2023學年完整公開課版儀表概述

任務1認知智能儀表1.1智能儀器概述1.2智能儀器應用實例簡介1.3本課程的內(nèi)容、教學目標及要求思考題與習題4）幾種典型的現(xiàn)場總線（1）HART總線。最早的現(xiàn)場總線系統(tǒng)HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）是美國Rosemount公司于1986年提出并研制的一種通信協(xié)議，得到了80多家著名儀器儀表制造商的支持，這種被稱為可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，可以在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信。它在常規(guī)模擬儀表的4～20mADC信號的基礎上迭加了FSK（FrequencyShiftKeying）數(shù)字信號。這種通信協(xié)議既可以用于4～20mADC的模擬儀表，也可以用于數(shù)字式通信儀表。它屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉變過程中的過渡性產(chǎn)品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭力，

得到了廣泛的應用。

（2）CAN總線。CAN是控制器局域網(wǎng)絡（ControllerAreaNetwork）的簡稱，是由德國BOSCH公司為汽車的監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設計的總線式串行通信網(wǎng)絡，適合于工業(yè)設備和監(jiān)控設備之間的互聯(lián)。CAN可以多主方式工作，網(wǎng)絡上任意節(jié)點均可主動向其他節(jié)點發(fā)送信息。網(wǎng)絡節(jié)點可按系統(tǒng)實時性要求分成不同的優(yōu)先級，一旦發(fā)生總線沖突，會減少總線的仲裁時間。CAN采用短幀結構，每一幀為8個字節(jié)，數(shù)據(jù)的出錯率極低，被認為是最有發(fā)展前途的現(xiàn)場總線之一。其傳輸介質(zhì)可用雙絞線、同軸電纜或光纖，通信速率最高達1Mb/s，傳輸距離可達10km。其總線規(guī)范已被ISO國際標準組織制定為國際標準，并廣泛應用于離散控制領域。它也基于OSI模型，但進行了優(yōu)化，

抗干擾能力強，

可靠性高。

（3）LonWorks總線。LonWorks是美國Echelon公司推出的一種功能全面的測控網(wǎng)絡，主要用于工廠及車間的環(huán)境、安全、保衛(wèi)、報警、動力分配、給水控制、庫房和材料管理等。該總線技術的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片是高性能、低成本的專用神經(jīng)元芯片，能實現(xiàn)完整的LonTalk通信協(xié)議。該協(xié)議支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電力線等多種通信介質(zhì)。目前，LonWorks在國內(nèi)應用最多的是電力行業(yè)，如變電站自動化系統(tǒng)；另外，樓宇自動化和住宅自動化也是其主要應用行業(yè)之一。

（4）PROFIBUS總線。PROFIBUS（ProcessFieldBus）是由西門子等十幾家公司、研究所共同推出的符合德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線標準。協(xié)議包括Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA三部分。Profibus-DP用于分散外設間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動化領域；Profibus-FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等；而Profibus-PA則是適于過程自動化的總線類型。該總線的最大特點是具有在防爆危險區(qū)內(nèi)連接的本征安全特性，是一種面向工業(yè)自動化應用的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

（5）基金會現(xiàn)場總線FF。FF（FoundationFieldbus）是由現(xiàn)場總線基金會提供的一種全新概念的通信標準，是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術，主要用于工業(yè)過程控制和制造業(yè)自動化環(huán)境。FF總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25kb/s，通信距離可達1900m，可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2的傳輸速率可為1Mb/s和2.5Mb/s兩種，其通信距離分別為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標準。FF總線的主要技術內(nèi)容包括FF通信協(xié)議,用于完成開放互連模型中第2～7層通信協(xié)議的通信棧，用于描述設備特征、參數(shù)、屬性及操作接口的DDL設備描述語言、設備描述字典，用于實現(xiàn)測量、控制、工程量轉換等應用功能的功能塊，實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)度、管理等功能的系統(tǒng)軟件技術以及構筑集成自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術。

（5）現(xiàn)場總線儀表FCS——結構特點現(xiàn)場總線儀表FCS現(xiàn)場總線儀表FCS（4）

——FF儀表產(chǎn)品LD302：(FF)壓力變送器TT302：(FF)溫度變送器現(xiàn)場總線儀表FCS

——總線分布結構現(xiàn)場總線系統(tǒng)是企業(yè)的底層網(wǎng)絡現(xiàn)場總線儀表FCS

——數(shù)據(jù)訪問標準：OPC現(xiàn)場總線儀表FCS

——FCS較DCS的諸多優(yōu)點1全數(shù)字化2全分布3雙向傳輸4自診斷5節(jié)省布線及控制室空間6多功能儀表7開放性8互操作性9智能化與自治性全分布、網(wǎng)絡集成式控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線儀表FCS

