技术领域  本发明涉及智能控制技术(Intelligence Control Technology)、网络技术(NetworkTechnology)、多媒体技术(Media Technology)、信息技术(Information Technology，IT)、计算机通信技术(Compunication Technology)、机电一体化(Mechatronics)技术、数据库技术(Database Technology)、互联网(Internet)技术、人工智能(Artificial Intelligence，AI)技术、无线电技术、物流技术等。

物网将信息流和“物流”通过互联网有机结合起来。物网也称为物联网络(或者物联网)、自动网络、传感网络、智能网络、绿色网络等。物网将广泛应用于各行各业智能应用和/或网络业务(Network Server)。物网利用公用网络(一般指互联网)，实现人和/或物和/或机器的安全通信、自动控制和广泛联系。物网将广泛应用于利用互联网安全可靠开展业务(应用、工业、旅游、建筑、农业、商务、政务等)的一切领域。

背景技术  开环控制系统是指输出量对起控制作用的输入量没有影响的系统。其信号单方向传递。

闭环控制系统是指输出量对起控制作用的输入量直接影响(负反馈)的系统。其作用信号按闭环传递。

可编程序控制器(programmable logic controller，PLC)是以微处理器(microprocessor)为核心的一种通用型的工业控制装置；能够替代传统的继电逻辑器件；与一般的控制系统类似，由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。它的输入部分是用来收集和存储被控制对象的实际数据和信号；逻辑部分是处理输入的信息，参照被控制对象的需求而作出相应的反应，并将该反应送至输出部分；输出部分是向被控制对象提供其所需的执行信息，使其完成相应的动作。它具有算术运算、模拟量处理、可扩展性、通信和联网等特殊功能。工业PLC的高可靠性和适应恶劣工业环境的能力，是自动化技术的重要设备。

PLC具有逻辑运算、计数、计时、模拟控制、数据处理和存储等功能，是不可缺少的自动控制装置；通过编程可改变其控制功能。控制程序是由编程器完成后送入PLC微处理器的存储器内，可从存储器中读出、检查和修改。编程器用来输入、检查、修改控制程序和监视PLC的运行状态。

能将计算机类设备连接到计算机网络的，并且具有处理信息流、包(packet)或者帧(frame)等在网络传输与接收中的所有各种功能的集成电路芯片，就是一种接口电路。它也适用于计算机或者网络之间的相互连接。

微型计算机(personal computer，PC机)是自动控制系统的核心，其硬件和软件可实现各种自动网站的控制功能。其中应用最广泛是工业微型计算机(industry personal computer，IPC)，也称为工业控制计算机。这种微型计算机的最大特点是改善了人机接口界面。

微型计算机不仅具有性能稳定、运算速度快等优点，而且还具有高可靠性、环境适应性强的特点。

工业控制计算机能够在自动控制的恶劣工业环境中可靠运行；能够与传感器、采集器、检测器、执行机构或设施等接口直接连接；是完成各个自动化设备的测控和管理任务的工业系统的微型计算机系列。它可用于工业生产现场，完成生产过程的实时数据采集、实时处理及实时控制任务，也可作为生产过程的一个有机组成部分，完成生产过程的控制任务。

嵌入式单片机不同于通用计算机。通用计算机具有完善的人-机接口界面；增加某些开发应用程序和环境，即可进行对自身功能的开发。

嵌入式单片机本身不具备自开发功能；设计完成之后，用户一般不能对其中的程序修改，必须有一套开发工具和环境才通进行开发。它对计算机技术之外的各个行业的专门技术要求比较多；因此开发工具应当具有简单易学、方便应用、可靠和高效率等特点。

铂电阻或热敏电阻的温度传感器可以自动测量大气温度，对农业、经济、服务业等具有重大意义。

无线电可以用于传输信息。每个移动终端都是一部无线电台，但发射功率不大，灵敏度不高。它们之间的通信依靠功率大的固定无线电台转接。这种固定的电台称为访问台(Access Point，AP)。

多媒体监控系统，其终端与传输设备采用模拟技术，设备庞大、连线复杂、操作维修不便，不利于系统的程序化控制，难以利用传统的通信网络(LAN、PSTN、ISDN等)进行数据传输，实现远程控制。

单位建立专用广域网，必需通过租用昂贵的专线或者采用虚拟专用网(Virtual Private Network，VPN)技术。租用昂贵的专线对单位是沉重的经济负担。安全性是VPN的一个重大问题。

各种设备自动化系统(Building Automation System，BAS)，不能直接通过互联网进行安全和可靠地互操作(Interoperability)。它的信息传输和自动控制，已经跟不上时代进步的要求和技术变革的步伐。

“云安全(Cloud Security)”系统需要解决四大难点：需要海量的客户端、需要专业的反病毒技术和经验、需要大量的资金和技术投入、必须是开放的系统而且需要大量合作伙伴的加入。

由人工或控制装置使被控对象按照一定要求状态变化的操作，称为控制；它分为人工控制和自动控制。

控制功能包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

发明内容  本发明任务是将各个优机网络或自动网站；分别直接(或分别通过辨机)，与同一个公用网络互联而细成它们能互操作的电脑网络；其中控制装置或电子控制器件，能控制电子装备生产或应用等。

能够对被控制对象执行自动化操作、监控和管理的计算机类器件，称为电子控制器件。例如微型计算机(PC机)、可编程控制器(Programmable Controller，PLC)、可编程调节器、芯片等。

借助某些辅助部件与被控制对象相联系的并可以对其获得一定控制目的和特定控制功能的计算机控制的装置，称为具有控制功能的装置，简称控制装置(图5)。这里的辅助部件主要指输入和输出接口、采集器和执行装置等；计算机通常指数字计算机，可以是各种规模的计算机，如从微型到大型的通用或者专用计算机。与被控制对象之间的联系和部件之间的联系，可以是有线方式，如模拟信号或数字信号通过电缆进行联系；也可以是无线方式，如无线电波、微波等。控制目的和功能，可以是使被控制对象的状态或运动达到某种要求，也可以是达到某种最优化的目标。所有这些不同类型的信号都要经过处理，以匹配计算机和动力设备的接口需要。一般由PC机作为控制装置的控制器。它还可以包括遥控器、传感器、伺服系统。

控制装置和/或电子控制器件及其连接线路(包括工业线路、通信线路等)与至少一台通用计算机或微型计算机，采用网络拓扑结构所组成的局域网(可以是无线局域网)，称为自动网站。

与同一个公用网络互联的专用网络和/或自动网站之间能够安全和可靠地互操作(Interoperability)而组成的互联网络，称为智能电脑网络(Intelligent Personal Computer Network)；简称电脑网络(图1)。电脑网络(Personal Computer Network)也称为PC网络。它使人们从其一个网络转到另一个网络上，不必考虑操作系统的兼容性。JAVA是一种跨平台高级编程语言。它屏蔽了计算机操作系统和硬件的细节。PC网络是一个具有分布式集成化(Integrated)开放性(Openness)网络的复杂系统(Complex Systems)。

由一组具有特定工艺和功能的组件在确定范围内所组成的具有生产或应用功能的由通用计算机控制的对象或系统，称为具有生产或应用功能的由计算机控制的装备，简称电子装备。电子装备的范围很广，包括各行名业的电子生产设备、电子机械装置、电子交通工具、电子实验装置、机器人、电子仪器仪表、电子家电、电子玩具、电子旅游、家庭电子设施、单个智能机器或单个电子设备等。

电脑网络及其控制的电子装备共同组成的系统，称为物与物之间的互联网络(或物联网)，简称物网。其中物包含“物流”中的物、电子机器、人-机接口界面、无线移动终端、电子装备、电控设备、IC卡等。

以下所谓的公用网络，一般指互联网(Internet)、其他的公用有线网络和/或公用无线网络。

无线终端、访问台、无线计算机类设备、无线交换机和路由器等，都自含有天线和无线收发控制装置。

若干通用计算机、控制装置、电子控制器件、自动网站等按照拓扑结构组成的网络中，配备最优的或者人为指定的一台主机(Host)，称为该网络中优势功能计算机，简称为优机(图1)。该网络称为优机网络。优机网络是一种专用网络；可以是局域网、城域网或广域网；其介质可以是有线的(称为有线优机网络)，也可以是无线的(称为无线优机网络)；还可以是综合型的。例如，有线优机广域网、无线优机局域网等。

分别与一个优机网络(或其优机)和公用网络互联的、并控制这两个网络安全和精确地互操作的服务器(Server)或对等机(Peer)，称为能够在公用网络中辨别和认识信息的通用计算机，简称为辨机(图1)。这个公用网络，也可以称为辨机网络。辨机网络可以是有线的或无线的，或综合型的。公用网络的路由器也可以是有线的或无线的。

物网将电子控制器件、数据库服务器、控制装置、访问台、电子装备中的电子控制器件等，通过传输介质(可以是有线或无线)互操作，使这些设备和器件之间能够形成互相协调、和谐工作的系统。

PC网络使辨机处于优机网络和同一个公用网络的唯一通道上(图1)。物网通过辨机的控制功能，既可以实现优机网络和公用网络之间的逻辑隔离；又能实现两个优机网络之间互操作。

物网利用PC网络进行安全可靠的业务或/和职责的服务，就可以随时随地、方便易用、即时交互等。它为各个领域(或单位)的业务或职责的信息流、交易流、资金流、物流等的交互与共享、全天候跨地区与低成本的信息处理和传输，提供了很好的技术支撑。物网包含电子装备和PC网络两个体系。PC网络对电子装备的控制功能是分散化和层次化的；即各个电子装备位置分散、控制动作分散；同时控制功能又可以相对集中、统筹兼顾。物网中增加一些优机网络或自动网站，可以直接或通过辨机接入公用网络，扩充其原来的规模。物网可以减少某些优机网络或自动网站；也可以增加/减少优机网络或自动网站中的某些器件。

物网可以实时监控电子装备的工作状况，在故障发生之前尽量消除可疑隐患；在事故发生时也可以隔离故障区域，阻止事故扩散。物网具有可扩展、可剪裁、高可靠、高可信和复杂适应的功能。

PC网络中优机网络或自动网站的数据备份系统的结构(图2)，采用一种容量大、具有先进的自动管理功能但价格相对低的设备，对物网数据备份。它能提供对物网的数据中心、分支机构和部门的完整备份。

在物网中通过对自动网站运行状态数据的分析，可以实现自动网站对电子装备的生产或应用的监控。

以下所谓的通用计算机或微型计算机一般指工业控制计算机；它含有与互联网的路由器之间接口电路。

1、电子装备是根据实际应用和生产的要求而开发的由通用计算机控制的应用系统。例如，各行各业中开发的办公自动化应用系统、生产自动化系统、企事业管理系统、票务系统、决策系统、医疗医保服务系统、金融银行服务系统、辅助教学系统、计算机集成制造系统(CIMS)等；还有高速公路收费站设置的电子不停车收费系统(ETC)、超市购物结算时刷条形的读写器、计算机支持协同工作(CSCW)系统等。

电子装备的各个组成部件之间的连接匹配有两种类型的接口：机械与机械之间的连接，称为机械接口；电器与电器之间的连接，称为接口电路。如果两个部件之间相匹配，则接口只起连接作用。如果接口不相匹配，则其除了连接作用外，还需具有某种转换功能(起相互匹配作用)。例如连接机床主轴和电机的减速箱；连接传感器输出信号和模数转换的放大电路等。

