PC计算机测控技术及应用 教学课件 作者 李世平 第1－4章 第1章.pptVIP

* 第一章 计算机测控系统导论 第一章 计算机测控系统导论 1.1 引言 1.2 计算机测控系统的任务 1.3 计算机测控系统的基本结构与类型 1.4 计算机测控系统的组成 1.5 现代电测技术的发展趋势 1.1 引 言 计算机自动测量和控制(Computer Automated Measurement And Control）系统(简称测控系统)是一门新兴的技术。它是自动控制技术、计算机科学、微电子学和通信技术有机结合、综合发展的产物。测控系统包含的内容十分广泛， 它包括各种数据采集和处理系统、自动测量系统、生产过程控制系统、导弹与卫星的检测及发射控制系统等，广泛用于航空、航天、核科学研究、工厂自动化、实验室自动测量和控制，以及办公自动化、 商业自动化、 家庭自动化等人类活动的各个领域。 1.2 计算机测控系统的任务 　　图1-1是一般生产过程控制系统的示意图。计算机测控系统借助传感器从生产过程中收集信息，对生产过程进行监视并提供控制信号。被收集的信息在不同层次上进行分析计算， 得出对生产装置提供的调节量，完成自动控制，或者为生产管理人员、工程师和操作员提供所需要的信息。 图 1-1 一般生产过程控制系统示意图 　　1. 测量 生产装置的工作情况是由传感器进行监视的，传感器产生与被测物理量(如温度、压力、流量、液位等)成正比的电信号。 传感器信号被接收到计算机系统的接口之后，首先要转换成一种标准形式，通常是把传感器的0～100%量程转换成4～20 mA电流或1～5 V电压。有时对热电偶或热电阻的温度测量值也采用其它标准形式。 　　另一类测量值是关于被控过程的状态信息。例如, 阀门是否关闭? 容器是否注满? 泵是否打开? 这些信息是以开关量的形式提供给计算机的，例如，通过继电器接点的开闭或TTL电平的变化来表示。  计算机也可通过串行或并行通信口直接接收数字量信息。 目前，很多传感器都带有微处理器(例如某些分析仪表), 可以直接给出数字量信息。 　　在工作过程中，计算机周期地对被测信号进行扫描，把电信号通过模—数转换成等效的数字量。有时，对输入信号还必须进行线性化处理, 对某些流量传感器的测量值要进行平方根处理，对热电偶产生的电压值要进行多项式处理。  如果在测量信号上叠加有噪声，则应当通过数字滤波进行平滑处理，以保证信号的正确性。  为了检查生产装置是否处于安全工作状态，对大多数测量值还必须检查是否超过上、下限，如果超过，则应发出越限报警信号。越限报警是过程控制计算机的一项重要任务。 　　2. 执行机构的驱动 对生产装置的控制通常是通过对阀门或伺服机构等执行机构进行调节,对泵和马达进行控制来达到的。计算机可以产生一串脉冲去驱动执行机构达到所需要的位置，可以通过继电器接点闭合或产生某个电平的跳变去启动或停止某个马达，也可通过数-模转换(DAC）产生一个正比于某设定值的电压或电流去驱动执行机构。执行机构在收到控制信号之后， 通常还要反馈一个测量信号给计算机，以便检查控制命令是否被执行。 　　3. 控制 利用计算机测控系统可以方便地实现各种控制方案。在工业过程控制系统中常用的控制方案有三种类型：直接数字控制（DDC）、顺序控制和监督控制(SPC)。大多数生产过程的控制需要其中一种或几种控制方案的组合。 　　4. 人—机交互 计算机控制系统必须为操作员提供关于被控过程和控制系统本身运行情况的全部信息，为操作员直观地进行操作提供各种手段，例如改变设定值，手动调节各种执行机构， 在发生报警的情况下进行处理等。因此，它应当能显示各种信息和画面，打印各种记录，通过专用键盘对被控过程进行操作等。  此外，计算机控制系统还必须为管理人员和工程师提供各种信息，例如，生产装置每天的工作记录以及历史情况的记录，各种分析报表等，以便掌握生产过程的状况和做出改进生产状况的各种决策。 　　5. 通信 现今的工业过程控制系统一般都采用分级分散式结构， 即由多台计算机组成计算机网络，共同完成上述的各种任务。 因此，各级计算机之间必须能按时地交换信息。此外，有时生产过程控制系统还需要与其它计算机系统(例如，全厂的综合信息管理系统)进行数据通信。 　　在一个典型的广泛用于现代化工业生产中的分级分散式计算机控制系统中，第1级完成全部的现场测量和对执行器的驱动任务；第2级完成DDC计算; 第3级完成顺序控制计算任务； 第4级作为人-机界面，完成与操作员之间的通信， 第5级完成监督控制计算任务；第6级实现与其它计算机系统的通信。 当然， 各级之间的界限并不需要严格划分，例如，DDC级也可实现某些顺序控制任务，或直接与现场