對測控技術(shù)的認(rèn)識

1、對測控技術(shù)的認(rèn)識摘要：測控技術(shù)與儀器專業(yè)是信息科學(xué)技術(shù)的源頭，是光學(xué)、精密機(jī)械、電子、計算機(jī) 與信息技術(shù)多學(xué)科互相滲透而形成的一門高新技術(shù)密集型綜合學(xué)科。專業(yè)面廣，小到制造車 間的檢測，大到衛(wèi)星火箭發(fā)射的監(jiān)控。測控技術(shù)與儀表是適用于各類不同專業(yè)的一門實(shí)用性 非常強(qiáng)的學(xué)科，如工業(yè)自動化、生產(chǎn)過程自動化、檢測技術(shù)及儀表、電子儀器及測量技術(shù)、 計算機(jī)過程控制等等，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，光機(jī)電一體化系統(tǒng)的開發(fā)研制與應(yīng)用越來 越受到重視，測控技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域以及本身的價值越來越重要。文以網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)在太陽能 熱水裝置中的應(yīng)用為例講述對測控技術(shù)的認(rèn)識。關(guān)鍵詞：測控網(wǎng)絡(luò)太陽能一、 引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月

2、異的發(fā)展，以信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)為支柱的知識經(jīng)濟(jì)也隨 之迅速發(fā)展，人類已經(jīng)逐漸進(jìn)人信息社會，各種高新技術(shù)也愈來愈多地融合滲入 到測量領(lǐng)域和儀器儀表行業(yè)。作為測量領(lǐng)域惟一的本科專業(yè)，測控技術(shù)與儀器已 經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域的重要分支，是研究信息的獲取和預(yù)處 理，以及對相關(guān)要素進(jìn)行控制的理論與技術(shù);是集光、機(jī)、電、自動控制技術(shù)、 計算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)多學(xué)科相互融合和滲透而形成的一門高新技術(shù)密集型綜 合學(xué)科?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展不僅使愈來愈多領(lǐng)域的研究和應(yīng)用對測控技術(shù)與儀器專業(yè) 人才的需求，而且隨著知識更新的速度日益加快，知識經(jīng)濟(jì)時代迫切需要具有高 綜合素質(zhì)、實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的人才，這就要測控技術(shù)與

3、儀器專業(yè)人才的培養(yǎng) 提出新的要求。建設(shè)創(chuàng)新型國家的核心在于擁有大批創(chuàng)新型的人才，因此測控技 術(shù)與儀器在高等學(xué)校中受到了廣泛的注重，因此高等學(xué)校作為人才培養(yǎng)的主體積 極思考了如何多方位地培養(yǎng)創(chuàng)新型的人才。測控技術(shù)與儀器專業(yè)是寬口徑專業(yè)， 不僅涉及的理論知識廣泛，而且工程性強(qiáng)，對學(xué)生的實(shí)踐能力要求高。因此，為 了適應(yīng)測控技術(shù)與儀器技術(shù)的發(fā)展，特別是在教育改革不斷深化的形勢下，對專 業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行研究，以探索適應(yīng)二十一世紀(jì)科技發(fā)展的測控人才培養(yǎng)模式勢在 必行。二、測控技術(shù)的專業(yè)介紹以及發(fā)展趨勢1、專業(yè)介紹：測控技術(shù)與儀器專業(yè)是多學(xué)科交叉融合的專業(yè)，知識面非常的廣，涉及測量 與測控技術(shù)、儀器儀表技術(shù)、

