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通用仪器仪表执行标准自动化与仪器仪表投稿

日期:2020-01-25编辑作者:服务支持

  第一章 概论 ?主要内容 ?§1.1 ?§1.2 ?§1.3 ?§1.4 ? 智能仪器仪表的发展 智能仪器仪表设计的主要内容(√) 微机技术的发展(√) 测控系统的发展 √——重点 §1.1 智能仪器仪表的发展 ?主要内容 ?1.1.1 智能仪器仪表的定义 ?1.1.2 智能仪器仪表的功能和特点 (√) ?1.1.3 国内外的现状和发展趋势 ? (√)——重点 1.1.1 智能仪器仪表的定义 ?智能仪器仪表 ?简单地讲就是将微处理器或微 计算机用于测量设备或仪器仪表 中。(详细) 1.1.2 智能仪器仪表的功能和特点 ?自动测量; ?自动切换量程; ?综合分析、判断、决策; ?具有计算和数据处理能力; ?对测量数据进行误差修正; 智能仪器仪表的功能和特点(续) ?具有自动联机和自动脱机功能; ?具有自检及故障监控功能; ?具有系统重构能力; ?能以多种形式输出测量结果 ,如显示打印 或远传等; ? (详细) 1.1.3 国内外的现状和发展趋势 ?一.国外智能化仪器的现状及发展趋势 ?二.国内智能化仪器的现状及发展趋势 ?三.智能化仪器、仪表商品化问题 ?四.智能化仪器、仪表开发前景的估判 , 评价与方向 ? (详细) 一、国外智能化仪器、仪表发展 ?1 .高度智能化 ,多功能和综合应用的智能仪器日 ? 5.按国际上制定的串行总线的规约 ,将由两三台 益普遍。 或几十台智能仪器组成一个类似自动测试系统的 ? 2.复杂智能化仪器。 使用的微处理器容量从 8位增加到 1 6位 ,有 的还达到 3 2位 ,不仅功能多 ,而且测试速度和精 ? 6.国外智能化仪器有的具有专家系统和推断、分 确性均有大幅度提高。 析、决策、优化控制功能。 ?3 .智能仪器、仪表拥有通信功能 ,能遥控诊断信 ? 7.国外智能仪器的改进和更新换代频繁 ,一种仪 息。 器的生命力长则 3~ 5年 ,短则不足 1年。 ?4 .单片微机采用专用IC ,使仪器智能程度越来 ? 8.智能化仪器在国外发展的另一特点就是个人仪 越高。 器的出现。 二、我国智能仪器、仪表的发展 ?1 .目前我国智能化仪器、仪表的发展还只是把微 ? 4.在我国 ,智能化仪器、仪表所占比重在 1 处理器及微型计算机与普通仪器初步结合起来 , 0 %以下 ,普及应用率较低 ,而且开发侧重面 但已显示出极大的生命力和优越性 在硬件 ,软件方面开发较少。 ,开发潜力很 大。 ? 5.目前 ,研制生产的厂家多、品种多 ,但产 ? 2.在不断推出的智能化仪器、仪表中 ,以工业在 量少 ,更新换代慢。 线自动化控制仪器、仪表为主 ,其它方面的经济 型智能化仪器还较少。 ? 3.国内智能化仪器中使用的微机容量基本上是 8 位或16位 ,而且多数是单片微机的智能仪器。 三.智能化仪器、仪表商品化问题 ? 在国内智能化仪器、仪表激烈竞争与发展 ? 2.解决智能化仪器、仪表的研制和配套技术 , , 并受到了国外智能化仪器、仪表冲击的同时 使其基本上立足于国内的问题。建立智能化仪器 , 仪表标准化、通用化和系列化的最佳组合。 我认为要使智能化仪器、仪表商品化 ,应做 到以下几点 : ? 3. 解决智能化仪器、仪表对模拟技术的继承问 题 ,建立智能仪器仪表和模拟仪器仪表的兼容系 ?1.解决智能化仪器、仪表的技术和功能相 统。 对稳定的问题 ,建立人—机信息交换的最佳 ? 4.在智能仪器、仪表的价格问题上 ,要以廉取 交界面。 胜。 四.智能化仪器、仪表开发前景的估 判 ,评价与方向 ?? 国内市场也是如此 ,虽然 ,它的发展在我国 ,但发展极为迅速 ,其开发潜力巨 ? 起步较晚 智能化仪器、仪表在国际市场上开发 大 ,市场极其广阔 ,已成为国内仪器、仪表行 速度快 ,市场十分广阔 ,如国外的测量控 业今后发展的主导产品 ,因此 ,我们要认准这个 制仪器、仪表 ,光学分析仪器、仪表等 , 发展的方向。通过大量的资料调查分析结果表明 , 平均每年以 2 0 %的速度增长 ,而微处理 我国智能化仪器、仪表目前开发研制的侧重点 器和微型计算机在仪器中的应用则以每年 是工业在线过程控制仪表 ,这也是国内智能 3 5%的速度递增。 化仪器竞争点。 §1.2智能仪器仪表设计的主要内容 显示 打印 电源与抗干 扰技术 键盘 输入 接口 信号 调理 传感 器 被 测 总 扩 展 硬 通讯技术 机 软 单 片 机 总 线 扩 展 输出 信号 调理 执行 机构 线 PC 件 PC 机和单片机 为等价结构 控 对 象 件 其他外围 网络技术 设备 语音 接口 图 1.1 智能仪器仪表系统结构示意图 实例图片 §1.3 微机技术的发展 ?1.3.1 Intel系列单片机发展过程简介 ?1.3.2 专用集成单片机的发展 ?