第1章緒論1.1計算機控制系統概述1.2計算機控制系統的組成及分類1.3計算機控制研究的課題與發展趨勢11.1計算機控制系統概述（1）21.1計算機控制系統概述（2）應用：農業、國防、航空航天、導航制導、化工、煉油、冶金、制藥、汽車典型工業過程連續過程（ContimuousProcess）：產品是流體（氣體、液體）。

例如：煉油、海水淡化離散過程（DiscreteProcess）：產品是固體。按件計量。例如：汽車制造批量過程（BatchProcess）：連續、離散間歇交替。例如：制藥31.1計算機控制系統概述（3）概念計算機控制技術：關于將計算機技術應用于工農業生產、國防等行業自動控制的一門綜合性學科與技術。在線（On-line）：聯機，過程和計算機直接相連，受計算機控制。離線（Off-line）：脫機，過程和計算機不直接相連，不受計算機控制，靠人聯系。實時（Real-time）：信息的采集、計算、輸出在一定時間范圍內完成，超出即失去意義。在線不一定實時，實時一定在線!41.1計算機控制系統概述（4）計算機、自動控制理論、控制工程、電子學、自動化儀表、通信技術、網絡技術特點：系統性、綜合性機器四肢計算機大腦傳感與檢測感官通信與網絡神經傳導和信息傳遞51.1計算機控制系統概述（5）替代：以計算機替代了原模擬控制系統的控制器（控制儀表）組成的自動控制系統。核心：升華：基礎平臺、派生出各種技術、各種技術關聯融合問題、課程、學科6控制對象：越來越復雜，控制系統也隨之復雜，出現了多輸入-多輸出多變量系統、非線性系統控制、時變和分布參數控制系統。控制方案：使用常規控制方法和手段實現十分困難。計算機：尤其是微型計算機的出現并應用于自動控制領域，使自動控制水平產生了巨大飛躍。計算機控制系統產生的原因71.1計算機控制系統概述（6）8微電子技術和計算機技術：為計算機控制的發展奠定了堅實的基礎1946年世界上第一臺數字計算機（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator：ENIAC）誕生占地170M2，重量30噸，耗電150KW，18000個電子管，計算速度是每秒5000次加法或400次乘法，是手工計算的20萬倍。主要用途：彈道計算的數值分析計算機控制技術的發展1.1計算機控制系統概述（7）9世界上第一臺電子計算機ENIAC20世紀50年代的起步期20世紀60年代的試驗期20世紀70年代的推廣期20世紀80年代的成熟期20世紀90年代的進一步發展期計算機控制系統的發展歷程101.1計算機控制系統概述（8）20世紀50年代初，美國首先用計算機來完成對生產過程進行巡檢數據采集和數據處理。1959年美國TRW航空公司和Texaco公司合作成功地在得克薩斯州的一家煉油廠將一臺計算機投入在線控制。該控制系統以綜合指標出發確定了熱水循環系統的最佳參數，同時也揭開了計算機控制的輝煌一頁。1962年英國帝國化工公司制造出一套可以直接取代常規儀表對生產過程直接進行控制的計算機控制系統，開創了直接數字控制的新時期。111.1計算機控制系統概述（9）1971年世界上第一片四位微處理器的出現，微型計算機得以快速發展，特別是1993年Pentium處理器的出現，更使微型計算機在運算速度等諸多方面得以長足發展，同時也使計算機控制得以飛速發展。1975年美國Honeywell公司研制成功世界上第一套集散型控制系統TDC-2000并投入使用，開創了計算機應用于實際生產過程控制的新紀元。121.1計算機控制系統概述（10）近年來，隨著3C技術和網絡技術的發展，現場總線控制系統和網絡控制系統應運而生。可編程控制器（PLC）的綜合應用已打破了原工業控制的格局，人工智能和物聯網的蓬勃發展和應用，逐漸改變了計算機控制的面貌，并共同融入到計算機控制系統的大門類之中。目前，計算機控制技術正沿著深度和廣度兩方面不斷發展。在廣度方面，向著大系統或系統工程的方向發展，向著管理控制一體化的方向發展。