Мерна и контролна техника и инструмент је теорија и технологија која проучава прибављање и обраду информација и контролу сродних елемената.“Технологија и инструменти за мерење и контролу” се односи на средства и опрему за прикупљање информација, мерење, складиштење, пренос, обраду и контролу, укључујући технологију мерења, контролну технологију и инструменте и системе који примењују ове технологије.
Технологија мерења и управљања
Мерна и контролна техника и инструменти су засновани на прецизним машинама, електронској технологији, оптици, аутоматској контроли и компјутерској техници.Углавном проучава нове принципе, методе и процесе различитих технологија за испитивање и контролу прецизности.Последњих година компјутерска технологија игра све значајнију улогу у истраживању примене мерне и контролне технике.
Технологија мерења и управљања је технологија примене која се директно примењује на производњу и живот, а њена примена покрива различите области друштвеног живота као што су „тежина пољопривреде, мора, земље и ваздуха, хране и одеће“.Инструментална технологија је „мултипликатор” националне економије, „први официр” научних истраживања, „борбена моћ” у војсци и „материјализовани судија” у правним прописима.Компјутеризована технологија испитивања и управљања и интелигентни и прецизни инструменти и системи мерења и управљања важни су симболи и средства у областима савремене индустријске и пољопривредне производње, научних и технолошких истраживања, управљања, инспекције и праћења, и имају све значајнију улогу.
Примена технологије мерења и управљања и инструментационе технологије
Технологија мерења и управљања је примењена технологија, која се широко користи у различитим областима индустрије, пољопривреде, транспорта, пловидбе, ваздухопловства, војске, електроенергетике и цивилног живота.Са развојем производне технологије, технологија мерења и управљања игра виталну улогу у технологији управљања од иницијалне контроле јединице и њене опреме, до контроле целокупног процеса, па чак и система, посебно у данашњој најсавременијој технологији. у области савремене науке и технологије.
У металуршкој индустрији примена технологије мерења и управљања обухвата: контролу топле високе пећи, контролу пуњења и контролу високе пећи у процесу производње гвожђа, контролу притиска, контролу брзине ваљаонице, контролу котура итд. у процесу ваљања челика и разни инструменти за детекцију који се користе у њему.
У електроенергетици примена технологије мерења и управљања обухвата систем управљања сагоревањем котла, аутоматски надзор, аутоматску заштиту, аутоматско подешавање и систем аутоматског програмског управљања парне турбине, као и систем контроле улаза и излаза снаге. Мотор.
У индустрији угља, примена мерне и контролне технологије обухвата: инструмент за евидентирање метана у угљеном слоју у процесу експлоатације угља, инструмент за детекцију састава рудничког ваздуха, детектор рудничког гаса, систем за надзор безбедности под земљом, итд., контролу процеса гашења кокса и контролу поврата гаса у индустрији угља. процес прераде угља, контрола процеса рафинације, контрола преноса производних машина итд.
У нафтној индустрији примена технологије мерења и управљања обухвата: магнетни локатор, мерач садржаја воде, манометар и друге мерне инструменте који подржавају технологију сечања у процесу производње нафте, систем напајања, систем водоснабдевања, систем за снабдевање паром, систем за снабдевање гасом. , Систем складиштења и транспорта и три система за третман отпада и инструменти за детекцију великог броја параметара у континуираном процесу производње.
У хемијској индустрији примена технологије мерења и управљања обухвата: мерење температуре, мерење протока, мерење нивоа течности, концентрације, киселости, влажности, густине, замућености, калоријске вредности и разних мешаних компоненти гаса.Контролни инструменти који редовно контролишу контролисане параметре итд.
У машинској индустрији примена технологије мерења и управљања обухвата: прецизне дигиталне управљачке машине алатке, аутоматске производне линије, индустријске роботе итд.
У ваздухопловној индустрији примена технологије мерења и управљања обухвата: мерење параметара као што су висина лета авиона, брзина лета, стање и смер лета, убрзање, преоптерећење и стање мотора, технологија ваздухопловних возила, технологија свемирских летелица и мерење ваздухопловства. и технологија управљања.Чекати.
