微機化測控系統(tǒng)第一章

1、測控與系統(tǒng)測控與系統(tǒng) 測控系統(tǒng)原理與設(shè)計孫傳友等主編 課程安排l 課 時: 共計64學時（其中含10學時實驗）l 理論課:講述基本原理和設(shè)計方法，共54學時l 實驗課:根據(jù)實驗指導書的要求完成；10學時l 教材: 測控系統(tǒng)原理與設(shè)計l 考核方式：閉卷考試閉卷考試，平時成績可占20%l 參考書: 微型計算機控制技術(shù) 潘新民 等編著 機械工業(yè)出版社測控技術(shù)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）l 測控通道 12學時l 主機與接口8學時l 測量數(shù)據(jù)處理 10學時l PID控制算法6學時l 監(jiān)控程序設(shè)計6學時l 抗干擾技術(shù)6學時l 微機化測控系統(tǒng)設(shè)計實例4學時l 測控系統(tǒng)新技術(shù)虛擬儀

2、器與測控網(wǎng)絡(luò)課程要求l 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。l 通過課程的學習，掌握測控系統(tǒng)原理和關(guān)鍵技術(shù)。l 能夠進行應用系統(tǒng)的硬件設(shè)計、調(diào)試工作。了解抗干擾的幾種方法。l 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(shè)計。l 了解有關(guān)虛擬儀器與測控網(wǎng)絡(luò)等先進測控系統(tǒng)。第一章第一章 緒論緒論主要內(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q 測量和控制是人類認識世界和改造世界的兩項基本任務(wù)。q 測控儀器和系統(tǒng)是人類實現(xiàn)這兩項

3、任務(wù)的工具和手段。q 測控儀器在科學研究中具有重要作用q 測控儀器或系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中起著把關(guān)和指導者的作用。q 國民經(jīng)濟的倍增器，技術(shù)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）。q 儀器是信息工具，是信息工業(yè)的重要組成部分?，F(xiàn)代化寶鋼的技術(shù)裝備投資，1/3經(jīng)費用于購置儀器和自控系統(tǒng)。據(jù)美國國家標準技術(shù)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。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% 。諾貝爾物理和化

4、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。測控測控儀器在信息時代作用：儀器在信息時代作用：信息獲取信息獲取處理處理傳輸?shù)逆湕l中的源頭技術(shù)傳輸?shù)逆湕l中的源頭技術(shù)測控技術(shù)廣泛應用于煉油、化工、冶金、測控技術(shù)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電力、機械、電子、輕工和紡織等許多行業(yè)。業(yè)。測控技術(shù)應用范圍測控技術(shù)應用范圍1-1-測控系統(tǒng)微機化的重要意義測控系統(tǒng)微機化的重要意義測控系統(tǒng)的發(fā)展：測控系統(tǒng)的發(fā)展：時間時間儀表類型儀表類型使用方法使用方法局限性局限性20世紀世紀50年年代前代前基于氣動信號基于氣動信

5、號的簡單測控儀的簡單測控儀表表專門工人到現(xiàn)專門工人到現(xiàn)場巡視記錄場巡視記錄信號不能傳遞信號不能傳遞20世紀世紀60年年代代基于氣動、電基于氣動、電動信號的組合動信號的組合式測控儀表式測控儀表無需現(xiàn)場巡視無需現(xiàn)場巡視記錄，有統(tǒng)一記錄，有統(tǒng)一測控室，儀表測控室，儀表將標準工業(yè)信將標準工業(yè)信號傳至此處號傳至此處合成測控系統(tǒng)合成測控系統(tǒng)時結(jié)構(gòu)復雜，時結(jié)構(gòu)復雜，更新慢、成本更新慢、成本高高20世紀世紀70年年代代微機電動測微機電動測控儀表控儀表1-1-測控系統(tǒng)微機化的重要意義測控系統(tǒng)微機化的重要意義q 自動對零功能：降低零點漂移誤差；q 量程自動切換功能：提高分辨率；q 多點快速測控：對不同參數(shù)快速測量

6、；q 數(shù)字濾波功能：抑制各種干擾和脈沖信號；q 自動修正誤差：用軟件實現(xiàn)在線或離線修正；q 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q 復雜控制規(guī)律：實現(xiàn)PID控制，模糊、自適應控制等；q 多媒體功能：具有聲、光和語音等功能；q 通信或網(wǎng)絡(luò)功能：增強數(shù)據(jù)傳輸；q 自我診斷功能：自我監(jiān)測。1-1-微機化測控系統(tǒng)的類型和組成微機化測控系統(tǒng)的類型和組成 微機化檢測系統(tǒng)是以微機為核心，單純以微機化檢測系統(tǒng)是以微機為核心，單純以“檢測檢測”為目的的系統(tǒng)。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

7、為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其框圖如上圖。被測參數(shù)經(jīng)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)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信號在示波器等模擬顯示器上

8、顯示,并超值報警并超值報警、微機化檢測系統(tǒng)、微機化檢測系統(tǒng)、微機化控制系統(tǒng)、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)。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)，屬于開環(huán)系統(tǒng)，程序控制的基本思想是將被控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，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，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)

