【正文】 1 1 第 1章 緒 論 ........................................................................................... 3 167。 計算機(jī)檢測與控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) ............................................. 4 167。 計算機(jī)檢測與控制技術(shù)應(yīng)用方式 ................................................. 6 167。 計算機(jī)檢測與控制技術(shù)應(yīng)用范圍 ................................................10 167。 計算機(jī)檢測與控制技術(shù)的發(fā)展趨勢 ............................................12 思考題與習(xí)題 ......................................................................................13 第 2章 計算機(jī)檢測與控制技術(shù)基礎(chǔ) ............................................................14 167。 信號及其分類 ...........................................................................14 167。 信號檢測與控制方法 .................................................................16 167。 測量儀表與測量系統(tǒng) .................................................................18 167。 數(shù)據(jù)采集技術(shù) ...........................................................................29 167。 誤差及其表示方法 ....................................................................32 思考題與習(xí)題 ......................................................................................34 第 3章 信號檢測傳感器 .............................................................................35 167。 概述 .........................................................................................35 167。 壓力傳感器 ...............................................................................37 167。 流量傳感器 ...............................................................................42 167。 轉(zhuǎn)速傳感器 ...............................................................................47 167。 位移傳感器 ................................................................................53 思考題與習(xí)題 ......................................................................................56 第 4章 計算機(jī)接口技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù) .....................................................57 167。 計算機(jī)接口部件 ........................................................................57 167。 模擬連續(xù)信號的數(shù)字化 ..............................................................61 167。 模擬量輸入采集通道的設(shè)計 .......................................................62 第 5章 分布式的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) ...................................................................65 167。 分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) .................................................................65 167。 現(xiàn)場總線技術(shù) ...........................................................................70 167。 工業(yè)以太網(wǎng) ...............................................................................82 第 6章 測控系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù) ...............................................................85 2 2 167。 干擾來源及傳輸途徑 .................................................................85 167。 干擾的作用方式 ........................................................................87 167。 干擾抑制技術(shù) ...........................................................................89 3 3 第 1章 緒 論 ？ 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)是以計算機(jī)為核心部件，以通用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為信息傳輸載體，將信號檢測、數(shù)據(jù)處理與計算機(jī)控制溶為一體的新興綜合性技術(shù)。他既能完成較高層次信號的自動化檢測，又能完成遠(yuǎn)距離的信號傳輸及多種智能控制作用。 ： ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 因此，可以說計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)就是上 述 11 項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用（這也是為什么說這門課程只是一個導(dǎo)論的原因）。 4 4 167。 計算機(jī)檢測與控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 計算機(jī)檢測與控制系統(tǒng)的基本機(jī)構(gòu)如圖 11所示： 圖 11 計算機(jī)檢測與控制系統(tǒng)的基本機(jī)構(gòu) 從圖中可以看出，系統(tǒng)主要由檢測、輸入、中間轉(zhuǎn)換、接口、計算機(jī)、輸出和執(zhí)行器七部分組成。 1. 數(shù)據(jù)檢測部分 數(shù)據(jù)檢測部分主要由檢測和測量儀表組成。