Meracia a regulačná technika a prístroj je teória a technológia, ktorá študuje získavanie a spracovanie informácií a riadenie súvisiacich prvkov.„Meracia a regulačná technika a prístroje“ sú prostriedky a zariadenia na zber, meranie, ukladanie, prenos, spracovanie a riadenie informácií, vrátane meracej techniky, riadiacej techniky a prístrojov a systémov, ktoré tieto technológie implementujú.
Meracia a regulačná technika
Základom meracej a riadiacej techniky a prístrojov sú presné strojné zariadenia, elektronická technika, optika, automatické riadenie a výpočtová technika.Študuje predovšetkým nové princípy, metódy a procesy rôznych presných testovacích a kontrolných technológií.V aplikačnom výskume meracej a regulačnej techniky zohráva v posledných rokoch čoraz významnejšiu úlohu výpočtová technika.
Meracia a regulačná technika je aplikačná technológia, ktorá sa priamo aplikuje na výrobu a život a jej aplikácia pokrýva rôzne oblasti spoločenského života, ako je „váha poľnohospodárstva, mora, pôdy a vzduchu, potravín a odevov“.Prístrojová technika je „multiplikátor“ národného hospodárstva, „prvý dôstojník“ vedeckého výskumu, „bojová sila“ v armáde a „materializovaný sudca“ v právnych predpisoch.Počítačová testovacia a kontrolná technika a inteligentné a presné meracie a riadiace prístroje a systémy sú dôležitými symbolmi a prostriedkami v oblastiach modernej priemyselnej a poľnohospodárskej výroby, vedeckého a technologického výskumu, riadenia, inšpekcie a monitorovania a zohrávajú čoraz dôležitejšiu úlohu.
Aplikácia meracej a regulačnej techniky a prístrojovej techniky
Meracia a regulačná technika je aplikovaná technológia, ktorá má široké uplatnenie v rôznych oblastiach priemyslu, poľnohospodárstva, dopravy, navigácie, letectva, vojenstva, elektroenergetiky a civilného života.S rozvojom výrobnej technológie zohráva meracia a regulačná technika zásadnú úlohu v riadiacej technike od prvotného riadenia jedného a jeho zariadenia až po riadenie celého procesu, ba aj systému, najmä v dnešnej špičkovej technike. v oblasti modernej vedy a techniky.
V metalurgickom priemysle aplikácia meracej a regulačnej techniky zahŕňa: riadenie horúcej vysokej pece, riadenie vsádzania a riadenie vysokej pece v procese výroby železa, riadenie tlaku, riadenie rýchlosti valcovne, riadenie zvitkov atď. v procese valcovania ocele a rôzne detekčné nástroje, ktoré sa tam používajú.
V elektroenergetike aplikácia meracej a regulačnej techniky zahŕňa systém riadenia spaľovania kotla, automatické monitorovanie, automatickú ochranu, automatické nastavovanie a automatické riadenie programu parnej turbíny a systém riadenia príkonu a výstupu parnej turbíny. motor.
V uhoľnom priemysle aplikácia meracej a riadiacej technológie zahŕňa: prístroj na ťažbu metánu v uhoľnom náplni v procese ťažby uhlia, prístroj na detekciu zloženia banského vzduchu, detektor banských plynov, podzemný bezpečnostný monitorovací systém atď., riadenie procesu hasenia koksu a riadenie regenerácie plynu v uhoľnom priemysle. proces rafinácie uhlia, riadenie procesu rafinácie, riadenie prenosu výrobných strojov atď.
V ropnom priemysle aplikácia meracej a regulačnej techniky zahŕňa: magnetický lokátor, merač obsahu vody, tlakomer a iné meracie prístroje podporujúce technológiu ťažby v procese výroby ropy, systém zásobovania energiou, systém zásobovania vodou, systém zásobovania parou, systém zásobovania plynom , Skladovací a prepravný systém a tri systémy spracovania odpadu a detekčné nástroje pre veľké množstvo parametrov v kontinuálnom výrobnom procese.