У војној опреми примена технологије мерења и управљања обухвата: прецизно вођено оружје, интелигентну муницију, систем командовања војне аутоматизације (Ц4ИРС систем), војну опрему у свемиру (као што су разна војна извиђања, комуникације, рано упозоравање, навигациони сателити итд. .).
Формирање и развој технологије мерења и управљања
Историјске чињенице о развоју науке и технологије Историја људског разумевања и трансформације природе такође је важан део историје људске цивилизације.Развој науке и технологије најпре зависи од развоја мерне технологије.Савремена природна наука почиње мерењем у правом смислу.Многи истакнути научници сањају да буду проналазачи научних инструмената и оснивачи мерних метода.Напредак мерне технологије директно покреће напредак науке и технологије.
Прва технолошка револуција
У 17. и 18. веку почела је да се јавља технологија мерења и управљања.Неки физичари у Европи почели су да користе снагу струје и магнетног поља за израду једноставних галванометара, а оптичка сочива за прављење телескопа, постављајући тако темеље за електричне и оптичке инструменте.Шездесетих година 17. века започела је прва научна и технолошка револуција у Уједињеном Краљевству.До 19. века, прва научно-технолошка револуција проширила се на Европу, Америку и Јапан.У овом периоду коришћени су неки једноставни мерни инструменти, као што су инструменти за мерење дужине, температуре, притиска итд.У животу је створена огромна продуктивност.
Друга технолошка револуција
Низ развоја у области електромагнетизма почетком 19. века покренуо је другу технолошку револуцију.Због проналаска инструмента за мерење струје, електромагнетизам је брзо стављен на прави пут и расла су једно за другим откриће.Доласку електричног доба допринели су многи изуми у области електромагнетизма, као што су телеграф, телефон, генератор итд.Истовремено, појављују се и разни други инструменти за мерење и посматрање, као што је прецизни теодолит прве класе који се користио за мерење надморске висине пре 1891. године.
Трећа технолошка револуција
После Другог светског рата, хитна потреба за високом технологијом у разним земљама је подстакла трансформацију производне технологије од опште механизације ка електрификацији и аутоматизацији и направљен је низ великих продора у научно-теоријском истраживању.
Током овог периода, прерађивачка индустрија коју представљају електромеханички производи почела је индустријски да се развија.Карактеристике масовне производње производа су цикличне операције и операције тока.Да би ови били аутоматизовани, потребно је да се аутоматски детектује положај радног комада током фазе елиминације обраде и производње., величина, облик, држање или перформансе, итд. У ту сврху је потребан велики број мерних и контролних уређаја.С друге стране, успон хемијске индустрије са нафтом као сировином захтева велики број мерних и контролних инструмената.Аутоматизована инструментација је почела да се стандардизује, а систем аутоматског управљања је формиран на захтев.Истовремено, у овом периоду су рођене и ЦНЦ машине алатке и роботска технологија, у којима мерно-контролна техника и инструменти имају значајну примену.
Са развојем науке и технологије инструментација је постала незаменљиво техничко средство за мерење, контролу и аутоматизацију, почевши од једноставног мерења и посматрања.Да би се задовољиле потребе различитих аспеката, инструментација се проширила са традиционалних области примене на нетрадиционална поља примене као што су биомедицина, еколошко окружење и биоинжењеринг.
Од 21. века, велики број најновијих технолошких достигнућа, као што су резултати истраживања прецизних машина на нано-размери, резултати савремених хемијских истраживања на молекуларном нивоу, резултати биолошких истраживања на нивоу гена и истраживања специјалних функционалних материјала високих перформанси високе прецизности резултати и глобални Резултати популаризације и примене мрежне технологије изашли су један за другим, што је суштинска промена у области инструментације и промовише наступ нове ере високотехнолошких и интелигентних инструмената.