4、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多個學(xué) 科的知識。測控技術(shù)自古以來就是人類生活和生產(chǎn)的重要組成部分。最初的測控 嘗試都是來自于生產(chǎn)生活的需要，對時間的測控要求使人類有了日晷這一原始的 時鐘，對空間的測控要求使人類有了點(diǎn)線面的認(rèn)識?，F(xiàn)代社會對測控的要求當(dāng)然 不會停留在這些初級階段，隨著科技的發(fā)展，測控技術(shù)進(jìn)入了全新的時代。測控技術(shù)與儀器專業(yè)是信息科學(xué)技術(shù)的源頭，是光學(xué)、精密機(jī)械、電子、計 算機(jī)與信息技術(shù)多學(xué)科互相滲透而形成的一門高新技術(shù)密集型綜合學(xué)科。她的專 業(yè)面廣，小到制造車間的檢測，大到衛(wèi)星火箭發(fā)射的監(jiān)控。中國工業(yè)以前很長時間里在國際市場上沒有地位，一個重要的原因是大路貨 太多，質(zhì)量太

5、差，沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品，無法與其他工業(yè)強(qiáng)國相爭，這又與我國測 控專業(yè)人才非常缺乏有關(guān)。與世界接軌，中國企業(yè)要想提高國際競爭力，產(chǎn)品質(zhì) 量是關(guān)鍵，因此，測控專業(yè)的人才變得越來越重要。本專業(yè)以光、機(jī)、電、計算機(jī)一體化為特色，培養(yǎng)具有現(xiàn)代科學(xué)創(chuàng)新意識、 知識面寬、基礎(chǔ)理論扎實(shí)、計算機(jī)和外語能力強(qiáng)，可從事計算機(jī)應(yīng)用、電子信息、 智能儀器、虛擬儀器、測量與控制等多領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研 究、企業(yè)管理等多方面的高級工程技術(shù)及經(jīng)營管理人才。同時因為他們專業(yè)知識 面寬廣，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力和廣泛的發(fā)展空間，也可從事計量、測試、控制工 程、智能儀器儀表、計算機(jī)軟件和硬件等高新技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計、制造、開

6、發(fā)和應(yīng) 用等工作，轉(zhuǎn)行比較容易。2、發(fā)展趨勢：2.1教育發(fā)展?fàn)顩r科學(xué)史上重大的發(fā)現(xiàn)往往是由于新的測量技術(shù)的發(fā)明而獲得。在信息科技時 代，測控技術(shù)與儀表是實(shí)現(xiàn)信息獲取、存儲、處理的必備工具，也是揭示物質(zhì)運(yùn) 動的必備工具。在現(xiàn)代化建設(shè)中，由于儀器儀表對生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的質(zhì)量的具有 的監(jiān)測作用，人們在技術(shù)上對它有著更高層次的要求。測控技術(shù)與儀表是適用于各類不同專業(yè)的一門實(shí)用性非常強(qiáng)的學(xué)科，如工業(yè) 自動化、生產(chǎn)過程自動化、檢測技術(shù)及儀表、電子儀器及測量技術(shù)、計算機(jī)過程 控制等等。在當(dāng)今的大學(xué)理工科類院校中，幾乎都已開設(shè)了此專業(yè)。由于該專業(yè) 在國內(nèi)設(shè)立較早，因此現(xiàn)已處于成熟的階段。測控技術(shù)與儀表可以說是一

7、門邊緣學(xué)科，它和自動控制、工業(yè)自動化、儀器 儀表以及計算機(jī)專業(yè)有著密切的聯(lián)系。而正是由于測控技術(shù)與儀表專業(yè)的這種聯(lián) 系，對于該專業(yè)的畢業(yè)生來說，其就業(yè)可以選擇的方向十分廣泛，既可以進(jìn)入生 產(chǎn)工程自動化企業(yè)從事自動控制、自動化檢測等方面的工作，也可以在科研單位 進(jìn)行儀器儀表的開發(fā)和設(shè)計，同時還可以在工程檢測領(lǐng)域、計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域找到 適合本專業(yè)個人發(fā)展的空間。我國的測試技術(shù)與儀表專業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的路程，現(xiàn)在已取得了飛快的 發(fā)展。國內(nèi)院校中，現(xiàn)開設(shè)測試技術(shù)與儀表專業(yè)，如清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、 天津大學(xué)、東北大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、南京理工大 學(xué)等等。其中已有許多院校經(jīng)國家

