1、第第1頁頁1.1 檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識知識目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解檢測技術(shù)在我們生活、消費、科研等方面的重要性；了解測量的概念，掌握測量誤差的特點；了解傳感器的作用和分類；掌握自動檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成；了解自動檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。技能目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握誤差的表達(dá)方式，能正確選擇儀表進行測量，了解測量數(shù)據(jù)的分析和處理方法，熟悉傳感器的基本性能指標(biāo)。第第2頁頁在工業(yè)檢測和自動控制系統(tǒng)中方面，為了保證生產(chǎn)過程能正常、高效、經(jīng)濟地運行，必須對生產(chǎn)過程的某些重要工藝參數(shù)(如溫度、壓力、流量等)進行實時檢測與優(yōu)化控制。例如陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)如圖1-1所示；超聲波探傷如圖1-2所示；對

2、容器液位的檢測如圖1-3所示等等。第第3頁頁圖1-1陶瓷隧道窯溫度、壓力 圖1-2超聲波探傷 圖1-3容器液位的檢測監(jiān)測控制系統(tǒng) 第第4頁頁 1.2.1測量的概念測量是人們借助專門的技術(shù)和設(shè)備，通過實驗的方法，把被測量與單位標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，以確定出被測量是標(biāo)準(zhǔn)量的多少倍數(shù)的過程，所得的倍數(shù)就是測量值。測量過程的核心就是比較。1.2.2 測量方法實現(xiàn)被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法，稱為測量方法。針對不同測量任務(wù)進行具體分析以找出切實可行的測量方法，對測量工作是十分重要的。第第5頁頁下面介紹幾種常用的分類方法。1. 按測量手續(xù)分類按測量手續(xù)不同可分為直接測量、間接測量和聯(lián)立測量。（1直接測量 （

3、2間接測量 間接測量多用于科學(xué)實驗中的實驗室測量。（3聯(lián)立測量 聯(lián)立測量又叫組合測量。如果被測量有多個，而被測量又與其他量存在一定的函數(shù)關(guān)系，則可先測量這幾個量，再求解函數(shù)關(guān)系組成的聯(lián)立方程組，從而得到多個被測量的數(shù)值。第第6頁頁 例如：在研究熱電阻Rt隨溫度變化的規(guī)律時在一定的溫度范圍內(nèi)有下列關(guān)系式Rt=R20+20）202 式中，R20、是三個待測的量，R20是電阻在20時的數(shù)值，、是電阻的溫度系數(shù)。依據(jù)此關(guān)系式，測出在t1、t2、t3三個不同測試溫度時導(dǎo)體的電阻Rt1、Rt2、Rt3，得到聯(lián)立方程組，通過求解聯(lián)立方程組便可得到R20、的數(shù)值。第第7頁頁 2. 按測量時是否與被測對象接觸分

4、類（1接觸式測量 （2非接觸式測量 例如用輻射式溫度計測量溫度，用光電轉(zhuǎn)速表測量轉(zhuǎn)速等。非接觸測量法不干擾被測對象，既可對局部點檢測，又可對整體掃描。特別是對于運動對象、腐蝕性介質(zhì)及危險場合的參數(shù)檢測，它更方便、安全和準(zhǔn)確。第第8頁頁 3. 按被測信號的變化情況分類根據(jù)被測信號的變化情況不同分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。（1靜態(tài)測量 靜態(tài)測量是測量那些不隨時間變化或變化很緩慢的物理量。（2動態(tài)測量 動態(tài)測量是測量那些隨時間而變化的物理量。如地震儀測量振動波形則屬于動態(tài)測量。第第9頁頁 4. 按輸出信號的性質(zhì)分類根據(jù)輸出信號的性質(zhì)不同分為模擬式測量和數(shù)字式測量。（1模擬式測量 模擬式測量是指測量結(jié)果可

