Měřicí a řídicí technika a přístroj je teorie a technologie, která studuje získávání a zpracování informací a řízení souvisejících prvků.„Měřicí a řídicí technika a přístroje“ označuje prostředky a zařízení pro sběr, měření, ukládání, přenos, zpracování a řízení informací, včetně měřicí techniky, řídicí techniky a přístrojů a systémů, které tyto technologie implementují.
Měřicí a regulační technika
Základem měřicí a regulační techniky a přístrojů jsou přesné stroje, elektronika, optika, automatické řízení a výpočetní technika.Studuje především nové principy, metody a procesy různých přesných zkušebních a řídicích technologií.Výpočetní technika hraje v posledních letech stále důležitější roli v aplikačním výzkumu měřicí a regulační techniky.
Technologie měření a regulace je aplikační technologie, která se přímo aplikuje na výrobu a život a její aplikace pokrývá různé oblasti společenského života, jako je „váha zemědělství, moře, země a vzduchu, potraviny a oděvy“.Přístrojová technika je „multiplikátorem“ národního hospodářství, „prvním důstojníkem“ vědeckého výzkumu, „bojovou silou“ v armádě a „materializovaným soudcem“ v právních předpisech.Počítačová zkušební a řídicí technika a inteligentní a přesné měřicí a regulační přístroje a systémy jsou důležitými symboly a prostředky v oblastech moderní průmyslové a zemědělské výroby, vědeckého a technologického výzkumu, řízení, kontroly a monitorování a hrají stále důležitější roli.
Aplikace měřicí a regulační techniky a měřicí techniky
Měřicí a regulační technika je aplikovaná technologie, která je široce používána v různých oblastech průmyslu, zemědělství, dopravy, navigace, letectví, vojenství, elektroenergetiky a civilního života.S rozvojem výrobní technologie hraje měřicí a regulační technika zásadní roli v řídicí technice od počátečního řízení jednoho a jeho zařízení až po řízení celého procesu a dokonce i systému, zejména v dnešních špičkových technologiích. v oblasti moderní vědy a techniky.
V hutním průmyslu aplikace měřicí a regulační techniky zahrnuje: řízení horké vysoké pece, řízení vsázky a řízení vysoké pece v procesu výroby železa, řízení tlaku, řízení rychlosti válcovny, řízení svitků atd. v procesu válcování oceli a různé detekční nástroje, které se tam používají.
Aplikace měřicí a regulační techniky v elektroenergetice zahrnuje systém řízení spalování kotle, automatický monitoring, automatickou ochranu, automatické seřízení a automatické řízení programu parní turbíny a systém řízení příkonu a výstupu parní turbíny. motor.
V uhelném průmyslu aplikace měřicí a regulační techniky zahrnuje: zařízení na těžbu metanu v uhelném loži v procesu těžby uhlí, zařízení pro detekci složení důlního vzduchu, detektor důlních plynů, podzemní bezpečnostní monitorovací systém atd., řízení procesu hašení koksu a řízení regenerace plynu v uhelném průmyslu. proces rafinace uhlí, řízení procesu rafinace, řízení přenosu výrobních strojů atd.
V naftovém průmyslu aplikace měřicí a regulační techniky zahrnuje: magnetický lokátor, měřič obsahu vody, tlakoměr a další měřicí přístroje podporující technologii těžby ropy, systém zásobování energií, systém zásobování vodou, systém zásobování párou, systém zásobování plynem , Skladovací a přepravní systém a tři systémy zpracování odpadu a detekční nástroje pro velké množství parametrů v kontinuálním výrobním procesu.
V chemickém průmyslu aplikace měřicí a regulační techniky zahrnuje: měření teploty, měření průtoku, měření hladiny kapalin, koncentrace, kyselosti, vlhkosti, hustoty, zákalu, výhřevnosti a různých složek směsných plynů.Řídicí přístroje, které pravidelně kontrolují řízené parametry atd.
Ve strojírenství zahrnuje aplikace měřicí a regulační techniky: přesné digitální řídicí obráběcí stroje, automatické výrobní linky, průmyslové roboty atd.
V leteckém průmyslu aplikace měřicí a řídicí techniky zahrnuje: měření parametrů, jako je výška letu letadla, rychlost letu, stav a směr letu, zrychlení, přetížení a stav motoru, technologie leteckých vozidel, technologie kosmických lodí a měření v letectví. a řídicí technologie.Počkejte.
