源部署的自动化技术程度。
2.3高自动化技术的网络业务开通
自动化技术的网络业务开通，把BOSS（业务支撑系统）和NMS（网络管理系统）对接是关键，业务订单进入BOSS系统后，经过计费、认证、批准等流程后，应该自动把业务信息、客户信息传递到网络管理系统，通过网络管理系统把业务信息翻译为网络资源的部署信息，如客户接入VLAN号、业务承载的电路开通等信息。这样才能自动化技术开通网络业务，提高业务开通效率。只有经过以上几步的自动化技术网络改造的运营商网络，才能逐步进入网络运营的成熟期。
3以人为中心的自动化技术网络
自动化技术的网络，需要执行运营管理者的指挥，就像自动化技术的飞机飞行，也必须有驾驶员的操控。一切自动化技术运营，都应以“人”为中心。如果人工无法干预，自动化技术的效果就会走向反面。例如：设备物理性损坏需人工干预恢复，则故障信息必须通知到人；网络施工前，按照人的意图，把中断网络上承载的流量调整到其他网络上等等；网络流量趋势要形象的报给决策者，以便进行扩容决策。以人为中心的自动化技术体现为：
（1）自动化技术的流量调度，但人工可干预。
（2）人工可干预的网络故障恢复。
（3）网络性能指标趋势人工可感知。
（4）网络按照人工规划的模型运行。
（5）网络流量优先级，需按照人的部署调整后精确执行。如果网络自动化技术不体现管理者的意志，那么自动化技术成为负担。据了解，飞机在平稳运行期间，一般飞行员都开启自动航行，但是飞机起飞和降落的阶段，飞行员会接管飞机。网络亦然，人与自动化技术辅助的完美结合，才能达到网络运营的高效率。相反，当人出现错误，自动化技术是否可以识别、提醒、防呆就给自动化技术提出了更高的要求。举一个例子，在管理系统中，往往给一个设备配置两条或者多条通信通道，以便做故障保护，但是如果多条通信通道，由于人的错误，配置到了不同的设备上，而系统误以为是同一台设备，那么人就犯下了错误，这种错误，完全可以通过设备唯一性识别等自动化技术手段防止的。综上可见，自动化技术是网络运营的必然趋势，走向网络运营自动化技术的路还比较漫长，人与网络自动化技术的互动互助是此趋势中的必然过程。
2模具设计自动化发展趋势
CAD/CAM/CAE等技术是随着计算机技术的发展而逐渐出现的，并且在模具设计与制造行业得到了普遍的应用，随着新世纪的到来，各个国家的经济逐渐融为一体，模具行业作为工业的一个基础支撑行业必然会朝着自动化的方向不断发展，这样才能在全球化的工业领域中起到其自身的重要作用，随着各个国家的工业发展联系更加紧密，模具行业不单单只是局限的某个国家，大多数情况下是需要多国外某些行业提供先进的模具产品，这不仅对模具的设计水平、制造质量以及制造效率提出了更高的要求，而且还推动着模具的自动化的进一步向前发展，只有这样才能够适应不断发展的经济。当前，模具的自动化发展趋势主要可以概括为以下几个主要方面，下面分别进行详细的研究。
2.1模具产品发展将大型化、精密化
随着模具自动化技术的不断发展与进步，模具的产品也出现了两个十分重要的发展方向，也就是模具的大型化发展与精密化发展，所谓大型化发展并不是指单个模具的尺寸逐渐变大，而是指将多个零件的模具集中到一个模具上进行生产，也就是一个模具往往会有多个模具腔，这样就可以提高零件的生产效率，模具的精密化与模具的大型化并不是冲突的，它是与零件的微型化有着一定的关系的，模具的精密化主要是为了提高产品的
2.2模具标准件的应用将日渐广泛
模具的自动化发展的主要目的之一就是为了提高模具的制造效率，传统的模具制造行业对于每个新的产品都要单独设计模具然后再去加工，加工过程中还要对模具的质量进行监测，这样大大降低了效率，模具标准件的出现可以使得一部分模具不用再去重新设计，通过将某些模具的组成部分设计成标准化的模块并制定出相应的国家或行业标准，对于模具的自动化发展具有很大的推动作用。
2.3在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术
随着计算机技术的出现并应用到模具领域，模具设计的开始出现自动化的发展趋势，各种先进技术包括CAE、CAD、CAM以及CNC都被应用到模具的设计和制造，目前许多的计算机辅助设计的软件在模具的设计过程中可以直接对模具的加工过程生成完成并且可靠的数控加工程序，不仅提高了模具加工的效率，而且提高了模具加工的质量。随着工业的不断发展，CAD/CAM/CAE等相关领域的应用软件成本也开始逐年降低，从而降低了许多中小型企业的门槛，这几项技术作为模具自动化发展技术的里程碑，推动了模具发展质的飞跃。