5、根據(jù)儀表指針在標(biāo)尺上的定位進行連續(xù)讀取的測量方式，如指針式電壓表測電壓。（2數(shù)字式測量 數(shù)字式測量是指以數(shù)字的形式直接給出測量結(jié)果的測量方式，如數(shù)字式萬用表的測量。第第10頁頁自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置稱為過程控制儀表或裝用外加的設(shè)備或裝置稱為過程控制儀表或裝置），使被控對象的工作狀態(tài)或參數(shù)壓力、置），使被控對象的工作狀態(tài)或參數(shù)壓力、物位、流量、溫度、物位、流量、溫度、PHPH值等自動地按照預(yù)定值等自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。的規(guī)律運行。 回想回想: :什么是自動控制什么是自動控制? ?第第11頁頁例例: :一貯罐液位控制系

6、統(tǒng)。一貯罐液位控制系統(tǒng)。要求貯罐液位保持一定，以滿足生產(chǎn)需要；要求貯罐液位保持一定，以滿足生產(chǎn)需要；圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成了一個單回路控制系統(tǒng)。圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成了一個單回路控制系統(tǒng)。分析分析: :貯罐液位由液位變送器轉(zhuǎn)貯罐液位由液位變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號送到換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號送到控制器，與給定值相比較，控制器，與給定值相比較，控制器按比較得到的偏差，控制器按比較得到的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)出控以一定的控制規(guī)律發(fā)出控制信號，控制執(zhí)行器的動制信號，控制執(zhí)行器的動作，通過改變貯罐液體出作，通過改變貯罐液體出料的流量，從而使貯罐液料的流量，從而使貯罐液位保持在與給定

7、值基本相位保持在與給定值基本相等的數(shù)值上。等的數(shù)值上。第第12頁頁控制器控制器被控對象被控對象 變送器變送器z zx xe = x-ze = x-z- -p pq qy y干擾干擾通常安裝通常安裝于控制室于控制室通常安裝通常安裝于于 現(xiàn)場現(xiàn)場顯示顯示儀表儀表閥門：調(diào)節(jié)閥、電磁閥、氣動蝶閥閥門：調(diào)節(jié)閥、電磁閥、氣動蝶閥泵：開關(guān)泵、變頻泵泵：開關(guān)泵、變頻泵控制閥控制閥第第13頁頁過程控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的過程控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的平臺平臺, ,而過程控制儀表與裝置是過程控制而過程控制儀表與裝置是過程控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。 關(guān)系：關(guān)系：第第14頁

8、頁二、過程控制儀表的發(fā)展概況二、過程控制儀表的發(fā)展概況50年代年代60年代年代70年代年代80年代年代 90年代年代21世紀(jì)至今世紀(jì)至今QDZQDZ QDZ DDZDDZ DDZ 數(shù)字式數(shù)字式智能式控制儀表智能式控制儀表 DCS系統(tǒng)系統(tǒng) （PLC）現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線以太網(wǎng)以太網(wǎng)第第15頁頁三、過程控制儀表的分類及特點三、過程控制儀表的分類及特點（一按能源形式分：（一按能源形式分： 1.氣動控制儀表氣動控制儀表 2.電動控制儀表電動控制儀表 3.液動控制儀表液動控制儀表 （二結(jié)構(gòu)形式分：（二結(jié)構(gòu)形式分： 1.基地式控制儀表基地式控制儀表 2.單元組合式控制儀表單元組合式控制儀表 3.組裝式組裝式綜

9、合控制裝置綜合控制裝置 4.數(shù)字化控制儀表數(shù)字化控制儀表 5.集散控制系集散控制系統(tǒng)統(tǒng) 6.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。（三按信號形式分：（三按信號形式分： 1.模擬控制儀表模擬控制儀表 2.數(shù)字控制儀表數(shù)字控制儀表 第第16頁頁電動控制儀表的特點：電動控制儀表的特點： 信號傳送速度快、傳送距離遠(yuǎn)、易于與計算機信號傳送速度快、傳送距離遠(yuǎn)、易于與計算機聯(lián)用。聯(lián)用。 氣動控制儀表的特點：氣動控制儀表的特點： 結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、安全防爆、易于維修。結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、安全防爆、易于維修。第第17頁頁1.基地式控制儀表基地式控制儀表 以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機構(gòu)。以指示、記錄儀表

