专利名称：一种基于互联网的分布式闭回路控制系统及其方法
技术领域：
本发明是关于一种闭回路控制系统，属于自动化控制领域，尤其涉及到一种基于互联网的分布式闭回路控制系统及其方法。
背景技术：
闭回路控制系统是各种自动控制的基本架构，主要应用于室内或某系统的温度控制、供水或供热的压力控制、液体或气体的流量控制、土壤或气体的湿度控制等场合。闭回路控制系统是通过监测单元采集受控系统的某一变量或一组变量作为控制计算的输入，通过比较预先设定的目标值或动态跟踪的目标值，以使受控制系统稳定工作在某一受控范围 之内。随着3C技术的迅速发展，特别是近几年移动互联网的快速发展，终端的处理能力变的越来越强大，网络的传输能力和可靠性也变得越来越高。将传统的闭回路控制系统与互联网无缝的衔接起来，实现基于互联网的智能化的可靠的闭回路控制系统，已经成为可倉泛。本着以上目的，作者通过一段时间的检索发现，真正适合推广应用的基于互联网构建的闭回路控制系统没有检索出一例，既使可以检索出来一些基于互联网类似的应用系统，但是由于受各种技术条件和成本的制约，也无法推广应用。这些检索出来的技术方案，大概可归结为如下三种第一种是基于GPRS/CDMA数传模块的技术，最典型的如申请号为200910015857. X的供水压力流量实时在线监控装置系统。该系统在技术实现上采用的就是GPRS/CDMA数传模块的这种方式，虽然可以实现远程实时的在线显示和远程遥控的目的，但通常仅适应于实现分散采集，集中控制的专业应用，这种技术使用成本很高，也并非是一个为闭回路控制而设计的系统。第二种是基于远程web的方式实现远程监控的目的，典型的如申请号为02111419. 6通过互联网实现智能家用电器设备远程控制的系统和方法。这种技术的成本比第一种要低，但这种技术的缺点也很明显家庭的主控设备-家庭网关，要么采用固定IP的方式，要么采用端口映射的方式，用户才能通过web实现对网关的访问。而且系统实现远程控制的方式，通常是通过点击web上的按钮来实现控制的目的，易用性差，同时也无法实现闭回路控制系统所具备的类似的功能。申请号为200510050699. 3基于Internet网络的电梯远程监测系统，也属于该技术。第三种就是基于公网固定IP的解决方案，如申请号为200610137069. 4远程自动化系统，为解决局域网内设备IP的问题，采用的是公网固定IP中转服务器+端口映射的方式，实现信息在互联网上的传输。但是主站计算机A要与局域网内的设备B实现信息的双向传输，A依然存在同样的问题。又如申请号201010596234. 9 一种称重式液位远程在线测控系统，遇到的问题也类似。这种技术方案，仅适合相对集中的专业化行业，来实现分散采集、集中控制的应用，不适合分布式采集与分布式控制的应用，同时，成本高和易用性差。
以上检索出来的这些技术案例，有如下共性系统的可靠性低、实时性差，直接限制了其在自动化控制领域的应用；而且智能化程度低、使用成本高，根本无法普及；再者，在自动化控制领域，传统的或当前技术条件下构建的这些系统，在移动互联网越来越普及的今天，已经无法真正适用于互联网环境下那些存在着广泛需求的、分布式的、以人为中心的、智能化的自动控制场合
发明内容
本发明的主要目的不仅是为了解决上述现有技术方案的不足，更主要的是要提供一个以人为中心的基于互联网的分布式闭回路控制系统及其方法，克服传统或现有的常用的闭回路控制系统仅限于现场或局域网之内的状况，以及当前远程自动控制技术，要么成本高、无法普及，要么实时性、可靠性差，难以满足闭回路控制系统的高可用性要求的状况。其结果，不仅可以解决了人们可以随时随地远程控制的问题，也可最大程度上提高远程控制的智能化和可靠性，帮助人们真正建立适用各种应用场景的、以人为中心的、分布式的、基于互联网的、智能化的自动控制系统，最终实现普适计算所倡导的以人为中心的计算，在自动化控制领域的应用和普及。首先，本发明根据受控对象的分布特征和可适用的场合，总结了三种典型的系统实现架构，见图I、图2和图3。