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1、测控网络,总学时:46 讲授:36 实验:10,主讲：方江雄,课程的任务、目的和基本要求,了解网络化测控的相关概念了解计算机网络的基本概念掌握计算机网络各层协议的基本工作原理及其所采用的技术学会计算机测控网络的一些基本设计方法掌握RS232,RS485测控总线技术为以后网络化测控技术的专题学习和研究打下基础实验课：掌握计算机测控网络的基本实现技术,教材& 参考文献,教材测控系统网络化技术及应用于洋著，机械工业出版社出版 参考文献(1)谢希仁，计算机网络（第5版） 电子工业出版社 ，35元潘爱民译，计算机网络（第4版）， 清华大学出版社，2004.8，60元(2)测控系统通信与网络教程 王先培
2、武汉大学出版社,考评与成绩,考核方式:考试成绩:,平时成绩(10%)+实验成绩(20%)+期末成绩(70%),项目要求：编程有兴趣的同学，可联系网络通讯： 硬件+软件开发,http:/ 绪论,1.1测控系统的概念与类型1.2 工业过程控制系统概述1.3 仪器仪表与自动测试系统1.4 测控系统网络化发展概述,本章主要内容,1.1测控系统的概念与类型,本节主要内容 1.1.1 测控系统的概念1.1.2 测控系统的类型,1.1.1 测控系统的概念,就技术而言： 测控系统是传感器技术、通信技术、计算机技术、控制技术、计算机网络技术等信息技术的综合；就组成形式而言： 测控系统的构成通常是分布式计算机管理
3、系统；,1.1.1 测控系统的概念,就其应用而言： 广泛应用于国民经济的各个领域，如化工、冶金、纺织、能源、交通、电力，城市公共事业的自来水、供热、排水、医疗，在科学研究、国防建设和空间技术中的应用更是屡见不鲜。就其理论基础而言： 自动控制理论、信息论和系统论是测控系统的重要理论支撑。,1.1.2测控系统的类型,从功能上可分为三种类型进行介绍：1.检测系统单纯以“检测”为目的的系统，一般用来对被测对象中的一些物理量进行测量并获得相应的测量数据。图1-1为检测系统原理结构图，它由下列功能环节组成。,1.1.2测控系统的类型,(1)敏感元件(2)变量转换环节(3)变量控制环节 (4)数据传输环节(
4、5)数据显示环节 (6)数据处理环节,1.1.2测控系统的类型,2.控制系统 单纯以程序控制为目的的系统，其组成框图如图1-2所示。这是一种开环控制系统。,1.1.2测控系统的类型,3.测控系统 指既“测”又“控”的系统。依据被控对象被控参数的检测结果，按照人们预期的目标对被控对象实施控制，这里的控制除了指系统开关量的控制外，更主要指的是被控对象参数变量的控制。,1.2 工业过程控制系统概述,本节主要内容 1.2.1 工业过程控制系统的发展 1.2.2 工业过程控制系统实例 1.2.3 过程计算机控制系统组成 1.2.4 过程计算机控制系统的分类,1.2.1 工业过程控制系统的发展,纵观过程控
5、制的发展历史，大致经历了以下几个阶段：20世纪40年代，大多数手工操作，只有少量的检测仪表用于生产过程。20世纪40年代末至50年代，生产过程的控制有了长足的发展，部分生产过程实现了仪表化和局部自动化。,1.2.1 工业过程控制系统的发展,20世纪50年代末至60年代，相继出现了串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。20世纪80年代初，计算机、微处理器和并行处理技术的发展，人们开始使用数字信号代替模拟信号，并研制直接数字控制系统，用数字计算机来代替控制室的所有仪表，于是出现了集中式数字控制系统。,1.2.1 工业过程控制系统的发展,20世纪末，信息技术飞速发展。现场总线控制系统的出
6、现，引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。它突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，即可以将来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备通过现场总线网络连接成系统，实现自动化系统的各种功能。,1.2.1 工业过程控制系统的发展,过程控制系统与其他自动控制系统相比，有以下几个特点： (1)生产过程的连续性(2)被控过程的复杂性(3)控制方案的多样性,1.2.2 工业过程控制系统实例,在工业生产过程中，各类工艺参数必须在预先规定的工作条件下进行操作才能保证生产安全、高效地进行。如：贮罐和容器（包括油罐、水箱
7、、锅炉汽包等）的液位要求维持在规定的范围；生化过程中发酵罐的温度、压力、PH值等要符合工艺要求。下面通过两个实例来了解什么是过程控制系统。,1.2.2 工业过程控制系统实例,1锅炉汽包水位控制图a为锅炉汽包示意图。图b为锅炉汽包水位控制系统示意图。,1.2.2 工业过程控制系统实例,2发酵罐温度控制 对于小型发酵罐，通常采用夹套式冷却形式，如图1-4a所示。 使用温度检测仪表（如热电偶、热电阻等）测量罐中的实际温度，将测得的数值送入控制器，改变冷却水的流量，从而达到控制发酵罐温度的目的。图1-4b为发酵罐温度控制系统示意图。,1.2.3 过程计算机控制系统组成,1硬件部分主机接口电路过程输入输