Сензори у системима мерења и управљања
Општи систем мерења и управљања се састоји од сензора, средњих претварача и снимача екрана.Сензор детектује и претвара измерену физичку величину у измерену физичку величину.Средњи претварач анализира, обрађује и конвертује излаз сензора у сигнал који може да прихвати следећи инструмент, и шаље га другим системима, или се мери помоћу рикордера на екрану.Резултати се приказују и снимају.
Сензор је прва карика мерног система.За контролни систем, ако се рачунар упореди са мозгом, онда је сензор еквивалентан са пет чула, што директно утиче на тачност управљања система.
Сензор се углавном састоји од осетљивих елемената, датотека за конверзију и кола за конверзију.Измерену вредност директно осећа осетљиви елемент, а промена одређене вредности параметра сама по себи има дефинитиван однос са променом мерене вредности, а овај параметар је лако измерити и исписати;тада се излаз осетљивог елемента претвара у електрични параметар помоћу елемента за конверзију;Коначно, коло за конверзију појачава електричне параметре које производи конверзијски елемент и претвара их у корисне електричне сигнале који су погодни за приказ, снимање, обраду и контролу.
Тренутно стање и развој нових сензора
Технологија сензора је данас једна од најбрже развијајућих технологија у свету.Нови сензор не само да тежи високој прецизности, великом домету, високој поузданости и малој потрошњи енергије, већ се такође развија ка интеграцији, минијатуризацији, дигитализацији и интелигенцији.
1. Интелигентан
Интелигенција сензора се односи на комбинацију функција конвенционалних сензора и функција рачунара или других компоненти за формирање независног склопа, који не само да има функције преузимања информација и конверзије сигнала, већ има и могућност обраде података. , анализу компензације и доношење одлука.
2. Умрежавање
Умрежавање сензора је да омогући сензору да има функцију повезивања са рачунарском мрежом, да реализује могућност преноса и обраде информација на даљину, односно да реализује мерење „преко хоризонта” мерења. и систем управљања.
3. Минијатуризација
Вредност минијатуризације сензора у великој мери смањује запремину сензора под условом да је функција непромењена или чак побољшана.Минијатуризација је захтев модерног прецизног мерења и контроле.У принципу, што је мања величина сензора, то је мањи утицај на мерени објекат и околину, мања је потрошња енергије и лакше је постићи тачно мерење.
4. Интеграција
Интеграција сензора се односи на интеграцију следећа два правца:
(1) Интеграција више мерних параметара може мерити више параметара.
(2) Интеграција сензорских и накнадних кола, односно интеграција осетљивих компоненти, компоненти за конверзију, кола за конверзију, па чак и извора напајања на истом чипу, тако да има високе перформансе.
5. Дигитализација
Дигитална вредност сензора је у томе што је излазна информација сензора дигитална величина, која може да реализује пренос на велике удаљености и високу прецизност и може се повезати са опремом за дигиталну обраду као што је рачунар без међувеза.
Интеграција, интелигенција, минијатуризација, умрежавање и дигитализација сензора нису независне, већ комплементарне и међусобно повезане, и не постоји јасна граница између њих.
Технологија управљања у систему мерења и управљања
Основна теорија управљања
1. Класична теорија управљања
Класична теорија управљања обухвата три дела: теорију линеарног управљања, теорију управљања узорковањем и теорију нелинеарног управљања.Класична кибернетика узима Лапласову трансформацију и З трансформацију као математичке алате, а као главни објекат истраживања узима линеарни стабилни систем са једним улазом и једним излазом.Диференцијална једначина која описује систем трансформише се у домен комплексног броја Лапласовом трансформацијом или З трансформацијом и добија се преносна функција система.А на основу функције преноса, истраживачког метода путање и фреквенције, фокусирајући се на анализу стабилности и тачности стабилног стања система за контролу повратне спреге.