其中图I是一种精简的最基本的分布式远程闭回路控制系统；图3则是为提高系统的可用性，在图I的基础上而构建的一种增强型系统实现架构图，适用于被控对象如类似城市供热系统、供水系统等区域垮度比较大的应用场合；图2这种架构适用于受控对象集中在特定空间或区域的场合，如具有远程调节功能的恒温库或更小的恒温室或恒温器等，图2是在图3的基础上为满足特定的应用而作的一种适用性修改，SP :图2中202监测单元的监测值，直接输入到203本地控制计算单元，而图3中307本地控制计算单元的监测值，则是位于网络远端的302监测单元提供的，经过303、306本地网关，转发到307本地控制计算单元。在实际的具体的应用中，除了以上这三种系统架构外，根据受控系统的特点和实施的条件、环境，可能还存在其它组合形式，如系统可存在多个控制端的问题、多个监测单元的问题等等，这些形式基本上都可以由图I、图2或图3推演出来，从本发明所提供的技术方案来看，并没有本质的区别。以上三个系统实现架构中，图3最能反映系统的分布式和高可用性这些特征，因此，本文将主要以图3为例，对本发明所提供的系统及其方法进行描述，并在一些地方对图I、图2进行必要的说明。本发明的技术方案是一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，包括受控系统、监测单元和控制执行单元，其特征是还包括网关、通信服务器、远程终端控制计算单元、本地控制计算单元和基于互联网的传输信道。上述基于互联网的分布式闭回路控制系统的监测单元、远程控制计算单元、本地控制计算单元和控制执行单元，至少有两个之间需要通过网关实现基于互联网的信息传输，网关之间、网关与远程控制计算单元之间的信息传输则采用基于互联网的通信服务器转发实现。本发明所提供的这种基于互联网的分布式闭回路控制系统各部分的功能及其实现方法，具体说明如下
1)301受控系统，主要是指被控制的对象，如室内或容器的温度、供热或供暖的温度或压力、工业生产过程中的计数或液体流量等等。2) 302监测单元，主要是指对受控系统某一特征变量或一组变量进行采集，并以一定的形式，如10、电压、电流、数字量等，按照约定的协议格式，经303、306本地网关，将监测到的数值信息传输到307本地控制计算单元；或经303本地网关，将监测到的数值信息发送给305远程控制计算单元。而图2中202监测单元则将监测到的数值直接传送给203本地控制计算单元。无论采用哪种形式、采用什么样的协议格式传输，均要求监测单元采集到的值能客观的反映受控对象的这一个特征当前的状态，能够让305或203控制计算单元能够正确的识别、解读。302监测单元与202监测单元相比较，需要具有更强的处理能力和通信功能。监测单元和本地控制计算单元或网关之间，可以通过串口或以太网接口或USB接口或无线接口直接相连，或通过以太网局域网、现场总线、无线网络实现彼此的信息传输，如 IEEE802. 3、IEEE 802. llx、CAN、Modbus、Prof ibus、DeviceNet、蓝牙、ZigBee 等，或将各自的功能集成在一个模块或处理器上实现。监测单元和本地控制计算单元之间，也可通过 网关实现基于互联网的信息传输。至于实际应用采用哪种连接方式，可根据应用场合和节点数量综合考虑。3)307本地控制计算单元，将接收到的302监测单元的监测数值作为输入参数，和内部预置的其它参数一起，按照某种逻辑进行计算，并生成控制指令。307本地控制计算单元将按照一定的规则或策略处理本控制计算单元的计算生成的控制指令和接收到的来自305远程控制计算单元的控制指令之间的关系。这里的规则或策略，主要是指，诸如:在远程闭回路控制+本地监测模式下，307本地控制计算单元的403控制计算逻辑功能模块生成的控制指令被旁路掉，不输出，仅用对307的控制指令进行比对、监测，在比较一致或在允许的误差范围内才允许输出307的控制指令；再如在远程监控+本地闭回路控制模式下，305远程控制计算单元不参与闭回路控制计算任务，仅负责对本地控制计算单元进行远程监控，闭回路控制计算任务由307本地控制计算单元负责，并生成控制指令；更常用的则是远程闭回路和本地闭回路双控模式，系统的控制指令由305远程控制计算单元和307本地控制计算单元分别独立计算并生成，系统将这两个不同的计算结果相比较，在满足一致或在允许的误差范围内，再按照约定的规则有选择的输出，如按照优先级、或的关系、与的关系等。