Forstå måle- og styringsteknologi og instrumenteringsteknologi

Måle- og kontrolteknologi og -instrument er en teori og teknologi, der studerer erhvervelse og behandling af information og styring af relaterede elementer."Måle- og kontrolteknologi og -instrumenter" henviser til midler og udstyr til informationsindsamling, måling, lagring, transmission, behandling og kontrol, herunder måleteknologi, kontrolteknologi og instrumenter og systemer, der implementerer disse teknologier.

Måle- og kontrolteknologi
Måle- og styringsteknologi og -instrumenter er baseret på præcisionsmaskineri, elektronisk teknologi, optik, automatisk styring og computerteknologi.Det studerer hovedsageligt nye principper, metoder og processer for forskellige præcisionstest- og kontrolteknologier.I de senere år har computerteknologi spillet en stadig vigtigere rolle i anvendelsesforskningen af ​​måle- og kontrolteknologi.
Måle- og kontrolteknologi er en anvendelsesteknologi, der anvendes direkte på produktion og liv, og dens anvendelse dækker forskellige områder af det sociale liv, såsom "vægten af ​​landbrug, hav, land og luft, fødevarer og tøj".Instrumenteringsteknologi er "multiplikatoren" af den nationale økonomi, "førsteofficeren" for videnskabelig forskning, "kampkraften" i militæret og den "materialiserede dommer" i juridiske regler.Computerstyret test- og kontrolteknologi og intelligente og præcise måle- og kontrolinstrumenter og -systemer er vigtige symboler og midler inden for moderne industri- og landbrugsproduktion, videnskabelig og teknologisk forskning, ledelse, inspektion og overvågning og spiller en stadig vigtigere rolle.

Anvendelse af måle- og kontrolteknologi og instrumenteringsteknologi
Måle- og kontrolteknologi er en anvendt teknologi, som er meget udbredt inden for forskellige områder af industri, landbrug, transport, navigation, luftfart, militær, elektrisk kraft og civilt liv.Med udviklingen af ​​produktionsteknologi spiller måle- og styringsteknologi en afgørende rolle i styringsteknologien fra den indledende styring af en enkelt og dens udstyr til styring af hele processen og endda systemet, især i nutidens banebrydende teknologi inden for moderne videnskab og teknologi.
I den metallurgiske industri omfatter anvendelsen af ​​måle- og kontrolteknologi: varm højovnskontrol, ladekontrol og højovnskontrol i jernfremstillingsprocessen, trykkontrol, valseværkshastighedskontrol, spolekontrol osv. i stålvalseprocessen, og forskellige detektionsinstrumenter, der anvendes deri.
I elkraftindustrien omfatter anvendelsen af ​​måle- og kontrolteknologi kedlens forbrændingskontrolsystem, automatisk overvågning, automatisk beskyttelse, automatisk justering og automatisk programstyring af dampturbinen og effektindgangs- og udgangsstyringssystemet for motoren.
I kulindustrien omfatter anvendelsen af ​​måle- og kontrolteknologi: logningsinstrument med kulbundsmetan i kulmineprocessen, instrument til detektering af mineluftsammensætning, minegasdetektor, underjordisk sikkerhedsovervågningssystem osv., kontrol af koksbrølende proces og kontrol af gasgenvinding i kulindustrien. kulraffineringsproces, raffineringsproceskontrol, produktionsmaskiners transmissionskontrol osv.
I olieindustrien omfatter anvendelsen af ​​måle- og kontrolteknologi: magnetisk lokaliseringsmåler, vandindholdsmåler, trykmåler og andre måleinstrumenter, der understøtter logningsteknologi i olieproduktionsprocessen, strømforsyningssystem, vandforsyningssystem, dampforsyningssystem, gasforsyningssystem , Opbevaring og transportsystem og tre affaldsbehandlingssystem og detektionsinstrumenter for en lang række parametre i den kontinuerlige produktionsproces.
I den kemiske industri omfatter anvendelsen af ​​måle- og kontrolteknologi: temperaturmåling, flowmåling, væskeniveaumåling, koncentration, surhedsgrad, fugtighed, massefylde, turbiditet, brændværdi og forskellige blandede gaskomponenter.Styreinstrumenter, der regelmæssigt styrer de kontrollerede parametre mv.
I maskinindustrien omfatter anvendelsen af ​​måle- og styringsteknologi: præcisions digitale styringsmaskiner, automatiske produktionslinjer, industrirobotter mv.
I rumfartsindustrien omfatter anvendelsen af ​​måle- og kontrolteknologi: måling af parametre som flyvehøjde, flyvehastighed, flyvetilstand og -retning, acceleration, overbelastning og motortilstand, rumfartøjsteknologi, rumfartøjsteknologi og rumfartsmåling og kontrolteknologi.Vente.
I militært udstyr omfatter anvendelsen af ​​måle- og kontrolteknologi: præcisionsstyrede våben, intelligent ammunition, militært automationskommandosystem (C4IRS-system), militært udstyr i det ydre rum (såsom diverse militær rekognoscering, kommunikation, tidlig varsling, navigationssatellitter mv. .).

