《网络化测控技术》第一章

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Oct 28, 2022

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计算机测量与控制系统基本结构、应用等

第一章绪论

1.1 计算机网络测控技术定义

计算机网络测控技术是以计算机为核心部件，以通用计算机网络为信息传输载体，实现信号检测、数据处理、计算机控制为一体的技术。它能完成较高层次信号的自动化检测、远距离信号的传输、多种智能控制作用。

1.2 计算机测控系统的基本结构

1.2.1 开环测试系统

组成部分：传感器、中间转换装置、信息显示装置。

传感器：将外界物理量转化为的容易存储、计算的电信号

中间转换装置：对接收到的电信号用硬件电路进行分析或者AD转换后用软件进行信号分析

信息显示装置：将测量结果显示出来，提供给其他观察者和自动控制设备。

1.2.2 闭环计算机测控系统

组成部分：传感器、输入通道、中间转换电路、接口、计算机、输出通道、执行器。

传感器：将被测物理量转换为电信号（电信号包括数字信号、模拟信号）。

输入/输出通道：（传输信号三种形式：模拟量、开关量、脉冲量）

模拟量输入通道将传感器传来的电信号转化为数字量，模拟量输出通道将数字量来转化为模拟量

开关量输入通道是将现场的开关量或者仪表盘的各种继电器接点信号有选择地送入计算机，开关量输出通道是产生开关量信号，操作具有两位状态地设备。

脉冲量输入设备通过定时/计时器测量脉冲序列地个数、频率、周期，通过一定公式换算从而达到测量物理量地目的，脉冲量输出通道是由计算机产生不同频率和占空比地脉冲序列从而驱动各种设备。

中间转换电路：被测物理量通过传感器转换成电量或者电参数。其中电阻、电感、电容、频率等还需要进一步转换成电压或者电流，这些功能都由中间转换电路实现。包括电桥、放大器、滤波器等等。

接口功能如下：

传送控制（同步）

数据传送（串行、并行传输方式）

编码译码

数据缓冲

计数器

逻辑与运算操作

信号整形

计算机：计算机通过软件完成数据采集、分析处理、识别报警、检测控制等，是整个检测与控制系统的核心部件。

执行器：用于完成执行动作的执行器（继电器、操作开关）等

1.2.3 计算机测控系统分类：在线与实时

根据测控系统中监控对象的不同，可分为在线和实时两类。

在线是指计算机与监控对象直接连接。

实时是指信号的输入计算分析处理和信号输出必须在同一时间内完成。

在线不一定是实时，实时一定是在线。

1.3 计算机测控系统应用方式

1.3.1 数据采集与处理

利用计算机可以把生产过程中有关参数的变化，经过测量变换元件测出，然后集中保存或者记录。

数据采集与处理系统分为离线和在线。

离线数据采集与处理系统：测量仪表采集人员需要不断读出仪表盘上的值。缺点是需要大量人力、从读出测量值到算出结果需要较长时间。

在线数据采集与处理系统：可以把测量仪表所提供的信号直接送入计算机进行处理识别并给出测量结果。大大减少时间、人力成本，提高速度。

1.3.2 用于生产控制

1、操作指导系统

每隔一段时间将检测到的生产过程中的参数送入计算机，计算机按照生产要求计算出应该采用的控制动作，并打印出来，供操作人员参考。

计算机不直接干预生产，只是提供参考数据。

2、顺序控制与数字控制系统

计算机对一部分生产设备或者一个生产过程进行顺序控制，且其中某些动作有一定的的数值要求。这种控制就是数字控制。

开环数控系统：计算机接受数值数据，并转换成机床的控制指令，这些指令通过电子耦合线路直接馈送到机床的控制部分。

闭环数控系统：除了具备机床控制的各种功能外，还具有：对工件进行测量、对几何尺寸数据的给定值和实测值进行比较（图中反馈结构），并根据比较结果发出控制指令馈送到机床的控制部分。

闭环数控系统加工精度高、刀具磨损小、对干扰不敏感。

3、计算机直接控制系统

计算机本身被用来代替反馈控制系统的控制部分，直接控制生产过程。缺点是可靠性差

4、计算机前馈控制系统

计算机代替前馈控制系统的控制部分。计算机不断观测生产过程中的变化，并生成相应的控制信号，送入控制器中。可靠性高，计算机本身出现故障，系统照样可以在常规控制器下操作工作。

5、计算机监控系统

这种系统与直接控制的区别在于：

它不直接去驱动执行机构，而是根据生产情况计算出某些参数应该保持的值。

然后去改变反馈控制系统的给定值

由常规控制系统（反馈控制系统）直接控制生产过程。

多用于程序控制、比值控制、串级控制、最优控制、越限报警、事故处理等。

6、智能自适应控制系统

引入了知识库与推理决策模块，系统的自适应能力得到改善。这种系统对设备在运行过程中出现的故障，不但能进行检测诊断，还具有自补偿自消除和自修复的能力。

1.3.3 用于生产调度管理

当采用功能较强的计算机时，它除了用于控制生产过程外，还可以进行生产的计划和调度，其中设计生产过程中的数据处理、方案选择等。

这种系统兼有控制与管理两种功能，所以也叫做集成系统或者综合系统

1.4 计算机测控系统的工程应用

1、工业自动化中的应用

在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。

机械手、机器人中的传感器。位移传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器…

AGV 自动引导车。全自动无人驾驶搬运车，多用于现代物流企业工业企业的自动生产线，采用超声波测距传感器判断建筑物内人和物所在位置；采用红外线色彩传感器自动循迹，采用条形码传感器进行货物识别，能自动将货物搬运到指定地方。

生产加工过程检测。利用切削力传感器。加工噪声传感器等全程监控生产加工过程保证产品质量。

2、流程工业设备运行状态监控

3、产品质量检测

1.5 计算机检测与控制技术的发展趋势

综合化、智能化、系统化及标准化、仪器虚拟化、网络化

系统：若干个相互间有内在关联的要素构成的一个整体，由他来完成规定的功能，以达到某一特定的目标。

1.6 主要传感器和测控仪器生产厂商

工业自动化类传感器。美国霍尼威尔公司（Honeywell）

振动、噪声传感器。丹麦B&K（声学测量）

测量分析仪器。美国国家仪器公司（全球最大的计算机虚拟仪器生产商）

工业PC及测控板卡。台湾研华科技公司（全球最大计算机测控板卡生产商）

第一章 绪论