如果系统对实时性有特殊的要求，可规定最长的等待时间，若在规定的时间内307本地控制计算单元无法获取到远程305远程控制计算单元生成的控制指令，则旁路掉305远程控制计算单元的本次生成的控制指令，仅将307本地计算单元生成的控制指令输出；系统也以采用开路控制模式，由人直接在本地或远程控制计算单元上生成控制指令，并输出。无论采用哪种系统工作模式，最终，输出给308控制执行单元执行控制任务。另外，本单元也可实现接收、处理305远程控制计算单元对307本地控制计算单元的系统工作参数的设置指令，或其它管理指令；同时，也可将本单元的运行状态、工作参数等信息发给305远程控制计算单元，进行显示，可以采用主动传送的方式，也可采用查询-响应的方式。4)308控制执行单元，接收307本地控制计算单元或305远程控制计算单元发过来的控制指令，执行控制任务。308控制执行单元与网关或本地控制计算单元之间，可通过串口或以太网接口或USB接口或无线接口直接相连，或通过以太网局域网或现场总线或无线网络实现彼此的信息传输，如IEEE 802. 3、IEEE 802. llx、CAN、Modbus、Profibus、DeviceNet、LonWorks、蓝牙、ZigBee等,或将各自的功能集成在一个模块或处理器上实现。5)303与306本地网关，在系统功能上完全一致，即在通信服务器的协调和支援下，完成对所 配置通信对象之间的双向的实时的信息传输。本网关与常见的其它形式的网关最大的不同在于基于ID的信息传输，每个网关或远程控制计算单元都拥有各自的ID，该ID由通信服务器负责分配和管理，并在通信服务器的支援下，依据彼此的ID实现信息的传输，这些拥ID的设备单元，可以位于局域网之内，不需要公网IP地址，也不用在其所连的局域网与互联网之间的路由器做端口映射，只要能获得局域网内的IP地址即可。该网关在首次使用前，需要已经在通信服务器上注册过，并获得唯一的一个ID号，系统一旦配置好，只要接入可以接入互联网的网络，303或306本地网关凭其持有的这个ID号与304通信服务器建立通信，持续的获得304提供的服务，如303可以获得所配置通信对象305、306当前的在线状态信息，再如303可通过304实现303与305之间的信息的传输等。与网关相连接的设备，如监测单元或本地控制计算单元或控制执行单元或远程控制计算单元等，可通过串口或以太网接口或USB接口或无线接口直接相连，或通过以太网局域网或现场总线或无线网络实现彼此的信息传输，如IEEE 802. 3、IEEE 802. llx、CAN、Modbus、Profibus、DeviceNet、LonWorks、蓝牙、ZigBee等,或将各自的功能集成在一个模块或处理器上实现。网关与连接其上的监测单元或本地控制计算单元或控制执行单元或远程控制计算单元，与另一个网关与连接其上的监测单元或本地控制计算单元或控制执行单元或远程控制计算单元，或与具有独立ID的远程控制计算单元，采用网关ID或ID+端口映射的方式实现网关与网关之间或网关与远程控制计算单元之间的信息透明传输，对于直接或间接连接在不同网关上的这些设备单元，则采用统一的id标识方法进行识别。6) 304通信服务器该服务器通常通过固定的IP连接在公网上，也可通过域名的形式为303、306、305提供服务，一旦303或306本地网关、305远程控制计算单元接入互联网，便自动登陆到304通信服务器，通过该通信服务器，在这些诸如303、306、305等不同通信对象设备之间实现实时的信息传输。7)305远程控制计算单元根据303本地网关转发过来的302监测单元监测到的现场实时监测数值，和本控制计算单元预先设置的参数或指定的追踪的参数，按照某种逻辑进行计算，并生成控制指令，经306本地网关转发给307本地控制计算单元，由307本地控制计算单元解析、处理后发给308控制执行单元，对受控系统进行控制。此外，本远程控制计算单元能够对307本地控制计算单元的各种工作参数实现远程设置的功能，如307的A0、A1、A2等，这些参数的具体功能可根据需要定义，如A0可定义为控制参数上限，Al可定义为控制参数下限，A2可定义为控制器预设的追踪值。还能够对307工作模式进行远程选择控制；也能够对307设备运行状态进行远程的管理和控制，如远程重启、状态监测等；能够实现开路控制模式，直接由人实施远程控制，或运行于系统闭回路控制模式等；一个远程控制计算单元所在的计算平台能够同时运行多个闭回路控制系统等功能。此外，如图I所示，105远程控制计算单元也可经106本地网关直接转107控制执行单元。远程控制计算单元不限于手机、PC、平板、上网本等常见的终端，而且还可以包括其它可接入互联网实施控制的设备，这些设备可直接接入移动互联网、互联网，或通过局域网接入互联网，或通过网关接入局域网再接入互联网。