Dannelse og udvikling af måle- og kontrolteknologi
De historiske fakta om udviklingen af ​​videnskab og teknologi Historien om menneskelig forståelse og transformation af naturen er også en vigtig del af den menneskelige civilisations historie.Udviklingen af ​​videnskab og teknologi afhænger først og fremmest af udviklingen af ​​måleteknologi.Moderne naturvidenskab begynder med måling i egentlig forstand.Mange fremragende videnskabsmænd drømmer om at være opfindere af videnskabelige instrumenter og grundlæggere af målemetoder.Fremskridt inden for måleteknologi driver direkte fremskridt inden for videnskab og teknologi.
Den første teknologiske revolution
I det 17. og 18. århundrede begyndte måle- og kontrolteknologien at dukke op.Nogle fysikere i Europa begyndte at bruge kraften fra strøm og magnetfelt til at lave simple galvanometre og bruge optiske linser til at lave teleskoper, og dermed lægge grundlaget for elektriske og optiske instrumenter.I 1760'erne begyndte den første videnskabelige og teknologiske revolution i Storbritannien.Indtil det 19. århundrede udvidede den første videnskabelige og teknologiske revolution til Europa, Amerika og Japan.I denne periode er der brugt nogle simple måleinstrumenter, såsom instrumenter til måling af længde, temperatur, tryk mv.I livet er der skabt enorm produktivitet.

Den anden teknologiske revolution
En række udviklinger inden for elektromagnetisme i det tidlige 19. århundrede udløste den anden teknologiske revolution.På grund af opfindelsen af ​​instrumentet til strømmåling blev elektromagnetismen hurtigt sat på rette spor, og den ene opdagelse efter den anden voksede frem.Mange opfindelser inden for elektromagnetisme, såsom telegrafen, telefonen, generatoren osv., bidrog til den elektriske tidsalders ankomst.Samtidig dukker der også forskellige andre instrumenter til måling og observation op, såsom den præcision førsteklasses teodolit, der blev brugt til højdemåling før 1891.

Den tredje teknologiske revolution
Efter Anden Verdenskrig fremmede det presserende behov for højteknologi i forskellige lande transformationen af ​​produktionsteknologi fra generel mekanisering til elektrificering og automatisering, og en række store gennembrud inden for videnskabsteoretisk forskning blev gjort.
I denne periode begyndte fremstillingsindustrien repræsenteret af elektromekaniske produkter at udvikle sig industrielt.Karakteristikaene ved masseproduktion af produkter er cykliske operationer og flowoperationer.For at gøre disse automatiske er det påkrævet automatisk at detektere emnets position under elimineringsstadiet af forarbejdning og produktion., størrelse, form, kropsholdning eller ydeevne osv. Til dette formål kræves et stort antal måle- og kontrolanordninger.På den anden side kræver fremkomsten af ​​den kemiske industri med petroleum som råstof en lang række måle- og kontrolinstrumenter.Automatiseret instrumentering begyndte at blive standardiseret, og et automatisk kontrolsystem blev dannet efter behov.Samtidig blev CNC-værktøjsmaskiner og robotteknologi også født i denne periode, hvor måle- og styringsteknologi og -instrumenter har vigtige anvendelsesmuligheder.
Med udviklingen af ​​videnskab og teknologi er instrumentering blevet et uundværligt teknisk værktøj til måling, kontrol og automatisering, startende fra simpel måling og observation.For at imødekomme behovene for forskellige aspekter er instrumentering udvidet fra traditionelle anvendelsesområder til ikke-traditionelle anvendelsesområder såsom biomedicin, økologisk miljø og bioteknik.
Siden det 21. århundrede har et stort antal af de nyeste teknologiske resultater, såsom forskningsresultater af præcisionsmaskiner i nanoskala, moderne kemiske forskningsresultater på molekylært niveau, biologiske forskningsresultater på genniveau og højpræcisions ultra-ydeevne forskning i særlige funktionelle materialer. resultater og globale Resultaterne af populariseringen og anvendelsen af ​​netværksteknologi er kommet frem efter hinanden, hvilket er en fundamental ændring inden for instrumentering og fremmer fremkomsten af ​​en ny æra af højteknologiske og intelligente instrumenter.