2. Модерна теорија управљања
Савремена теорија управљања је теорија управљања заснована на методи простора стања, која је главна компонента теорије аутоматског управљања.У савременој теорији управљања, анализа и пројектовање система управљања се углавном спроводе описом варијабли стања система, а основни метод је метода временског домена.Модерна теорија управљања може да се бави много ширим спектром проблема управљања од класичне теорије управљања, укључујући линеарне и нелинеарне системе, стационарне и временски променљиве системе, системе са једном променљивом и системе са више варијабли.Методе и алгоритми које усваја такође су погоднији за дигиталне рачунаре.Савремена теорија управљања такође нуди могућност пројектовања и изградње оптималних система управљања са специфицираним индикаторима перформанси.
Контролни систем
Управљачки систем се састоји од управљачких уређаја (укључујући контролере, актуаторе и сензоре) и контролисаних објеката.Управљачки уређај може бити особа или машина, што је разлика између аутоматског управљања и ручног управљања.За систем аутоматског управљања, према различитим принципима управљања, може се поделити на систем управљања отвореним кругом и контролни систем затворене петље;према класификацији датих сигнала може се поделити на систем контроле константне вредности, систем праћења управљања и систем управљања програмом.
Технологија виртуелних инструмената
Мерни инструмент је важан део система мерења и управљања, који се дели на два типа: независни инструмент и виртуелни инструмент.
Независни инструмент прикупља, обрађује и емитује сигнал инструмента у независној шасији, има оперативни панел и различите портове, а све функције постоје у облику хардвера или фирмвера, што одређује да независни инструмент може бити дефинисан само помоћу произвођач., лиценцу, коју корисник не може да промени.
Виртуелни инструмент завршава анализу и обраду сигнала, изражавање и излаз резултата на рачунар, или убацује картицу за прикупљање података у рачунар, и уклања три дела инструмента на рачунару, чиме се пробија традиционално инструменти.ограничење.
Техничке карактеристике виртуелних инструмената
1. Моћне функције, интегришу моћну хардверску подршку рачунара, пробијајући ограничења традиционалних инструмената у обради, приказу и складиштењу.Стандардна конфигурација је: процесор високих перформанси, екран високе резолуције, чврсти диск великог капацитета.
2. Рачунарски софтверски ресурси остварују софтверизацију неког хардвера машина, штеде материјалне ресурсе и повећавају флексибилност система;преко одговарајућих нумеричких алгоритама могу се вршити различите анализе и обраде тестних података директно у реалном времену;кроз ГУИ (графички кориснички интерфејс) интерфејс) технологију како би се заиста постигао пријатељски интерфејс и интеракција човека и рачунара.
3. С обзиром на компјутерску магистралу и модуларну инструментну магистралу, хардвер инструмента је модуларизован и серијализован, што у великој мери смањује величину система и олакшава конструкцију модуларних инструмената.
Састав виртуелног система инструмената
Виртуелни инструмент се састоји од хардверских уређаја и интерфејса, софтвера за драјвер уређаја и виртуелне инструмент табле.Међу њима, хардверски уређаји и интерфејси могу бити различите уграђене функционалне картице засноване на ПЦ-у, универзалне картице интерфејса магистрале, серијски портови, интерфејси инструмента ВКСИ магистрале, итд., или друга различита програмабилна екстерна опрема за тестирање. Софтвер драјвера уређаја је драјверски програм који директно контролише различите хардверске интерфејсе.Виртуелни инструмент комуницира са стварним инструменталним системом преко основног софтвера драјвера уређаја и приказује одговарајуће елементе рада стварне инструмент табле на екрану рачунара у облику виртуелне инструмент табле.Разне контроле.Корисник управља панелом виртуелног инструмента помоћу миша исто толико стварно и згодно као и прави инструмент.
Мерна и контролна техника и инструменти су традиционална и пуна развојних перспектива.За њега се каже да је традиционалан јер има древно порекло, доживео је стотине година развоја и играо је важну улогу у друштвеном развоју.Као традиционални смер, истовремено укључује многе дисциплине, што га чини још увек снажном виталношћу.
Са даљим развојем савремене технологије мерења и управљања, електронске информационе технологије и рачунарске технологије, отворила је нову прилику за иновације и развој, који ће сигурно производити све више критичних апликација у различитим областима.
Време поста: 21.11.2022