综上，I)中的301、2)中的302、3)中的403、4)中的308，这几部分的具体的设备
或实现方法与传统的自动控制系统中同样功能的设备和方法基本一致，仅用以在本发明提供的系统技术架构下，与其它构成部分一起组合而成为新的基于互联网的分布式闭回路控制系统，该技术方案与传统的闭回路控制技术相比，有着突出的实质性特点，特别是在基于互联网、分布式自动化控制领域方面，有着显著的进步。再次，根据系统技术实施环境和条件，系统可选择工作在如下几种模式或其组合模式远程监控+本地闭回路控制模式、远程闭回路控制+本地监测模式、远程闭回路和本地闭回路双控模式、系统开路模式、远程单闭回路控制模式，以上几种工作模式，可基于不同的系统结构实现，可根据需要对不同模式所具备的不同的功能进行组合，这些工作模式之间可在线切换，不同模式的安全级不同，适用的环境和对象也不同A :远程监控+本地闭回路控制模式即系统采用本地闭回路控制模式，远程控制 单元不参与闭回路控制计算任务，仅负责对本地控制单元进行远程监控、管理和参数设置等，也可直接对控制执行单元进行远程控制。这种模式适合于闭回路控制周期短，实时性有严格要求的场合，其可靠性与传统的单通道闭回路控制系统在一个级别，为了满足工业现场更高级别可靠性的要求，也可以采用双本地闭回路控制系统，即远程监控+双本地闭回路控制模式。B :远程闭回路控制+本地监测模式即闭回路控制所需要的控制计算任务由远程控制单元负责计算，本地控制单元负责对远程控制计算单元的计算输出结果进行检查，满足一定的可靠性或其它条件才能输出。这种模式适应于闭回路控制周期大于远程控制计算单元处理时间+互联网传输延时的场合，实时性方面不如A高，在可靠性方面接近于传统的单通道闭回路控制系统。如果追求成本，也可不设本地控制计算单元，采用具有通信功能的控制执行单元，直接接入本地网关，只实现远程闭回路控制，见图I所示。C :远程闭回路和本地闭回路双控模式既远程控制计算单元或本地控制计算单元，其控制计算的输入参数为监测单元对受控系统的监测值，这两个计算单元相互独立，分别完成各自的计算任务，并生成各自的控制指令。系统对这两个计算结果比较一致或在允许的误差范围内或其它约定的关一系处理后，才输出控制指令，其计算生成的控制指令最终发给控制执行单元，执行对受控系统的控制。这种模式对控制周期也有要求闭回路控制周期大于远程控制计算单元处理时间+互联网传输延时，由于系统采用的是实时的通信服务器技术，对于一般的应用场合，网络的传输延时基本上可以忽略；其可靠性方面要高于传统的单通道闭回路控制系统；成本本则接近A模式。D :系统开路模式即远程控制单元或本地控制单元，可通过人工操作，实现对受控制对象进行控制。这种模式比较简单，对实时性没有特别的要求，无须闭环控制，仅需要具备远程监控功能，实现人工操作的，且不需要复杂计算的分布式场合。如果对系统的安全比较关注，可保留本地控制计算单元所，专门用于可靠性检测和计算；如果追求成本，则可采用具有通信功能的控制执行单元，直接接入本地网关，只实现远程闭回路控制。E :远程单回路控制模式，即系统的控制指令由远程控制计算单元计算产生，通过网关直接发给控制执行单元进行，该模式下系统不设本地控制计算单元，见图I所示。最后，这种基于互联网的分布式闭回路控制方法，所述实现方法由如下几个主要步骤组成a)正式工作前的各种配置管理工作，包括ID分配、通信对象配置、网关端口配置、监测单元或本地控制计算单元或控制执行单元的id分配和配置等各项初始配置管理；b)监测单元通过监测受控系统而获得监测值，然后通过互联网或以太局域网或现场总线网络或采用直连的方式，将监测值发给远程控制计算单元或本地控制计算单元；c)远程控制计算单元将把收到的监测值作为输入，与预先设定的值进行比较、计算，并生成控制指令；d)或本地控制计算单元也将把收到的监测值作为输入，与预先设定的值进行比较、计算，并生成控制指令； e)如有必要，可将远程控制计算单元生成的控制指令，发给本地控制计算单元相应的功能模块，由该功能模块对收到的远程控制计算单元生成的控制指令与本地控制计算单元生成的控制指令，进行比较，在比较一致或在允许的误差范围内后，再按照约定的规则决定是否输出控制指令，或决定输出哪个控制指令；f)或将远程控制计算单元的控制指令或本地控制计算单元的控制指令，直接发给控制执行单元；g)控制执行单元接收控制指令，并按照控制指令实施控制任务；h)此外，远程控制计算单元，可对收到的监测单元的监测值和本地控制计算单元的工作状态、工作参数、系统参数等进行显示，也可以对本地控制计算单元的工作参数和系统参数进行设置。