Sensorer i måle- og kontrolsystemer
Det generelle måle- og kontrolsystem består af sensorer, mellemomformere og displayoptagere.Sensoren registrerer og konverterer den målte fysiske størrelse til den målte fysiske størrelse.Mellemkonverteren analyserer, behandler og konverterer sensorens output til et signal, der kan accepteres af det efterfølgende instrument, og udsender det til andre systemer eller måles af displayoptageren.Resultaterne vises og registreres.
Sensoren er det første led i målesystemet.For kontrolsystemet, hvis computeren sammenlignes med hjernen, så svarer sensoren til de fem sanser, hvilket direkte påvirker systemets kontrolnøjagtighed.
Sensoren er generelt sammensat af følsomme elementer, konverteringsfiler og konverteringskredsløb.Den målte værdi mærkes direkte af det følsomme element, og ændringen af ​​en bestemt parameterværdi i sig selv har et bestemt forhold til ændringen af ​​den målte værdi, og denne parameter er let at måle og udlæse;derefter konverteres outputtet fra det følsomme element til en elektrisk parameter af konverteringselementet;Endelig forstærker konverteringskredsløbet de elektriske parametre, der udlæses af konverteringselementet og konverterer dem til nyttige elektriske signaler, der er praktiske til visning, optagelse, behandling og kontrol.
Nuværende situation og udvikling af nye sensorer
Sensing-teknologi er en af ​​de hurtigst udviklende højteknologier i verden i dag.Den nye sensor forfølger ikke kun høj præcision, stor rækkevidde, høj pålidelighed og lavt strømforbrug, men udvikler sig også hen imod integration, miniaturisering, digitalisering og intelligens.

1. Intelligent
Sensorens intelligens refererer til kombinationen af ​​funktionerne af konventionelle sensorer og funktionerne af computere eller andre komponenter for at danne en uafhængig samling, som ikke kun har funktionerne informationsopsamling og signalkonvertering, men også har evnen til databehandling , kompensationsanalyse og beslutningstagning.

2. Netværk
Netværket af sensoren er at gøre det muligt for sensoren at have funktionen til at forbinde med computernetværket, at realisere langdistance informationstransmission og -behandlingsevnen, det vil sige at realisere målingens "over-horisonten" måling og kontrolsystem.

3. Miniaturisering
Miniaturiseringsværdien af ​​sensoren reducerer i høj grad sensorens volumen under den betingelse, at funktionen er uændret eller endda forbedret.Miniaturisering er kravet til moderne præcisionsmåling og kontrol.I princippet gælder det, at jo mindre størrelsen på sensoren er, jo mindre påvirkning af det målte objekt og miljøet, jo mindre energiforbrug, og jo lettere er det at opnå præcis måling.

4. Integration
Integrationen af ​​sensorer refererer til integrationen af ​​følgende to retninger:
(1) Integrationen af ​​flere måleparametre kan måle flere parametre.
(2) Integrering af sensing og efterfølgende kredsløb, det vil sige integration af følsomme komponenter, konverteringskomponenter, konverteringskredsløb og endda strømforsyninger på den samme chip, så den har høj ydeevne.

5. Digitalisering
Sensorens digitale værdi er, at informationsoutputtet fra sensoren er en digital størrelse, som kan realisere langdistance- og højpræcisionstransmission og kan forbindes til digitalt behandlingsudstyr såsom en computer uden mellemled.
Integration, intelligens, miniaturisering, netværk og digitalisering af sensorer er ikke uafhængige, men komplementære og indbyrdes forbundne, og der er ingen klar grænse mellem dem.
Styreteknologi i måle- og styresystem

Grundlæggende kontrolteori
1. Klassisk kontrolteori
Klassisk kontrolteori omfatter tre dele: lineær kontrolteori, prøveudtagningskontrolteori og ikke-lineær kontrolteori.Klassisk kybernetik tager Laplace-transformation og Z-transformation som matematiske værktøjer og tager det lineære stabile system med enkelt input og enkelt output som det vigtigste forskningsobjekt.Differentialligningen, der beskriver systemet, transformeres til det komplekse taldomæne ved Laplace-transformation eller Z-transformation, og systemets overførselsfunktion opnås.Og baseret på overførselsfunktionen, en forskningsmetode for bane og frekvens, der fokuserer på at analysere stabiliteten og steady-state nøjagtigheden af ​​feedback-kontrolsystemet.