V chemickom priemysle aplikácia meracej a regulačnej techniky zahŕňa: meranie teploty, meranie prietoku, meranie hladiny kvapalín, koncentrácie, kyslosti, vlhkosti, hustoty, zákalu, výhrevnosti a rôznych zložiek zmesových plynov.Kontrolné prístroje, ktoré pravidelne kontrolujú kontrolované parametre atď.
V strojárskom priemysle aplikácia meracej a riadiacej techniky zahŕňa: presné digitálne riadiace obrábacie stroje, automatické výrobné linky, priemyselné roboty atď.
V leteckom a kozmickom priemysle aplikácia meracej a riadiacej techniky zahŕňa: meranie parametrov, ako je výška letu lietadla, rýchlosť letu, stav a smer letu, zrýchlenie, preťaženie a stav motora, technológia leteckých dopravných prostriedkov, technológia kozmických lodí a kozmické meranie. a riadiacej techniky.počkaj.
Vo vojenskej technike aplikácia meracej a riadiacej techniky zahŕňa: presne navádzané zbrane, inteligentnú muníciu, vojenský automatizačný veliteľský systém (systém C4IRS), vojenskú techniku vo vesmíre (ako rôzne vojenské prieskumné, komunikačné, včasné varovanie, navigačné satelity atď.). .).
Vznik a vývoj meracej a regulačnej techniky
Historické fakty vývoja vedy a techniky Dôležitou súčasťou dejín ľudskej civilizácie sú aj dejiny ľudského chápania a premeny prírody.Rozvoj vedy a techniky závisí najskôr od rozvoja meracej techniky.Moderná prírodná veda začína meraním v pravom slova zmysle.Mnohí vynikajúci vedci snívajú o tom, že budú vynálezcami vedeckých prístrojov a zakladateľmi meracích metód.Pokrok meracej techniky priamo poháňa pokrok vedy a techniky.
Prvá technologická revolúcia
V 17. a 18. storočí sa začína objavovať meracia a regulačná technika.Niektorí fyzici v Európe začali využívať silu prúdu a magnetického poľa na výrobu jednoduchých galvanometrov a optické šošovky používali na výrobu ďalekohľadov, čím položili základ pre elektrické a optické prístroje.V 60. rokoch 18. storočia sa v Spojenom kráľovstve začala prvá vedecko-technická revolúcia.Až do 19. storočia sa prvá vedecko-technická revolúcia rozšírila do Európy, Ameriky a Japonska.V tomto období sa začali používať niektoré jednoduché meracie prístroje, ako sú prístroje na meranie dĺžky, teploty, tlaku a pod.V živote sa vytvorila obrovská produktivita.
Druhá technologická revolúcia
Séria vývoja v oblasti elektromagnetizmu na začiatku 19. storočia spustila druhú technologickú revolúciu.Vďaka vynálezu prístroja na meranie prúdu sa elektromagnetizmus rýchlo dostal na správnu cestu a rástol jeden objav za druhým.K príchodu elektrického veku prispeli mnohé vynálezy v oblasti elektromagnetizmu, ako napríklad telegraf, telefón, generátor atď.Zároveň vznikajú aj rôzne iné prístroje na meranie a pozorovanie, ako napríklad presný prvotriedny teodolit používaný na meranie nadmorskej výšky pred rokom 1891.
Tretia technologická revolúcia
Po 2. svetovej vojne naliehavá potreba špičkových technológií v rôznych krajinách podporila transformáciu výrobnej technológie zo všeobecnej mechanizácie na elektrifikáciu a automatizáciu a vo vedeckom teoretickom výskume došlo k sérii zásadných prelomov.