综上，通过对本发明所提供的技术方案及实现过程的描述，我们可以总结出如下几个主要特点I)本发明是一个以人为中心的分布式远程控制系统系统利用基于互联网的智能设备，如手机，作为远程控制计算平台，并依据接收到的远程现场采集到的实时数据参数作为主要输入，通过某种逻辑计算，生成控制指令，可以实现远程跨互联网的闭回路控制和智能控制。即非传统的局限在某特定区域或空间的闭回路控制，也非当前技术条件下常见的基于互联网的控制应用。2)本发明技术先进系统采用基于互联网的实时的通信服务器，构建闭回路控制系统，在其所属的自动化控制领域系属首创，该方案特别适用于普适计算所倡导的以人为中心的计算在自动化控制领域的应用，特别适应于分布式控制场合。在这些方面该方案具备非常强的开拓性。3)本发明系统可靠性高、适用性强系统采用两级控制，多种控制工作模式可灵活选择、组合，可以将传统的本地闭回路控制模式和基于互联网的分布式闭回路控制模式良好的衔接起来，实现既有系统的平滑过渡，在系统可靠性方面，达到或超过一般传统闭回路控制系统的要求；而且，系统极其灵活的构成和工作模式，可以满足不同层次或场景的绝大多数远程自动控制的应用需求，适用性很强，相对于当前已有的基于互联网的技术方案，由质的区别。4)本发明系统使用成本低
以个人移动终端为计算平台，采用自动化领域常见的现成的监测和控制执行设备，和改进的兼容本地闭回路控制的控制器，与其它部分一起构成闭回路控制系统；而具备十几万并发节点处理能力的通信服务器，则可以满足成千上万个公众的应用需求，和类似比率的成本分摊，系统的使用成本显而易见。5)系统使用方便、易用、可维护性好本地网关可位于局域网之内，动态获取IP地址即可，不需要固定的IP地址，也不需要做端口映射，一旦首次配置好既可实现即插即用。6)与其它一般常用的基于web的远程控制技术相比，本发明无论是在实时性、可靠性方面，还是在智能化方面，都有着显著的进步。
图I为本发明构建的一种基本的闭回路控制系统结构框2为本发明构建的一种实用的闭回路控制系统结构框3为本发明构建的另一种实用的闭回路控制系统结构框3为图2中本地控制计算单元203的内部功能结构框5为依照本发明内容所列举的某一具体实施实例实现过程流程6为依照本发明内容所列举的某一具体实施实例控制管理信息流程图
具体实施例方式为了让本发明的上述目的、系统特征、实现过程和优势等便于理解，特以附图3这种架构为例，举一简单的实施实例，与相关附图一起，作详细说明。该实例的应用场景如下北方某供暖系统，热力站与终端用户跨度比较大，为了精确调整某支路供热质量，在某支路的末端用户处安装一个302监测单元，即一个具备串口通信能力的数字温度传感器，连接至303本地网关的一串口上，303直接接入用户宽带局域网；在热力站支路热力入口处，安装一个308控制执行单元，即流量控制阀；307本地控制计算单元负责本地闭回路控制计算，并生成308的控制执行指令，307通过一串口连接至306本地网关的一串口上，306直接接入热力站的宽带局域网；305为维护人员用于远程监测控制、调节的移动终端，可以是智能手机、平板、PC，也可以是其它可以接入互联网的控制计算设备。首先，系统在使用前需要做如下的配置管理工作1)10分配303、305、306这三个对等的通信实体各自的唯一的ID号，需要由管理人员在通信服务器上提前分配好，或通过事前自行注册获取，然后在各自的设备中绑定，系统一旦上电启动便会自动登陆到通信服务器。本实例中303、305、306各自的ID号分配情况见图3。2)通信对象配置303、305、306这三个通信设备之间，要建立逻辑通信信道，如图3，303ID3不仅要与305ID1建立通信，还需要与306 ID2之间建立通信；此外305ID1还需要与306ID2之间建立通信。