简要介绍PC机的发展过程 ?(8086/286/386/486/586/P/PⅡ/PⅢ/P4) 1.3.1 Intel系列单片机及其发展过程简介 ?1976年Intel发布了8位单片机MCS-48系列。 ?? 如同生产微型计算机的微处理器一样, 1980年发布了高档8位单片机MCS-51系列。 Intel公司在单片机的研究和制造方面也堪 ?1983年推出了16位单片机MCS-96系列。 称先锋。 ?1988年第一季度又隆重推出MCS-96系列的新 产品──准16位单片机MCS-98家族。 ?接着又发布了MCS-C196/C198机型。 ?近年来,Intel又研制成功32位单片机MCS960系列,但目前国内市场还很少见。 ANGND V re f Vp d Vp p Vc c 4 5 3 6 67 68 2 1 59 58 57 56 55 48 47 46 54 53 52 51 50 49 44 43 60 61 63 34 36 39 45 40 AC H0/P0. 0 AC H1/P0. 1 AC H2/P0. 2 AC H3/P0. 3 AC H4/P0. 4 AC H5/P0. 5 AC H6/P0. 6 AC H7/P0. 7 P1. 0 P1. 1 P1. 2 P1. 3 P1. 4 P1. 5 P1. 6 P1. 7 HSI . 0 HSI . 1 HO 4/I 2 HO 5/I 3 HSO .0 HSO .1 HSO .2 HSO .3 VC C VSS VSS 96系列单片机引脚图及功能特点 AD 0 AD 1 AD 2 AD 3 AD 4 AD 5 AD 6 AD 7 AD 8 AD 9 AD 10 AD 11 AD 12 AD 13 AD 14 AD 15 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 17 38 37 35 16 62 8 7 13 14 15 11 12 65 64 66 41 42 10 9 38 45 46 12 11 37 39 V ss V ss 80C196KB RD WR BH E RE ADY AL E /A DV RE SE T EA NM I CL KOUT BU SWI D I NST XT AL 1 XT AL 2 Vr e f CD E (1) AN GND VPP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 36 RX D/P2. 1 T X D/P2. 0 HSI 0 HSI 1 HSI 2/H SO4 HSI 3/H SO5 HSO 0 HSO 1 HSO 2 HSO 3 XT AL 1 EA 44 8098 I NT / P2.2 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 AL E /A DV AD 0 AD 1 AD 2 AD 3 AD 4 AD 5 AD 6 AD 7 47 17 18 19 20 21 22 23 24 34 32 31 30 29 28 27 26 25 35 13 43 42 40 41 XT AL 2 PW M/ P2. 5 AC H4/P0. 4 AC H5/P0. 5 AC H6/P0. 6 AC H7/P0. 7 T X D/P2. 0 RX D/P2. 1 E X T /P2. 2 T 2C /P2. 3 T 2R /P2. 4 PW M/ P2. /5 P2. 6/T 2U P2. 7/T 2A RE SE T R E ADY 48 16 33 14 WR RD 1.3.2 专用集成单片机的发展 ?8044系列单片机(bitbus) ?简化指令集单片机(哈佛结构) ?模糊控制单片机 ?神经元单片机 ?高速数字信号处理器 ?ASIC和FPGA (详细) 一.8044系列单片机 ? 用于BIT BUS通讯,由 8031的内核与BIT BUS通讯协 议模块构成。 二.简化指令集单片机 ?Reduced Instruction Set Computer,特 点是内部总线采用“哈佛”结构,即数据 总线位)与指令总线位)是分 离的,故取指周期与执行周期可以重叠, 大大提高了运算速度,自动化与仪器仪表投稿采用这种结构的还 有美国MICROCHIP公司生产的(8位) PIC16C57,(10位)PIC18C××,以及TI TMS320系列。