一个典型的电子装备系统，包含装备本体、电力与驱动、执行机构、传感检测、通用计算机等基本组成部分。它们之间通过接口匹配来实现信息传递、功能控制、能量转换等；并有机地融合成为一个完整性、有序性、目的性、相关性和开性的系统。

电子装备根据需要还可提供程序库，以便用户调用，其具有极好的柔性。它可利用其他高、新技术来实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、縮小体积、提高精度、增强刚度等要求。

能兼容网际协议(IP)并与网际协议互相切换的接口电路，称为标准接口电路。

电子装备的总功能可以逐步分解为比较简单的分功能，直至分解到不能再分解的功能元；形成功能树。功能元求解就是选择实用的先进的科学工作原理，构思实现最佳工作原理的技术结构(最优功能载体)。

电子装备将电子技术引入传统的机器或设备中，利用传感器检测生产、应用或机械运动等的信号，将检测的信息输入单片微型计算机(single chip microcomputer，简称单片机)或集成电路芯片，经处理和运算后得到能够实现预期生产或应用的特定功能的控制信号，由此来控制电子装备的生产、应用、运动等。这项技术关键是开发软件。它也可将软件输入到嵌入机器或设备中的单片机，使之具有某些特定功能。

如果要求电子装备改变运动方式或特定功能，就不需要改变其任何结构和电子线路，只要修改软件就可以灵活地改变其功能。单片机通过适当的程序进行控制，可以实现电子装备中运动部件的任何复杂的运动和设备的特定功能等。

电子装备技术将机械技术、电子技术和计算机技术相结合；充分发挥各自的优点，弥补各自技术上的不足。机械的强度高，输出功率大，可以承受大的荷载和复杂功能，但实现微小运动和复杂运动比较困难。在电子和计算机领域，利用传感器和单片机可以实现和控制复杂运动和特殊功能，但无法实现重载运动和复杂功能。将机械与电子技术相结合，可以在重载条件下实现微小运动和复杂的特殊功能。

现有的生产设备或应用产品的内在结构中，机械和电气部分相对独立，它们是被硬性连接的；并且不同生产厂家的产品具有不同的机械接口、电气接口、动力接口、信息接口；这些产品之间不能兼容和互用。

电子装备可以满足日益增长的多品种、多规格的要求；便于发展新型产品、更新换代、提高性价比；便于维修；但其对结合部位和形体设计有特殊要求。

电子装备(图6)一般由工业微型计算机、可编程序控制器、伺服系统、驱动装置和装备本体等组成。它们分别通过相匹配的接口相连。电子装备中计算机可以随时对其生产或应用状态进行监控(监测各种生产和应用的参数)，能够对电子装备进行有效的控制。

电子装备的工作流程是：工业PC机首先输入和存储已经经过编译完好的一个生产流程软件的汇编程序和数据等；然后对该生产流程段的汇编程序进行相关处理。即将该生产流程软件中的各个运行过程段的执行顺序交给可编程序控制器进行处理。各个运行过程段的生产或应用由工业PC机中的微处理器直接控制，得出的信号，输出到伺服系统，经过驱动装置，使相关设备执行相应的指令进行应用或者生产出某种产品。

工业PC机的硬件结构还可含有不少于一个的微处理器。每个微处理器既能运行独立程序，承担电子装备中某个设备的功能；又能通过连接线路或共享存储器与其他处理器交换信息，协调步骤，控制其他装备。

可编程序控制器的工作流程图(图7)由软件控制。其程序由程序段(Block)组成。其中每一个指令都有固定格式。对于不同厂家生产的电子装备，其程序的指令格式也可能不同；需要按各种电子装备的指令格式编写指令。程序要参照各个设备的编程说明书。

对于复杂的较大规模的电子装备，其中各个部件相对独立。其机械装置、电子控制器件以及电路接口都集成在一起。由于各个生产工序的控制和各个装备状态的监测独立完成，电子装备具有极大的灵活性。

电子装备对外界的输入/输出的信号都要经过其外界接口进行处理，以匹配外界线路的要求。该系统还可以备有键盘和显示装置，作为数字信号输入/输出的接口。电子装备的外界接口电路为标准接口电路。

电子装备为了使其各个设备之间互联以及能够与监控器连接，这些设备之间的接口应有相同的通信协议、连接器件、引线分配器和逻辑信号电平；同时机械接口也是标准的。

现有的数控系统产品(如数控车床)的工艺过程由可编程控制器进行逻辑控制，驱动装置广泛采用简单的电动、气动装置(两个行程位置的缸体)，由有限的开关控制。它基本上是非柔性的。

电子装备的硬件具有模块化和开放性的特点，如果提高它们的性能时，只需增加功能模块。

计算机用于连续不断地监测、控制电子装备或电控设备；可用于各个行业的建模和高效仿真试验过程。

利用工业微型计算机硬件的通用性和软件的柔性化，采用工业微型计算机的操作系统来实现电子装备的控制技术，可集成不同供应商提供的软件并且适合于各个系统的联网需要，而且具有与硬件无关的优点。

现有的自动化设备和装置的硬件和软件，大都是专用的和封闭的结构；很难对其进行升级换代的改造。

将工业PLC、DSP、电子伺服系统、电子驱动装置和电子生产设备等装置(或设备)增加一个外界标准接口电路；就能使这些计算机控制设备转变成为电子装备。

电子装备有以下各种不同的类型单元：

1.1电控设备：将机械技术与计算机技术融合为一体。这是经典的机械理论与工艺借助于计算机辅助技术，并采用人工智能和专家系统等，产生的新型的机械和设备等。

由设备本体、框架、连接等部件和材料组成的并由通用计算机控制的具有特定的应用或生产功能的设备，称为电子计算机控制的本体设备，简称电控设备。它涉及设备的机体、结构、形状、材质以及部件之间的连接等；机体还必须兼顾到外观的美学造型。它是电子装备的最基本的单元；是电子装备的基础结构。

广义上说，由通用计算机控制的物体，都是电控设备。例如电液自动控制的机器人、生产线、加工中心(数控机床)、机械伺服转向系统、无人驾驶汽车、电子家电、电子玩具、集成电路(IC)卡等。

电控设备中一般有机械运动部件，可以采用电子技术使运动部件实现柔性化和智能化。例如机器人、数控缝纫机、自动对焦照相机、数控机床等。

电控设备的工艺装备技术，采用适应于结合各种速度和位置反馈的无级变速驱动器和基于微控制器或可编程控制器等的电子控制器件。这样能借助软件，实施电控设备的多种功能。

电控设备根据需要还可提供程序库，以便用户调用，其具有极好的柔性。它可利用其他高、新技术来实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、縮小体积、提高精度、增强刚度等要求。

对机械装置进行加减速度等控制的电子控制器件和其动力设备集成于一体的系统，称为智能动力设备。

电控设备一般是由传统的机械装置、智能动力设备、计算机相结合而组成的。

电控设备对外的输入/输出的信号都要经过其外界接口进行处理，以匹配其外界线路的接口需要。该设备还可以备有键盘和显示装置，作为数字信号输入/输出的接口。

电控设备的内部可以采用不同的计算机操作系统和连接线路等。但各种电控设备的外界接口电路必须兼容网际协议(IP)，以便与互联网、优机或辨机等的标准接口电路相匹配。

现有的机电产品和机械是固定连接的；机械部件的运动形式是一定的；操作方法是人工或半自动的；不同系列的产品具有不同类型的信号；它们之间不能兼容和替换。不同类型的动方设备之间不能兼容。

1.2检测单元：是电控设备的感受和检测器件；是实现自动控制、自动调节的关键环节。

能对电控设备的各项物理或化学参数进行检测并转换成可处理信号的通用计算机控制的装置，称为检测单元。其主要任务是对生产或应用中所需的本身和外界的各种参数以及状态(非电量)进行检测并转换成与被测参数有确定对应关系的电信号，通过信息调理电路传输到计算机进行处理，经过分析后转换为相关的控制信息。所有这些不同类型的信号都要经过处理，以匹配通用计算机和控制单元的接口。

能够感受被监控物理量的变化并按一定的规律转换成可处理的输出信号的器件或装置，称为传感器。

具有基本的数据采集和处理功能的微处理器并且可以输出并行或串行信号的传感器，称为智能传感器。

传感器(图3)根据输出信号的特点，可以分为模拟传感器、数字传感器和智能传感器三类。

检测单元中的传感器是电控设备的感受器件。它可以快速、精确地获取信息并能够经受严酷环境的考验，是其达到高水平的保证。检测单元将广泛应用于生产和生活的各个领域。

检测单元是传感和检测技术的大集合。各种电子仪器设备、电子家电、办公自动化电子设备、计算机集成制造系统、数控机床、加工中心、发电机组、电子生产线等各种自动化系统，都需要各种各样的传感器和相应的检测单元。检测单元作为信息获取、处理的方法和手段，具有巨大的潜能；具有提高监控生产设备和应用系统的安全性和经济性的独特优势。

传感器一般是由敏感元件、转换器件和基本转换电路三部分组成的(图3)。敏感元件直接感受被测物理量，并按确定关系输出某种信号；如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。转换器件将敏感元件输出的非电信号(如位移、光强)转换成电路参数(如电阻、电感、电容等)。基本转换电路将电路参数转换成可测量的电量，如电压、电流、频率等。

有的传感器很简单，有的相对复杂。有些传感器(如热电偶)只有敏感元件。有些传感器由敏感元件和转换器件组成，无需基本转换电路；如压电式加速度传感器。还有些传感器由敏感元件和基本转换电路组成；如电容式位移传感器。有些传感器的转换器件不止一个，要经过几次转换才能输出电量。大多数传感器是开环系统，但也有些是带反馈的闭环系统。

拟是而非数值的检测是一种对测量值在变化极值范围所进行的粗略检测，可以提供检测值是否有误或者是否可疑的信息。这些变化极限值与物理变量和现象的特殊性有关，也取决于所选传感器以及数据采集硬件的检测范围。

拟是而非的变化率的检测是对事先确定的可以接受的水平上发生的拟是而非的变化率所进行的。检测效果的好坏依赖于资料在时间上的一致性或持续性，并最佳地应用到高的时间分辨率(高采样率)资料上。同时，相邻样本之间的相关水平随着采样率的增加而提高。

传感器之间的检测基于具体的生产或应用的原理；是对某个变量与其他变量之间内部一致性的检测。

当人工观测值输入检测单元后，传感器内部和传感器之间的检测就会自动进行规定的某些一致性检测。

检测单元对外的输入/输出的信号都要经过其外界接口进行处理，以匹配其外界线路的接口需要。该系统还可以备有键盘和显示装置，作为数字信号输入/输出的接口。

检测单元的内部可以采用不同的计算机操作系统和连接线路等。但各种检测单元的外界接口电路必须兼容网际协议(IP)，以便与互联网、优机或辨机等的标准接口电路相匹配。

现有检测系统的供应厂家自行设计硬件和软件，使该系统具有不同的软件和硬件模块、不同的编程语言、不同的连接方式、非标准化接口等，带来使用上和维修上的复杂性。

1.3采集单元：是将电控设备的各种参量通过各种传感元件适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后传送至通用计算机进行数据处理或存储记录的器件。它实质上是一种集成化的数据采集系统(data acquisition system，DAS)。其中控制器一般采用通用计算机；是采集单元的核心。它对整个系统进行控制，并对采集的数据进行加工、处理和存储等。