这些通信对象之间的匹配关系，在正常工作前必须在网关配置好，可以采用配置文件的形式，也可以采用设备内置WEB配置管理的方式实现。3)网关端口配置303通过某串口连接302，303要将302的监测数值，传输给306某一端口所连的307，必须在303预先指定，即在303所连接的302的串口上进行目的端口配置，采用的形式则是目的ID号+目的端口号，如果信息的目的地是对象305，则仅指定ID号即可。4)感知层通信设备id分配为便于理解，可以将整个系统可以划分为两层，网络层和感知层，其中如303、305、306这三个通信设备属于一个单独的域，即网络层；如302、307这两个通 信实体、设备属于另一个单独的域，如果307与308通过总线的形式连接，也包括308 ;域内不同通信实体之间要相互通信，需要指定目的id号和源id号。本实例中307,308各自的id号分配情况见图3。在实际应用中，可能存在多个302要与多个307通信的需求情况，可参照使用或直接采用MODBUS或DeviceNet的实现方式，而对于实时性和可靠性要求比较高的场合，建议开发私有的安全协议，因为这些传统的协议在数据报文的实时性和数据重传等方面，目前还存在不足。不管采用哪种方式，感知层这些通信实体的ID分配、识别和管理工作，都应该由感知层的设备来处理。本实例中302发送的报文，应包含自己的idl、目的id2和监测到的数值信息，以及其它的附件信息，如校验、帧长、帧类型等，一起按照约定的格式发给303，303依据端口配置信息，将接收到的302信息直接打包发给305和306，307和305将按照同样的格式对接收到的信息进行解析。至此，整个系统中不同层次的通信设备之间的信息的交换和传输体系，便建立起来了。其次，针对该实例，配合附图5，对整个实例的实现流程再做进一步的描述I)首先，基于步骤501 :数字温度传感器idl采集供热温度，然后对这些采集到的数值进行预处理。2)步骤502 :预处理完毕后，根据系统的配置信息，如实例中idl采样值目的地为id2，按照约定好的帧格式，打包发给本地网关，常用的帧格式为id2+idl+帧类型+信息长度+信息，也可包含校验值、时标等信息。3)步骤503 :本地网关ID3—旦接收到idl发送过来的信息，网关就根据端口配置情况决定转发对象，一个端口可以配置若干个目的ID或ID+端口号，如本实例在端口上应配置远程目的ID :ID2+端口号和IDl。4)步骤504 :本地网关ID3直接将接收到的idl的报文，采用诸如ID2+端口号+ID3+[id2+idl+帧类型+信息长度+信息…]…的协议格式，直接打包成新的报文，经通信服务器转发给ID2网关和IDl远程控制终端。5)步骤505 ID2网关对接收到的IDl的报文进行解析，根据解出来的端口号，将报文的[id2+idl+信息长度+信息…]转发到指定的端口。6)步骤506 id2对接收到的网关ID2转发过来的报文进行解析，识别出idl和采样数值信息等，然后将采样数值作为主要输入参数，并根据预先设置的A2目标参数，由403功能模块按照一定的逻辑进行计算，然后将计算的结果传输到id2内部的405功能模块做进一步的处理.7)步骤507 ID3本地网关，将接收到的idl的报文，采用诸如IDl+ID3+[id2+idl+帧类型+信息长度+信息…]…的协议格式，直接打包为新的报文，经通信服务器转发给IDl。
8)步骤508 :远程控制计算单元的ID1，对收到的ID3网关的数据报文进行解析，将解析出的idl的温度采样数值作为主要输入参数，根据预先设置的目的BI参数，按照一定的逻辑进行计算。9)步骤509 =IDl远程控制计算单元将计算的结果，按照诸如ID2+端口号+ [id2+IDl+帧类型+信息长度+信息…]…的协议格式，打包成新的报文，经通信服务器转发给ID2网关。10)步骤510 ID2网关，对接收到的IDl发过来的报文进行解析，根据解析出来的端口信息，直接将id2+IDl+帧类型+信息长度+信息…等字段,发往该端口，并由该端口输出·11)步骤511 id2本地控制计算单元，对接收到的网管ID2转发过来的报文进行解析，如果是参数设置指令，则对相应的参数作设置处理；如果是控制计算结果，则传输到id2的405功能模块，做进一步的处理.