2. Moderne kontrolteori
Moderne kontrolteori er en kontrolteori baseret på tilstandsrummetoden, som er en hovedkomponent i automatisk kontrolteori.I moderne kontrolteori udføres analyse og design af kontrolsystemet hovedsageligt ved at beskrive systemets tilstandsvariable, og den grundlæggende metode er tidsdomænemetoden.Moderne kontrolteori kan håndtere en meget bredere række af kontrolproblemer end klassisk kontrolteori, herunder lineære og ikke-lineære systemer, stationære og tidsvarierende systemer, enkeltvariable systemer og multivariable systemer.De metoder og algoritmer, den anvender, er også mere velegnede til digitale computere.Moderne styringsteori giver også mulighed for at designe og konstruere optimale styringssystemer med specificerede ydelsesindikatorer.

Kontrolsystem
Styresystemet er sammensat af styreenheder (inklusive styreenheder, aktuatorer og sensorer) og styrede objekter.Styreenheden kan være en person eller en maskine, hvilket er forskellen mellem automatisk styring og manuel styring.For det automatiske kontrolsystem, i henhold til de forskellige kontrolprincipper, kan det opdeles i åben-sløjfe-kontrolsystem og lukket-sløjfe-kontrolsystem;i henhold til klassificeringen af ​​givne signaler kan det opdeles i konstant værdikontrolsystem, opfølgningskontrolsystem og programkontrolsystem.

Virtuel instrumentteknologi
Måleinstrument er en vigtig del af måle- og kontrolsystemet, som er opdelt i to typer: uafhængigt instrument og virtuelt instrument.
Det uafhængige instrument indsamler, behandler og udsender instrumentets signal i et uafhængigt chassis, har et betjeningspanel og forskellige porte, og alle funktioner eksisterer i form af hardware eller firmware, som bestemmer, at det uafhængige instrument kun kan defineres af producenten., licens, som brugeren ikke kan ændre.
Det virtuelle instrument afslutter analysen og bearbejdningen af ​​signalet, udtrykket og outputtet af resultatet på computeren eller indsætter dataindsamlingskortet på computeren og fjerner de tre dele af instrumentet på computeren, hvilket bryder igennem den traditionelle instrumenter.begrænsning.

Tekniske funktioner ved virtuelle instrumenter
1. Kraftfulde funktioner, der integrerer den kraftfulde hardwareunderstøttelse af computere, der bryder igennem begrænsningerne for traditionelle instrumenter inden for behandling, visning og lagring.Standardkonfigurationen er: højtydende processor, skærm i høj opløsning, harddisk med stor kapacitet.
2. Computersoftwareressourcer realiserer softwareiseringen af ​​noget maskinhardware, sparer materielle ressourcer og forbedrer systemets fleksibilitet;gennem tilsvarende numeriske algoritmer kan forskellige analyser og behandlinger af testdata udføres direkte i realtid;gennem GUI (grafisk brugergrænseflade)-teknologi for virkelig at opnå en venlig grænseflade og menneske-computer-interaktion.
3. Givet computerbussen og den modulære instrumentbus er instrumenthardwaren modulariseret og serialiseret, hvilket i høj grad reducerer størrelsen af ​​systemet og letter konstruktionen af ​​modulære instrumenter.
Sammensætningen af ​​virtuelt instrumentsystem
Virtuelt instrument består af hardwareenheder og grænseflader, enhedsdriversoftware og virtuelt instrumentpanel.Blandt dem kan hardwareenhederne og interfaces være forskellige pc-baserede indbyggede funktionskort, universelle interface bus interfacekort, serielle porte, VXI bus instrument interfaces osv., eller andet forskelligt programmerbart eksternt testudstyr. Enhedsdriversoftwaren er et driverprogram, der direkte styrer forskellige hardwaregrænseflader.Det virtuelle instrument kommunikerer med det rigtige instrumentsystem gennem den underliggende enhedsdriversoftware og viser de tilsvarende betjeningselementer af det rigtige instrumentpanel på computerskærmen i form af et virtuelt instrumentpanel.Forskellige kontroller.Brugeren betjener panelet på det virtuelle instrument med musen lige så virkeligt og bekvemt som at betjene det rigtige instrument.
Måling og kontrol teknologi og instrument hovedfag er en traditionel og fuld af udviklingsmuligheder.Det siges at være traditionelt, fordi det har en gammel oprindelse, har oplevet flere hundrede års udvikling og har spillet en vigtig rolle i social udvikling.Som traditionel hovedfag involverer det mange discipliner på samme tid, hvilket gør, at den stadig har en stærk vitalitet.
Med videreudviklingen af ​​moderne måle- og styringsteknologi, elektronisk informationsteknologi og computerteknologi har det indvarslet en ny mulighed for innovation og udvikling, som helt sikkert vil producere flere og flere kritiske applikationer på forskellige områder.