测控技术基础绪论.ppt

1、中国计量学院工训中心测控技术应用实践测控技术应用实践课程目标课程目标：数数学学物物理理金金工工实实习习机机械械设设计计电电工工电电子子微微机机原原理理传传感感器器技技术术信信号号处处理理C CVBVB自自控控原原理理M MA AT TL LA AB B接接口口技技术术P PL LC C计计算算机机控控制制力力学学量量计计量量测测控控系系统统设设计计仪仪器器仪仪表表设设计计光光电电检检测测精精密密测测量量自自动动检检测测专专业业实实验验IIII专专业业实实验验I I承上启下、综合应用测测测测控控控控技技技技术术术术应应应应用用用用实实实实践践践践计计算算机机网网络络第1章绪论1.2 1.2 测控

2、技术的工程应用测控技术的工程应用 1.3 1.3 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势1.1 1.1 测控技术的概念测控技术的概念 测控技术应用实践测控技术应用实践 生活中的测控系统生活中的测控系统几个实例1.1 1.1 测控技术的概念测控技术的概念 测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。控制技术是进行航空航天、军事及各种工业领域控制技术是进行航空航天、军事及各种工业领域装备自动化的核心技术，起着指挥中心的作用。装备自动化的核心技术，起着指挥中心的作用。简单的测试系

3、统可简单的测试系统可以只有一个模块，以只有一个模块，如玻璃管温度计。如玻璃管温度计。它直接将被温度变它直接将被温度变化转化液面示值。化转化液面示值。没有电量转换和分没有电量转换和分析电路，很简单，析电路，很简单，但精度底，无法实但精度底，无法实现测量自动化。现测量自动化。为提高测量精度和为提高测量精度和自动化程度，以便自动化程度，以便于和其它环节一起于和其它环节一起构成自动化装置，构成自动化装置，通常先将被测物理通常先将被测物理量转换为电量，再量转换为电量，再对电信号进行处理对电信号进行处理和输出。如图所示和输出。如图所示的声级计。的声级计。1.1 1.1 测控技术的概念测控技术的概念 测试系

4、统，测试系统，一般由传感器、中间变换装置和显一般由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。示记录装置三部分组成。传感器传感器将被测物理量将被测物理量(如噪声如噪声,温度温度)检出并转换为电检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经理或经A/DA/D变换后用软件进行变换后用软件进行信号分析信号分析，显示记录装置则测，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。信息转换信息转换信息提取信息提取1.1 1.1 测控技术的概念测控技术的概念 控制系

5、统控制系统 控制是指通过对一定对象实施一控制是指通过对一定对象实施一定的操作，以使其按照预定的规律运动或变化的定的操作，以使其按照预定的规律运动或变化的过程过程(1)(1)人工控制：在人的直接参与下，使被控对象人工控制：在人的直接参与下，使被控对象的被控制量按预定的规律运动或变化的控制方式。的被控制量按预定的规律运动或变化的控制方式。(2)(2)自动控制：在无人直接参与的情况下，利用自动控制：在无人直接参与的情况下，利用一组装置使被控对象的被控制量按预定的规律运一组装置使被控对象的被控制量按预定的规律运动或变化的控制方式。动或变化的控制方式。1.1 1.1 测控技术的概念测控技术的概念 通过检

6、测与控制技术的结合，可实现精密机械运动通过检测与控制技术的结合，可实现精密机械运动控制系统或生产过程的动态监测、控制和管理的一体化控制系统或生产过程的动态监测、控制和管理的一体化系统。系统。驱动转换驱动转换装置装置执行器执行器被控对象 控制器对检测系统提供的信息进行分析，由测控系统控制器对检测系统提供的信息进行分析，由测控系统程序或操作者产生控制命令，通过驱动转换装置生成合适的程序或操作者产生控制命令，通过驱动转换装置生成合适的动力信号，驱使执行器对被控对象如机械平台进行控制。动力信号，驱使执行器对被控对象如机械平台进行控制。计算机控制器1.1 1.1 测控技术的概念测控技术的概念 自动控制自

7、动控制 根据控制系统是否有输入信号根据控制系统是否有输入信号对控制效果产生关联，连续量控制又分为对控制效果产生关联，连续量控制又分为开环开环控制系统控制系统和和闭环控制系统闭环控制系统。开环控制开环控制：由控制器（计算机）控制设备按预定的动作运行，此过程不检测不检测运行结果，因而不会调整运行模式。如自动洗衣机、微波炉等轴上的负载蒸汽机（调节对象）MM蒸汽瓦特离心式调速器（1787年）闭环控制闭环控制闭环控制闭环控制：由控制器（计算机）控制设备执行，检测执行结果，若没有达到规定要求，将信号反馈到控制器，控制器发出执行信号，调整执行动作，直到满足要求为止。闭环控制的核心，必须能够检测到设定值。如空

8、调、电梯等。放大控制信号驱动信号控制器执行机构执行结果检测装置控制系统实例控制系统实例 电梯控制中，当有人按下楼层呼叫开关后，它就按照图所示的动作顺序循环工作，如果一直没有人并能自动停止。电梯控制系统响应用户呼叫启动电梯的控制方式就是程序控制，这种控制也称作顺序控制控制系统实例控制系统实例 在包装机械控制中，考虑到裹包薄膜时松时紧，使电机机械负载时大时小，驱动电机转速必须根据工况自动调整。通过电磁式传感器对纸带张力大小的实时检测，自动对电机转速进行调节，从而实现自适应控制。控制系统实例控制系统实例温度闭环控制系统 在工程领域，科学实验、产品开发、生产监在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、