8、教委批準(zhǔn)設(shè)立了測試技術(shù)與儀表專業(yè)碩士點(diǎn)。 目前，每年測試技術(shù)與儀表專業(yè)的招生人數(shù)大約在3000人左右，畢業(yè)生廣泛的 就職于工業(yè)自動化類企業(yè)、儀器儀表行業(yè)以及各類科研機(jī)構(gòu)從事與本專業(yè)有關(guān)的 工作。2.2分布式測控系統(tǒng)分布式測控系統(tǒng)其核心思想是集中管理，分散控制，即管理與控制相分離， 上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理功能，若干臺下位機(jī)分散到現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)分布式測量與控 制，上、下位機(jī)之間用控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)以實(shí)現(xiàn)互相之間的信息傳遞。因此，分布式 測控系統(tǒng)有力的彌補(bǔ)了集中式數(shù)字測控系統(tǒng)對控制器處理能力和可靠性要求高 的缺陷。2.3現(xiàn)場總線測控系統(tǒng)現(xiàn)場總線測控系統(tǒng)用現(xiàn)場總線這一開放的，具有互操作性的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場各控 制器及儀

9、器儀表設(shè)備互連，構(gòu)成現(xiàn)場總線測控系統(tǒng)，同時控制功能徹底下放到現(xiàn) 場，降低了安裝成本和維護(hù)費(fèi)用。因此，現(xiàn)場總線測控系統(tǒng)是一個開放式的，具 有互操作性的、徹底分散到分布式測控系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線把通用或?qū)Ｓ玫奈⑻幚碇?入傳統(tǒng)的測量儀表，使之具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力。采用一定的介質(zhì)作為通 信總線，按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個設(shè)備之間及現(xiàn)場設(shè)備與 遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的測控 系統(tǒng)。2.4基于交換式連接工業(yè)以太網(wǎng)及分布式、測量控制管理一體化的測控系統(tǒng)以太網(wǎng)的工業(yè)控制優(yōu)越性和可能性主要表現(xiàn)為：足夠帶寬并且進(jìn)行交互式互 連從而保證測控系統(tǒng)得實(shí)時性，采用T

10、CP從而獲得通信協(xié)議的開放性、易與 Internet集成從而更有利于建立測量控制管理一體化的測控系統(tǒng)，有成熟的以 太控制網(wǎng)絡(luò)軟件及成本低廉等。三、測控技術(shù)發(fā)展前景與發(fā)展新階段“網(wǎng)絡(luò)化目前測控系統(tǒng)中迅猛發(fā)展的現(xiàn)場總線，它的通信模型和OSI模型對應(yīng)，將現(xiàn) 場的智能儀表和裝置作為節(jié)點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)將節(jié)點(diǎn)連同控制室內(nèi)的儀器儀表和控制 裝置聯(lián)成有機(jī)的測控系統(tǒng)。測控網(wǎng)絡(luò)的功能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)中各獨(dú)立個體功能的 總和。結(jié)果是測控系統(tǒng)的功能顯著增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域及范圍明顯擴(kuò)大。1999年2 月，Jini軟件技術(shù)問世。Jini軟件技術(shù)旨在使各種電器設(shè)備、測量儀器及采用JAVA 芯片的各種裝置能連接上網(wǎng)，Jini軟件連同以