8、出通道外部设备操作台2软件部分监控程序中断处理各种算法的功能模块。,1.2.4 过程计算机控制系统的分类,可将计算机控制系统大致分为6类 1计算机巡回和操作指导系统,1.2.4 过程计算机控制系统的分类,2计算机直接数字控制系统,1.2.4 过程计算机控制系统的分类,3计算机监督控制系统,1.2.4 过程计算机控制系统的分类,4计算机集散控制系统,1.2.4 过程计算机控制系统的分类,5现场总线控制系统 20世纪80年代发展起来的DCS给工业过程控制带来了许多好处。 现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）是近几年才出现的新一代分布式控制系统结构。这两种系统在后
9、续课程进行详细讲解,1.2.4 过程计算机控制系统的分类,6工业过程计算机集成制造系统（CIMS）,1.3 仪器仪表与自动测试系统,本节主要内容 1.3.1仪器仪表与自动测试系统的发展 1.3.2 智能仪器仪表 1.3.3 自动测试系统,1.3.1仪器仪表与自动测试系统的发展,1950年以来，自动测试系统经历了三代演变： 第一代为自动数据采集系统、自动分析系统等。 第二代是指采用标准化的接口母线把测试系统中有关设备按搭积木的形式连接起来的系统。 第三代是指将计算机系统和测量系统或设备更紧密地结合起来的系统。,1.3.2 智能仪器仪表,1.智能仪器仪表的发展趋势发展具有以下主要特点:(1) 技术
10、指标不断提高。(2) 最先应用新的科学研究成果和高新技术。(3) 单个装置微型化、智能化，可独立使用、嵌入式使用和联网使用。(4) 测控范围向有关工作方式立体化、全球化扩展，测量控制向系统化、网络化发展。(5) 便携式、手持式乃至个性化仪器仪表的大量发展。,1.3.2 智能仪器仪表,2智能仪表的基本组成硬件：主机电路、过程输入/输出通道（模拟 量输入/输出通道和开关量输入/输出通道）、人机联系部件和接口电路以及串行或并行数据通信接口等。 软件：包括监控程序、中断处理（或服务） 程序以及实现各种算法的功能模块。,1.3.3 自动测试系统,1.自动测试系统的概念 自动测试系统（Automated
11、Test System）是指采用计算机控制，能实现自动化测试的系统，也就是对那些能自动完成激励、测量、数据处理并显示或输出测试结果的一类系统的统称。,1.3.3 自动测试系统,2. 自动测试系统的组成1） 半导体产品及器件自动测试系统。2） 电路板自动测试系统。3） 功能自动测试系统4) 采用替换对比方法的自动测试系统。5） 采用参考对比方法的自动测试系统。6） 基于通用ATE的自动测试系统。,1.4 测控系统网络化发展概述,本节主要内容 1.4.1测控系统的网络化发展趋势 1.4.2测控系统网络技术的特点 1.4.3网络化测控系统的体系结构,随着网络技术、通信技术的高速发展与广泛应用，网络化
12、测试技术受到广泛关注，这必将对网络时代的测试仪器和测试技术产生革命性变化。表现在两个方面： 智能仪器要上网，完成数据传输、远程控制与故障诊断等；构建网络化测试系统，将分散的各种不同测试设备挂接在网络上，通过网络实现资源、信息共享，协调工作，共同完成大型复杂系统的测试任务。,网络与通信技术,1.4.1测控系统的网络化发展趋势,网络化测控系统 将测控系统中地域分散的基本功能单元（计算机、测试仪器、智能传感器、控制模块）通过网络互联起来，通过各种总线互联，通过网络形式进行信息的传输和交换，构成远程分布式网络化测控系统。由于这种测控系统基于计算机网络通信，因此我们将其称为网络化测控系统。,1.4.1测
13、控系统的网络化发展趋势,测控系统网络化的实用意义至少有以下三点:1)有利于降低测控系统的成本。2)有利于实现远距离测控和资源共享。3)有利于实现测试设备的远距离诊断与维护。,1.4.2测控系统网络技术的特点,1）测控网络特别强调系统响应的实时性和时间确定性。2）测控网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性、可靠性和安全性。3）测控网络传送的信息多为短帧信息，且信息交换频繁，要求网络协议简单实用、效率高。4）工业现场测控网络一般要求能总线供电。,1.4.3网络化测控系统的体系结构,后图描述了以现场总线为基础的企业息网络系统示意图。该系统从生产现场的底层开始，可分为：现场控制层过程监控层生产管理层 市
14、场经营管理层 等四个层次，通过各层之间的沟通与信息交换，构成较为完整的企业信息网络。,1.4.3网络化测控系统的体系结构,超远程测控工程中专门应用于智能社区,智能建筑的民用智能测控系统,她把TCP/IP网络(以太网)做为现场总线,充分利用现有网络将各子系统有机的集成为一体是当今最发进、最具活力、最有发展前途的智能系统.,基于局域网的智能社区解决方案,超远程智能测控工程,房屋智控方案,能源、动力超远程无线监控管理系统,网络化测试系统主要由两大部分组成： 组成系统的基本功能单元(PC仪器、网络化测量仪器、网络化传感器、网络化测量模块)； 连接各基本功能单元的通信网络。用于测试和控制的网络与以信息共享为目的的信息网不同，前者采用工业Ethernet，后者采用快速Ethernet。 构建网络化测试系统需考虑的问题： 系统要具有开放性和互操作性； 系统的实时性和时间的确定性； 系统的成本尽可能低，通用性好； 基本功能单元必须是智能化的，带有本地微理 器和存储器，具有网络化接口。,