V tomto období sa začal priemyselne rozvíjať spracovateľský priemysel reprezentovaný elektromechanickými výrobkami.Charakteristikou hromadnej výroby produktov sú cyklické operácie a prietokové operácie.Aby boli tieto automatické, je potrebné automaticky zisťovať polohu obrobku počas vyraďovacej fázy spracovania a výroby., veľkosť, tvar, držanie tela alebo výkon atď. Na tento účel je potrebný veľký počet meracích a kontrolných zariadení.Na druhej strane vzostup chemického priemyslu s ropou ako surovinou si vyžaduje veľké množstvo meracích a kontrolných prístrojov.Začalo sa štandardizovať automatizované prístrojové vybavenie a na požiadanie sa vytvoril automatický riadiaci systém.Zároveň sa v tomto období zrodili aj CNC obrábacie stroje a robotická technika, v ktorých má meracia a riadiaca technika a prístroje dôležité uplatnenie.
S rozvojom vedy a techniky sa prístrojové vybavenie stalo nepostrádateľným technickým nástrojom na meranie, riadenie a automatizáciu, počnúc jednoduchým meraním a pozorovaním.S cieľom uspokojiť potreby rôznych aspektov sa prístrojové vybavenie rozšírilo z tradičných aplikačných oblastí na netradičné aplikačné oblasti, ako je biomedicína, ekologické prostredie a bioinžinierstvo.
Od 21. storočia sa objavilo veľké množstvo najnovších technologických výdobytkov, ako sú výsledky výskumu presných strojov na nanoúrovni, výsledky moderného chemického výskumu na molekulárnej úrovni, výsledky biologického výskumu na génovej úrovni a vysoko presný ultravýkonný výskum špeciálnych funkčných materiálov. výsledky a globálne Výsledky popularizácie a aplikácie sieťových technológií vychádzajú jeden za druhým, čo predstavuje zásadnú zmenu v oblasti prístrojovej techniky a podporuje nástup novej éry high-tech a inteligentných prístrojov.
Senzory v meracích a riadiacich systémoch
Všeobecný systém merania a riadenia pozostáva zo snímačov, medziprevodníkov a zobrazovacích záznamníkov.Senzor detekuje a prevádza nameranú fyzikálnu veličinu na meranú fyzikálnu veličinu.Medziprevodník analyzuje, spracováva a konvertuje výstup senzora na signál, ktorý môže akceptovať nasledujúci prístroj a odosiela ho do iných systémov, alebo je meraný zobrazovacím zariadením.Výsledky sa zobrazia a zaznamenajú.
Senzor je prvým článkom meracieho systému.Pokiaľ ide o riadiaci systém, ak sa počítač porovnáva s mozgom, potom je senzor ekvivalentný piatim zmyslom, čo priamo ovplyvňuje presnosť riadenia systému.
Senzor sa vo všeobecnosti skladá z citlivých prvkov, konverzných súborov a konverzných obvodov.Nameraná hodnota je priamo pociťovaná citlivým prvkom a samotná zmena určitej hodnoty parametra má určitý vzťah so zmenou nameranej hodnoty a tento parameter je ľahko merateľný a výstupný;potom sa výstup citlivého prvku prevedie na elektrický parameter pomocou konverzného prvku;Nakoniec konverzný obvod zosilňuje výstup elektrických parametrov konverzným prvkom a prevádza ich na užitočné elektrické signály, ktoré sú vhodné na zobrazenie, záznam, spracovanie a ovládanie.
Súčasný stav a vývoj nových senzorov
Technológia snímania je dnes jednou z najrýchlejšie sa rozvíjajúcich špičkových technológií na svete.Nový senzor sa snaží nielen o vysokú presnosť, veľký dosah, vysokú spoľahlivosť a nízku spotrebu energie, ale vyvíja sa aj smerom k integrácii, miniaturizácii, digitalizácii a inteligencii.
1. Inteligentný
Inteligencia senzora sa vzťahuje na kombináciu funkcií konvenčných senzorov a funkcií počítačov alebo iných komponentov do samostatného celku, ktorý má nielen funkcie zberu informácií a konverzie signálu, ale má aj schopnosť spracovávať dáta. , analýza odmeňovania a rozhodovanie.
