微機化測控系統(tǒng)第一章

測控與系統(tǒng)《測控系統(tǒng)原理與設計》 孫傳友等主編

課程安排課時:共計64學時（其中含10學時實驗）理論課:講述基本原理和設計方法，共54學時實驗課:根據(jù)實驗指導書的要求完成；10學時教材:《測控系統(tǒng)原理與設計》考核方式：閉卷考試，平時成績可占20%參考書:微型計算機控制技術潘新民等編著機械工業(yè)出版社測控技術與系統(tǒng)黃唯一等編著機械工業(yè)出版社各章內(nèi)容（2-9章）測控通道 12學時主機與接口 8學時測量數(shù)據(jù)處理 10學時PID控制算法 6學時 監(jiān)控程序設計 6學時抗干擾技術 6學時微機化測控系統(tǒng)設計實例 4學時測控系統(tǒng)新技術－虛擬儀器與測控網(wǎng)絡課程要求本課程是專業(yè)綜合課程，把前面學過的知識進行綜合應用。通過課程的學習，掌握測控系統(tǒng)原理和關鍵技術。能夠進行應用系統(tǒng)的硬件設計、調(diào)試工作。了解抗干擾的幾種方法。掌握一些基本的控制算法、數(shù)據(jù)處理方法、監(jiān)控程序等軟件設計。了解有關虛擬儀器與測控網(wǎng)絡等先進測控系統(tǒng)。第一章緒論 主要內(nèi)容?測控儀器和系統(tǒng)的地位與作用?測控系統(tǒng)微機化的重要意義?微機化測控系統(tǒng)的類型和組成?微機化檢測系統(tǒng)?微機化控制系統(tǒng)?微機化測控系統(tǒng)?本課程的內(nèi)容與性質(zhì)第一章緒論§1-1測控儀器和系統(tǒng)的作用與地位測量和控制是人類認識世界和改造世界的兩項基本任務。測控儀器和系統(tǒng)是人類實現(xiàn)這兩項任務的工具和手段。測控儀器在科學研究中具有重要作用測控儀器或系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中起著把關和指導者的作用。國民經(jīng)濟的倍增器，技術監(jiān)督的物質(zhì)法官（蔬菜監(jiān)測，與食品安全等，月餅抽查93%合格）。儀器是信息工具，是信息工業(yè)的重要組成部分。①現(xiàn)代化寶鋼的技術裝備投資，1/3經(jīng)費用于購置儀器和自控系統(tǒng)。②據(jù)美國國家標準技術研究院(NIST)的統(tǒng)計，美國為了質(zhì)量認證和控制、自動化及流程分析，每天完成2.5億個檢測。③美國商業(yè)部國家標準局(NBS)，20世紀90年代初評估儀器儀表工業(yè)對美國國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的影響作用稱：儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值只占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但它對國民經(jīng)濟的影響達到66%。④諾貝爾物理和化學獎中約四分之一屬于測試方法和儀器創(chuàng)新；如近日美國新發(fā)明的人體斷面掃描儀器，可立刻發(fā)現(xiàn)人體任何部位的細胞癌變。測控儀器在信息時代作用：信息獲取→處理→傳輸?shù)逆湕l中的源頭技術測控技術廣泛應用于煉油、化工、冶金、電力、機械、電子、輕工和紡織等許多行業(yè)。測控技術應用范圍§1-２測控系統(tǒng)微機化的重要意義測控系統(tǒng)的發(fā)展：時間儀表類型使用方法局限性20世紀50年代前基于氣動信號的簡單測控儀表專門工人到現(xiàn)場巡視記錄信號不能傳遞20世紀60年代基于氣動、電動信號的組合式測控儀表無需現(xiàn)場巡視記錄，有統(tǒng)一測控室，儀表將標準工業(yè)信號傳至此處合成測控系統(tǒng)時結構復雜，更新慢、成本高20世紀70年代微機＋電動測控儀表§1-２測控系統(tǒng)微機化的重要意義自動對零功能：降低零點漂移誤差；量程自動切換功能：提高分辨率；多點快速測控：對不同參數(shù)快速測量；數(shù)字濾波功能：抑制各種干擾和脈沖信號；自動修正誤差：用軟件實現(xiàn)在線或離線修正；數(shù)字處理功能：用計算機實現(xiàn)復雜計算等，如統(tǒng)計、檢索復雜控制規(guī)律：實現(xiàn)PID控制，模糊、自適應控制等；多媒體功能：具有聲、光和語音等功能；通信或網(wǎng)絡功能：增強數(shù)據(jù)傳輸；自我診斷功能：自我監(jiān)測?！?-３微機化測控系統(tǒng)的類型和組成微機化檢測系統(tǒng)是以微機為核心，單純以“檢測”為目的的系統(tǒng)。一般用來對被測過程中的一些物理量進行測量并獲得相應的精確測量數(shù)據(jù)，又常稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其框圖如上圖。被測參數(shù)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成模擬信號，再由模擬輸入通道進行信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)換成微機要求的數(shù)字形式送入微機進行處理，再送到磁帶機、打印機等數(shù)據(jù)記錄器記錄，來獲得測量數(shù)據(jù)。為對測量過程實時監(jiān)視，模擬輸出通道將微機處理后的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號在示波器等模擬顯示器上顯示,并超值報警１、微機化檢測系統(tǒng)２、微機化控制系統(tǒng)以微機為核心，單純以控制為目的的系統(tǒng)。屬于開環(huán)系統(tǒng)，程序控制的基本思想是將被控對象的動作次序和各類參數(shù)輸入微機，微機執(zhí)行固定的程序，一步一步地控制被控對象的動作，以達到預期的目的。例如數(shù)控機床的計算機控制，預先輸入切削量、裕量、進給量、工件尺寸和加工步驟等參數(shù)，運行時由計算機控制刀具的動作，最后加工出成品。３、微機化測控系統(tǒng)以微機為核心，測控一體化的系統(tǒng)。以被控對象的測量結果來控制被控對象。它實質(zhì)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂评^電器、步進電機等控制模擬執(zhí)行機構或設備

