自动化仪表的网络化探究
摘要：自动化仪表的网络化，有机结合了软件和硬件，它借助于网络通信技术，可以随时随地获取并处理各种信息，并将各自的资源和潜力得以充分发挥。本文从自动化仪表网络化的必要性出发，对自动化仪表网络化的实现做了探究。
关键词：自动化仪表；网络化；嵌入式
中图分类号：TP273 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 16-0000-01
Network Exploration of Automation
Xu Chonghai
(Qinghai Oilfield Downhole Operating Company,Haixi817500,China)
Abstract:Automation,networking,software and hardware combination,which by means of network communication technology,and process all kinds of information anytime,anywhere access to,and their respective resources and full potential.In this paper,the need for network automation starting network for the realization of automated instruments to do the inquiry.
Keywords:Automation;Network;Embedded
一、自动化仪表的网络化背景
科学技术是发展生产力的首要因素，而仪表是科学研究的主要工具。科技要发展，生产要发展，仪器仪表必须先行发展，这已成为有识之士的共识。目前，随着科技的进步，信息化时代的到来，计算机及通信技术得以广泛应用，传统的仪表已经远远不能满足人们的需求，仪表的本质及其工作原理也发生了翻天覆地的变化。
仪表的网络化，突破了传统仪表的范畴，它有机结合了软件和硬件，借助于网络通信技术，不但可以不受时间、地理位置等限制，随时随地获取各种信息，并且可以对不同性能的计算机分配不同的任务，不同功能的仪表统一调用，区别轻重缓急和位置远近统一合理调配，可以将各自的资源和潜力得以充分发挥。通过网络灵活调用和合理配置，从而使测量系统的性能达到最佳，产生较高的效益。
二、自动化仪表的网络化的实现
（一）自动化仪表的软硬件协同设计
传统的仪器仪表设计顺序是先硬件后软件，最后进行系统的集成测试。随着仪表网络化的发展，人们已经认识到软件与硬件的开发不应是独立、分离的，而应是协同、一致的，即软硬件协同设计。软硬件协同设计可分为四个阶段：1.系统功能描述和划分阶段；2.软硬件设计阶段；3.协同模拟阶段；4.软硬件综合阶段。在软件与硬件实现之前，对软硬件实现的功能进行划分，产生一个最佳的分解方案，同时在硬件开发之前，应对包含软件、硬件的嵌入式系统所实现的功能进行验证，以确保系统的实现与最初的功能规格说明相一致。自动化仪表的设计采用这种新的设计思想，不仅能够降低设计成本，缩短设计周期，避免了重复设计，提高了设计的合理性和成功率，并为仪表的网络化打下了必要的基础。
（二）嵌入式处理器在自动化仪表中的使用
自动化仪表目前大多采用8位或者16位的微控制器，随着需要实现的功能越来越多，越来越复杂，已经力不从心。随着当今微电子技术、芯片技术、集成电路工艺的迅猛发展，使得高性能的嵌入式处理器在价格、体积、功耗等方面不断降低，高性能嵌入式处理器的使用已成为可能。
嵌入式微处理器目前主要有AMD等厂商生产的X86嵌入式CPU，SGI公司的MIPS，Motorola的68000、IBM和Motorola的Power PC，以及在嵌入式的RISC处理器市场占绝对优势的ARM系列等。为了满足各种不同应用的需求，CPU生产商还提供了专用的集成化处理器。以32位处理器为内核，处理器中还集成了许多外围的功能。如Motoro－la68360是32位内核的集成通信用CPU，它最大特点是集成了一个通信系统，包含4路同步协议的协议通道，可以支持HDLC、T1/E1、ISDN等通信协议。ARM系列的微处理器种类更多，专用于网络的、通信的、集成DSP协处理器的，支持Java的等等。用户可以根据自动化仪表的具体应用要求，以及功耗、体积、性能、价格等综合因素，选择合适的嵌入式微处理器。
（三）嵌入式Internet技术在自动化仪表中的使用
Internet上的TCP／IP等各种通信协议对于计算机存储器、运算速度等的要求比较高，而仪表大多使用的是8位和16位MCU，支持Internet协议将占用大量系统的资源。除了采用高性能的32位处理器及相应硬件平台之外，对于现存的8位和16位仪器仪表，嵌入式Internet技术也提供了网络化的解决方案。其中嵌入式微型互联网技术EMIT（Embedded Micro Internet Technology）是比较有代表性的技术。
EMIT采用桌面计算机或高性能的嵌入式处理器作为网关，网络协议的实现主要放在该网关上。网关通过RS－232、RS－485、射频、CAN、红外等轻量级总线与多个嵌入式设备联系起来，每个嵌入式设备将自身的工作参数反馈到网关中；网关同时可以发送命令、修改设备中的变量、或进行某种控制。网关可以同时管理多个嵌入式设备，从而提高嵌入式网络的结构化、智能化、浏览信息资源的归一化，并较其它方案具有较高的性价比优势。
（四）实时操作系统在自动化仪表中的使用
随着自动化仪表硬件功能的增强，成本的降低，对功能要求的增加和复杂化，需要实时操作系统对多个任务进行合理调度，管理系统资源的要求越加迫切。同时，各种嵌入式实时操作系统不断出现，对硬件配置要求不再苛刻，实时性不断增强，效率不断提高，并且有些还提供了对网络协议的支持，使得在自动化仪表中使用实时操作系统成为可能。
目前，国外开发商提供的嵌入式操作系统为数众多，主要有Vxworks、pSOS、WinCE、QNX、PSOSystem、NucleusPLUS等；国内主要有Hopen、DeltaOS等。此外还有相当多的基于Linux的嵌入式操作系统。用户可以根据应用的需要，从任务调度、内存管理、任务切换时间、最大中断禁止时间等几个方面来衡量和选择适当的实时操作系统。
三、结束语
自动化仪表的网络化，是嵌入式技术、仪表测控技术、网络通信技术、现代计算机技术和电子技术等融合的结果。自动化仪表通过采用新的设计模式，选择高性能的嵌入式微处理器，使用嵌入式Internet技术，及实时操作系统的强大支持下，不断完善其职能化、网络化功能。今后设计和开发高级智能化网络化的新型仪表，也将成为行业发展的趋势。
参考文献：
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