[科普中国]-分布式测控系统

简介

分布式测控系统（Distributed Measurement and Control System,DMCS）的概念有狭义和广义之分。狭义的概念是指通过的通信媒介把分布于某个区域内各测控节点，独立完成特定功能的测量设备、测量用计算机，各种传感器、控制器、执行器等连接起来，以达到测量资源共享、分散操作、集中管理、协同工作、负载均衡、测控结合、时实性好、测量过程和控制过程监控以及设备诊断等目的。广义的概念包括狭义的概念在内，而且还包括通过甚至实现对工厂车间、生产线、现场测控设备的监视与控制等1。

系统模型分布式测控系统是计算机技术、通信技术、自动控制技术和现代测试技术的交叉融合发展，体现了合而不同的思想，所要研究的内容很多，但又不是各种技术的简单迭加。从分布式测控系统的概念和定义，可以得到一个简化的研究模型，如图所示。

计算机网络通信技术、现代测试技术和自动控制技术是各自独立的学科分支，具有自己的研究内容和研究方法，将前两者应用于后者便产生了学科交叉，这便是分布式测控系统的研究课题。它首先是一个测试控制系统，测试系统的研究方法和内容，如测试信息误差的分析，对测试的响应、灵敏度、分辨率、精度、反应时间等技术指标的基本要求，测试平台的构建等控制系统的研究方法和内容，如控制算法、可靠性、实时性、互操作性、安全性等这些方面仍然应该是分布式测控系统的研究范畴，但由于计算机网络技术的应用，呈现出了新的特点，产生了新的问题，出现了如体系结构、通信协议等新的研究课题。具体来说，分布式测控系统的研究内容有：

体系结构（Architecture）。体系结构决定功能，决定整个系统的构建方向。网络体系结构的确定对网络的性能与发展至关重要。网络体系结构确立了网络建设的指导方向，它不只描绘出网络建设的目标，还制定了网络发展的框架，具有长期的意义。计算机网络的发展从集中式、分层进阶式到扁平分布式。可以预见测控系统体系结构也应走计算机网络体系结构的发展方向，分布式测控系统是一种先进的测控系统，它的先进性首先就应体现在体系结构上，现行的胆、参考模型体系结构是否适合于分布式测控系统，有没有更先进的体系结构这些都是值得研究的。

实时性（Real-Time）。实时性是分布式测控系统重点考虑的问题之一，测控系统是面向企业生产第一线的，实时性的研究就是要在特定的环境下，使各种设备之间的通信能够保证测控系统的实时性要求。

性能评价（Performance evaluation）。计算机网络性能评价的主要目的有三个选择、改进和设计。性能评价是对系统的行为进行研究和优化，其方法是对系统的行为进行测量和模拟。包括按照一定的性能要求对方案进行选择对已有的系统性能缺陷和瓶颈进行改进并提高其运行效率对未来设计的系统进行性能预测，在保证服务质量的前提下实现最佳设计或配置。因此，所设计和组建的分布式测控系统是否满足预期的要求，性能是否优化，这是分布式测控系统性能评价所要研究的工作内容。

协议（Protocol）。计算机网络技术应用于测控系统必然要研究通信协议，众所周知通信协议是通信双方约定的规则。计算机网络中的、胆参考模型及协议栈以太网，令牌环网等长期用于计算机网络通信，己相当成熟，这些技术能否应用于分布式测控系统，应进行怎样的改造，这些都是值得研究的课题。

互操作性（Interoperability）。分布式测控系统由于环境的异构性、分布性，不同厂家的设备需要具有互操作和集成的能力。

算法（Algorithm）。传统的测控系统具有自己的常规研究方法，如开环和闭环控制方法，有的适用于分布式测控系统，有的要进行改进。

安全性和可靠性（Security and Dependability）。安全性和可靠性是系统的根本保障，由于系统呈现网络化分布式的特性，各种测试设备、控制设备的接入对分布式测控系统的安全性、可靠性提出了新的挑战，赋予了新的内容。这里安全性既包含测控设备的安全，又包括测控信息的安全，而系统的可靠性是追求的目标。