12)步骤512 id2的405模块接收IDl远程控制计算单元的计算结果和id2内部405功能模块的计算结果，并根据id2当前的系统工作模式决定是采用远程控制模式还是本地控制模式；如果是远程控制模式，即实现基于互联网的远程闭回路控制.13)如步骤515 :首先对IDl的计算生成的控制指令和id2中405的计算生成的控制指令进行有效性检查，如果计算结果超过系统参数的保护值，则告警，并丢弃；如果当前的工作模式需要旁路掉405的输出结果，则不输出；如果IDl的计算结果超时则丢弃；当确保IDl的计算结果符合要求后，由id2的405模块将控制指令从输出端口输出·14)如步骤514 :如果id2在约定的时间内无法获取到IDl的信息，系统将自动切换到本地控制模式。id2中405功能模块首先需要对403的计算结果进行有效性检查，如果计算结果超过系统参数的保护值，则告警，并丢弃；当确保403的计算结果符合要求后，将计算结果转换为308相应的控制指令，由id2的405模块输出端口输出.15)步骤515 :308控制执行单元，即流量控制调节阀，根据收到的控制指令调节控制阀的开度，来决定支路供热流量的输入的大小，最终达到精确调节支路供热温度的目标.综上的这种调节方法，不仅仅适用于单个供热支路的恒温调节，还可以根据不同的时段随时对系统各不同的支路做出不同温度的调整，而不用担心这种供热系统的区域跨度有多大。与传统的调节方法相比，无论是在智能化方面，还是在成本上、精确度上、可维护性上，还是区域跨度上，都有质的飞跃。再次，为了提高系统的可用性，通常还需要一些管理信息流在305远程控制计算单元和307本地控制计算单元之间传输，这些管理信息流通常分为两类一类是对307本地控制计算单元的工作参数或工作模式远程设置调整的信息流；另一类则是305远程控制计算单元从307查询获得的当前的工作参数或工作模式、系统当前状态等系统运行信息。以下以图6为例，作简要的说明I)步骤601 :305远程控制控制计算单元IDl，按照一定的格式，向307发送查询指令，如可采用如下格式ID2+端口号+id2+IDl+帧类型+长度+查询命令等其它附加字段.2)步骤602 :306本地网关ID2对接收到的305发过来的指令进行解析，根据解析出来的端口号，将解析后的信息id2+IDl+帧类型+查询命令等其它附加字段，转发到该端π3)步骤603 307本地控制计算单元id2，将接收到的306转发过来的305远程控制计算单元的查询命令进行解析，根据约定的命令内容，收集本控制单元的相关的参数，然后将这些参数，按照一定的格式，发给306本地网关，如可采用包含如下内容的格式IDl+id2+帧类型+信息长度+信息等其它附加字段4)步骤604 :306本地网关ID2对接收到的307发过来的指令进行解析，根据目的IDl，将[id2+帧类型+信息长度+信息等其它附加字段]，经通信服务器转发给305.·
5)步骤605 :305远程控制计算单元IDl，将按照约定的格式[id2+帧类型+信息长度+信息等其它附加字段]进行解析，将解析出来的信息通过GUI显示处理.以上仅是以本发明提供的系统架构图3为基础，就其具体的实现过程，为读者能更好的理解本发现提供的方法、系统特征、实现过程和优势等给了简单的描述.但是，要想更好的实现本实例中所提到的受控对象，还需要在新的技术条件下，深入的研究系统供热规律和特点，建立更好的方法模型，不断优化系统的调节算法，才能达到最终的目的，不过这些内容已经超过本发明所提供的内容范围了。综上所述，我们可以看到本发明提供的这种基于互联网的分布式闭回路控制系统及控制方法，是一种以人为中心的基于分布式的自动控制系统，与传统的自动化控制领域的控制模式不同，系统实现架构不同，有着突出的实质性特点，特别适用于被控对象区域跨度大，和对可靠性、实时性要求比较高的远程控制系统，尤其是需要闭回路控制的场合。在这方面与传统的控制方法相比，有着显著的进步。本发明的实施也具有如下效果该发明原理技术实用性强，实施方便，成本低，扩展性好。
权利要求
1.一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，包括受控系统、监测单元和控制执行单元，其特征是还包括网关、通信服务器、远程终端控制计算单元、本地控制计算单元和基于互联网的传输信道。
2.根据权利要求I所述的一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，其特征在于该系统的监测单元、远程控制计算单元、本地控制计算单元和控制执行单元，至少有两个之间需要通过网关实现基于互联网的信息传输，网关之间、网关与远程控制计算单元之间的信息传输则采用基于互联网的通信服务器转发实现。
3.根据权利要求I所述的一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，其特征在于所述的远程控制计算单元或本地控制计算单元，其控制计算的输入参数为监测单元对受控系统的监测值，这两个计算单元相互独立，分别完成各自的计算任务，并生成各自的控制指令。系统对这两个计算结果比较一致或在允许的误差范围内或其它约定的关系处理后，才输出控制指令，其计算生成的控制指令最终发给控制执行单元，执行对受控系统的控制。