3模具设计的自动化
模具设计的自动化是一个比较完整的生产模具的过程，通过CAD软件对模具进行设计的周期中，可以不断对所设计的模具进行质量上的改进，找出设计过程中存在的问题并且进行修正，对于实际中应用的模具对其进行信息的完整收集然后将其体现在CAD模型之中，并可以在企业内部进行文件的共享从而几种多名设计人才的智慧对设计的模具进行改进，最后可以生成模具的生产文件，实现整个模具设计到制造的自动化过程。
3.1输入产品模型，生成高质量实体模型
在模具设计与制造的自动化过程中，模具的产品模型输入是最为基础的一个步骤，只有得到十分完整的实体模型才可以保证整个模具设计过程的可靠性，然而当前的状况就是常用的一些造型软件虽然在造型方面具有很好的使用功能，但是在进行数据交互的过程中往往会出现一系列的问题，在进行数据交互过程中最容易出现问题的部分就是曲面部分，很容易出现数据丢失的现象，因此在进行数据交互的过程中就需要对导入的产品模型进行相应的处理过程，处理过程大多数情况是针对的造型公差，当造型间隙相对公差较大的情况下常常采用的造型处理方法有两种，一种方法称为愈合处理，另一种方法是公差处理模型，前一种方法的应用比较受限，并不是所有的情况都可以用该方法进行处理，后一种方法是在实际应用中使用较多并且最终效果也比较好的处理方法，因此常常采用该方法。
3.2完备产品模型
在模具设计与制造的自动化过程中，模具的产品模型的完备是模具厂家需要完成的一个十分重要的步骤，之所以还需要对设计好的模型进行完备是因为许多模型在设计的过程中是不需要将整个模型完整地绘制出来的，有时候仅仅给出模具的一个简单的外观，而内部的结构则需要模具的厂家进行细化，这种情况在汽车行业比较普遍出现，就算设计人员最终给出的产品的模型是完整的，模具厂家也需要完成另一部分工作，那就是将模具进行分离，也就是分为型芯和型腔两个部分，只有这样设计出的模具才能够进行使用，因此，不管设计人员最终给出的产品的模型是不是完整的，该模型都需要进行不得处理，也就是模型的完备。
3.3产生模具
在模具设计与制造的自动化过程中，模具的产生是在产品模型完备以后需要进行的下一个步骤，在模具的产生过程又可以细化为两个部分，一部分就是型芯和型腔的产生，这是模具的主要部分，另一部分就是模架等附件，又可以称之为模具的辅助部分，很多模具设计的人员希望通过实体造型的CAD应用软件来完成这项工作，然后在实际操作中往往是不能够完成的，这是因为模具产生设计过程中应用到最多的就是曲面造型这一功能，而这些现有的应用软件往往很难达到使用的要求。
3.4加工准备
模具加工前的准备是在模具设计与制造的自动化过程最后一个关键步骤，这一步骤同样十分关键，它既涉及到模具的设计，也涉及到模具的制造，整个模具的生产过程并不是单一的切削就可以完成的，有时候还需要特殊的加工方式来进行配合，最常见的就是放电加工，对于需要切削加工的表面需要选择对应的刀具来进行加工，而对于需要放电加工的表面就比较复杂，首先需要对放电加工的部分设计对应的电极模型，这一步骤有时候会占据整个模具设计的大部分时间，而电极模型的设计原理就是对需要进行加工的部分进行求逆的过程。
3.5板材成型模具设计
自动化的模具设计时可以遵循上面阐述的四个步骤，此外还需要得到一些材料的特性参数、与模具相关的边界条件以及速度均方差的计算方法等等。其中，vi是考察截面上i节点处的流动速度，v是所有考察节点的平均速度，n是考察节点总数。
恒压频比控制属于开环调节,通过保持异步电机电压和频率之比近似相同以调节煤矿电机转速的调节方法。V/F控制最大的优点,就是使用简单,没有复杂的算法流程、坐标变换及电机模型辨识过程,用户使用起来十分的容易。而且,由于属于开环控制,即便在负载出现任意扰动的情况下,输出值也保持固定,不会受到什么影响。所以在某些时候,尤其是稳定度要求高的情况下,会采用该种控制方法。但由于其开环控制特性,控制精度低,无法像矢量控制那样实现无偏差控制。这种控制方式主要运用于对精度要求不高的煤矿设备,如风机、水泵等。
1.2转差率控制
根据电机转速计算公式,转差率控制是通过改变电机转差率的大小来实现对电机转速进行改变的控制方法。主要通过改变电机定子电压和转子电阻的方式进行。小功率电机或者电机转速较慢的情况下会采用转差率控制方法。恒压频比控制和转差率控制方式都是基于电机系统的稳态模型和在稳态运行规律下进行控制的。这两种控制方式无法对电机内部磁场的大小和位置进行控制,因而电机只能实现较为精确的转速控制,而转矩控制能力差。要想精确控制转矩,就必须在动态过程中对电动机的磁场大小和位置进行控制。