上圖中左側的輸入、輸出通道，稱為過程通道，它是微機與測控對象的聯(lián)結渠道，因此，我們稱之為“測控通道”。測控通道又可分為模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、開關量輸入通道和開關量輸出通道。模擬量輸出通道帶有數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，使計算機能對模擬形式的執(zhí)行機構或輸出設備進行控制。圖中“人—機接口”是微機與操作員的聯(lián)結渠道，稱為“人—機通道”，最常用的有鍵盤和顯示器、打印機以及各種記錄器等。圖中“通信接口”是圖中的微機與其它微機的聯(lián)系渠道，稱為“相互通道”。多微機測控系統(tǒng)的各個微機之間通過“通信接口”傳送指令或數(shù)據(jù)?！?-４本課程的內(nèi)容和性質(zhì)對微機化測控儀器和系統(tǒng)的基本原理和總體設計思想的介紹。它是計算機技術與測控技術、電子技術相結合的產(chǎn)物。是測控技術與儀器專業(yè)學生開設的一門綜合性課程，需要掌握的前期專業(yè)課程有：模擬電路、數(shù)字電路、傳感器原理、測控電路、信號與系統(tǒng)、微機原理及接口技術等。課程特點：硬件、軟件相互結合，研究接口、算法、整機監(jiān)控軟件、干擾的技術，以及虛擬儀器、現(xiàn)場總線、測控網(wǎng)絡等測控新技術通過本課程的學習，掌握怎樣利用計算機、傳感器、測量電路和控制電路來搭建測控系統(tǒng)工業(yè)自動化儀表：

重點發(fā)展基于現(xiàn)場總線技術的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種和專用自動化儀表；全面擴大服務領域，推進儀器儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化，完成自動化儀表從模擬技術向數(shù)字技術的轉(zhuǎn)變，5年內(nèi)數(shù)字儀表比例達到60%以上；加速具有自主知識產(chǎn)權的自動化軟件的商品化。

電工儀器儀表：

重點發(fā)展長壽命電能表、電子式電能表、特種專用電測儀表和電網(wǎng)計量自動管理系統(tǒng)。到2010年，高中檔電工儀器儀表國內(nèi)市場占有率達到80%。

我國未來儀器儀表發(fā)展重點

科學測試儀器：

重點發(fā)展過程分析儀器、環(huán)保監(jiān)測儀器儀表、工業(yè)爐窯節(jié)能分析儀器以及圍繞基礎產(chǎn)業(yè)所需的汽車零部件動平衡、動力測試及整車性能檢測儀、大地測量儀、電子速測儀、測量型全球定位系統(tǒng)以及其他實驗機、實驗室儀器等新產(chǎn)品。產(chǎn)品以技術含量較高的中檔產(chǎn)品為主。

環(huán)保儀器儀表：重點發(fā)展大氣環(huán)境、水環(huán)境的環(huán)保監(jiān)測自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)品，到2010年國內(nèi)市場占有率達到70%以上。

我國未來儀器儀表發(fā)展重點

我國未來儀器儀表發(fā)展重點

儀器儀表元器件：2010年以前，盡快開發(fā)出一批適銷對路、市場效果好的產(chǎn)品，品種占有率達到70%～80%，高檔產(chǎn)品市場占有率達到60%以上。通過科技公關、新品開發(fā)，使產(chǎn)