通用计算机控制的具有数据采样、处理、存储和数据传输功能的系统，称为计算机控制的采集单元，简称采集单元。它的主要技术性能为数据采样速率及算法，应符合基本要求，并且误差不超过规定的数值。

采集软件一般写在采集单元中，其主要功能为：接受和响应业务软件对参数的设置和整个系统中时钟的调整；实时和定时采集各个传感器的输出信号，经计算、处理形成各个物理参数值；存储、显示和传输各个物理参数值；苗头预警，危险报警；生产或应用状态监控等。

业务软件根据各种业务的需要编制。其主要功能包括：参数设置、实时数据显示、定时数据存储、编发物理参数值的报告、数据维护、数据审核、报表编制等。

采集单元随时监测电控设备的各种生产或应用的参数，如位置、速度、转矩、压力、温度等。它选择相应传感器将这些物理量转换成为电量，再经过信息采集接口的整形、放大、匹配、转换，变成通用计算机可接受的信号并传递给通用计算机。

传感器的输出信号中，既有开关信号(如限位开关、时间继电器等)；又有频率信号(超声波无损探伤)；既有数字量，又有模拟量(如温敏电阻、应变片等)。针对不同性质的信号，信号采集接口应当对其进行不同的处理；例如对模拟信号必须进行模/数变换，变成微型计算机可接受的数字信号。

采集单元在数据采集过程一般都具有“实时”特性，其标准是能够满足实际需要；通用的数据采集单元能够有尽可能高的速度，以满足更多的应用环境。采集单元包含硬件和软件两大部分。其中硬件部分(图4)又可以分为模拟部分和数字部分。采集单元对外的输入/输出的信号都要经过其外界接口进行处理，以匹配其外界线路的接口需要。该系统还可以备有键盘和显示装置，作为数字信号输入/输出的接口。

采集单元的内部可以采用不同的计算机操作系统和连接线路等。但各种采集单元的外界接口电路必须兼容网际协议(IP)，以便与互联网、优机或辨机等的标准接口电路相匹配。

现有采集器的供应厂家自行设计其硬件和软件，使采集器具有不同的软件和硬件模块、不同的编程语言、多种实时操作系统、非标准化接口等，带来使用上和维修上的复杂性。

1.4控制单元：将控制理论与计算机技术融合为一体。传感检测技术与工艺借助于计算机辅助技术，并采用人工智能和专家系统等技术，形成新型自动控制技术。

能够驱使电控设备等按照预定方案自动地进行应用或生产的通用计算机控制的系统，称为控制单元。控制单元(图5)由采集器、通用计算机、执行装置组成；可以有视觉、图像处理、识别和测绘等功能。

控制单元的策略可以采用数字比例-积分-微分(PID)控制系统；自适应控制系统(adaptive controlsystems)；鲁棒控制系统(robust control system)；非线性系统控制和智能控制等。

计算机具有解决各种复杂的信息处理和实时控制问题的能力，使之能够适应于不同对象的使用要求。

控制单元对外的输入/输出的信号都要经过其外界接口进行处理，以匹配外界线路的接口需要。该系统还可以备有键盘和显示装置，作为数字信号输入/输出的接口。

控制单元的内部可以采用不同的计算机操作系统和连接线路等。但各种控制单元的外界接口电路必须兼容网际协议(IP)，以便与互联网、优机或辨机等的标准接口电路相匹配。

控制单元可以用于连续不断地监测、控制生产或应用过程。例如，在化工厂可以通过工业传感器随时收集有关气体、液体等的流量、压力、温度等参数信息，并实时传输到工业微型计算机；一旦某些运行参数值偏离了预定的标准，工业微型计算机就会立即通过伺服系统，控制气泵、液泵、阀门等作出相应的调整，使运行的参数值达到预定的标准值，从而使运行过程得到及时的控制。

现有的控制器与通用计算机不兼容，与不同厂家的控制器不兼容。它需要开发专用的软件来追随硬件的进步，一般技术滞后于实际要求的变化。而且它采用专用硬件和专用软件，不利于产品升级换代的改造。

2、由通用计算机和若干个电子装备中的电子控制器件等，按照网络的物理拓扑结构(星形、环形、树形或总线形等)，通过传输介质(可以是无线的)短距离互相联接形成的局域网，就是自动网站(图8)。其中每个电子装备分别承担一种，或者一种以上的生产或应用等业务。通用计算机存放自动网站的操作系统软件等，控制自动网站的功能。

能够按规定的时间实时提供监测数据的自动网站，称为实时自动站。

只能定时记录和存储监测数据，但不能实时提供监测数据的自动网站，称为非实时自动站。

自动网站按照提供数据的时效性，通常分为实时自动站和非实时自动站两类。

根据自动网站是否有人工干预，可分为有人自动站和无人自动站。

使用自动网站可以提高监测站点的密度，提高监测时间的密度，提高监测资料的可靠性，保证监测站点的均一性，满足新的监测需要和要求，减少人为误差，降低监测费用等。

采用自动网站技术，只要自动网站的通用计算机既满足IP协议，其接口又与现有自动控制站的局域网的对外接口相匹配。自动网站就既能够继承现有各种自动控制站的装备的宝贵资源，保证现有资源的利用；同时又能够制定软件的统一标准，确保软件、硬件、通信的标准化，容易组网，为将来的拓展留有余地。

自动网站一般采用集散式和总线式两种体系结构。集散式是通过以CPU为核心的采集单元集中采集和处理分散配置的各个传感器信号。总线式是通过总线挂接各种功能模块(板)来采集和处理分散配置的各个传感器信号。

2.1自动网站既可以人工输入资料，也可以对还不能全部自动化监测的目测项目或人工观测项目进行编辑；并且输入、存储或者输送这些信息。

自动网站有多种类型，但其结构基本相同，由硬件和软件系统组成。其中：

硬件由采集单元、系统电源、通信接口和外围设备(计算机、打印机等)等组成。它能识别和执行供应商特定的指令、代码和符合规定的程序等。

软件有采集软件和业务软件。同时还可以配置计算机操作系统软件和远程监控软件等。

自动网站的质量控制是通过适当的硬件和软件自动地将不准确的检测数据除去，将缺测次数减小到最小值。其前提是：每项观察值都是从相对大量经过质量控制的数据样本中计算出来的，将较大误差的样本剔除，而计算不受这些样本影响的数据。

硬件检测：在运行过程中，自动网站中硬件的性能会因元器件的老化、放置在未测试的环境中、不适当的维护、仪器故障等原因而降低。利用自动网站中的内置检测设备，可以使自动网站主动地进行周期性的自检，并把检验结果提供给合适人员和存储在内务管理缓冲器中。通过对缓冲器进行检查，以区分测量值是正常、有误差或是可疑的问题。

报文检测：对于配备报文编码软件和传输报告的自动网站，可以对软件在字符、数字格式等方面，与有关规定的一致性进行检测。当对某些值有怀疑时，可以采取适当的措施。

2.2自动网站中的通用计算机(一般采用工业控制计算机)，可以进行自动编程，并控制相应的电子装备的各个电控设备的工作。同时在应用或生产中，自动网站一般还需要对电子装备中的各个电控设备的各种参数进行测试和对每个开关进行控制。如果能够控制电子装备中的电子控制器件之间进行高速度、高可靠性、标准化、数字化地通信，就能满足电子装备的各个电控设备的自动化需求。

通用计算机系统软件，含有自动网站的操作系统软件、数据库及其管理软件、语言处理(编程和编译程序)软件等。通用计算机支持微型计算机程序的数据格式，能及时传输和处理具体任务，并驱动电子装备的自动化工作。它采用通用计算机本身的实时操作系统，或者由计算机扩展成的实时操作系统。

用于自动网站的操作系统，借助现成的通用计算机操作平台；实现实时控制。这一类操作系统有DOS、UNIX/Linux、Windows等。这是一种独立于硬件平台、与制造商无关的自动网站操作系统。通用计算机的不少于一个的微处理器结构，能对自动网站进行实时控制和管理。通用计算机和电子装备之间的通信传输介质是它们传输信息的通道。凭借这个通道，通用计算机传送经编译的电子装备的各个电控设备的功能程序和指令给各个电控设备。而各个电控设备回传其生产或应用的信息给通用计算机。

2.3自动网站可以采用面向对象的模块化设计，使得自动网站的功能覆盖面大，可裁减性增强，便于满足不同电控设备的需求。这是自动网站的柔性化表现。它是一种现代化的工业生产和控制模式。自动网站带有自适应控制和工艺参数自动生成功能；可以在电子装备中根据各个参数的变化，自动优化生产过程，从而达到提高生产率、增加电子装备的寿命和保证质量。它可以建立以工业生产的物理参数等为支撑的、具有智能化的专家系统来指导生产和应用。

2.4自动网站的智能化表现在电子装备故障自诊断功能和模式识别技术，使自动网站能够自己辨识图形和工艺，按照自然语言命令进行生产或应用。只要能描述某个电控设备整个生产周期内的数学模型，自动网站就能控制各个电控设备的生产质量，并实现标准化。

2.5自动网站具有质量跟踪体系、仿真模拟体系和和质量保证体系等。它们保证自动网站中各个电控设备安全可靠工作，确保产品质量不因自动网站而引起变差。稳定的质量(或性能卓越)是第一个核心技术。

仿真技术通过通用计算机对各个电控设备的生产进行静态或动态模拟，从而预测或者评价该电子装备(其各个电控设备)的行为效果，为决策提供信息和依据。高效建模(或虚拟工作)是第二个核心技术。

自动控制——反馈可贯彻于各个电控设备生产和应用的每个环节。精确工作是第三个核心技术。

2.6自动网站中控制可以有各种不同的形式，但一般都是由以下基本元素构成(图12)：

给定值组件、比较组件、校正组件、放大组件、执行机构、控制对象、检测环节。

在电子装备中，为了正常进行生产，必须按照预定的要求对自动网站进行操作；如必须使外界供电的电压和频率自动维持不变，就是自动控制的一种结果。

由于生产或应用是一个具有多变量控制和动态体系的复杂过程，要实现自动网站工作过程的多模式化，应当采用闭式控制模式，在电子装备工作过程中动态调整变量。在这种模式下，易于将计算机实时技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM技术、伺服控制、自适应控制、动态数据管理、动态补偿、动态仿真等技术融于一体，构成工业生产闭环控制系统，实现自动网站中信息的集成化、智能化和网络化。

2.7自动网站中实时控制可以分为“硬”实时和“软”实时两种。两者的差别在于是否使用专门的硬件来确保自动网站对特定的事件产生准确无误的响应。自动网站可以实时监控电子装备的工作状况，在故障发生之前尽量消除可疑隐患；在事故发生时也可以隔离故障区域，阻止事故扩散。自动网站对每一个元素都从安全性需求考虑，从整个系统的集成和平衡考虑；确保信息的安全和可靠。

现有的自动化控制站，不能支撑广泛的覆盖功能；同时它也不能提供开放式信息网络框架。现有的控制系统中传感器将所需要的信息传送到控制系统，并由控制系统进行处理，再发送给控制装置。根据具体的情况可以将这些控制系统转换成为控制单元。这就可以充分利用现有的控制系统的资源。

