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1、Page 1,8/29/2019,本章内容： 1、现代检测系统的基本结构 2、带计算机的检测系统简介 3、带计算机的检测技术应用 4、传感器在现代高科技场合的应用,项目十二 检测系统的 案例分析,Page 2,8/29/2019,本章主要学习检测技术在测量、控制系统中的综合应用，以及如何将多种传感器与计算机组成智能化系统，并了解检测系统中常用的部件。,项目十二 检测技术的 综合应用,Page 3,8/29/2019,检测技术在控制系统中的综合应用举例,一个现代化火力发电厂需要多台计算机来快速地测量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的温度、压力、流量、转速、振动、位移、应力、燃烧状况等热工、机械
2、参数，还必须测量发电机的电压、电流、功率、功率因数以及各种辅机的运行状态，然后进行综合处理，将各被监测的重要参数进行数字或模拟显示，自动调整运行工况，对某些超限参数进行声光报警或采取紧急措施。在上述这个系统中，需要数百个不同的传感器将各种机械、热工量转换成电量，供计算机采样和运算。,项目十二 检测技术的 综合应用,Page 4,8/29/2019,现代化火力发电厂及其控制系统,火力发电厂控制室,火力发电厂机组,汽轮机,发电机,励磁机,项目十二 检测技术的 综合应用,Page 5,8/29/2019,第一节 现代检测系统的基本结构,现代检测系统可分为三种基本结构体系： 1.智能仪器 2.个人仪器
3、 3.自动测试系统,1.智能仪器：将诸如微处理器、存储器、接口等芯片与传感器融合在一起，可组成智能仪器。它有专用的小键盘、开关、按键及显示屏等，多使用汇编语言，体积小，专用性强。,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 6,8/29/2019,智能仪器的芯片及模块,51系列单片机芯片,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 7,8/29/2019,各种智能仪器,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 8,8/29/2019,2.个人仪器,个人仪器又称个人计算机仪器系统。它是以个人计算机（必须符合工控要求）配以适当的硬件电路与传感器组合而成的检测系统。,组装个人仪器时，将传感器
4、信号传送到相应的接口板（或接口盒）中，再将接口板插到工控机总线扩展槽中或将接口盒的USB插头插入计算机相应的插座上，编写相应的软件就可以完成自动检测功能。,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 9,8/29/2019,一体化工作站,平板式工作站 （带触摸屏）,军用便携式工作站,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 10,8/29/2019,一体化工作站（续）,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 11,8/29/2019,工业计算机（工控机）机箱,工控机的抗电磁干扰能力、防振、防潮、防尘能力均较强，有较多的扩展槽，它的电源系统有较好的抗电磁干扰能力。虽然工控机的价格比个
5、人电脑贵，但可靠性强得多，性能价格比高，适合在工业现场条件较恶劣的场合使用。,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 12,8/29/2019,工业级底板（参考研祥智能科技有限公司资料）,底板上的扩展槽用于插接各种数据采集卡,PCI扩展槽,ISA扩展槽,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 13,8/29/2019,各种数据采集卡,ISA数据采集卡,ISA数据采集卡的插脚间隔为2.54mm（0.1英寸）,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 14,8/29/2019,各种数据采集卡（续）,PCI数据采集传输卡,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 15,8/29/
6、2019,ISA槽与PCI槽的外形区别,ISA槽,PCI槽,将功能卡插到ISA槽中,功能卡的镀金脚,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 16,8/29/2019,端子板与功能卡的连接,端子板作为功能卡的扩展附件，用于连接传感器信号,光耦,25芯排线,数据锁存器,去计算机ISA槽,传感器信号线接线端子,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 17,8/29/2019,端子板与功能卡的连接,37芯排线,端子板,PCI数据采集、控制卡,传感器信号线接线端子,输出信号接线端子,去计算机PCI槽,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 18,8/29/2019,其他端子扩展板,34
7、芯排线插座,37芯排线插座,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 19,8/29/2019,数据采集便携式工控整机,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 20,8/29/2019,笔记本电脑数据采集整机,信号从USB 插口输入,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 21,8/29/2019,笔记本电脑数据采集整机,USB接口盒及接口线,利用USB扩展插头可配接多个接口盒,信号输入,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 22,8/29/2019,USB接口卡及USB线,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 23,8/29/2019,嵌入式计算机数据采集系统
8、,传感器信号采集卡可多层叠合，插入到嵌入式计算机的总线接口中，就可以构成数据采集系统。,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 24,8/29/2019,各种嵌入式计算机数据采集卡,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 25,8/29/2019,自动测试系统,自动测试系统是以工控机为核心，以标准接口总线为基础，以可程控的多台智能仪器为下位机组合而成的一种现代检测系统。一个自动测试系统还可以通过各种标准总线成为其它级别更高的自动测试系统的子系统。许多自动测试系统还可以作为服务器工作站加入到Internet网络中，成为网络化测试子系统，从而实现远程监测、远程控制、远程实时调试等。,项