Ve vojenském vybavení aplikace měřicí a řídicí techniky zahrnuje: přesně naváděné zbraně, inteligentní munici, vojenský automatizační velitelský systém (systém C4IRS), vojenskou techniku ve vesmíru (jako jsou různé vojenské průzkumy, komunikace, včasné varování, navigační satelity atd. .).
Vznik a vývoj měřicí a regulační techniky
Historická fakta vývoje vědy a techniky Významnou součástí dějin lidské civilizace jsou také dějiny lidského chápání a proměny přírody.Rozvoj vědy a techniky nejprve závisí na rozvoji měřicí techniky.Moderní přírodní věda začíná měřením v pravém slova smyslu.Mnoho vynikajících vědců sní o tom, že budou vynálezci vědeckých přístrojů a zakladateli metod měření.Pokrok měřicí techniky přímo pohání pokrok vědy a techniky.
První technologická revoluce
V 17. a 18. století se začíná objevovat měřicí a regulační technika.Někteří fyzici v Evropě začali využívat sílu proudu a magnetického pole k výrobě jednoduchých galvanometrů a používat optické čočky k výrobě dalekohledů, čímž položili základ pro elektrické a optické přístroje.V 60. letech 18. století začala ve Spojeném království první vědecká a technologická revoluce.Až do 19. století se první vědecká a technologická revoluce rozšířila do Evropy, Ameriky a Japonska.V tomto období se začaly používat některé jednoduché měřicí přístroje, např. přístroje na měření délky, teploty, tlaku atd.V životě byla vytvořena obrovská produktivita.
Druhá technologická revoluce
Řada vývojů v oblasti elektromagnetismu na počátku 19. století spustila druhou technologickou revoluci.Díky vynálezu přístroje na měření proudu byl elektromagnetismus rychle uveden na správnou cestu a rostl jeden objev za druhým.Mnoho vynálezů v oblasti elektromagnetismu, jako je telegraf, telefon, generátor atd., přispělo k příchodu elektrického věku.Zároveň se objevují i různé další přístroje pro měření a pozorování, například přesný prvotřídní teodolit používaný pro měření nadmořské výšky před rokem 1891.
Třetí technologická revoluce
Po druhé světové válce naléhavá potřeba špičkových technologií v různých zemích podpořila transformaci výrobní technologie od obecné mechanizace k elektrifikaci a automatizaci a došlo k řadě zásadních průlomů ve vědeckém teoretickém výzkumu.
V tomto období se začal průmyslově rozvíjet zpracovatelský průmysl reprezentovaný elektromechanickými výrobky.Charakteristikou hromadné výroby produktů jsou cyklické operace a tokové operace.Aby byly automatizovány, je nutné automaticky detekovat polohu obrobku během eliminační fáze zpracování a výroby., velikost, tvar, držení těla nebo výkon atd. K tomu je zapotřebí velké množství měřicích a kontrolních zařízení.Na druhé straně vzestup chemického průmyslu s ropou jako surovinou vyžaduje velké množství měřicích a kontrolních přístrojů.Začala se standardizovat automatizovaná instrumentace a na požádání byl vytvořen automatický řídicí systém.Zároveň se v tomto období zrodily také CNC obráběcí stroje a robotická technika, ve kterých má měřicí a řídicí technika a přístroje důležité uplatnění.
S rozvojem vědy a techniky se přístrojové vybavení stalo nepostradatelným technickým nástrojem pro měření, řízení a automatizaci, počínaje jednoduchým měřením a pozorováním.Aby bylo možné vyhovět potřebám různých aspektů, přístrojové vybavení se rozšířilo z tradičních aplikačních oblastí na netradiční aplikační oblasti, jako je biomedicína, ekologické prostředí a bioinženýrství.
Od 21. století se objevilo velké množství nejnovějších technologických výdobytků, jako jsou výsledky výzkumu přesných strojů v nanoměřítku, výsledky moderního chemického výzkumu na molekulární úrovni, výsledky biologického výzkumu na genové úrovni a vysoce přesný ultravýkonný výzkum speciálních funkčních materiálů. výsledky a globální Výsledky popularizace a aplikace síťových technologií vycházejí jeden za druhým, což je zásadní změna v oblasti přístrojové techniky a podporuje nástup nové éry high-tech a inteligentních přístrojů.