现有控制系统的供应厂家自行设计生产硬件和软件，使控制系统具有不同的软件和硬件模块、不同的编程语言、多种实时操作系统、非标准化接口等，带来使用上和维修上的复杂性。

自动网站可以使系统软件开发者、设备制造商和设备使用者均能适应当地工业环境改变，或者新技术出现而要求的修改、扩充或设计新的自动网站。这种方案能够使这三方面人员都最大限度地受益。

自动网站通过控制装置/电子控制器件，对电子装备中的各个电控设备实施综合自动化监控与管理，以达到安全、可靠、经济和节能的目的；为业主和用户提供良好的工作和生活环境，并使电子装备中的各个电控设备始终处于最佳状态，确保生产或应用的经济性和管理的智能化。

2.8自动网站实施蓝牙技术具有短距离、低成本等，尤其是容易构建自组织网络(ad-hoc Network)以实现移动式计算/通信设备、智能终端等之间共享信息；特别适合建立家庭网络(homenet)等。

电子家电、便携式计算机类设备等，可以通过无线网卡实现相互通信和数据共享，包括如下几种形式：

I电控设备、移动终端通过无线访问点、无线网卡、无线集线器等组成无线自动网站，可实现文件或图像等的传输和个人信息管理等家庭办公功能；并通过互联网接入设备，实现远程数据传输和共享。

II电子装备与其计算机的附属设备之间，可利用红外、蓝牙技术实现无线连接，实现点对点的通信。

III电子家电之间也可以采用蓝牙技术组成自组织网络，如DVD、音响、电视、遥控器之间的连接和控制；手机、无绳电话与座机等之间进行通信方式的切换等。

IV电子家电具有自检测和自诊断功能；能通过网络远程控制；能自动对水、电抄表；实现家电智能化。

现有的自动化控制站的计算机控制程序一般都集中在单个计算机上，由于不同的生产厂家采用不同的软件标准，所以很难进行联网或者升级换代改造。

3、由计算机生成的、具有亲临现实场境感觉的环境，称为虚拟现实(Virtual Reality，VR)或者称为虚拟环境(Virtual Environment，VE)。它是借助计算机及传感装置而创造的一种全新的人-机交互系统。

虚拟现实的系统结构主要由以下5个模块构成：

检测模块：检测用户的操作命令，并作用于虚拟环境。

传感器模块：一方面接受用户或控制器的操作命令，并将其作用于虚拟环境；另一方面将操作后产生的结果通过反馈模块，以各种反馈的形式提供给用户。

反馈模块：接受来自传感器模块的信息，为用户提供实时反馈。

控制模块：对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。

建模模块：获取现实世界组成部分的三维表示，并通过计算机构成对应的虚拟环境。

虚拟现实系统中的动态环境建模技术根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型；实时三维图形生成技术可在不降低图像质量和复杂度的前提下提高刷新频率；虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术、虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围。为实现虚拟现实的应用，必须采用虚拟现实的开发工具，如虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等；还应当采用系统集成技术(包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等)。

虚拟现实系统的模型一般分为物理模型、数学模型和描述模型三种。

虚拟现实的视景仿真技术在应用上的安全性，将成为武器系统研制与试验的先导技术、校验技术和分析技术。在虚拟环境中培训不仅可以减少费用，而且也允许进行高度冒险和高难度培训；并且可以远程培训。通过虚拟现实技术，领航员和医务人员能够再现紧急过程，并且可以远程进行研究和指导。

娱乐应用是虚拟现实系统的重要领域；不仅能够提供逼真的性能环境，使人们享受更大乐趣；而且能够在不同的地点享受相同的一种虚拟现实的娱乐。

虚拟现实在医学的应用有虚拟人体系统和虚拟手术系统等。还有虚拟制造、多媒体远程教育、遥控等。

虚拟现实技术将广泛应用于医疗、制造业、娱乐、教育、工业、商业、国防和军事领域等。

优机具有微处理器、数据存储器(EEPROM)、工作存储器(RAM)和程序存储器(EPROM)，并装有输入按键、显示器等。每个优机都有输入和输出接口电路。

3.1将一台优机、若干通用计算机、客户机、数据库、服务器、电子控制器件和自动网站等，采用网络拓扑结构，通过介质(有线或无线)相连接而组成的私有互联网络，称为优机专有网(图9)。

优机专有网可以是局域网、城域网，也可以是广域网。它的网络操作系统(Network Operating Sestem，NOS)是在优机和每个通用计算机原有操作系统上增加网络所需要的功能而形成的。

优机专有网具有互操作性(interoperability)、可移植性(portability)、可扩展性(expandability)、可縮放性(scalability)和即插即用(plug&play)特征。它一般是以分布式控制为原则，采用系统、子系统和模块分级式的控制结构；其构造是可移植的和透明的。

优机专有网的通用计算机或者自动网站之间也可以直接通过传输介质进行通信和信息交流。

优机专有网极大地满足自动网站对信息集成的需求，是实现新的生产模式(如虚拟制造厂和汽车厂等)的基础单位。它提供一种不依赖于具体自动网站的中性机制平台，是一种崭新理念。它通过网络传递生产信息到通用计算机，再由其将指令分配传送到相应的自动网站，控制电控设备进行生产或应用。

为了在优机或远程进行监控自动网站中的某台电控设备工作状况，可在该台电控设备上安装摄像头。采用网络多媒体技术，可以实现优机专有网内的视频实时发布。

优机专有网可充分实现其中各个自动网站之间系统的资源和信息共享，完全适应终端技术的开发模式。

优机专有网的终端在硬件结构优化的同时，还需要利用软件使终端部件化、智能化和嵌入化。利用软件，可以对优机专有网的终端增加智能。例如文字的识别和输入、汉语语音的识别和输入、自然语言的理解和机器翻译、图形的识别和理解、机器人视觉和计算机视觉等。

优机专有网终端还可以融合现有电视和微型计算机的功能，使其支持各种多媒体业务。例如视频会议、远程教学、家庭办公、交互游戏、远程医疗、实时广播、点播业务等。

利用优机专有网对自动网站的可重构性和数据通信的兼容性，可以开发各种自动网站；对各种自动网站可以进行计算机联网控制，并对工业自动化生产线的关键设备可以配套开发。

现有的专用网络，由于在专用广域网的资金和技术上存在难以克服的问题，并且还缺乏很多电子控制器件互联于专用网络中，包括用户的接入控制装置。它们通常是用来检测专用网络并获得所需要的数据，以及提供控制机制去管理相关设备。

3.2建立准确描述系统特征和行为的抽象模型(如数学模型或图形模型等)的过程，称为建模。

针对描述系统特征和行为的抽象模型，使用计算机详细分析系统特征和行为的模拟试验，称为仿真。仿真是对真实系统的模型进行数值试验的过程。在实施仿真时，首先要在描述系统的数学模型的基础上生成对象的仿真模型，并应建立与仿真目的相适应的模型。

在优机专有网中，计算机仿真是通过对描述系统的数学模型进行分析、研究、数值试验来间接获得真实系统信息的一种技术，是对真实系统的数学模型进行数值试验的过程。

对一个特定的输入信号，通过拉普拉斯变换，求取系统的输出响应，称为系统的时域分析。

优机专有网采用计算机仿真方法，分析各种多输入、多输出的非线性系统和各种复杂系统，可在时域里模拟出任何输入作用下系统的动态响应和系统中参数变化情况，具有周期短、费用低、结果准确可靠等。

电子装备动态特性计算机仿真的步骤可以用框图表示(图11)。

利用计算机仿真分析，控制系统动态性能，关键需要：建立描述控制系统动态性能的数学模型(建模)和选择适当的算法编制仿真程序(软件)。其中建模方法有传递函数法、状态空间法、功率键合图法等；软件开发有MATLAB软件、工具箱TOOLBOX和Simulik仿真工具。

数学模型就是描述系统I/O变量与内部其他变量之间关系的数学表达式，通常有两种方法：一种是I/O描述，如微分方程等；另一种是内部描述，适用于多变量控制系统。

建立电子装备的数学模型有两种方法：分析法和实验法。智能电网的数学模型，可以根据力学定律、欧姆定律和基尔霍夫定律；建立电力系统各种电子装备的数学模型，还要应用流体力学的相关定律等。

电子装备可以是一种相当多的系统和复杂系统的综合体，涉及的因素较多，有些需要通过实验方法去建立数学模型；即根据试验数据拟合出比较接近实际系统的数学模型。

建模包括静态建模和动态建模。在电子装备的仿真体系中主要是动态建模。

如果电子装备是很庞大的体系。可以将它按照某种规则，分为各个小的、易于描述的部分；每一个小部分又可分为更小的部分，直到每一小部分(元素)都能够直接描述，分解过程才结束。这种技术方案称为分解综合法。

4、一个单位的若干个优机专有网(或其优机)和/或自动网站，分别直接或通过辨机，与互联网互联，组建成该单位的物网中的优机专有网系统广域网，称为物网中的优机系统广域网，简称物广域网(图1)。

优机专有网可以是单独的通用计算机、单独的服务器、单独数据库服务器和单独自动网站等。

物广域网中每一个优机专有网都通过辨机的控制功能，既与互联网相互逻辑隔离；又使各个优机专有网之间能够利用互联网互操作。

物广域网满足交互式应用和稳定性要求；具有互操作性；可以区分一个具体信息的各部分不同安全性要求；可以使用公钥基础结构，进行认证和密钥分配。

物广域网内的所有自动网站的电子控制器件和控制装置等，都可以相互通信。这种开放式大容量双向通信的网络模型，可以在不同的自动网站之间安全可靠传送信息；成为一个信息动态的、实时交互的、即插即用的网络结构；并能快速适用于各种新技术、应用和服务等。

物广域网不仅能在互联网环境下，实现远程控制工业生产和视频监控；而且能通过互联网对通用计算机或自动网站进行远程软件修改、故障诊断，实现群控。

如果变更某个优机专有网或自动网站内部的电子控制器件或控制装置等；都不会影响与其相连接的物广域网的性能。物广域网中所有计算机、电子控制器件或控制装置，可以实现即插即用。

优机专有网内所有主机以及它们的组合形态均工作于同一个网络操作系统和业务系统的软件版本上，并随着版本的升级在优机专有网内增加业务功能，同时对整个物广域网的业务提供新功能。

自动网站通过物广域网的实时控制，使整个自动网站的投资效益明显提高，使电子装备的效率和安全提高到一个全新的水平。

物广域网是物网的一种信息运营模式；包含浏览器、服务器、客户机、数据库服务器、自动网站等。

对于小型优机专有网，优机的程序模块可以直接插在辨机的扩展功能槽上。辨机与优机合并为同一台。

物广域网采用数字化、智能化的多媒体远程监控系统；实现由模拟监控到数字监控的质的飞跃。它能够将监控的视频、音频、告警、控制等信号传送到该网涉及的每一个节点；可以远程遥控等。

物网的多媒体远程监控系统(图13)由监控现场、传输网络和监控中心三部分组成。

监控现场有两种工作方式：

4.1由物广域网中的自动网站的主机对不同地点进行实时监控，适用于近距离监控。摄像机捕获的视频信号既可以实时存储到本地的硬盘中，也可以只供观察。硬盘中的数据循环存放。