2. Vytváranie sietí
Sieťové prepojenie senzora má umožniť senzoru mať funkciu spojenia s počítačovou sieťou, realizovať prenos a spracovanie informácií na veľké vzdialenosti, teda realizovať meranie merania „nad horizontom“. a riadiaci systém.
3. Miniaturizácia
Hodnota miniaturizácie snímača výrazne znižuje hlasitosť snímača za podmienky, že funkcia je nezmenená alebo dokonca posilnená.Miniaturizácia je požiadavka moderného presného merania a riadenia.V zásade platí, že čím menšia veľkosť snímača, tým menší vplyv na meraný objekt a okolie, tým menšia spotreba energie a jednoduchšie dosiahnutie presného merania.
4. Integrácia
Integrácia senzorov sa týka integrácie nasledujúcich dvoch smerov:
(1) Integrácia viacerých parametrov merania môže merať viacero parametrov.
(2) Integrácia snímacích a následných obvodov, to znamená integrácia citlivých komponentov, konverzných komponentov, konverzných obvodov a dokonca aj napájacích zdrojov na ten istý čip tak, aby mal vysoký výkon.
5. Digitalizácia
Digitálna hodnota snímača spočíva v tom, že výstup informácií zo snímača je digitálna veličina, ktorá môže realizovať diaľkový a vysoko presný prenos a môže byť pripojená k zariadeniu na digitálne spracovanie, ako je počítač bez medzičlánkov.
Integrácia, inteligencia, miniaturizácia, sieťovanie a digitalizácia senzorov nie sú nezávislé, ale vzájomne sa dopĺňajú a navzájom súvisia a neexistuje medzi nimi jasná hranica.
Riadiaca technika v systéme merania a riadenia
Základná teória riadenia
1. Klasická teória riadenia
Klasická teória riadenia zahŕňa tri časti: teóriu lineárneho riadenia, teóriu vzorkovacieho riadenia a teóriu nelineárneho riadenia.Klasická kybernetika berie Laplaceovu transformáciu a Z transformáciu ako matematické nástroje a ako hlavný výskumný objekt berie lineárny stabilný systém s jedným vstupom a jedným výstupom.Diferenciálna rovnica popisujúca systém sa transformuje do oblasti komplexných čísel pomocou Laplaceovej transformácie alebo Z transformácie a získa sa prenosová funkcia systému.A založená na prenosovej funkcii, metóde výskumu trajektórie a frekvencie, so zameraním na analýzu stability a presnosti v ustálenom stave spätnoväzbového riadiaceho systému.
2. Moderná teória riadenia
Moderná teória riadenia je teória riadenia založená na metóde stavového priestoru, ktorá je hlavnou súčasťou teórie automatického riadenia.V modernej teórii riadenia sa analýza a návrh riadiaceho systému vykonáva hlavne opisom stavových premenných systému a základnou metódou je metóda časovej oblasti.Moderná teória riadenia sa dokáže vysporiadať s oveľa širším rozsahom problémov riadenia ako klasická teória riadenia, vrátane lineárnych a nelineárnych systémov, stacionárnych a časovo premenných systémov, systémov s jednou premennou a systémov s viacerými premennými.Metódy a algoritmy, ktoré používa, sú tiež vhodnejšie pre digitálne počítače.Moderná teória riadenia tiež ponúka možnosť navrhnúť a skonštruovať optimálne riadiace systémy so špecifikovanými ukazovateľmi výkonu.
Kontrolný systém
Riadiaci systém sa skladá z riadiacich zariadení (vrátane ovládačov, akčných členov a snímačov) a riadených objektov.Riadiacim zariadením môže byť osoba alebo stroj, čo je rozdiel medzi automatickým ovládaním a ručným ovládaním.Pre automatický riadiaci systém je možné podľa rôznych princípov riadenia rozdeliť na riadiaci systém s otvorenou slučkou a riadiaci systém s uzavretou slučkou;podľa klasifikácie daných signálov ho možno rozdeliť na systém riadenia konštantnej hodnoty, nadväzný riadiaci systém a programový riadiaci systém.