10、為主體，附加某些控制機構(gòu)。2.單元組合控制儀表單元組合控制儀表 電動單元組合儀表：電動單元組合儀表： DDZ型型 ；DDZ型型 ；DDZ型型電源：電源：220V AC ；24V DC ；電信號：電流電信號：電流010mA DC ； 420mA DC； Vo：15V DC氣動單元組合儀表：氣源：氣動單元組合儀表：氣源：140 kPa；氣信號：氣信號：20100 kPa第第18頁頁3. 組裝式控制儀表組裝式控制儀表 一種功能分離、結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表裝置。一種功能分離、結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表裝置。工程實際中已很少使用。工程實際中已很少使用。4 .數(shù)字控制儀表數(shù)字控制儀表 以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制

11、儀表。其外以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制儀表。其外形結(jié)構(gòu)、面板布置保留了模擬式儀表的一些特征，形結(jié)構(gòu)、面板布置保留了模擬式儀表的一些特征，但其運算、控制功能更為豐富，通過組態(tài)可完成但其運算、控制功能更為豐富，通過組態(tài)可完成各種運算處理和復(fù)雜控制。可和計算機配合使用，各種運算處理和復(fù)雜控制。可和計算機配合使用，以構(gòu)成不同規(guī)模的分級控制系統(tǒng)。以構(gòu)成不同規(guī)模的分級控制系統(tǒng)。第第19頁頁5.集散型控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng) 將集中一臺計算機完成的任務(wù)分派給各個微將集中一臺計算機完成的任務(wù)分派給各個微型過程控制計算機，再配上數(shù)字總線以及上一級過型過程控制計算機，再配上數(shù)字總線以及上一級過程控制計算機，組成各種

12、各樣的、能適應(yīng)于不同過程控制計算機，組成各種各樣的、能適應(yīng)于不同過程的積木式分級分布計算機控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了程的積木式分級分布計算機控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了“控控制分散或制分散或“危險分散危險分散”，管理高度集中。，管理高度集中。6.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并同上一通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控制

13、網(wǎng)絡(luò)。制網(wǎng)絡(luò)。第第20頁頁（三按信號類型分：（三按信號類型分：模擬式控制儀表模擬式控制儀表 傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量。這傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量。這類儀表線路較簡單，操作方便，價格較低使類儀表線路較簡單，操作方便，價格較低使用上均有較成熟的經(jīng)驗。用上均有較成熟的經(jīng)驗。數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表 傳輸信號通常為斷續(xù)變化的數(shù)字量。這傳輸信號通常為斷續(xù)變化的數(shù)字量。這些儀表和裝置是以微型計算機為核心，其功些儀表和裝置是以微型計算機為核心，其功能完善，性能優(yōu)越，它能解決模擬式儀表難能完善，性能優(yōu)越，它能解決模擬式儀表難以解決的問題，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的高質(zhì)以解決的問題，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過程

14、的高質(zhì)量控制要求。量控制要求。第第21頁頁壓力壓力變送器變送器壓力壓力變送器變送器常用的控制儀表及裝置常用的控制儀表及裝置 第第22頁頁測量膜合測量膜合差壓差壓變送器變送器雙法蘭差壓送器雙法蘭差壓送器第第23頁頁無紙無紙記錄儀記錄儀第第24頁頁測量精測量精確值確值Better Control可編程可編程調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器輸出精輸出精確值確值輸出百輸出百分值分值測量百測量百分值分值第第25頁頁 氣動閥門氣動閥門定位器定位器氣動執(zhí)氣動執(zhí)行機構(gòu)行機構(gòu)電動執(zhí)電動執(zhí)行機構(gòu)行機構(gòu)第第26頁頁直通單、直通單、雙座控雙座控制閥制閥直通單、直通單、雙座控雙座控制閥制閥第第27頁頁閘閥閘閥球閥球閥三通閥三通閥蝶閥蝶閥角