报警探头可以根据现场需要配置不同的类型以满足多种检测要求，如红外、烟雾、门禁等。报警采集单元将报警探头传来的报警信号收集起来并上传至本地处理设备。接到报警信号后，本地处理设备按照事先设置采取一系列措施，如拨打报警电话、录像、灯光指示、关闭大门、开灯等。

4.2由物广域网中某些主要自动网站设立监控中心，对每个自动网站的不同地点进行实时监控，适用于远距离监控。摄像机捕获的视频信号实时存储到本地的硬盘中，并通过物广域网传至监控中心实时监视。

由本地处理设备将本地端报警的采集单元采集到的报警信息通过物广域网传送到监控中心。监控现场则按照监控中心传来的控制信令，进行命令格式分析，并按照命令内容执行相应的操作。

物广域网中监控中心的关键设备是处理主机，其将监控的远端传来的经过压缩的图像码流解码，并送至监视器；选择接收任意一个远端的声音解码输出到扬声器，并将监控中心下行的声音编码传送给所选择的任意一个远端，也可以用广播方式将声音传送给多个远端；同时它还能接收远端上传的报警信息，传达控制指令给远端处理设备，控制远端的各种设备等。

通过地理信息系统，监控中心可以显示监控地点信息的地图。物广域网的多媒体远程监控系统将视频和音频数字化，能够实现活动多画面视窗，完成任意分隔，静态存盘以及视频捕捉。由于传输网络是基于LAN/WAN的数字通信网络；可以实现点对点、一点对多点、多点对多点的任意网络监控组合，并能够通过建立网络间不同级别的安全权限，满足大型网络监控的需求。

物广域网中多媒体远程监控系统采用模块方式，可扩展；能根据需要生成与之相匹配的多级监控系统，并辅助以强大的软件控制。因此系统能够自动跟踪、记录在监控中发生的一切信息并存储起来，进行统计分类，定时完成输出打印工作，实现全自动化管理。

现有的分布于远距离的各个专用网络互联组成的专用网络，必须租用昂贵的专用线路。

现有的虚拟专用网(Virtual Private Network，VPN)技术，容易被黑客(HACK)采用“反端口”技术攻克，入侵到防火墙后面的计算机或者数据设备。现有的防火墙，无法防御计算机病毒的攻击。

5、一个单位的各个优机专有网中的优机；原料采购和物流运输等辅助专用网络的优机；合作伙伴内部网络的优机等；分别直接或分别通过辨机，与互联网连接起来，构成一个安全可靠广域网，称为物网的业务综合广域网，简称综合网(图10)。综合网与其控制的电子装备一起构成物网。

综合网可以实现用户主动参与物网的管理和决策。它可提供一个用户接口电路，支持用户的参与。这个接口可以是多种形式的；可以是一些简单的指示和警告灯，也可以是具体的网络互联的接口。

现有虚拟外联网络技术，对于通过伪装外联网络或者专用网络的地址进行非法的企业内部信息资源访问和欺骗，无能为力；也无法避免黑客绕开身份认证和鉴别机制，伪装身份，破坏已有内部计算机连接。

物网可以采用一种以数字化、智能化为特点的多媒体远程监控系统，实现由模拟监控到数字监控的质的飞跃，监控的视频、音频、现场告警与控制信号可以传输至物网所及的每一个节点；人们可以利用物网在不同地点同时监视、控制远程某些或所有场所；同时控制云台、镜头等设备而获得各种报警信号，进行远程指挥。物网能够远程遥控电子装备进行正常工作。

物网可将多种具有信息采集功能的数据采集单元，如视频、音频、振动和温度等的微型综合传感器系统等，集成于公用网络，形成各种不同用途的有线和/或无线的物网以及综合的物网。

物网无所不在，其中的人、物、机器之间可以随时随地通过物网进行信息沟通。

物网中远程与本地的资源、功能和服务都相同，它们的界限已经不存在。

物网可以实现各个优机网络、专用网络、设备之间的互联、共享和协同。

物网具备多播(Multicast)和定义单向流协调集的能力，支持特定应用的要求。例如视频会议需要多播服务，交互式电视(ITV)要求点对点服务和下行流与上行流不对称带宽。

物网支持流媒体传输模式：点对点(单播Unicast)或点对多点(多播Multicast)。

物网将业务技术领域和网络技术领域牢固地融合在一起。它使电子装备系统依赖于PC网络的控制系统；并融合成为自动业务控制的、网络化的、满足广泛需求响应等的系统。

物网在开放式网络和自动化控制的基础上，覆盖了分布式电子装备系统及其相关环节，并保证信息流、交易、物流和业务流的高度融合和统一。它是在PC网络平台上建造高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的业务和/或工作的电子装备。

物网本质上是利用通信技术、控制技术和网络技术，实现自动化控制的电子装备系统。它通过PC网络的自动调节，维持业务的自动运行等，达到了各个电子装备的工作更加可靠、经济、环保的根本目标。

家庭网络/用户接口电路为物网提供了一个面向市场的接口电路。它相当于用户的“智能体”。它还能添加新的服务，如安全监控。家庭网络能够通过多种方法实现，如用户接口电路可以装在任何设备(表计、临近的收集器、网关或用户提供的设备)中。

现有的工业宽频通信(BPL)技术还没有融入到互联网的通信体系中，也没有在用户侧得到充分地应用。

附图说明

图1物网(或电脑网络)结构示意图。与同一个公用网络联接的各个专用网络或自动网站之间能够安全和可靠地互操作所组成的互联网络是电脑网络。电脑网络及其控制的各个电子装备共同组成物网。

图2网络备份自动化方案图。物网系统备份自动化解决方案，可由一些主要专用网或自动网站中的备份系统承担。备份系统由备份客户端、主备份服务器、介质服务器、备份存储单元和备份管理软件等组成。

图3传感器结构示意图。它一般是由敏感元件、转换器件和基本转换电路三部分组成的。

图4采集单元硬件基本组成示意图。有传感器、前置放大、滤波器、开关、采样/保持、模数转换器等。

图5控制单元结构示意图。它是通过某些辅助部件与被控制对象相联系的并且采用计算机以获得一定控制目的或者特定控制功能的装置。

图6电子装备结构示意图。由电控设备、工业计算机、PLC、伺服系统、驱动装置、检测设备等组成。

图7可编程序控制器的工作流程图。其主要完成六个模块的处理。

图8自动网站结构示意图。由一台通用计算机和若干台电子装备等，按照物理拓扑结构(星形、环形、树形或者总线形等)，通过传输介质，互相联接而组成的局域网。它分别承担生产或应用的一部分任务。

图9优机专有网结构图。它是将一台优机、若干通用计算机、数据库、电子装备、服务器，通过网络接口卡和电缆直接连接而组成的网络；具有互操作性、可移植性、可扩展性、可縮放性和即插即用特征。

图10综合网结构示意图。若干优机专有网，分别通过辨机，与互联网连接起来，就构建成综合网。

图11计算机仿真过程框图。它是自动系统动态特征计算机仿真过程的流程图。

图12自动网站中控制框图。由给定值组件、比较组件、校正组件、放大组件、执行机构等组成。

图13多媒体远程监控系统示意图。它由监控现场、传输网络和监控中心三部分组成。

具体实施方式  物网分为两个不同功能和结构的系统：电子装备系统和控制它的PC网络系统。

物网具有监视自动网站(如红外图像等)和控制自动网站中的各个电子装备。其PC网络可以提供这些电子装备的健康状态的可视信号。这种信号可以通过物广域网远程传输到监控中心。物网可以分析高风险的区域(甚至单个设备)，以便采取紧急或临时措施。

物网能够使系统优化和高效工作、可以收集和存储有用的数据并且在需要的地方和时间使用。

物网将自动网站技术、通信技术和网络管理技术有机结合，实现业务和功能的所有环节中的智能交互，使信息的运行、输送和使用获得优化控制。电子装备技术同网络技术融合，可以实时监控设备的需求情况。

PC网络(图1)综合了优机专有网或自动网站的安全和服务质量，以及互联网结构简单和成本低廉等优点，建立了安全的信息通道。该系统在互联网上传输的信息是经过辨机加密处理、完整检查和身份认证的。这就保证信息的保密性、完整性和真实性。辨机可以采用各种各样的方法，使物网具有抵抗黑客攻击的能力；使物网具有反计算机病毒、加密处理、完整检验和身份认证等功能。

优机专有网和物网参照国际标准化组织(ISO)“开放系统互连(Open System Interconnection，OSI)”参考模型(Reference Model，RM)；实际采用互联网分层模型(Internet Layering Model)。

物网的主机、电子控制器件、控制装置、自动网站等为了相互通信，一般约定和遵守的协议是传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)系列。自动网站的内部可以采用其他的网络协议。但各种自动网站的外界接口电路与优机或辨机的接口电路必须兼容网际协议。

物网中优机专有网的信息交换设备对帧的逻辑构造的定义一致，但与如何具体实现帧的功能无关。

若辨机安装支持路由协议接口，能够实现路由器的功能；就可直接与互联网相连。它还有可扩展功能的模块插槽。辨机可以有多个计算机接口和网络接口，分别与多个不同的单重或多重优机专有网中的优机或优机网络相连接。辨机作用是逻辑隔离优机专有网和互联网。它的特定功能不允许病毒进入优机专有网。

公共信息模型(Common Information Model，CIM)是确定电子装备在正常工作时控制单元允许的参数范围值。它是收集控制单元信息过程中的重要组成部分；是数据验证的最重要的方法；通过定义，它赋予电子装备所需要的被测量的性能标准，然后促使控制单元进行性能参数的验证和控制。

电子装备实质上是受通用计算机控制的生产或应用的设备等。利用公共信息模型和物网技术，可以随时测试电子装备的工作状态，及时发现和警示电子装备/电控设备存在的隐患，以便检修或处理。

智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED)是电子装备中的一种类型。它可通过物广域网，进行远程有效监控。它支持远程视频的使用。这些视频可以传输电子装备的健康状态，如温度和红外成像。电子装备的数据可以被传送至更多的控制区域。结果是：增加的测试将减少评估设备状态的时间。根据预测的例行维护在电子装备方案下，也能够变成现实。利用监控中心，可以同时监测更多的电子装备。

广域通信是指自动网站与管理员之间的数据交换。物网可以收集来自自动网站的数据和信息，用于满足管理员对物网质量的管理等。

优机具有网络地址转换(Network Address Translation，NAT)程序，能识别其网络中各个计算机名称或者计算机的互联网协议(Internet Protocol，IP)地址。NAT将优机专有网中计算机的内部地址，转换成IP地址在互联网上使用；也屏蔽优机专有网的IP地址而起到保护作用。NAT是优机的标准程序。

优机有两种隔离的接口，一种用来连接优机专有网并处理信息传输与接收的细节；另一种用来直接连接另一台通用计算机(辨机)的接口。由于优机专有网不直接与其他网络连接，因此可以对优机采用先进技术，以提高该网络系统的效率和可靠性。优机也有可扩展功能的模块插槽。