通用仪器仪表执行标准 三、模糊控制单片机 ? ?模糊控制单片机如美国 在计算机控制领域中,有一类问 题不能用简单的是 非和精确量来确定 NEURALOGIX(NL)/ , MOTOROLA,日本三 的,必须用模糊逻辑推理、判断处理。 菱相继试制出模糊逻辑控制器: ? NLX230 在一般通用计算机上,用软件办 ,模糊图形比较器:NLX110, 法来实现模糊逻辑推理存在问题:一是 模糊逻辑相关器:NLX112/113,模糊 编制软件费时,二是运算执行费时。 逻辑处理器MELP40等。 四.神经元单片机 ?通常的神经网络计算机是在通用计算机上 采用软件方法来实现的,因而其功能和速 度上都受到很大限制。 ?MOTOROLA公司推出的神经元单片机 MC143150的特点:三个9位流水作业的CPU, 五条通信端口引线,可支持网络的收发, 有11条I/O口线,可以作为一个神经元在计 算机网络上出现,也可以作为工业控制网 络中的节点部件。 五.高速数字信号处理器 ?DSP 是单片机的一个重要分支,用于高速 数字信号处理,可进行 32 位浮点运算,并 具有数字信号处理的相关函数,指令周期 为33-50us; ?TMS32020 对 1024 点 的 FFT 运 算 仅 需 29ms ( 80C196KB/12MHz,需500ms),可进行 实时分析,通用微机与数字信号处理器, 取代价格昂贵的信号分析仪器。 TI 公司: TMS320C25/C40/C50等。 六.ASIC和FPGA ?专 用 集 成 电 路 ( Application-specific integrated circuit )和现场可编程逻辑门阵 (Field Programmable Gate Array); ?其中性能价格比最高的是美国 ACTEL 公司 的反熔丝型现场可编程门阵列,真正实现 设计灵活、高速度、高利用率、高容量、 高可靠性及高保密性的反熔丝型现场可编 程门阵列。 §1.4 测控系统的发展 ?1.4.1 集中型测控系统 ?1.4.2 分布式测控系统 ?1.4.3 DCS的发展趋势和 FCS LONWORKS ?(详细) ?1.4.4 INTEMOR/IADS/GRID 测控系统的基本组成 ? 被 测 对 象 传 感 器 信号 调理 电路 信 号 变 换 PC 机 或 单片机 信号 驱动 隔离 变换 显示 打印 报警 控制 图 1.3 测控系统基本组成部分 1.4.1集中型测控系统 ? 由一台计算机和单片机担当控制、检测、输出任 务:如智能仪器、工业过程集中监视、用来对检 测参数进行高效和自动化测量,报警和闭环控制, 大多是专用计算机系统。集中控制缺点:可靠性 差,干扰大、开发复杂、周期长。 ? 积木式或模块式自动测试系统也属于集中控制 系统之列: ?1、建立在通用接口总线、HP-Ⅰ)基础上的 积木式测试系统 ?2、多机并行处理结构:采用总线分布式测控系统 ? 对象 PC/uP PC/uP PC/uP 对 象 空间分散 对 象 PC/uP 对象 网络采用串行总线 分布式测控系统的基本结构示意图 1.4.3 DCS的发展趋势和 LONWORKS ? 一、DCS的发展具有以下特点和趋势 ? 进一步提高系统功能及可靠性,速度、 2、智能自动化(Intelligent ?1. Automation),从发展角度,工厂综合自 容量、语言、自动化与仪器仪表投稿表面安装、真空密封、自诊断、 动化TFA(Total Factory Automation)、 热备份等等。将三电一体化,即计算机、仪 计算机集成制造系统CIMS(Computer 器、电子,将“三电”、控制、管理功能一 Integrated Manufacture System),除 体化,实现三电资源共享,降低投资、减少 DCS控制功能外,开发信息管理,包括:生 接口、提高信息传送速率。 产工艺、计划进度、质量检验、成品包装、 供销等分五级。 二. 现场控制网络技术 1.技术特点(LONWORKS) ? 1) 无中心机控制的真正分散控制,使职能节点 尽可能靠近对象; ? 2) 开放式系统结构,各传感器、变送器、执行 器直接挂在总线上,组态灵活、增减容易; ? 3)节点之间通讯媒体有:双绞线、电源线、电话 线、动力线)网络通讯协议固化在节点内部; ? 6)节点编程容易、简单、可用C语言编程; 2、LON节点组成 ? 