4.根据权利要求I所述的一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，其特征在于所述的系统中的每个网关或远程控制计算单元都拥有各自的ID，该ID由通信服务器负责分配和管理，并在通信服务器的支援下，依据彼此的ID实现信息的传输，这些拥ID的设备单元，可以位于局域网之内，不需要公网IP地址，也不用在其所连的局域网与互联网之间的路由器做端口映射，只要能获得局域网内的IP地址即可。
5.根据权利要求I所述的一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，其特征在于所述的网关与监测单元或本地控制计算单元或控制执行单元或远程控制计算单元，通过串口或以太网接口或USB接口或无线接口直接相连，或通过以太网局域网或现场总线或无线网络实现彼此的信息传输，如 IEEE 802·3、ΙΕΕΕ 802. llx、CAN、Modbus、Profibus、DeviceNet、LonWorks、蓝牙、ZigBee等,或将各自的功能集成在一个模块或处理器上实现。
6.根据权利要求I所述的一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，其特征在于所述的网关与连接其上的监测单元或本地控制计算单元或控制执行单元或远程控制计算单元，与另一个网关与连接其上的监测单元或本地控制计算单元或控制执行单元或远程控制计算单元，或与具有独立ID的远程控制计算单元，采用网关ID或ID+端口映射的方式实现网关与网关之间或网关与远程控制计算单元之间的信息透明传输，对于直接或间接连接在不同网关上的这些设备单元，则采用统一的id标识方法进行识别。
7.根据权利要求I所述的一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，其特征在于所述的远程控制计算单元可为手机、PC、平板、上网本和其它可接入互联网实施控制的设备，这些设备可直接接入移动互联网、互联网，或通过局域网接入互联网，或通过网关接入局域网再接入互联网。
8.根据权利要求I所述的一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，其特征在于所述的监测单元和本地控制计算单元之间，通过串口或以太网接口或USB接口或无线接口直接相连，或通过以太网局域网、现场总线、无线网络实现彼此的信息传输，如IEEE 802.3、IEEE802. llx、CAN、Modbus、Prof ibus、DeviceNet、蓝牙、ZigBee 等，或将各自的功能集成在一个模块或处理器上实现，或通过网关实现基于互联网的信息传输。
9.根据权利要求I所述的一种基于互联网的分布式闭回路控制系统，其特征还在于所述的系统具有如下几种基本的工作模式可灵活选择远程监控+本地闭回路控制模式、远程闭回路控制+本地监测模式、远程闭回路和本地闭回路双控模式、系统开路模式、远程单闭回路控制模式，以上几种工作模式，可基于不同的系统结构实现，可根据需要对不同模式所具备的不同的功能进行组合。
10.根据权利要求I所述的一种基于互联网的分布式闭回路控制方法，其特征在于所述方法由如下几个主要步骤组成 1)正式工作前的各种配置管理工作，包括ID分配、通信对象配置、网关端口配置、监测单元或本地控制计算单元或控制执行单元的id分配和配置等各项初始配置管理 2)监测单元通过监测受控系统而获得监测值，然后通过互联网或以太局域网或现场总线网络或采用直连的方式，将监测值发给远程控制计算单元或本地控制计算单元； 3)远程控制计算单元将把收到的监测值作为输入，与预先设定的值进行比较、计算，并生成控制指令； 4)或本地控制计算单元也将把收到的监测值作为输入，与预先设定的值进行比较、计算，并生成控制指令； 5)如有必要，可将远程控制计算单元生成的控制指令，发给本地控制计算单元相应的功能模块，由该功能模块对收到的远程控制计算单元生成的控制指令与本地控制计算单元生成的控制指令，进行比较，在比较一致或在允许的误差范围内后，再按照约定的规则决定是否输出控制指令，或决定输出哪个控制指令； 6)或将远程控制计算单元的控制指令或本地控制计算单元的控制指令，直接发给控制执行单元； 7)控制执行单元接收控制指令，并按照控制指令实施控制任务； 8)此外，远程控制计算单元，可对收到的监测单元的监测值和本地控制计算单元的工作状态、工作参数、系统参数等进行显示，也可以对本地控制计算单元的工作参数和系统参数进行设置。
全文摘要
一种基于互联网的分布式闭回路控制系统及其方法，主要包括受控系统、监测单元、本地控制计算单元、控制执行单元、本地网关、通信服务器、远程控制计算单元，所述的监测单元监测受控系统的某一变量，然后将监测值通过本地网关传送给分布在互联网上的本地或远程控制计算单元，本地或远程控制计算单元，将收到的监测数值作为输入与系统预先设定的目标值进行比较，分别完成各自的计算任务，并生成各自的控制指令，其计算生成的控制指令按照一定的逻辑关系处理后输出给控制执行单元，执行对受控系统的控制。本发明具有如下特点基于互联网实现的分布式闭回路控制系统，系统实时性好，可靠性高，适用性强，实施方便，成本低，扩展性好，市场前景广。
文档编号G05B19/418GK102915017SQ201210427868
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者颜士博, 丁明云 申请人:颜士博