辨机的标准程序：

《检查程序的程序》功能：源端或宿端的辨机接收到明文信息后，对信息进行检查，发现其中的任意程序或指令代码之后，把它们排列在一起，并且暂时存储在外存储器中，同时将第一道程序或指令呈现在指定计算机的显示屏上。如果它们是允许其访问的合法程序或指令；则在第一次出现提示时，选择“以后都允许”复选项，辨机以后碰到这些程序时，不会再次询问，并允许其访问。在一定时间内没有答复或者选择“不允许”复选项，辨机就丢弃它们。源端和宿端辨机工作该程序；可防止病毒攻击辨机保护的网络。

《源端加密程序》功能：单位源端辨机把欲通过互联网发送的明文信息后面，添加对称加密的秘钥；将此组合数据输入单向散列函数(Message Digest)，得出散列(Hash)值(称为源端散列值)；然后将明文信息(不包含密钥)后面添加源端散列值，用密钥进行加密，变成密文；最后将该密文送行宿端辨机。

《宿端解密程序》功能：宿端辨机用单位事先约定的共享的密钥，将接收的密文解密变成明文，得到明文信息和源端散列值；把明文信息(不包含散列值)后面添加密钥；将此组合数据，输入事先约定的单向散列函数，得到散列值(称为宿端散列值)；该宿端散列值与接收到的源端散列值相比较；如果这两个散列值相同；则确认该信息是从合法源端辨机发出的，接受该信息；否则丢弃该信息。

身份验证(Authentication)最简单办法，是在辨机中建立一个用户名(或服务器)的密码数据库。

辨机通过访问控制列表(Access Control List，ACL)来进行身份验证。用户名和密码数据库列表简单地对不同类型的源端被保护网络(以其辨机IP地址为代表)身份进行识别。

授权(Authorization)则规定了用户名在获得访问该网络资格后，能做什么。

身份验证和授权新办法，是建立一个用户名、IP地址、密码和授权权限数据库。

辨机访问控制列表，用来进行用户名(指其他企业、合作伙伴企业或者远程客户或者组织)身份验证。该列表对不同类型的源端(用户名)辨机IP地址和用户名的密码进行身份识别。只有用户名、IP地址和用户名的密码，与该访问控制列表中相同时，基于地址的身份验证才能保证生效。

辨机具有将一个被保护的局域网中计算机，送往(或者接收)该企业另一个局域网计算机的信息，加密(或解密)后，转发给互联网(或者该局域网)的标准程序等；它含有处理信息流等的程序。

PC网络(或物网)的两台主机，通过互联网的安全(防御计算机病毒)通信(图1)如下：

PC网络的一个网络中源端计算机信息，要送往另一个网络中的宿端计算机时，该信息先经过源端优机，到达源端的辨机，转发到互联网上(一般为互联网)进行传输；到达宿端的辨机，明文信息在此处经过《检查程序的程序》进行病毒检查和处理后，明文信息由宿端辨机转发给宿端优机；经宿端优机的网络地址转换程序，发送到该宿端优机专有网中的接收计算机。这种信息传输可壁免病毒对优机专有网的攻击和侵害。

两个被保护优机专有网中计算机之间，信息进行加密后通过Internet的安全和精确通信如下(图1)：

源端辨机装有《源端加密程序》和《宿端解密程序》等，能够加密各种信息，并且只允许该源端被保护网络中的计算机的信息，经过加密之后，进入互联网。

宿端辨机装有《源端加密程序》和《宿端解密程序》等，能够解密从互联网进来的各种信息，并且只允许该单位或者合作伙伴指定的源端网络中的计算机信息，经过解密之后，进入到该宿端的接收计算机。

《检查程序的程序》、《源端加密程序》和《宿端解密程序》集成在一起，安装在辨机上。辨机工作时能够自动做出相应的选择，即可保证辨机在互联网上安全保密传输信息。

辨机的隔离域名(Split Domain Name)技术，将优机专有网的域名服务器与辨机网络的域名服务器隔离，以隐蔽优机专有网中各个主机的IP地址；从而更进一步保护优机专有网。

PC网络具有抵抗黑客通过互联网攻击该网的能力；在网络的反计算机病毒、加密处理、完整检验和身份认证中，辨机可以采用各种各样的方法。例如：

辨机装有《检查程序的程序》，可以防止各种各样计算机病毒的攻击。

装有《源端加密程序》和《宿端解密程序》等的辨机，可以在互联网协议栈的各层，特别是应用层，采用信息加密体制、数字签名和访问控制策略；保证在互联网上信息和数据传输的安全性和精确性。

优机专有网或自动网站的数据备份系统的结构(图2)，可以由备份客户端、备份服务器、介质服务器、备份存储单元和备份管理软件等组成。备份只要在部分优机专有网中设置，就可对物网系统的所有优机专有网进行备份。例如Veritas NetBackup软件采用四级层次结构，集中管理，适应多种应用结构。其技术特点为灵活设置、灾难恢复、并行处理、数据可靠、使用简便、有监控能力等。

1、电子装备根据通用计算机存储的生产或应用的汇编程序，或者以ISO C标准等编写的生产或应用的程序及其数据，控制和操纵其各种功能。由于采用了通用计算机，使许多难以实现的应用或生产功能，能够通过软件和硬件来实现。它可以提高电子装备的性能和可靠性。通用计算机是电子装备的控制核心。

电子装备(图6)一般由通用计算机、可编程序控制器、伺服系统、驱动装置和装备本体等组成。

通用计算机含有微处理器、内存储器、各种驱动器和输入/输出控制装置等。它具有计算机操作系统；一般采用CPU16位以上；主机频率5MHz以上；内存1MB以上和足够容量的存储器，常用于存放计算机所需要的固定信息。

通用计算机操作系统是磁盘操作系统(Disk Operation System，DOS)、UNIX/Linux、Windows等；它控制电子装备的各种基本功能。它可以采用多处理器结构，除了承担程序输入、数据处理、控制辅助设备和伺服系统等任务，并进行实时控制和管理之外；还要对时钟信号和故障信号等引起的中断进行处理。它可以使多道程序交叉进行，如在控制脉冲输出的空闲时间进行数据输入处理，既调用各种功能子程序，完成下一数据段的读入和数据处理工作，又保证在执行生产或应用中将下一个生产或应用的汇编程序输入和准备完毕。一旦当前的生产或应用完成，就立即开始下一任务的运算和控制。

可编程序控制器是专门为生产或应用现场恶劣环境开发的，具有更多功能强大的输入/输出接口和面向工程技术人员的编程语言。PLC接口电路的点数不同。例如C28P有28点，16个输出接口和12个输入接口。

在PLC的工作过程中(图7)，主要完成六个模块的处理。从自诊断模块开始执行，对软件和硬件进行校验和测试。测试结束后，如果PLC控制开关已经拨向编程工作方式，则进入编程器处理模块，这时CPU立即将总线控制权交给编程器，可以根据需要对PLC工作进行在线监视和修改控制设施工作程序等操作。当编程器完成处理工作或者达到所规定的信息交换时间后，CPU重新获得总线控制权。当进行完编程处理器模块后，如果PLC配置了信息交换功能模块，这时开始扫描执行此模块。该模块主要完成PLC与PLC之间、PLC与磁带机、PLC与电子装备之间进行信息交换。

经过用信息交换模块和业务模块处理之后，PLC开始执行超时检查模块。若扫描周期时间没有超过设定的时间，则继续执行下一个扫描周期。若超过了，则CPU将停止生产或应用，复位至输入/输出状态，并且在进行报警后转入停机扫描过程。当超时或者自诊断出错时，PLC进入出错处理模块，并进行报警、显示错误，同时作相应处理，然后停止扫描过程。

PLC与电子装备之间的信息交换分两个方向进行：一个方向是电子装备向PLC发送信息，主要信息有各种功能代码：准备功能字代码、辅助功能字代码和地址符功能字代码等的信息，手动/中断方式信息，各种功能信息等。另一个方向是PLC向电子装备发送信息，主要信息有各种功能代码的应答信息和电子装备的有关参考信息等。

工业PLC可用于电子装备的程序编制、编辑、调试检查和业务的监视。它一般是单独的专用集成电路芯片，通过通信接口与CPU模块连接。在工业PC机正常工作时，不一定需要编程器。为了便于检查，每个接口电路都有指示灯。当接口电路接通时，相应的指示灯发亮；断开时，指示灯熄灭。管理员可以核对各点的续断状态。

电子装备(图6)中伺服系统由驱动控制电路和伺服硬件(或软件)构成。它通过接口电路与驱动装置相连接；同时接受工业微型计算机和可编程序控制器的指令。伺服系统根据工业微型计算机输出的物理参量和伺服控制程序，监控电子装备的各种参数及其误差，并转化成该参数的修改指令，反馈给工业微型计算机，再通过伺服系统纠正所产生的误差。

伺服系统按其控制方式分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。在闭环伺服系统和半闭环伺服系统中，还装有检测仪器。伺服系统的基本要求是稳定性好、精确度高以及快速响应性。其驱动装置(或驱动电路)，是先将工业微型计算机和可编程序控制器发出的指令脉冲进行功率放大，然后转化为驱动装置(或驱动电路)所需的控制信号形式。这种控制信号传输给驱动装置的执行元件(或者机械传动部件的电路)；驱动相关电子装备做出相应的运行及辅助动作，实施程序段规定的应用工序或生产产品的任务。

驱动装置是伺服系统与电子装备之间的传递和过渡系统。它是电子装备电路的强电线圈或者被执行机械的轴承等。驱动装置的基本要求是反应灵活、精确度高以及动态响应性好。

伺服系统配有一套驱动装置；再由驱动装置控制电子装备的相关部件或动力电路进行生产或应用。驱动装置在不同电子装备的运行过程中，控制不同的电子装备的部件或者对象；而且接口也可能是不同的。采用标准化、通用化的驱动装置接口，可以灵活选用伺服系统。

PLC控制电子装备是通过设计相应的程序来实现的。当在现场装配和调试过程中需要改变控制逻辑时，就不必改变外界电路，只要改写程序重新固化即可。它的程序稍微修改就可用于不同的控制对象或电子装备。因此PLC不仅可以用于单台设备的控制，而且可以用于多台设备的控制系统之中。

在PLC的输出模块中有直接用于驱动强电线圈的功能模块，所以它具有较强的驱动能力，一般都能直接驱动伺服系统的执行电器线圈，接通或者断开强电电路。

伺服系统的机械执行元件或者驱动控制电路的接口与驱动装置相连接。它接受电子控制器件或PLC的控制指令。伺服系统的驱动控制电路是先将电子控制器件和PLC发出的指令脉冲进行功率放大，然后转化为驱动装置或者驱动控制电路所需的控制信号形式。这种控制信号传输给驱动控制装置或者机械传动部件电路；驱动设备实施相应的各种生产或应用。

电子装备中的子系统相对独立，其中机械装置、电控设备以及电器接口都集成在一起。由于各种加工工序的控制和设备状态的监测各自分开完成，电子装备具有极大灵活性。为了使各子系统之间互连以及能与监控器连接，各个组合件之间的接口应当有相同的通信协议、连接器件、引线分配器、机械接口等。

数字伺服系统具有高速度、高精度、抗干扰和无漂移等特点。它使伺服设备的控制，实现数字化。电子装备一般通过数字通信接口和通信协议来控制伺服系统和驱动生产或应用设备。

1.1机器人、自动化生产线、数控机床、电子家电等，都是由设备本体、框架、连接部件和微型计算机等组成的电控设备。它们也都是具有特定的机械、应用、生产等功能的电子装备。