9、目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 26,8/29/2019,网络化仪表示意图,工业总线,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 27,8/29/2019,网络化仪表,工业总线,局域网,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 28,8/29/2019,钢厂自动化监控系统实例,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 29,8/29/2019,粮食温湿度测控系统实例,上位机（内插CAN通信卡）,温度分线器,CAN总线,通风机械,测湿探头,测温电缆,智能分机,通风控制器,湿度分线器,项目十二 现代检测系统的 基本结构,Page 30,8/29/2019,第二节 带计算机的检
10、测系统简介,一、带计算机的检测系统的 特点及功能,1.性能价格比高； 2.设计灵活性高； 3.操作方便； 4.有强大的运算功能； 5.具有记忆功能； 6.有自校准功能； 7.能进行自动故障诊断。,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 31,8/29/2019,二、带计算机的检测系统的工作流程,巡回检测概念:,计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译码器写入准备采样的传感器地址，由译码器接通该地址对应的采样开关，所要采样的信号被连接到放大器，放大后的信号经A/D转换器转换成数字量，计算机通过数据总线接受该信号。 一个采样点采样结束后，计算机转而发送第二个采样地址，对第二个传感器采样，直至
11、全部被测点均被采样完毕为止。计算机不可能在同一时刻读取所有传感器来的信号，而是分时但快速地轮流读取所有的被测量，这种采样方式称为“巡回检测”。,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 32,8/29/2019,8通道巡回检测数据采集器,8个传感器信号输入端口,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 33,8/29/2019,简易数字滤波技术概念,在工业中经常采用如下软件抗干扰技术： 对存在干扰和随机误差的信号进行等精度快速多次采样，然后先舍去第一个采样值，再舍去若干个最大值和最小值，将余下的几个中间值求算术平均值，该算术平均值可以认为是排除了干扰后的较正确的结果，这种方法有时也被称
12、为简易数字滤波。,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 34,8/29/2019,三、系统中的几种重要部件,1.采样开关 (1)干簧继电器：干簧继电器主要由驱动线圈和干簧管组成，驱动线圈绕在干簧管外面。当线圈通以额定电流后，干簧管中的两根常开弹簧片互相吸引而吸合。它的耐压较高，额定电流较大，导通电阻接近零，驱动功率约几十毫瓦。耗电较大、速度较慢是干簧继电器的主要缺点。,干簧管,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 35,8/29/2019,(2) CMOS模拟采样开关,CMOS模拟采样开关是一种传输模拟信号的可控半导体开关。它的控制端处于“有效”状态时，内部的P沟道MOS管或N
13、沟道MOS管导通，模拟开关处于导通状态，导通电阻约几欧至几百欧（视型号而定）。当控制端处于“无效”状态时开关截止，截止电阻大于108。 CMOS模拟开关的优点是集成度高，动作快（小于1s）、耗电省等。缺点是有一定的导通电阻、各通道间有一定的漏电、击穿电压低、易损坏等。,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 36,8/29/2019,2.放大器,从传感器来的信号有许多是毫伏级的弱信号，须经放大才能进行A/D转换。系统对放大器的主要要求是：精度高、温度漂移小、共模抑制比高、频带宽至直流。 目前常用的放大器有以下几种型式：一种是高精度、低漂移的双极型放大器；另一种为隔离放大器，它带有光电隔离
14、或变压器隔离的低漂移信号放大器，以及一个高隔离的DC/DC电源。,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 37,8/29/2019,精密隔离放大器举例,线性误差：小于0.01% 输入阻抗：1M 隔离度：2500V/50Hz/1min 工作温度：-10+60,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 38,8/29/2019,3.A/D转换器（ADC）,放大器放大后的模拟信号必须进行A/D转换才能由计算机进行运算处理。目前采用较多的A/D转换器有两大类：一类是并行A/D转换器，另一类是串行A/D转换器。 在并行A/D转换器中，又有逐位比较型和双积分型之分。前者转换速度较快，有8位、12
15、位、16位等规格。位数越高，精度也越高，但价格也相应提高；后者转换速度较慢（每秒10次左右），但价格便宜。常见的有3位半、4位半等规格。,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 39,8/29/2019,A/D转换器的光耦接口电路,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 40,8/29/2019,4. D/A转换器（DAC）与接口电路,计算机运算处理后的数字信号有时必须转换为模拟信号，才能用于工业生产的过程控制。它的输入是计算机送出的数字量，它的输出是与数字量相对应的电压或电流。如果在计算机与D/A之间插入多路光耦合器就能较好地防止工业控制设备干扰计算机的工作。如果使用多路采样保持
16、器，只要使用一只D/A即可进行多路D/A转换。,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 41,8/29/2019,D/A转换器的光耦接口电路,420mA,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 42,8/29/2019,四、可编程序控制器中的传感器接口板,传感器与PLC的联系主要是输入接口。不同的“I/O模板”与各种不同的传感器配套： 模拟量输入模板、开关量输入模板、计时/计数模板、中断控制模板、 温度输入控制模板等。用户不必自行设计接口电路，只要按照说明书选购不同功能的模板即可构成完整的自动检测控制系统。,三菱系列 可编程控制器,项目十二 带计算机的 检测系统简介,Page 43,8/29/2019,可编程序控制器中的光耦接口电路分析,PLC的开关量输入电路 1现场开关盒 2传输线 3电源 4光耦合器,当现场开关S（例如行程开关）闭合时，反相器IC2的输出是高电平还是低电平？LED亮还是暗？（请说出分析过程）。,项目十