Technológia virtuálnych prístrojov
Merací prístroj je dôležitou súčasťou meracieho a riadiaceho systému, ktorý sa delí na dva typy: nezávislý prístroj a virtuálny prístroj.
Nezávislý prístroj zhromažďuje, spracováva a vydáva signál prístroja v nezávislom šasi, má ovládací panel a rôzne porty a všetky funkcie existujú vo forme hardvéru alebo firmvéru, čo určuje, že nezávislý prístroj môže byť definovaný iba výrobca., licenciu, ktorú používateľ nemôže zmeniť.
Virtuálny prístroj dokončí analýzu a spracovanie signálu, vyjadrenie a výstup výsledku do počítača, alebo vloží kartu na zber dát do počítača a odstráni tri časti prístroja z počítača, čím prerazí tradičné nástrojov.obmedzenie.
Technické vlastnosti virtuálnych nástrojov
1. Výkonné funkcie, integrujúce výkonnú hardvérovú podporu počítačov, prelomenie obmedzení tradičných nástrojov pri spracovaní, zobrazovaní a ukladaní.Štandardná konfigurácia je: výkonný procesor, displej s vysokým rozlíšením, veľkokapacitný pevný disk.
2. Zdroje počítačového softvéru realizujú softvérovú úpravu hardvéru niektorých strojov, šetria materiálne zdroje a zvyšujú flexibilitu systému;prostredníctvom zodpovedajúcich numerických algoritmov je možné vykonávať rôzne analýzy a spracovanie testovacích údajov priamo v reálnom čase;prostredníctvom technológie GUI (grafické používateľské rozhranie) na skutočne dosiahnutie priateľského rozhrania a interakcie človek-počítač.
3. Vzhľadom na počítačovú zbernicu a modulárnu prístrojovú zbernicu je hardvér prístroja modulovaný a sériový, čo značne znižuje veľkosť systému a uľahčuje konštrukciu modulárnych prístrojov.
Zloženie systému virtuálnych nástrojov
Virtuálny prístroj pozostáva z hardvérových zariadení a rozhraní, softvéru ovládača zariadenia a virtuálneho prístrojového panelu.Hardvérovými zariadeniami a rozhraniami môžu byť rôzne vstavané funkčné karty na báze PC, karty rozhrania zbernice univerzálneho rozhrania, sériové porty, rozhrania nástrojov zbernice VXI atď., alebo iné rôzne programovateľné externé testovacie zariadenia. Softvér ovládača zariadenia je program ovládača, ktorý priamo riadi rôzne hardvérové rozhrania.Virtuálny prístroj komunikuje so skutočným prístrojovým systémom prostredníctvom základného softvéru ovládača zariadenia a zobrazuje zodpovedajúce ovládacie prvky skutočnej prístrojovej dosky na obrazovke počítača vo forme virtuálnej prístrojovej dosky.Rôzne ovládacie prvky.Používateľ ovláda panel virtuálneho nástroja pomocou myši rovnako skutočne a pohodlne ako ovládanie skutočného nástroja.
Odbor meracej a regulačnej techniky a prístrojov je tradičný a plný perspektív rozvoja.Tradičná je vraj preto, lebo má prastarý pôvod, zažila stovky rokov vývoja a zohrala dôležitú úlohu v spoločenskom vývoji.Ako tradičný odbor zahŕňa mnoho disciplín súčasne, vďaka čomu má stále silnú vitalitu.
S ďalším rozvojom modernej meracej a regulačnej techniky, elektronických informačných technológií a výpočtovej techniky otvorila novú príležitosť pre inováciu a vývoj, ktorá určite prinesie čoraz kritickejšie aplikácie v rôznych oblastiach.
Čas odoslania: 21. novembra 2022