Senzory v měřicích a regulačních systémech
Obecný systém měření a regulace se skládá ze snímačů, mezipřevodníků a zobrazovacích záznamníků.Snímač detekuje a převádí měřenou fyzikální veličinu na měřenou fyzikální veličinu.Mezipřevodník analyzuje, zpracovává a převádí výstup snímače na signál, který může být přijat následným přístrojem, a vysílá jej do jiných systémů nebo je měřen zobrazovacím záznamníkem.Výsledky se zobrazí a zaznamenají.
Senzor je prvním článkem měřicího systému.Pro řídicí systém, pokud je počítač srovnáván s mozkem, pak je senzor ekvivalentní pěti smyslům, což přímo ovlivňuje přesnost ovládání systému.
Senzor se obecně skládá z citlivých prvků, převodních souborů a převodních obvodů.Naměřená hodnota je přímo pociťována citlivým prvkem a změna určité hodnoty parametru sama o sobě má určitý vztah se změnou naměřené hodnoty a tento parametr je snadno měřitelný a výstup;potom je výstup citlivého prvku převeden na elektrický parametr převodním prvkem;Nakonec převodní obvod zesílí elektrické parametry na výstupu převodního prvku a převede je na užitečné elektrické signály, které jsou vhodné pro zobrazení, záznam, zpracování a ovládání.
Současný stav a vývoj nových senzorů
Technologie snímání je dnes jednou z nejrychleji se rozvíjejících špičkových technologií na světě.Nový senzor usiluje nejen o vysokou přesnost, velký dosah, vysokou spolehlivost a nízkou spotřebu energie, ale vyvíjí se také směrem k integraci, miniaturizaci, digitalizaci a inteligenci.
1. Inteligentní
Inteligence snímače se týká spojení funkcí konvenčních snímačů a funkcí počítačů nebo jiných komponentů do samostatné sestavy, která má nejen funkce sběru informací a převodu signálu, ale má také schopnost zpracovávat data. , kompenzační analýza a rozhodování.
2. Networking
Síťové propojení senzoru má umožnit senzoru mít funkci propojení s počítačovou sítí, realizovat schopnost přenosu a zpracování informací na velkou vzdálenost, tedy realizovat měření měření „přes horizont“. a řídicím systémem.
3. Miniaturizace
Hodnota miniaturizace snímače výrazně snižuje hlasitost snímače za podmínky, že se funkce nezmění nebo dokonce posílí.Miniaturizace je požadavkem moderního přesného měření a řízení.V zásadě platí, že čím menší velikost snímače, tím menší dopad na měřený objekt a okolí, tím menší spotřeba energie a snazší dosažení přesného měření.
4. Integrace
Integrace senzorů se týká integrace následujících dvou směrů:
(1) Integrace více parametrů měření může měřit více parametrů.
(2) Integrace snímacích a následných obvodů, to znamená integrace citlivých součástek, konverzních součástek, konverzních obvodů a dokonce i napájecích zdrojů na stejném čipu tak, aby měl vysoký výkon.
5. Digitalizace
Digitální hodnota snímače spočívá v tom, že výstupní informace snímače je digitální veličina, která může realizovat přenos na velkou vzdálenost a vysokou přesnost a může být připojena k digitálnímu zpracovatelskému zařízení, jako je počítač, bez mezičlánků.
Integrace, inteligence, miniaturizace, síťové propojení a digitalizace senzorů nejsou nezávislé, ale doplňují se a vzájemně souvisí a neexistuje mezi nimi jasná hranice.
Řídicí technika v systému měření a regulace
Základní teorie řízení
1. Klasická teorie řízení
Klasická teorie řízení zahrnuje tři části: lineární teorii řízení, teorii řízení vzorkování a teorii nelineárního řízení.Klasická kybernetika bere Laplaceovu transformaci a Z transformaci jako matematické nástroje a jako hlavní výzkumný objekt bere lineární ustálený systém s jedním vstupem a jedním výstupem.Diferenciální rovnice popisující systém je transformována do oblasti komplexních čísel pomocí Laplaceovy transformace nebo Z transformace a je získána přenosová funkce systému.A založené na přenosové funkci, metodě výzkumu trajektorie a frekvence, zaměřené na analýzu stability a ustálené přesnosti zpětnovazebního řídicího systému.
