任务1 远动系统基本概念
任务书
1.描述远动技术的概念。
2.描述远动系统的分类及作用。
3.描述远动系统工作原理。
4.讨论衡量远动系统性能的指标。
理论知识
远动技术是人们为了监视和控制分散状态的生产过程，综合利用自动控制理论、现代通信技术以及计算机技术而形成的一门独立的学科，起源于20世纪30年代。近几十年来，随着科学技术的发展，特别是计算机技术、现代通信技术、自动控制技术、检测技术等的迅猛发展，远动技术得到飞速发展，应用领域和所涉及的技术范围更为广泛、功能也不断提高，在控制距离、控制功能、容量和自动化程度上都有了阶跃性的发展。远动技术在许多领域都得到了深入应用，如现代电力工业、石油工业、采矿工业、城市交通、卫星通信、火箭导弹、宇航工业、医疗卫生等。随着人工智能、模糊控制等新技术的不断涌现，远动技术必将得到更进一步的发展和应用。
一、远动系统的分类及作用
远动技术是指控制端（或称总机、主机、调度端）与被控制端（或称执行端、分机、从机、结点、终端）之间实现遥控、遥信和遥测技术的总称。综合应用了自动控制理论、现代通信技术以及计算机技术。用于实现远距离的在人（或机器）和机器之间交换信息的功能。以远程控制技术为基础构成的系统称为远动系统。
远动系统从不同的角度，有多种分类方法：
（一）按功能分类
按功能来区分，分为遥控、遥信和遥测系统。
1.遥控系统：对被控对象进行远距离控制的系统。
2.遥信系统：对被控对象的工作极限状态进行远距离测定的系统。
3.遥测系统：对被控对象中的某些参数进行远距离测量的系统。
（二）按信号产生和发送的方式分类
按信号产生和发送的方式来区分，分为非周期型远动系统和周期型远动系统。
1.非周期型远动系统：系统中信号的产生和发送是随机的，平时系统不动作，控制端要发送命令或执行端被控对象状态发生变化时，即有信息产生时整个系统才动作。
2.周期型远动系统：系统中不管信号是否有变化，或者说信息是否产生，整个系统都是处于循环不停的周期性工作状态中。
（三）按工作方式分类
按工作方式来区分，分为1∶1方式、1∶n方式和m∶n方式。
1.1∶1方式：是指一个控制端和一个执行端组成的系统；
2.1∶n方式：是指一个控制端对应n个执行端组成的系统；
3.m∶n方式：是指m个控制端和n个执行端组成的系统。
（四）按网络结构分类
按网络结构来区分，分为总线型、环形、星形、树形等。
（五）按远动系统采用的信道分类
按远动系统所采用的信道来区分，分为有线和无线远动系统。
（六）按被控对象所用元件分类
按被控对象所用元件不同来区分，分为有接点和无接点远动系统。
（七）按远动系统功能实现方式分类
根据远动系统是用硬件还是软件实现来区分，可分为布线逻辑式远动系统和软件化远动系统。
二、远动系统的工作原理
（一）遥控系统
遥控就是对被控对象进行远距离控制，使被控对象按所传递的命令去完成特定的功能。远距离控制的“远”是相对的说法，可以是几米远，也可以是几十到几百公里，还可以是几十万公里外。遥控系统由控制端、执行端和信道三部分组成，其系统组成如图1-1所示。
图1-1 遥控系统组成
控制端：发出控制命令的设备。
执行端：执行控制端命令的设备。
信道：连接控制端和执行端的通道，信号的运载工具。
控制端发出的控制命令是控制人员或计算机对被控对象发出的控制意图，控制端将非电量的控制意图变换成电信号，并进行编码，然后经过合适的变换，通过信道传递到执行端，执行端通过译码后，控制具体的被控对象。遥控系统工作原理框图如图1-2所示。
图1-2 遥控系统工作原理框图
命令形成：将操作人员的控制意图通过控制端设备变为控制命令。
编码：将控制命令按照双方约定转变为适合在信道中传输的信号，并具有一定的抗干扰能力。
信道：信号的运载工具。
译码：将从信道上接收的信号恢复成与原始命令相对应的执行命令，通过执行环节去操纵相应的被控对象。
执行：将接收到的控制命令变为被控对象能接收的动作。
对象：根据具体需求可以有1～n个被控对象。
（二）遥信系统
遥信是对远距离被控对象的工作极限状态（如：工作电压的超限与正常、信号机的开放与关闭、道岔的定位与反位、股道的占用与空闲等状态）进行远距离的测定，通常利用表示灯或表示设备监视被控对象的极限状态。遥信系统要反映被控对象的状态，所以它的信息源是在执行端，而接收信息的场所是在控制端，信息的传输方向是由执行端到控制端。遥信系统工作原理框图如图1-3所示。
图1-3 遥信系统工作原理框图
表示形成：对被控对象的极限工作状态信息进行采集，并形成相应的表示信息。
表示设备：系统用表示灯或计算机显示终端将被控对象的极限工作状态显示出来。