11、Java語言編寫的簡單程序，可使聯(lián) 網(wǎng)的任何儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)其自身功能的同時，還能為其他儀器設(shè)備加以利用。網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)的出現(xiàn)，正在并將極大地改變?nèi)藗兩畹母鱾€方面。具體到計量測試、測控 技術(shù)及儀器儀表領(lǐng)域，微機(jī)化儀器的聯(lián)網(wǎng)，高檔測量儀器設(shè)備以及測量信息的地 區(qū)性、全國性乃至全球性資源共享，各等級計量標(biāo)準(zhǔn)跨地域?qū)嵤┲苯拥臄?shù)字化溯 源比對，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與測控，遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷，電、水、燃?xì)狻崮艿鹊?自動抄表，都是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步并全面介入其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的必然結(jié)果。四、測控技術(shù)在社會生活中的應(yīng)用一一網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)在太陽能熱水裝置中的應(yīng)用太陽能的季節(jié)特性很明顯，夏天日照時間長，投射角較大，獲得的能量比較 多，

12、冬天則相反。由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的原因，太陽能設(shè)備還不能更有 效地跨 季節(jié)使用。采用太陽能熱泵混合式供熱水裝置是從充分利用太陽能設(shè)備出發(fā)， 考慮太陽能不足時的熱水供應(yīng)以及節(jié)能需要。太陽能熱泵混合式供熱水裝置是在原來常用的太陽能熱水系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)形 式的基礎(chǔ)上，增加一套熱泵系統(tǒng)（圖1）。系統(tǒng)適合于間歇供熱水場合，有兩種不 同的工作模式：（1）當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度足夠大時，不需要開啟熱泵，直接利用太陽 能即可滿足要求；（2）太陽輻射強(qiáng)度減小，水箱中的水溫過低時，開啟熱泵， 使其以空氣為熱源進(jìn)行工作。由于采用翅片管換熱器，本裝置的容量比較小。隨 著Internet和Intranet技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)都紛

13、紛建立自己的Intranet網(wǎng)， 從而初步 實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部的3C（Communication，Collabora tion和 Coordination）o現(xiàn)有的Intranet主要面向企 業(yè)的信息管理，缺乏對設(shè)備的監(jiān)控和 管理。圖1太陽能熱泵混合式供熱水系統(tǒng)圖太陽能熱泵熱水裝置溫度控制原理電氣控制系統(tǒng)首先由溫度變送器采集太陽能熱泵熱水裝置溫度數(shù)據(jù)，并將其 轉(zhuǎn)換為420 mA信號傳送至與可編程控制器連接的模擬量模塊(EM235)中； 用戶在上位機(jī)中設(shè)定所需溫度值，并通過電腦網(wǎng)卡、以太網(wǎng)集線器(多級)，經(jīng) 西門子工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器(CP243 1)傳送至可編程控制器(CPU224)中。最 后CP

14、U224對溫度采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較，從而判斷出熱水實(shí)際溫度與用戶 要求的差異。在光照條件下，當(dāng)集熱器內(nèi)水溫達(dá)到設(shè)定值時(推薦設(shè)定50C，可 通過上位機(jī)由用戶自由設(shè) 定)，CPU224使定溫電磁閥自動打開，自來水進(jìn)入集 熱器，并將集熱器內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度的熱水頂入貯熱水箱；當(dāng)集熱器內(nèi)水溫低于設(shè) 定值2C時，CPU224使定溫電磁閥自動關(guān)閉。水位儀檢測到貯熱水箱水滿，會 自動發(fā)出指令給CPU224, CPU224收到該指令后，自動切斷定溫電磁閥，并自 動轉(zhuǎn)入水溫上限設(shè)定(70C)運(yùn)行。當(dāng)集熱器內(nèi)水溫達(dá)到上限設(shè)定值時，CPU224 使定溫電磁閥打開，同時使定溫循環(huán)水泵自動啟動，將水箱內(nèi)較低溫度的水打入