15、閥角閥第第28頁頁計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程 DDC控制控制始于始于50末期末期本質(zhì)：用一臺計算機取本質(zhì)：用一臺計算機取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路成閉環(huán)控制回路特點：具有里程碑意義特點：具有里程碑意義問題：價錢、性能問題：價錢、性能集中型計集中型計算機控制算機控制本質(zhì)：一臺計算機取代本質(zhì)：一臺計算機取代盡可能多的模擬調(diào)節(jié)器盡可能多的模擬調(diào)節(jié)器特點：控制集中特點：控制集中 信息集中信息集中 危險集中危險集中問題：性能問題：性能DCS控制控制始于始于70年代年代本質(zhì)：采用過程控制本質(zhì)：采用過程控制過程管理生產(chǎn)管理等過程管理生產(chǎn)管理等多層結(jié)構(gòu)多層結(jié)構(gòu)

16、特點：控制分散特點：控制分散 信息集中信息集中半數(shù)字，半分散半數(shù)字，半分散FCS本質(zhì)：支持雙向、多節(jié)點、本質(zhì)：支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通訊，將全總線式的全數(shù)字通訊，將全廠最基礎(chǔ)的現(xiàn)場級儀表和裝廠最基礎(chǔ)的現(xiàn)場級儀表和裝置均通過現(xiàn)場總線連接起來置均通過現(xiàn)場總線連接起來特點：把控制任務(wù)下移到智特點：把控制任務(wù)下移到智能現(xiàn)場設(shè)備，全分散控制能現(xiàn)場設(shè)備，全分散控制分布式分布式IO DCS現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能不同連接到現(xiàn)場不同連接到現(xiàn)場I/O設(shè)備上，各設(shè)備上，各現(xiàn)場現(xiàn)場I/O設(shè)備與控制站間通過網(wǎng)設(shè)備與控制站間通過網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線銜接。絡(luò)現(xiàn)場總線銜接。過渡型結(jié)構(gòu)過渡型結(jié)構(gòu)

17、第第29頁頁 直接數(shù)字量控制直接數(shù)字量控制過程控制計算機過程控制計算機SPAI、DIAO、DO 檢測儀表 執(zhí)行器 被控過程對象）第第30頁頁集中型計算機控制系統(tǒng)集中型計算機控制系統(tǒng)外設(shè)外設(shè)過程控制計算機過程控制計算機AIDIAODO 被控過程對象）被控過程對象）被控變量被控變量操作變量操作變量輸入子系統(tǒng)輸入子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)優(yōu)越性：優(yōu)越性： 從表面上看從表面上看信息集中，集中型計算機控制可以實現(xiàn)各種信息集中，集中型計算機控制可以實現(xiàn)各種更復(fù)雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。更復(fù)雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。問問 題：由于當(dāng)時計算機總體性能低，容量小，容易出現(xiàn)負(fù)荷過載，控

18、題：由于當(dāng)時計算機總體性能低，容量小，容易出現(xiàn)負(fù)荷過載，控制集中直接導(dǎo)致危險集中，高度集中使系統(tǒng)變得十分制集中直接導(dǎo)致危險集中，高度集中使系統(tǒng)變得十分“脆弱脆弱”。第第31頁頁 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) DCS根本特征根本特征: :控制的分散性和管理的集中性控制的分散性和管理的集中性第第32頁頁 控制層網(wǎng)絡(luò)控制層網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程節(jié)點遠(yuǎn)程節(jié)點Web服務(wù)器服務(wù)器Internet 現(xiàn)場設(shè)備層現(xiàn)場設(shè)備層 操作站操作站 工程師站工程師站DCSDCS的物理層次示意的物理層次示意第第33頁頁現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS）第第34頁頁是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。 支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通訊支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通訊雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復(fù)進行雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復(fù)進行A/