系统特点分布式测控系统是计算机网络技术在测控领域的延伸及应用，是测控系统的更高级发展，具有如下主要特点：

结构网络化。分布式测控系统最显著的特点体现在网络化结构上，它支持如总线型、星型、树型等拓扑结构，与集中式测控、分层递阶式测控结构相比，显得更加扁平与稳定。

节点智能化。各智能化节点之间通过网络实现信息传输和功能协调，每个节点都是组成分布式测控系统的一个实体，且具有各自相对独立的功能。

测控现场化、功能分散化。网络化结构使原先由中央控制器实现的任务放到智能化现场设备上执行，使危险因素得到分散，从而提高了系统的可靠性和安全性。

系统开放化和产品集成化。分布式测控系统的开发遵循一定标准进行的，是一个开放性的系统，不同厂商根据统一标准开发自己的产品，这些产品之间实现互操作和集成。

系统原理示意图系统原理示意图如下所示：

分类系统主要包含模块分类如下：

DMC300数字主机

DM402x系列频率测量子站

DM403x系列温度测量子站

DM404x系列4~20mA测量子站

DM4101系列直流功率测量子站

DM4103系列交流功率测量子站

DM4105系列三相电压测量子站

DM4107系列三相电流测量子站

DC系列分布式I/O测控子站

应用前景智能控制—维护—管理集成系统90年代发展起来的一项新概念、新方法、新技术。它以智能化、信息化、网络化的手段，使企业和生产过程获得高性能、高可靠和高效益。它是21世纪企业发展的方向。ICMMS以分布式的智能测量与操纵系统(intelligent actuation and measurement system， IAMS)为基础，通过信息交换与共享，将控制、维护和技术管理系统(control maintenance and technical management system， CMMS)集成为一个有机整体，即ICMMS。3

应用和标准分布式系统被用在许多不同类型的应用中。以下我们列出了一些应用。对这些应用而言，使用分布式系统要比其他体系结构如处理机和共享存储器多处理机更优越：

并行和高性能应用

原则上，并行应用也可以在共享存储器多处理机上运行，但共享存储器系统不能很好地扩大规模以包括大量的处理机。HPCC（高性能计算和通信）应用一般需要一个可伸缩的设计，这种设计取决于分布式处理。

容错应用

因为每个P E是自治的，所以分布式系统更加可靠。一个单元或资源（软件或硬件）的故障不影响其他资源的正常功能。

固有的分布式应用

许多应用是固有分布式的。这些应用是突发模式（burstmode）而非批量模式（bulk mode）。这方面的实例有事务处理和Internet Javad,程序。

这些应用的性能取决于吞吐量（事务响应时间或每秒完成的事务数）而不是一般多处理机所用的执行时间。

对于一组用户而言， 分布式系统有一个特别的应用称为计算机支持的协同工作（Computer Supported Cooperative Working，CSCW）或群件（groupware）， 支持用户协同工作。另一个应用是分布式会议， 即通过物理的分布式网络进行电子会议。同样，多媒体远程教学也是一个类似的应用。

由于在不同的平台上如：Pc、工作站、局域网和广域网上可获得非常多样的应用，用户希望能超出他fliP c的限制以获得更广泛的特实用、功能和性能。不同网络和环境（包括分布式系统环境）下的q 操作性变得越来越重要。为了达到互操作性，用户需要一个标准的分布式计算环境，在这个环境里，所有系统和资源都可用。

DCE（分布式计算环境）是OSF（开放系统基金会）开发的分布式计算技术的工业标准集。它提供保护和控制对数据访问的安全服务、容易寻找分布式资源的名字服务、以及高度可伸缩的模型用于组织极为分散的用户、服务和数据。D C E可在所有主要的计算平台上运行， 并设计成支持异型硬件和软件环境下的分布式应用。

DCE已经被包括TRANSVARL在内的一些r一商实现。TRANSVARL是最早的多厂商组（multi vendor team）的成员之一，它提出的建议已成为DCE体系结构的基础。在中可以找到利用DCE开发分布式应用的指南。具有标准接口和协议的系统也叫做开放系统。