1.3矢量控制(VC)
矢量控制是目前煤矿自动化领域中比较先进的控制方法。交流异步电机是一个十分复杂的系统。矢量控制的基本控制原理就是通过对异步电机定子电流在不同坐标系下进行矢量变换,最终将电流分解为可以分别控制的用于励磁分量和用于产生电磁转矩分量。矢量控制策略的基本思路就是将交流异步电机的耦合变量解耦,实现各个变量的独立控制,使异步电机和直流电机一样,获得良好的控制性能。
1.4直接转矩控制(DTC)
直接转矩控制技术是基于矢量控制理论而建立的一种新型交流异步电机控制技术,直接转矩控制将不会像矢量控制那样考虑变量解耦的问题,而是直接控制电磁转矩。直接转矩控制不需要将交流异步电机转化为直流电机的数学模型,而只关注电磁转矩的变化。因此,和矢量控制不同,直接转矩控制无需进行复杂的坐标变换和电机数学模型。但是,直接转矩控制也有其缺点,例如低速情况下转矩脉动大,启动电流冲击大等。目前,兆瓦级的大功率电牵采煤设备中直接转矩控制方法运用的较为广泛。
2自动化系统在煤矿采煤中的应用
2.1试验台机械结构及总体布置
变速器试验台是一个综合了机械、电气、液压原理的机电系统。其具体工作原理是驱动电机连续输入额定转速和扭矩,以模拟变速器在煤矿采煤工作中的输入工况。由于驱动电机最高转速的限制,往往无法达到发动机最高转速的要求,因此,在驱动电机后加入一个升速齿轮箱,以满足采煤系统的试验能力要求。为了更接近矿区采煤的真实工况,在变速器输入端增加一个惯量盘,其旋转时的转动惯量与在离合器飞轮和传动轴旋转时产生的转动惯量相同。试验台的末端是加载装置及其匹配的冷却系统,它能给变速器施加阻力矩,以模拟设备采煤时的负载和道路阻尼。
2.2驱动设备的选择
驱动设备需要给试验变速器输入试验所要求的转速和扭矩,驱动设备可以采用内燃机,也可以采用电动机作为输入动力源。两种不同的动力源均有其各自不同的优缺点。采用内燃机作为采煤系统驱动端,使得试验更加接近变速器在采煤应用中的实际工况。但是内燃机也有较多缺点,比如噪声大,产生的废气污染环境,而且内燃机转速和扭矩不易控制,会导致试验结果产生较大的误差。采用电动机作为试验台动力源有噪音小、占地面积小、启停方便、无污染、易于控制等优点。正是因为采用电动机作为试验台动力源具有较多的优点,目前电动机已经广泛应用在各种煤矿传动系统试验设备上。
2.3加载装置的选择
加载装置在整个采煤系统中为被测变速器施加负载转矩,目前主流的工业设备一般采用测功机作为加载装置。测功机一般用于测试发动机的功率,也可作为齿轮箱、减速机、变速箱试验设备的负载装置。测功机主要由功率吸收、负载调速、转矩调节和冷却部分组成。根据负载转矩输出方式的不同,一般可以将测功机分为水力测功机、电力测功机和电涡流测功机三种。自动化采煤系统一般采用开式布局,在保证试验需求的情况下,基于上表的三种测功机的性能对比,采用电涡流测功机较适合于基础的自动化采煤系统。该文采用一台长沙湘仪动力测试仪器有限公司生产的CW-150系列电涡流测功机作为研究对象,其额定吸收功率为150kW,额定扭矩为520N•m,额定转速为2500rpm。
2.4发动机速度特性分析
该文所建立的自动化采煤系统模型,选用交流异步电机作为试验台架的驱动系统,驱动试验变速器及负载机构的运转。这里所选用的驱动电机应能完全覆盖被测变速器所匹配采煤设备发动机的全部性能和运行工况,同时还应具备转速和转矩的调节能力。为了使试验结果更加准确,这里我们先要对发动机的速度特性进行简要分析,从而为异步电机参数的确定提供理论依据。
2.5驱动电机主要参数的确定
在确定了采用交流异步电机作为驱动电机之后,就必须确定驱动电机的各种参数,从而完成异步电机驱动的变速器试验台动力学仿真。而部分电动机参数的确定必须参照发动机相关参数的确定原则,这样才能提高驱动电机模拟发动机驱动的精确度。对于任意的一台异步电机,它的参数例如定子电阻、转子电阻、定子漏感、转子漏感、定转子互感、电机极对数以及转子的转动惯量等是异步电机所固有的参数,需要通过电动机试验进行选定。而对于额定功率、额定转速和额定转矩等动力学参数,需要根据电动机所使用的特定场合进行选定。由于这里是用异步电机模拟汽车发动机作为驱动源,则其动力学参数参照发动机的参数确定则。