2. Moderní teorie řízení
Moderní teorie řízení je teorie řízení založená na metodě stavového prostoru, která je hlavní součástí teorie automatického řízení.V moderní teorii řízení se analýza a návrh řídicího systému provádí především popisem stavových proměnných systému a základní metodou je metoda časové oblasti.Moderní teorie řízení se dokáže vypořádat s mnohem širším spektrem problémů řízení než klasická teorie řízení, včetně lineárních a nelineárních systémů, stacionárních a časově proměnných systémů, systémů s jednou proměnnou a systémů s více proměnnými.Metody a algoritmy, které používá, jsou také vhodnější pro digitální počítače.Moderní teorie řízení také nabízí možnost navrhnout a zkonstruovat optimální řídicí systémy se stanovenými výkonnostními ukazateli.
Kontrolní systém
Řídicí systém se skládá z řídicích zařízení (včetně ovladačů, akčních členů a senzorů) a řízených objektů.Ovládacím zařízením může být osoba nebo stroj, což je rozdíl mezi automatickým ovládáním a ručním ovládáním.Pro automatický řídicí systém lze podle různých principů řízení rozdělit na řídicí systém s otevřenou smyčkou a řídicí systém s uzavřenou smyčkou;podle klasifikace daných signálů jej lze rozdělit na systém řízení konstantní hodnoty, navazující systém řízení a systém řízení programu.
Technologie virtuálních přístrojů
Měřicí přístroj je důležitou součástí systému měření a regulace, který se dělí na dva typy: nezávislý přístroj a virtuální přístroj.
Nezávislý přístroj shromažďuje, zpracovává a vydává signál přístroje v nezávislém šasi, má ovládací panel a různé porty a všechny funkce existují ve formě hardwaru nebo firmwaru, což určuje, že nezávislý přístroj může být definován pouze výrobce., licence, kterou uživatel nemůže změnit.
Virtuální přístroj dokončí analýzu a zpracování signálu, vyjádření a výstup výsledku na počítači, nebo vloží do počítače kartu pro sběr dat a odebere tři části přístroje z počítače, čímž prolomí tradiční nástroje.omezení.
Technické vlastnosti virtuálních nástrojů
1. Výkonné funkce, integrující výkonnou hardwarovou podporu počítačů, prolomení omezení tradičních nástrojů při zpracování, zobrazování a ukládání.Standardní konfigurace je: vysoce výkonný procesor, displej s vysokým rozlišením, velkokapacitní pevný disk.
2. Zdroje počítačového softwaru realizují softwarovou úpravu některého strojního hardwaru, šetří materiálové zdroje a zvyšují flexibilitu systému;prostřednictvím odpovídajících numerických algoritmů lze provádět různé analýzy a zpracování testovacích dat přímo v reálném čase;prostřednictvím technologie GUI (grafické uživatelské rozhraní) k dosažení skutečně přátelského rozhraní a interakce člověk-počítač.
3. Vzhledem k počítačové sběrnici a modulární přístrojové sběrnici je hardware přístroje modularizován a serializován, což značně snižuje velikost systému a usnadňuje konstrukci modulárních přístrojů.
Složení systému virtuálních nástrojů
Virtuální nástroj se skládá z hardwarových zařízení a rozhraní, softwaru ovladače zařízení a virtuálního přístrojového panelu.Mezi nimi mohou být hardwarová zařízení a rozhraní různé vestavěné funkční karty na bázi PC, karty rozhraní sběrnice univerzálního rozhraní, sériové porty, rozhraní nástrojů sběrnice VXI atd., nebo jiná různá programovatelná externí testovací zařízení, Software ovladače zařízení je program ovladače, který přímo ovládá různá hardwarová rozhraní.Virtuální přístroj komunikuje se skutečným přístrojovým systémem prostřednictvím základního softwaru ovladače zařízení a zobrazuje odpovídající ovládací prvky skutečného přístrojového panelu na obrazovce počítače ve formě virtuálního přístrojového panelu.Různé ovládací prvky.Uživatel ovládá panel virtuálního nástroje pomocí myši stejně skutečné a pohodlné jako ovládání skutečného nástroje.
Obor měřicí a regulační techniky a přístrojů je tradiční a plný perspektiv rozvoje.Říká se o ní, že je tradiční, protože má prastarý původ, zažila stovky let vývoje a hrála důležitou roli ve společenském vývoji.Jako tradiční obor zahrnuje mnoho disciplín současně, díky čemuž má stále silnou vitalitu.
S dalším rozvojem moderní měřicí a regulační techniky, elektronických informačních technologií a výpočetní techniky otevřela novou příležitost pro inovace a vývoj, které jistě přinesou stále více kritičtějších aplikací v různých oblastech.
Čas odeslání: 21. listopadu 2022