其他环节同遥控系统。
（三）遥测系统
遥测是对被控对象中的某些参数进行远距离测量。相对的远“距离”，可以近到几米，如高速旋转体内相关参数的遥测，也可以远离到几十万公里，如卫星和深空探测中的遥测。与遥信系统的区别是测量对象的参数是模拟量而不是数字量，如继电器的动作电压、轨道电路送受端电压、信号机的点灯电压等。遥测系统工作原理框图如图1-4所示。
图1-4 遥测系统工作原理框图
采集设备：对要测量对象的参数，通过采集设备不断地进行采集。
记录显示设备：系统通过计算机对采集的参数进行记录、处理，并在显示终端进行显示。
其他环节同遥控系统。
远动系统能进行远程控制、远程状态监视和远程参数测量，一个完整的远动系统的结构如图1-5所示。遥控、遥信及遥测可在同一信道上传送不同的信息，两个不同方向的信息可以同时传送，也可根据需要分时传送。信道一般分为有线信道和无线信道，有线信道如对称电缆、同轴电缆、光纤等；无线信道是利用空间的各个通信频段进行信息传播。
图1-5 远动系统组成
远动系统的主要任务，一是集中监视，提高安全经济运行水平，正常状态下实时监视系统工作状态，为系统最优运行方式提供依据；事故时，提供全面、系统的事故分析数据及状态，及时了解事故的发生和范围，加快事故处理进程。二是集中控制，提高劳动生产率，借助远程控制设备，实现无人化或少人化，改善劳动人员工作条件。
三、远动系统的性能指标
（一）系统设备可靠性
要保证远动系统设备的工作稳定性，就必须做到其硬件设备在技术要求所规定的工作条件下，能够保证实现其技术指标的能力。远动系统的工作稳定性直接与装置本身的可靠性有关，装置设备的一次误动或是失效都有可能引起严重的后果，造成生命和财产的损失。
系统设备的可靠性是指一般用平均故障间隔时间，即两次偶然故障的平均间隔时间来表示，要提高远动系统运行的系统可靠性，就要注意保证做到如下几点：
（1）针对系统应用的不同领域，制定合理的设计方案。应尽可能简化设备硬件，模块电路力求简单，并充分利用好软件的功能，提高系统运行的综合性能。
（2）远动装置由许许多多的组件所构成，包括：通信设备、计算机设备、检测电路模块等等，只有选用高质量的硬件产品，提高产品的加工技术水平，才能保证远动装置设备自身的产品质量。
（3）远动装置的工程安装与调试质量也影响到设备运行工作的可靠性，要注重加强对远动系统设备安装施工过程的质量管理与控制，提高工程质量。
（4）远动系统设备工作运行的温度、湿度和卫生环境条件必须得到满足，并为其提供可靠的工作电源。
（5）要定期对系统设备进行巡视、维护与检修，保证预防设备故障的出现。目前，我国自行设计生产的远动装置一般平均故障间隔时间要求控制端达到5000h以上，被控端达到8000h以上。
（二）信息传输差错率
远动系统在信息传输过程中，会因为受到设备自身或外界干扰源的干扰而出现信息传输错误。信息传输过程中的这种不可靠性通常用信息的差错率来表示：
信息传输中的差错率包括误比特率、误码率和误字节率，且常用误码率表示。在通常情况下，差错率要求在信噪比大于15dB时，误码率小于10-5。
（三）系统容量
远动装置的容量是指遥控、遥测及遥信功能所实现的对象数量。远动装置在设计初期就必须了解实际用户对系统容量的要求。同时，应考虑到遥控、遥测及遥信功能的可扩展性。随着计算机及网络技术的发展，远动装置还要根据社会生产的需求完成生产过程中的事件记录、数据处理、信息转发、安全监视等功能。
（四）实时性
远动系统信息的“实时性”是提高生产效率，加速事故处理，及时了解被控对象运行工作状态等情况的关键，这也是对系统显而易见的要求。“实时性”常用信息“响应时间”来衡量，它是指从信息发送端事件信息发出到信息接收端正确地收到该事件信息的这一段时间间隔。
（五）抗干扰能力
远动装置在运行过程中所受到的干扰主要指电磁干扰，受到外界或自身设备干扰的因素很多，如：雷电干扰、无线电波干扰、静电干扰、设备操作过程中的电磁干扰等。远动系统中最易受到干扰的部位是信道，而信道所受到的干扰主要是外界干扰源的干扰和在多路传输时信道间的路际干扰。
远动系统的抗干扰能力是指在有电磁干扰的情况下，远动系统仍能保证技术指标的能力。增加抗扰度的方法大致有两种：其一是在信道输入端适当变换信号的形式，使其不易受干扰的影响；其二是在接收端变换环节的结构上加以改善，使其具有消除干扰的滤波和补偿能力。
（六）兼容性及维修性
远动系统应具备较好的兼容性，选型设计时要考虑设备的规范化、系列化，要注重采用模块化结构，以便于硬件维护与检修。远动系统的主要性能指标对同一系统往往并非同时能够满足，其中存在着矛盾，因此需要权衡利弊，予以选择。