通用计算机通过传输介质所控制的电子化物体，就是电控设备或电子装备。如果传输介质是无线电或者微波等，它们就是一种遥控方式的电子化物体。

为了使电控设备的某个机械部件沿着人为确定的任意轨迹运动，需要计算其各个轴线的运动速度和方向。这是一个实时多任务的程序设计问题。机械部件同时通过模拟或数字传感器以及驱动器，与微处理器相连接。在x、y、z三个线性无关方向的笛卡尔坐标由伺服电机驱动，而其速度则由微处理器的模拟输出信号控制。这个系统就是一种智能动力设备。它通过不同的软件来决定智能动力设备的不同的功能。

电控设备其他的功能，例如机械运动部件的气动机械手控制是通过电磁阀的操作实现的。机械手抓取物体后所感受的压力反馈到压力传感器上，产生一个模拟信号，输入微处理器。所有这些不同类型的信号都要经过信号处理，以匹配微处理器与机械手的接口需要。

电控设备的通用软件硬件资源，可采纳、吸收和兼容传统的自动化设备，只需匹配外界标准接口电路。

1.2物网中的各传感器的感应元件输出的电量(或其他物理量)，随着电控设备的生产或应用所产生的参数值的变化而变化。这种变化值被实时数据采集单元所采集，经过线性化和定量化处理，实现物理量到参数值的转换，再对数据进行筛选，得出各个电控设备的生产或应用的参数值，并按一定的格式存储在采集单元中；同时也可以实时将生产或应用的参数值显示在计算机屏幕上，并按规定的格式存储在计算机的硬盘中。在定时观测时刻，还可以将生产或应用的参数值存入规定格式的定时数据文件里。根据生产或业务需要，实现备种生产或业务的参数值的编发，形成各种生产或业务的参数值的报表和运行文件。

检测单元由传感器、调理电路、变换电路等组成。其输入是电控设备中确定的物理参数，如强度、位移、压力、速度、力(力矩)以及变形等。其输出是被测物理量的特征参数，如电压、电流、相位、频率等。对检测单元的要求，就是不失真地反映被测物理量的时间变化曲线。这里包含了分辨率、精度、线性范围、动态响应等一系列技术指标。

检测单元中的传感器(图3)是一种以一定的精确度将被其测量(如位移、力、温度、压力、浓度等)的参数转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量(通常为电量)的器件。它的作用是将非电的物理量转变成模拟电量(如电压、电流或频率)；例如热电偶、热电阻传感器可以获得随温度变化的电压；转速传感器可以将加减速度转换为电脉冲等。

基本转换电路可以不和敏感元件、转换器件装在一个壳体内，而是装入电箱中。但不少传感器需要通过基本转换电路才能输出便于测量的电量，而基本转换电路的类型又与不同工作原理的传感器有关。因此通常基本转换电路作为传感器的组成环节之一。

传感器内部检测是对每个传感器采样的样本中拟是而非数值和拟是而非变化率的一种检测，可以在数据处理的最早可检测点进行质量控制。

根据检测目的和具体条件，按实际需要来确定传感器的适当性能指标，不能盲目地追求高指标。如灵敏度过高，可靠性就会降低等。

检测单元的通用软件硬件资源，可采纳、吸收和兼容传统的各种检测器，只需匹配外界标准接口电路。

1.3采集单元包含硬件和软件两大部分。其中硬件部分(图4)又可以分为模拟部分和数字部分。

采集单元与通用计算机接口的主要功能是将外界的模拟量，例如压力、流量、温度、位移、长度、角度、转速、振动、声音、转矩等非电量，转换为计算机能够处理的数字信息。传感器的输出形式可以分为模拟量、数字量和开关量；与此对应的有三种接口方式：模拟量接口(由放大器、多路模拟开关、采样/保持器、模/数转换器和I/O接口等组成)方式；数字量接口(由计数器、三态缓冲器和I/O接口等组成)方式；开关量接口(由三态缓冲器和I/O接口等组成)方式。

采集单元与计算机接口的主要功能是将外界的模拟量，例如压力、流量、温度、位移、长度、角度、转速、振动、声音、转矩等非电量，转换为计算机能够处理的数字信息。传感器的输出形式可以分为模拟量、数字量和开关量；与此对应的有三种接口方式：模拟量接口(由放大器、多路模拟开关、采样/保持器、模/数转换器和I/O接口等组成)方式；数字量接口(由计数器、三态缓冲器和I/O接口等组成)方式；开关量接口(由三态缓冲器和I/O接口等组成)方式。

采集单元的供应厂家自行设计其硬件和软件，使采集单元具有不同的软件和硬件模块、不同的编程语言、多种实时操作系统、非标准化接口等，带来使用上和维修上的复杂性。

采集单元的通用软件硬件资源，可采纳、吸收和兼容传统的各种采集器，只需匹配外界标准接口电路。

1.4控制单元将控制理论与计算机技术融合为一体。传感检测技术与工艺借助于计算机辅助技术，并采用人工智能和专家系统等技术，形成新型自动控制技术。

将某些辅助部件与被控制对象相联系的装置，就是控制单元(图5)。在闭环伺服系统和半闭环伺服系统中，检测仪器对生产或应用设备进行监测，间接或者直接采集电控设备中的生产或应用实际参数信息，与该生产或应用要求的指令参数进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后传输给执行部件，控制实际的生产或应用参数达到预定的参数标准值范围。

一旦某些生产或应用参数值偏离了预定的标准值范围，伺服系统将该参数值反馈给自动控制装置，由相关的控制装置对有关的驱动控制电路做出相应的调整，使该生产或应用的参数达到预定的标准值范围，从而使生产或应用得到及时的控制，使生产或应用按照规定的要求进行。

控制单元中的嵌入式系统的集成化开发环境一般采用交叉开发方法，在UNIX或Windows主机平台上开发与之连接的目标机。开发环境包括自己的可裁剪的微内核实时多任务操作系统，主机上的编译、调试、查看等工具；以及利用串口、网络、ICE等主机与目标机的连接工具。它们的特点是有各种第三方的开发工具可以选用，如“逻辑分析仪”、代码测试工具、源码分析工具等；支持多种32位目标机体系结构；支持多处理器并行开发，可大大加快产品的开发速度。

控制单元的通用软件硬件资源，可采纳、吸收和兼容传统的各种控制器，只需匹配外界标准接口电路。

数字信号处理器(digital signal processor，DSP)专为信号处理而设计，是解决实时处理要求的单片可编程序处理集成电路芯片。目前的DSP为了提高运算速度，一般采用不同于通用处理器的哈佛式结构；程序指令与数据的存储空间分离，各自有自己的地址和数据总线。这就使得处理指令和数据可以同时执行，从而大大提高了运算速度。数字信号处理器中设置硬件乘法器和乘法累加器，使它在进行乘法和常用的累加之类的运算时速度更快。它的计算速度达每秒数千万次甚至数十亿次定点或者浮点运算。

DSP使用灵活，与一般微控制器相比，其速度更快、效率更高。这种数字式控制集成电路芯片能很好地克服模拟式控制器的缺点，而且具有很多模拟式控制器所没有的优点，如：实时产生平滑的参考信号、对无刷电机和感应电机做矢量控制、高分辨率的PWM输出、采用神经网络和模糊逻辑控制算法等。

电子装备或电控设备可根据实际应用的具体情况，直接采用DSP或PC机等。例如以8031、8051等单片机作为电子装备的通用计算机。

通用计算机只读存储器(EPROM)用于存储操作系统软件；随机存储器(RAM)用于存储汇编程序或者按照ISO C标准编写的生产或应用的功能程序，以及中间结果等。电子装备接口电路，供其与通用计算机、可编程序控制器、伺服系统和检测仪器等进行信息交流。它的输入键盘可直接将程序或数据输入，并且将输入的信息显示在其显示器上。电子装备的硬件结构根据CPU的数量，分为单处理器结构和多处理器结构。

根据电子装备的多种不同具体功能，电子装备采用相应的多处理器结构系统。一般情况下每个处理器承担一个功能模块的处理工作。多个处理器同时工作，共同完成汇编程序指定给电子装备的相应实时生产或应用任务。采用这种多处理器的方法，Linux就可以扩展成实时控制系统。同时Linux还能够兼容多种硬件平台，并可以得到源代码。

电子装备的诊断程序的功能是在生产或应用中能及时发现系统的故障，并且指出故障的类型。也可以在生产或应用前或者故障发生后，检查系统主要部件的功能是否正常，并且指出发生故障的部位。

电子装备驱动程序使多个进程同时访问资源(如内存、I/O、中断源等)，实现多进程实时生产或应用。

电子装备通过输入的汇编程序等，控制和管理自动网站的某种生产或应用，执行该生产或应用等。电子装备系统软件，含有操作系统、生产或应用功能程序(汇编程序、ISO C标准程序等)和管理系统等。电子装备具有实时处理和传输能力，支持生产或应用的数据格式并且驱动设备自动化工作的实施。

2、遵守电子工业协会(EIA)标准RS-232或者RS-485等，由一台通用计算机和若干台电子装备中的电子控制器件，按照物理拓扑结构，短距离(连线在15米内)互相联接在一起，就构成自动网站(图8)。

自动网站一般采用将所有的电子装备中的电子控制器件都直接连接在通用计算机上。这是一种星形拓扑(star topology)结构(图8)。根据具体的情况，还可以采用环形、树形或者总线形等网络拓扑结构。

在RS-232定义的连接线上，自动网站信号可以同时在两个方向上传输，就是全双工传输(full duplextransmisson)；如果信号轮流在两个方向上传输，就是半双工传输(half duplex transmisson)。

RS485、DCS人格化有两层含义，一层是自动网站的最终使用对象是人，将人的智能、情感、人性赋予自动网站，实现入机一体化；另一层是模仿生物机理，生产各种电子装备产品。

自动网站中的通用计算机软件，含有磁盘操作系统DOS或者UNIX/Linux或者Windows等、语言处理(如：编译程序等)和数据库及其管理系统等。自动网站具有实时多任务的处理能力，支持生产或应用的数据格式，能及时传输和处理具体任务，并且驱动电子装备自动化生产或应用的实施。

通用计算机一般采用CPU16位以上；主机频率5MHz以上；内存2MB以上和足够容量的存储器，常用于存放计算机所需要的固定信息，如自动编程需要的工业质量数据、生产或应用数据、工业工具数据和归档的电子装备程序等。它和电子装备之间的通信传输介质是它们传输信息的通道。凭借这个通道，通用计算机传送程序和指令给电子装备。而电子装备返回或传回生产或应用状态及其他一些信息给通用计算机。它们之间通过接口电路用电缆连接。

在自动网站中，通用计算机的硬件结构根据所需要的CPU数量，分为单处理器结构和多处理器结构。

单处理器结构系统由中央处理器CPU、内存储器、输入/输出接口等三部分以及将它们连接(一般为总线)起来的信号线组成。该系统中只有一个微处理器，集中控制整个通用计算机，分时处理非实时的编程、管理和输入/输出等任务。