9、质量控制等，都离不开测控技术。测控技术督、质量控制等，都离不开测控技术。测控技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。等每一个工程领域。传送带生产线控制传送带生产线控制灌装及包装机械灌装及包装机械木材加工木材加工空调空调电梯电梯控制控制纺织机械纺织机械印刷机械印刷机械1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 1 1、工业自动化中的应用、工业自动化中的应用 a)机械手、机器人机械手、机器人 转转动动/移移动动位位置置、力力、视视觉觉、听听觉觉、接接近近距距离离、触触觉觉、热觉、嗅觉传感及速度、力量和位置伺服控制。热觉、嗅

10、觉传感及速度、力量和位置伺服控制。在各种自动控制系统中，测试环节起着系统在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，控制环节是指挥中心，都是其重要感官的作用，控制环节是指挥中心，都是其重要组成部分。组成部分。密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗广州中鸣数码的机器狗1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 b)b)仓储系统：仓储系统：超声波测距传感器、判断超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置小车位置识别；条形识别；条形码传感器，码传感器，货品识

11、别。货品识别。香港理工香港理工AGV模型模型1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 c)c)生产加工过程监测生产加工过程监测 切削力传感器，加切削力传感器，加工噪声传感器，超工噪声传感器，超声波测距传感器、声波测距传感器、红外接近开关传感红外接近开关传感器等。器等。密歇根大学数字化工厂密歇根大学数字化工厂1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 2 2、流程工业设备运行状态监控、流程工业设备运行状态监控 电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线

12、流程。通常建线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立立2424小时在线监测系统。小时在线监测系统。石化企业输油石化企业输油管道、储油罐管道、储油罐等压力容器的等压力容器的破损和泄露检破损和泄露检测。测。扬子石化扬子石化50MW热电机组监测系统热电机组监测系统阳逻电厂阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统汽轮机组监测系统荆门电厂荆门电厂200MW机组监测系统机组监测系统青山热电厂生产信息实时查询系统青山热电厂生产信息实时查询系统沙角电厂生产信息实时查询系统沙角电厂生产信息实时查询系统宝钢宝钢30KW以上风机监测系统以上风机监测系统宝钢精轧宝钢精轧F2轧机网络化监测系统轧机网络化监测系统宝钢冷轧

13、带钢振动纹监测系统宝钢冷轧带钢振动纹监测系统武钢风机状态监测系统武钢风机状态监测系统3 3、产品质量测量、产品质量测量 在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床

14、加工精度测量1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 4 4、楼宇控制与安全防护、楼宇控制与安全防护 为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。图示为某公司楼宇自动化系图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调安全监测、照明控制、空调控

15、制、停车管理、水控制、停车管理、水/废水管废水管理和电梯监控。理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 5 5 测控技术在汽车中的应用日新月异测控技术在汽车中的应用日新月异6 6、家庭与办公自动化、家庭与办公自动化 在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机中的传感器：全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传衣物重量传感器，衣质传感器，水温

16、传感器，水质感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器传感器，透光率光传感器(洗净度洗净度)液位传感器，电液位传感器，电阻传感器阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 6 6、其他应用、其他应用航天航天农业农业交通交通医学医学1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡软驱

17、软驱:速度速度,位置伺服位置伺服7 7、PCPC机中的测控技术应用机中的测控技术应用1.2 1.2 测控技术的工程应用测控技术的工程应用 1.3 1.3 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势1 1、传感器方面、传感器方面 a)利利用用新新发发现现的的材材料料和和新新发发现现的的生生物物、物物理理、化化学学效效应开发出的新型传感器应开发出的新型传感器光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材荧光材料制作料制作的电子的电子鼻传感鼻传感器器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/光光电量电量b)传感器传感器+嵌入式计算机嵌入式计算机 智能传感器智能传感器 振动网络传感器振动网络传感器嵌入式计算机嵌入式

18、计算机智能压力网络智能压力网络传感器传感器智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字温度总线数字温度传感器传感器1.3 1.3 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势2 2、测量信号处理方面、测量信号处理方面 计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术 用用PC机仪器板卡机仪器板卡 代替传统仪器代替传统仪器用计算机软件用计算机软件 代替硬件分析电路代替硬件分析电路优优点点我们的工作我们的工作1.3 1.3 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势 测控技术将计算技术、网络通讯技术融入其中，测控技术将计算技术、网络通讯技术融入其中，形成测、控、管一体化的快速发展的现代测控系统。形成测、控、

19、管一体化的快速发展的现代测控系统。对象层测控层监控层管理网络管理网络机械平台机械平台传动系统传动系统控制器控制器PLC/IPCMCU/DSP3.3.工业测控系统方面工业测控系统方面 1.3 1.3 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势1.4 1.4 测控计算机技术概述测控计算机技术概述 工业系统环境较为恶劣，对测控计算机系统可靠性要求很高，主要的是工业PC机（IPC）和可编程序控制器（PLC）。基于嵌入式系统（一般指单片机、ARM、DSP）开发的各种智能仪表已广泛用于工业现场。这里我们主要介绍PLC、IPC和单片机测控计算机硬件结构测控计算机硬件结构测控软件系统测控软件系统嵌入式开发环境以C语言和汇编为主测控软件系统测控软件系统PLC开发语言以梯形图为主测控软件系统测控软件系统IPCIPC丰富多彩的开发环境丰富多彩的开发环境 1）IPC的软件开发环境则丰富的多。有通用的高级语言如C语言还有图形化的专业测控平台软件，如虚拟仪器创始者美国NI公司的Lab VIEW和Lab Windows/CNI 2）工业PC开发环境则可以充分利用各种图形化的专业测控软件快速集成开发功能强大的测控应用程序，用于工业监控组态如国外InTOUCH、WinCC，国内的组态王KINGVIEW、力控Forcecontrol等各有特色。3）如微软的VC+/VB，Bland公司的Delphi/C+Builder