15、 集熱器，而將集熱器內(nèi)達(dá)到上限溫度的高溫?zé)崴斎胭A熱水箱；當(dāng)集熱器內(nèi)水溫 低于上限設(shè)定值2C時，CPU224使定溫電磁閥自動關(guān)閉。本太陽能熱泵熱水裝 置設(shè)有環(huán)境溫度傳感器，由于散熱原因造成貯熱水箱水溫低于設(shè)定溫度時， CPU224對貯熱水箱溫度和集熱器出水溫 度進(jìn)行比較，若集熱器出水溫度比貯 熱水箱溫度高，則裝置中的CPU224自動在晴天條件下發(fā)出指令啟動循環(huán)水泵， 使貯熱水箱內(nèi)的水和集熱器內(nèi)的水形成強(qiáng)制循環(huán)加熱，當(dāng)達(dá)到需要溫度時，循環(huán) 水泵關(guān)閉。壓電凝冷中縮過加過風(fēng)過壓機(jī)載熱熱機(jī)載當(dāng)太陽能產(chǎn)生熱量不足 時，CPU224發(fā)出指令啟動熱泵輔助加熱。啟動熱泵加熱后，冷凝盤管對熱泵加 熱水箱內(nèi)的水加

16、熱，當(dāng)其溫度達(dá)到上限設(shè)定溫度時，熱泵加熱電磁閥自動打開， 自來水進(jìn)入熱泵加熱水箱底部，而將上部達(dá)到上限設(shè)定溫度的熱水頂入貯熱水 箱；當(dāng)熱泵加熱水箱內(nèi)溫度低于上限設(shè)定溫度2C時，熱泵加熱電磁閥自動關(guān) 閉。單臺裝置工作原理如圖2。L+ ML+RA A+A-RB B+ 0- C+C-OD- M L+ RJ 徵珈 一號模擬量采集模塊(EM235)仁P243-】) |以珈通訊處理器二號模擬采集模塊(EM235)Q0.6 QO-6 Q1.0 ML+RAA+A* KB&+B-RCC+C-10MQH II IU U I I可編程控制器(CPU224)(TD200J文本顯木器1LQO.O QOJ Q0,2 Q0

17、3 Q0.4 Q0.5U220VACN。KM1I KM21 KM22 KM23KM31 KM32 YVII YVI2 KM4I24V壓電電電集溫縮流加流熱度 機(jī)痣器定溫循環(huán)壓縮HL 水泵控制Y-白啟動二級電 熱泵冷凝質(zhì) 加熱控制定溫闞如熟閥機(jī)控制圖2單臺機(jī)組工作原理在線測控系統(tǒng)本熱水系統(tǒng)從整體看測點(diǎn)分布是分散的，而在某些環(huán)節(jié)或某些區(qū)域中又是相 對集中的，即信息分布具有集散性。針對這一特點(diǎn)，設(shè)計了集散式遠(yuǎn)距離在線測 控系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。iRfWlRtSaHJ woii；:中心站現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)在線監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個測控系統(tǒng)由中心站和現(xiàn)場測控子系統(tǒng)組 成。兩者之間通過傳輸電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通

18、訊。分站數(shù)量n128,每一分站所帶分機(jī) 數(shù)量m般情況下，分站分散布置，每一分站所帶分機(jī)監(jiān)控一個相對集中的區(qū)域， 從而使系統(tǒng)具有配置靈活、測控范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。五、結(jié)語測控技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及社會的進(jìn)步而產(chǎn)生的，在測控技術(shù)中光 機(jī)電一體化系統(tǒng)的開發(fā)研制與應(yīng)用越來越受到重視?，F(xiàn)代測控技術(shù)是21世紀(jì)重 點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)之一?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的融入不但使現(xiàn)代測控技術(shù)在各方面得到廣泛 的應(yīng)用，而且加快了現(xiàn)代測控技術(shù)的發(fā)展。隨著其在國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng) 用的深度和廣度的擴(kuò)大，它將為提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)技術(shù)水平做出巨大的貢獻(xiàn)。測控技術(shù)在生活中的應(yīng)用以實(shí)際情況為例，對現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行一系列的監(jiān) 測。六、參考文獻(xiàn)：【1】陳毅