多处理器结构系统通过由某种物理拓扑(星型、环状、总线等)线路连接在一起的、不少于一个的微处理器组成。每个处理器承担通用计算机的一部分功能。它既能具有独立的生产或应用程序，又能通过通信介质线路或者共享的存储器与其他处理器交换信息，协调步骤，共同完成自动网站承担的任务。多个处理器可同时工作。因此自动网站的运算和实时处理的能力大大增强，可适应生产或应用复杂和特殊的要求。

自动网站软件可以分为系统软件和应用软件。通用计算机可以采用DOS、UNIX/Linux或者Windows等的操作系统软件；一般采用Linux。

通用计算机软件是为实现自动网站各项功能所编制的专用软件，也称为控制软件。其存放在通用计算机的EPROM中。各种自动网站的功能设置和控制方案各不相同，主要根据具体的要求而确定。

自动网站的基本功能由多个功能模块组成；不同的软件结构对这些功能模块的安排与管理方式也不同。它的特点是多任务和实时性，可以采用的相应软件技术为多任务同时处理和多重实时中断处理。多任务同时处理是使通用计算机在同一时刻或者同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。多重实时中断处理系统中，中断管理主要由硬件完成，而自动网站的软件结构则取决于系统的中断结构。自动网站各项实时任务被安排成不同优先级别的中断服务程序或在同一个中断程序中按优先级高低顺序执行。

自动网站能控制计算机辅助设计(computer aided design，CAD)、计算机辅助制造(computer aidedmanufacturing，CAM)与生产或应用管理等自动化生产或应用。它对各个电子装备之间接口制定协议。这些协议从CAD和生产或应用管理开始，分为CAM和生产或应用监控，综合成为生产或应用调度，然后利用各个功能模块进行解释，形成PLC和伺服系统所需要的信息和数据，对自动网站的伺服和执行机构进行控制。

通用计算机的输入数据处理程序功能：接收或编制生产或应用的程序，将程序用标准代码表示的生产或应用指令和数据进行译码、数据处理，并将汇编程序和数据按规定的格式存放。其中输入程序主要有两个任务，一个是从光电阅读机或者键盘输入生产或应用，编制程序并将其存放在任务程序存储器中；另一个是从任务程序存储器中把生产或应用程序逐段逐段往外调出，送入缓冲区，以便译码使用。

应用软件为生产或应用的软件、自动编程软件及其辅助软件，例如CAD/CAM软件等。它需要通过自动网站的系统软件，才能与计算机硬件发生关系。在自动编程软件中，按编程信息的输入方式，可分为：批处理方式自动编程和人机对话式自动编程。

自动网站可以在同一时间或者同一时间间隔内完成两种以上性质相同或者不同的工作。这需要对通用计算机软件的各个功能模块实行多任务并行处理。为此，可以在通用计算机软件设计中，采用资源分时共享并行处理和资源重叠流水并行处理技术。

通用计算机和电子装备之间的通信传输介质，是它们传输信息的通道。凭借这个通道，通用计算机传送经编译的程序和指令给电子装备。而电子装备返回或者传送生产或应用状态及其他一些信息给通用计算机。它们之间用接口电路连接。

自动控制一般都具有以下基本功能(图12)：

给定值组件是设定被控量的给定值的控制装置；比较组件将所检测的被控量与给定量比较；由校正组件按某种规律确定偏差量；放大组件将偏差信号扩大成适用于执行机构工作的信号；作用到控制对象。检测环节用于检测被控量，并将其转换为与给定量统一的物理量。

自动网站和电控设备是物网的基本成分，适用于工业领域中各个行业。它将一组不同功能的电子装备中的电子控制器件通过RS485或RS-422等近距离串行接口，组成各种类型的生产或应用系列；与通用计算机进行多种数据交换。自动网站使用大规模和超大规模集成电路，可大幅度降低自动网站的故障率。同时它还具有人工智能(AI)功能的故障诊断系统，即把专家们所掌握的各种故障原因及其处置方法作为知识库储存到数据库中，以知识库为依据来开发软件，分析并查找故障原因，提出排除故障的方法。

3、优机专有网(图9)依赖于网络的拓扑结构。优机具有微处理器和存储器，并装有输入按键、显示器等。其存储器分为数据存储器(EEPROM)、工作存储器(RAM)和程序存储器(EPROM)等。优机存放网络操作系统(Network Operating System，NOS)。它控制优机专有网的资源，操作优机专有网的运行；并可以并发多个自动网站。

优机一般采用CPU32位以上；主机频率20MHz以上；内存8MB以上并配有足够容量的存储器。它是优机专有网的核心，具有网络操作系统软件，管理各个自动网站之间的通信，管理自动网站的资源和对这些资源的使用。优机一般采用波分、时分或者实时控制；具有多功能、多任务的处理能力，支持生产或应用任务的数据格式，能及时传输和处理具体任务，并且驱动自动网站控制的自动网站工作的实施。

各个自动网站的通用计算机通过网络接口卡和优机专有网的通信传输电缆连接起来，使任意一台通用计算机之间都能够安全、可靠相互通信并且可以共享优机专有网资源(图9)。

NetWare386充分利用了Intel微机系列的微处理器性能，是局域网的工业标准。它是一个多任务、多网络操作系统；安装在优机上。自动网站内存NetWare的外壳(NetWare Sell)程序，截取自动网站的服务请求，并加以判断。如果是对该自动网站的访问，就把请求交给自动网站的通用计算机处理；如果是对优机的请求，则将请求送到优机，由优机处理，再将结果送回给自动网站的电子控制器件。

优机专有网的各个通用计算机或者电子装备中的电子控制器件也可以直接通过传输介质进行通信和业务信息交流。它还可以对传输的各种信息实行安全性等级管理：对于一个信息中的某些部分段落，还可以根据其不同的安全等级，进行相应的安全加密。

优机专有网的网络文件系统(Network File System，NFS)允许应用程序打开一个远程文件，在文件中移动到一个指定位置，并且在该位置开始读写数据。

将仿真技术用于生产或应用的分析设计，需要按建模的要求建立模型，并通过对相应模型的状态跟踪或者模拟而得到实际生产或应用的行为特性，检查自动网站在生产或应用中的各种真实过程和危险。仿真法可用于各个自动网站生产或应用设计的各个阶段，将数学的和经验的模型结合在一起，通过模拟生产或应用情况，得到仿真生产或应用数据，以检验控制代码的正确性和生产或应用的准确性。

物网利用计算机仿真分析，控制系统动态性能(图11)；可在时域里模拟出任何输入作用下，系统的动态响应和系统中参数变化情况。其具体步骤：建立描述现有系统或拟用系统动态特性的数学模型；将数学模型转化为适合计算机仿真的模型(一阶微分方程或差分方程)；选用适当的算法(如龙格—库塔法)编制m文件或采用物网曾经存储的m文件；通过计算机仿真，获得电子装备动态过程参数变化和响应特性的数据或曲线；通过分析自动系统的动态性能的仿真结果或进行变参数仿真，得到提高伺服系统或拟用系统的动态性能的改进方案。物网将计算机仿真分析与电子装备的技术相结合，实现数据分析的可视化和电子装备参数的获得；并控制物网中的电子装备安全可靠工作。

4、物广域网(图1)中各个辨机装有相同的《检查程序的程序》、《源端加密程序》和《宿端解密程序》标准程序等。每台辨机都会对进出优机专有网的信息进行监控，并且拒绝非法对单位内部网络的访问。

辨机一般采用CPU32位以上；主机频率20MHz以上；内存8MB以上和足够的存储器。各个辨机可以装有标准程序和相同的《对单位身份认证和授权程序》程序，并且这些辨机中都有各个辨机的IP地址表和每个优机专有网中的各个主机名称(或者地址)的访问控制列表。每台辨机都会对进出互联网的优机专有网的信息进行监控，并拒绝非法对单位内部网络的访问。对于拥有众多优机专有网的物广域网，满足交互式应用和稳定性要求；可具有互操作性；可区分一个具体文件的不同安全性要求；可使用公钥基础结构，进行认证和密钥分配。

对于小型优机专有网，优机的程序模块可以直接插在辨机的扩展功能槽上。即优机和辨机直接合并。

物广域网满足交互式应用和稳定性要求；具有互操作性；可以区分一个具体文件的各部分不同安全性要求；可以使用公钥基础结构，进行认证和密钥分配。

万一物广域网遭到互联网上恶意攻击，也只有辨机瘫痪，并不会影响到其中的优机专有网正常工作。

辨机还会详细记录所有的外界访问；同时防止互联网上外界信息的非法访问。它使外界优机或者自动网站对于优机专有网的访问，只能先集中在辨机上。这就保证优机专有网上的所有优机或者自动网站的可靠和安全。辨机还允许与其相连的优机，通过互联网，传送和接收本系统的其他优机专有网的加密信息。

辨机可以采用信息验证码(message authentication code，MAC)技术对传输数据进行编码，确保受到恶意攻击的信息的完整性。其典型的编码机制是密码散列(cryptographic hashing)机制。

物网的多媒体远程监控现场(图13)的工作方式有两种。其中本地端的主机可以无需外加画面分割器；同时监视多个流动画面(根据需要设置其数量)。录制在硬盘中的视频画面有较高的清晰度，图像的压缩比可调。存储在硬盘中的画面可以随时回放、搜索、图像调制等，同时可接打印机；也可检索。在软件中可设置捕捉图像的时间和长度，以及在无人值守时可分不同情况、时段进行不同的系统设置，并采取不同的处理措施。本地主机装有摄像机控制器。

对于物广域网之中的优机专有网，目前可能办理的各种业务，放在在线存储(OnStore)设备中，保证随时读取这些信息。为防范可能发生的数据灾难，使用离线存储(OffStore)设备对这些业务的数据备份存储。

使用虚拟存储(Storage Virtualization)备份管理软件，可以提供一个透明的存储系统。按照优机专有网的指令，自动将归档备份目录下的非活动数据自动归档备份到近线存储(NearStore)设备中，将历史数据自动归档备份到离线存储设备中。

5、综合网(图10)中装有相同的《检查程序的程序》、《源端加密程序》和《宿端解密程序》标准程序以及《对单位身份认证和授权程序》等的合作伙伴的辨机和工业企业的物广域网的辨机，都会对进出优机专有网的信息进行监控，并且拒绝非法对物广域网的访问。

综合网中各个辨机、与合作伙伴指定的网络相连接的辨机，装有相同的《检查程序的程序》、《源端加密程序》和《宿端解密程序》标准程序以及《对单位身份认证和授权程序》程序，这些辨机中都有各个辨机的IP地址表和优机专有网与合作伙伴指定的网络中的每个主机名称(或者地址)的访问控制列表。每台辨机都会对进出综合网的优机专有网的信息进行监控，并拒绝非法对单位内部网络和合作伙伴网络的访问。

与单位的优机专有网相连接的辨机，装有《检查程序的程序》、《源端加密程序》和《宿端解密程序》等，能够解密从互联网进来的各种信息，并且只允许该单位的其他源端优机专有网或者合作伙伴指定的源端网络中的计算机的信息，经过解密之后，进入到该宿端优机专有网中的接收计算机。

与合作伙伴指定的网络相连接的辨机，装有《检查程序的程序》、《源端加密程序》和《宿端解密程序》等，能够解密从互联网进来的各种信息，并且只允许该单位的源端优机专有网中的计算机信息，经过解密之后，进入到合作伙伴的宿端优机，再转发给接收计算机。