——儀表與控制系統(tǒng)構成間的聯(lián)系：單回路控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線儀表FCS

——儀表與控制系統(tǒng)構成間的聯(lián)系：串級控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線儀表FCS

——工程師站控制系統(tǒng)演示使用SmarSysCon5.01.2智能儀器應用案例

1.2.1電話遙控的基本原理電話遙控的最初目的是想利用電話線路，實現(xiàn)遠距離操縱家用電器電源的接通或斷開。其遙控接收控制器（即電話遙控器）的基本結構如圖1-2所示。

圖1-2電話遙控器的組成

電話遙控器的基本工作原理是，當遠處的遙控者通過電話線路撥通本機電話時，遙控器的檢測與控制電路根據(jù)設定的振鈴次數(shù)自動地將電話線路與譯碼電路接通，遙控者即可通過遠處的電話機的按鍵向電話遙控器輸入開、關家用電器的密碼信號。當譯碼電路收到按鍵信號并確認為正確的命令后，直接控制開、關電路動作，以打開或關閉家用電器的電源開關；如果接收的是非法命令，則立即掛機，從而實現(xiàn)了家用電器遠距離遙控的功能。

1.3本課程的內(nèi)容、教學目標及要求

1.3.1課程內(nèi)容及教學目標本課程的主要內(nèi)容及教學目標包括三個方面：一是通過介紹智能儀器的基本組成結構、工作原理、智能儀器的典型處理功能以及智能儀器的數(shù)據(jù)通信方式，使學生初步了解智能儀器的結構主要包括哪幾部分，它是如何工作的；智能儀器與傳統(tǒng)的儀器儀表有何區(qū)別，它們的主要特點是什么；智能儀器的智能化主要表現(xiàn)在哪些方面，有哪些典型的處理方法；智能儀器是如何進行數(shù)據(jù)通信的，有哪些數(shù)據(jù)通信方式等。二是通過三種不同類型且具有代表性的智能儀器的組成原理及應用實例，進一步闡述智能儀器各主要部件的電路結構、工作原理，智能儀器的特點以及不同類型儀器的軟、硬件設計思路；并對智能儀器使用中的常見故障、故障產(chǎn)生的原因及其處理方法，智能儀器的抗干擾措施等作了詳細的介紹（第7章），使學生進一步熟悉實際的智能儀器的主要部件、儀器的基本結構，深入了解其工作原理、調(diào)試及使用方法等，為今后的應用作好準備。三是對智能儀器的最新發(fā)展成果進行了論述，并對個人儀器、虛擬儀器以及現(xiàn)場總線儀器等新一代智能儀器作了重點介紹（第8章），使學生了解智能儀器的最新進展和發(fā)展趨勢，并初步掌握上述三類新型智能儀器的基本結構、

性能及特點，

為今后的專業(yè)拓展打下良好的基礎。

1.3.2課程學習要求本課程在學習的過程中，要求學生能緊密結合先修的《單片機應用技術》、《電子技術基礎》等課程內(nèi)容進行學習。智能儀器是以智能芯片（通常是單片計算機）為核心部件，以檢測、輸入通道、輸出控制、顯示等電子電路為外圍部件組成的。因此，學生應在較好地掌握上述幾門課程的基礎上，著重學習智能儀器的基本組成，了解智能儀器的典型處理方法并初步掌握智能儀器的故障診斷與調(diào)試技術，學會智能儀器的使用與維護方法，以達到初步掌握并能較好地應用智能儀器的目的。

此外，在學習的過程中，還應注重實驗、實訓課程（或課程設計）的訓練，關鍵把握好學習的四個環(huán)節(jié)：①課前預習，著重了解將要學習的內(nèi)容，并對不易理解的地方做好記號，上課時注意聽講；②課內(nèi)認真聽講、積極思考并參與討論；③實驗、實訓時一定要自己動手做，學會分析、解決問題的基本方法，增強自己的實踐動手能力；④課后抓緊復習，及時鞏固課堂所學的內(nèi)容。除此之外，還應注重知識