晶 振 电 源 传感器、执行器 Neuron Chip NC143150 NC143120 11 个 I/O 口 5 个网络 通讯端 口 图 1.5 LONWORKS 节点构成图 3、 Lonworks 网络组成 ? Node 1 I/O circuitry Node 2 I/O circuitry NEURON CHIP Transceiver Node 3 I/O circuitry NEURON CHIP Transceiver Lonworks Transceiver NEURON CHIP NEURON CHIP Transceiver NEURON CHIP Transceiver Network Transmission Medium Router or Gateway Transceiver NEURON CHIP I/O circuitry Transceiver NEURON CHIP I/O circuitry Transceiver NEURON CHIP I/O circuitry Node 4 Node 5 Node 6 图 1.6 LONWORKS 组成的网络示意图 4、 INTEMOR/IADS/GRID ?INTElligent Monitoring & Management for On-line Real-time Rao Ming ?Intelligent Autonomous Decentralized System(IADS) Xuyan Tu 智能仪器仪表应用举例 ?? 一、智能电度表; 六、便携式机车电线路检测仪; ?? 二、列车轴温报警系统; 七、机车随车质量状态诊断记录仪; ?? 三、机车轮箍迟缓监测报警装置; 八、列车平稳操纵监测记录仪; ?? 四、智能列车防火报警装置; 九、列车安全监控记录仪; ?? 五、便携式涡轮增压器转速测试仪; 十、机车故障显示屏(彩屏); 一、智能电度表 ?根据电流电压传感器实时采集的用电信息 和分时电价,实时计算用户的用电余额, 当余量较小时开始报警,直至用完时自动 断电。 ?智能电度表不仅可以民用而且在电力机车 (用电统计并防窃电)中现在也有广泛的 应用。 二、列车轴温报警装置 ?通过1-WIRE单总线数字式温度传感器对机 车车辆轴承(轴箱轴承、电机轴承、报轴 瓦等)的温度进行实时的监测、报警和记 录、转储分析,防止列车因轴温过高而发 生燃轴或切轴事故。 ?机车车辆的工业环境。 ?IC卡转储。地面数据分析处理,及时发现 故障隐患,防患于未然。 三、机车轮箍迟缓监测报警装置 ?通过非接触式的红外温度传感器对转动的 机车轮箍温度进行实时的监测,并用1WIRE单总线个测点 连接,对温度进行实时的监测报警记录, 防止机车轮箍迟缓事故的发生。 ?用IC卡进行数据转储分析。 ?测量环境恶劣。 四、智能网络型列车防火报警装置 ?通过烟度和温度(有时增加明火检测)传 感器对列车火灾隐患处(如:机器间、电 器间、软卧室、茶炉室、空调发电车、保 温车等)进行实时监测、报警。 ?采用LONWORKS现场总线技术,可以方便 得将列车上的多个防火装置连接起来,一 旦发生火灾报警,全列车同时定点报警。 五、便携式涡轮增压器转速测试仪 ?采用振动加速度传感器,通过磁铁方便得 吸附于增压器外壳上,对信号进行数字信 号处理(FFT),计算出增压器叶片的转速 ?为便携式智能仪器。 ?便携式仪器电源设计。 电荷信号 六、便携式机车电线路检测仪 ?通过恒流源对机车上的接触器、变压器、 电抗器等电阻进行精确测量。 ?控制恒流源的大小,或控制放大器的放大 倍数,对0.1m毫欧~50欧自动换档测量。 ?通过100多个继电器对测量过程进行自动控 制。 ?预留数据记录和转储分析的功能。 七、机车随车质量状态监测诊断记录仪 ? 通过对机车重要质量参数(如:电参数、 热工参数、以及电线路状态、轴温、防火 等)进行实时的采集、诊断、显示、报警、 记录,对司机进行实时的故障应急处理提 示以及故障先兆诊断; ?采用PC104工控机 ?液晶显示屏。 八、列车平稳操纵检测仪 ?通过对列车尾部纵向冲击的实时监测,已 无线的方式将结果发送到机车上进行实时 显示和记录,以评判或提高司机的操纵水 平,增强乘车的舒适度。 ?无线信号传输技术。 九、列车安全监控记录仪(“黑匣 子”) ?通过监测列车的速度、距离前方信号机的 距离以及信号灯的性质(红黄绿、双黄 等),实时进行牵引计算,确定列车是否 超速并实施制动。通过对重要运行参数进 行记录、转储、分析(仿真演示) 限速曲线 本章小结 ?智能仪器仪表设计和制造水平是一个国家 技术水平的重要标志之一。我国在此方面 刚刚起步,大有发展前途。 ?本章简单介绍了其设计的主要内容,发展 现状及趋势。 ?课堂讨论:智能仪器仪表应用举例。 本章作业 ?1、通用仪器仪表执行标准我国智能仪器仪表的发展现状; ?2、请设想一智能仪器仪表,描述其主要功 能和关键技术。

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