9、，運行時由計算機控制刀具的動作，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。最后加工出成品。、微機化測控系統(tǒng)、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(jié)果來控制被控對象。它實質(zhì)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。 控制繼電器、步進電機等控制模擬執(zhí)行機構(gòu)或設(shè)備 上圖中左側(cè)的輸入、輸出通道，稱為過程通道，它上圖中左側(cè)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(jié)渠道，因此，我們稱之為是微機與測控對象的聯(lián)結(jié)渠道，因此，我們稱之為“測測控通道控通道”。 測控通道又可分為模擬量輸入通道、模擬量輸出通測控通道又可分為模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、開關(guān)量輸入通道和開關(guān)量輸出

10、通道。模擬量輸出通道、開關(guān)量輸入通道和開關(guān)量輸出通道。模擬量輸出通道帶有數(shù)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(gòu)模轉(zhuǎn)換器，使計算機能對模擬形式的執(zhí)行機構(gòu)或輸出設(shè)備進行控制?；蜉敵鲈O(shè)備進行控制。 圖中圖中 “ “人人機接口機接口”是微機與操作員的聯(lián)結(jié)渠道，是微機與操作員的聯(lián)結(jié)渠道，稱為稱為“人人機通道機通道”，最常用的有鍵盤和顯示器、打印，最常用的有鍵盤和顯示器、打印機以及各種記錄器等。機以及各種記錄器等。 圖中圖中“通信接口通信接口”是圖中的微機與其它微機的聯(lián)系是圖中的微機與其它微機的聯(lián)系渠道，稱為渠道，稱為“相互通道相互通道”。多微機測控系統(tǒng)的各個微機。多微機測控系統(tǒng)的各個微機之

11、間通過之間通過“通信接口通信接口”傳送指令或數(shù)據(jù)。傳送指令或數(shù)據(jù)。 1-1-本課程的內(nèi)容和性質(zhì)本課程的內(nèi)容和性質(zhì)l 對微機化測控儀器和系統(tǒng)的基本原理和總體設(shè)計思想的介紹。l 它是計算機技術(shù)與測控技術(shù)、電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。l 是測控技術(shù)與儀器專業(yè)學生開設(shè)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(shù)等。l 課程特點：硬件、軟件相互結(jié)合，研究接口、算法、整機監(jiān)控軟件、干擾的技術(shù)，以及虛擬儀器、現(xiàn)場總線、測控網(wǎng)絡(luò)等測控新技術(shù)l 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)自動化儀表工業(yè)自動化

12、儀表： 重點發(fā)展基于現(xiàn)場總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能重點發(fā)展基于現(xiàn)場總線技術(shù)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(wù)領(lǐng)域，化儀表、特種和專用自動化儀表；全面擴大服務(wù)領(lǐng)域，推進儀器儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，完成自推進儀器儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，完成自動化儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，動化儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，5 5年內(nèi)數(shù)字儀年內(nèi)數(shù)字儀表比例達到表比例達到60%60%以上；加速具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自動化以上；加速具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自動化軟件的商品化。軟件的商品化。 電工儀器儀表電工儀器儀表： 重點發(fā)展長壽命電能表、電子式電能表、特種專用重點發(fā)展長壽

13、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)。到電測儀表和電網(wǎng)計量自動管理系統(tǒng)。到20102010年，高中檔年，高中檔電工儀器儀表國內(nèi)市場占有率達到電工儀器儀表國內(nèi)市場占有率達到80%80%。 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 科學測試儀器科學測試儀器： 重點發(fā)展過程分析儀器、環(huán)保監(jiān)測儀器儀表、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(chǔ)產(chǎn)業(yè)所需的汽工業(yè)爐窯節(jié)能分析儀器以及圍繞基礎(chǔ)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)以及地測量儀、

14、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(shù)含其他實驗機、實驗室儀器等新產(chǎn)品。產(chǎn)品以技術(shù)含量較高的中檔產(chǎn)品為主。量較高的中檔產(chǎn)品為主。 環(huán)保儀器儀表環(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，到控制系統(tǒng)產(chǎn)品，到20102010年國內(nèi)市場占有率達到年國內(nèi)市場占有率達到70%70%以上。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 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 儀器儀表元器件儀器儀表元器件： 2010 2010年以前，盡快年以前，盡快開發(fā)出開發(fā)出一批適銷對路、市場一批適銷對路、市場效果好的產(chǎn)品，品種占有率達到效果好的產(chǎn)品，品種占有率達到70%70%80%80%，高檔產(chǎn)，高檔產(chǎn)品市場占有率達到品市場占有率達到60%60%以上。通過科技公關(guān)、新品以上。通過科技公關(guān)、新品開發(fā)，使產(chǎn)品質(zhì)量水平達到國際開發(fā)，使產(chǎn)品質(zhì)量水平達到國際2020世紀世紀9090年代末水年代末水平，部分產(chǎn)品接近國外同類產(chǎn)品先進水平。平，部分產(chǎn)品接