檢測的信號有三種形式： （ 1）模擬量： 檢測的各種模擬信號 → 相應(yīng)類型的傳感器 電 信 號 多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān) →A/D（數(shù) /模）轉(zhuǎn)換器 計 算 機(jī) 能 接 受 的 信 號 端口 A→ 計算機(jī)。 （ 2）數(shù)字量： 待測的某些數(shù)字量 → 傳感器 二 進(jìn) 制 信 號 放大（或衰減）電路 → 端口 B→計算機(jī)。 （ 3）開關(guān)量： 待測的各種開關(guān)信號 → 直流電壓轉(zhuǎn)換 大 小 要 求 與 接 口 電 路 相 適 配端口 C→ 計算機(jī)。 開關(guān)量：行程開關(guān)或限位接點(diǎn)接通時產(chǎn)生的突變電壓。 2. 輸入部分 輸入部分包括輸入通道和輸入接口等。它是用來把模擬量和數(shù)字量、開關(guān)量按要求傳送給計算機(jī)。 5 5 3. 計算機(jī)及外圍設(shè)備 計算機(jī)的物理組成邏輯組成以及總線描述。 檢測的各種信號，經(jīng)過適當(dāng)變換后，在程序控制下由端口 A、 B、 C送入計算機(jī)。各端口的啟動及其工作順序也是在程序控制下自動進(jìn)行的。 計算機(jī)用來完成數(shù)據(jù)采集、分析處理、識別報警、檢測控制等。 4. 輸出部分 計算機(jī)的輸出信號也有模擬量、數(shù)字量、開關(guān)量。 （ 1）模擬量控制信號： 計算機(jī)產(chǎn)生的控制信號 → 端口 F→ D/A轉(zhuǎn)換器 → 多路開關(guān) → 執(zhí)行器 。 （ 2）數(shù)字量控制信號： 計算機(jī)產(chǎn)生的控制信號 → 端口 E→ 放大電路 → 執(zhí)行器 。 數(shù)字量輸出分為串行和并行兩種。串行適合于遠(yuǎn)距離傳輸和信息交換， 但傳輸速度較慢。并行傳輸速度快，但所需導(dǎo)線數(shù)多，適合近距離傳輸。 （ 3）開關(guān)量控制信號： 計算機(jī)產(chǎn)生的開關(guān)量控制信號 → 端口 D→ 并行電壓轉(zhuǎn)換 → 驅(qū)動設(shè)備 。 5. 接口 接口在智能檢測中與控制中占有十分重要的地位。在許多情況下接口問題成為系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵，功能如下： （ 1）傳送控制： ； ； 。 （ 2） 數(shù)據(jù)傳送：提供串行或并行傳輸方式。 （ 3）編碼與譯碼：在許多情況下需要進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，以便進(jìn)一步處理， 如十進(jìn)制和二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。 （ 4）數(shù)據(jù)緩沖：用來協(xié)調(diào)計算機(jī)與外圍設(shè)備速度上的差異。 （ 5）計數(shù)器：用來產(chǎn)生一定的時序信號，或作為脈沖數(shù)目的累計。 （ 6）邏輯與運(yùn)算操作：用來產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目刂菩盘?，或?zhí)行接口的某些控制功能。 （ 7）信號整形：對出現(xiàn)相位或幅度上畸變的信號，進(jìn)行必要的整形，以便進(jìn)行處理。 6. 執(zhí)行器 可用于完成執(zhí)行動作的器件有電氣開關(guān)（如繼電器、操作開關(guān)），電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電磁鐵、電磁離合器），執(zhí)行電動機(jī)（如直流伺服電機(jī)、交直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)）氣動和電動執(zhí)行器（如氣動閥、電動閥），液壓執(zhí)行器（ 如液壓缸、液壓馬達(dá)）等。 計算機(jī)檢測和控制系統(tǒng)中根據(jù)監(jiān)控對象的不同，可分為在線和實(shí)時兩類。 在線是指計算機(jī)與監(jiān)控對象直接連接，這種方式就叫在線方式或聯(lián)機(jī)方式。 實(shí)時是指信號的輸入計算分析處理和輸出必須在同一時間內(nèi)完成，如果超出了這個是時限，就失去了控制的時機(jī)，控制也就失去了意義。 6 6 注意 ：在線不一定是實(shí)時，而實(shí)時一定是在線。實(shí)時的概念不能脫離具體過程，如煉鋼爐的溫度，如果延遲 1S可仍然認(rèn)為是實(shí)時的，而一個火炮控制系統(tǒng)，當(dāng)目標(biāo)量變化的時候，一般必須在數(shù)毫秒之內(nèi)及時控制，否則不能擊中目標(biāo)。 下面舉一個簡單的計算機(jī) 檢測控制系統(tǒng)的實(shí)例如圖 12。 圖 12 電爐溫度檢測與控制系統(tǒng)原理圖 該系統(tǒng)用于控制電爐溫度的加熱器?？刂蒲b置使電爐內(nèi)的溫度按事先規(guī)定的過程變化。其過程概括為：溫度傳感器將檢測信號送入計算機(jī)進(jìn)行處理，再把處理結(jié)果送給控制裝置，以實(shí)現(xiàn)對加熱器的溫度控制。 167。 計算機(jī)檢測與控制技術(shù)應(yīng)用方式 利用計算機(jī)進(jìn)行檢測與控制的方式很多，下面介紹幾種典型的方式。 一 .用于數(shù)據(jù)采集和處理 利用計算機(jī)可把生產(chǎn)過程中有關(guān)參數(shù)的變化，經(jīng)過測量變換元件測出，然后集中保存或記錄，例如： ，可以定時輪流對幾十、幾百、甚至上千個參數(shù)進(jìn)行測量顯示（或打印） 。 ，可以把數(shù)據(jù)成批的儲存或復(fù)制，也可以把數(shù)據(jù)通過傳輸線路送到中心計算機(jī)。 ，可以把一些儀器測出的曲線經(jīng)過計算機(jī)處理，得出一些特征數(shù)據(jù)等。 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)有離線與在線之分。 圖 13所示為離線數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)框圖 圖 13 離線數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)框圖 首先，儀表監(jiān)測人員必須在規(guī) 定時間間隔內(nèi)反復(fù)讀出一個或多個測量儀表的數(shù)值， 7 7 并把這些數(shù)據(jù)記錄在有關(guān)表格上（或者再將這些數(shù)據(jù)存放到某種數(shù)據(jù)載體上，例如磁盤等），然后輸入計算機(jī)進(jìn)行處理，得出計算結(jié)果并獲得測量結(jié)果的記錄。 離線采集與處理的缺點(diǎn)在于： 。 。 因此，測量數(shù)據(jù)收集的速度和范圍自然受到極大的限制。 采用在線數(shù)據(jù)采集和處理，可以把測量儀表所提供的信 號直接送入計算機(jī)進(jìn)行處理識別并給出檢測結(jié)果。這樣運(yùn)行費(fèi)用可大大減少。圖 14為在線數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)框圖。 圖 14 在線數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)框圖 二 .用于生產(chǎn)控制 這種系統(tǒng)每隔一定時間，把檢測得的生產(chǎn)過程中的某些參數(shù)值送入計算機(jī)，計算機(jī)按生產(chǎn)的要求計算出應(yīng)該采用的控制動作，并顯示或打印出來，供操作人員參考。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)，結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采取相應(yīng)的動作。 在這種系統(tǒng)中，計算機(jī)不直接干預(yù)生產(chǎn)，只是提供參考數(shù)據(jù)。圖 15為操作指導(dǎo)系統(tǒng)的一般框圖。 圖 15 操作指導(dǎo)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖 由計算機(jī)對一部分或幾部分生產(chǎn)設(shè)備或一個生產(chǎn)過程進(jìn)行比較復(fù)雜的順序控制，且其中某些動作有一定的數(shù)值（尺寸）要求（例如加工一定尺寸的工件），這種控制就是數(shù) 8 8 字控制。 圖 16是一個采用計算機(jī)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。計算機(jī)直接放在機(jī)床旁邊，負(fù)責(zé)接