在深度方面，則向著智能化方向發展。131.1計算機控制系統概述（11）1.2計算機控制系統的組成及分類1.2.1計算機控制系統1.2.2計算機控制系統的硬件組成1.2.3計算機控制系統的軟件組成1.2.4計算機控制系統的分類141.2.1計算機控制系統（1）自動控制是在非人工直接參與的前提下，應用自動控制裝置自動地、有目的地控制設備和生產過程，使之具有一定的狀態和性能，完成相應功能，實現預定目標。自動控制系統一般可以分為：開環控制系統閉環控制系統15控制器按照先驗的控制方案對對象或系統進行控制，使被控制對象或系統能按照約定來運動或變化。控制器被控對象被控參數設定值圖1.1開環控制系統框圖1.開環控制系統161.2.1計算機控制系統（2）被控參數控制器被控對象設定值圖1.2閉環控制系統框圖+-2.閉環控制系統增加了一個比較環節和一個來自被控參數的反饋信號。171.2.1計算機控制系統（3）控制器被控對象D/AA/D計算機圖1.3計算機控制系統基本框圖（閉環）+-3.計算機控制系統若用計算機替代系統中的控制器就形成了計算機控制系統181.2.1計算機控制系統（4）計算機控制系統的控制過程計算機控制系統的控制過程可歸納為三個過程：（1）信息的獲取:計算機通過計算機的外部設備獲取被控對象的實時信息和人的指令性信息（2）信息的處理:計算機根據預先編好的程序對從外設獲取的信息進行處理（3）信息的輸出:計算機將最終處理完的信息通過外部設備將這些信號送到控制對象，通過顯示、記錄或打印等操作輸出其處理或獲取信息的情況191.2.1計算機控制系統（5）計算機控制系統中包括了硬件和軟件兩大部分硬件：由計算機主機、接口電路、外部設備組成，是計算機控制系統的基礎。軟件：安裝在計算機主機中的程序和數據，它能夠完成對其接口和外部設備的控制，實現對信息的處理。系統軟件:維持計算機主機工作應用軟件:完成控制而進行信息處理201.2.1計算機控制系統（6）1.2.2計算機控制系統的硬件組成（1）典型硬件主要包括：計算機主機過程通道操作控制臺通信和網絡設備也成為計算機控制系統硬件不可少的一部分。21主機過程通道AIAODIDO操作臺（通訊）控制對象（系統）CPUMEM圖1.4典型的計算機控制系統的硬件組成框圖221.2.2計算機控制系統的硬件組成（2）用于控制的計算機：CPU、存儲器和接口，是整個系統的核心。類型：單片機、PLC、工業PC等。作用數據和程序的存取程序的執行控制外部設備和過程通道中的設備的工作實現對被控對象的控制實現人機對話和網絡通信含CPU設備和網絡設備的控制1.主機231.2.2計算機控制系統的硬件組成（3）根據信號方向和形式，過程控制通道可分為：模擬量輸入通道（AI）完成過程和被控對象送往主機的模擬信號的轉換，使之成為計算機能夠接收的標準數字信號模擬量輸出通道（AO）目前，大多數執行機構仍只能接收模擬信號，而計算機運算決策的最終結果是數字信號。通過模擬量輸出通道完成對數字量轉換為模擬量并保持2.過程通道241.2.2計算機控制系統的硬件組成（4）數字量輸入通道（DI）數字量的輸入通道是把過程和被控對象的開關量或通過傳感器已轉換的數字量以并行或串行的方式轉入計算機數字量輸出通道（DO）數字量輸出通道是將計算機運算、決策之后的數字信號以串行或并行的方式輸出給被控對象或外部設備2.過程通道(續)251.2.2計算機控制系統的硬件組成（5）人機交互的關鍵設備操作人員及時了解被控過程的運行狀態，運行參數對控制系統發出各種控制的操作命令，并且通過操作控制臺還可以修改控制方案和程序操作控制臺一般應包括：信息的顯示信息的記錄工作方式的選擇信息輸入3.操作控制臺261.2.2計算機控制系統的硬件組成（6）27企業信息化的需求也要求生產過程的數據和企業管理信息系統之間進行實時交換。計算機控制系統作為網絡上的一個結點的方案已經被廣泛采納。網絡和通信設備已成為計算機硬件的一個重要部分，這些設備可以完成計算機控制系統的信息交換。4.通信和網絡設備281.2.2計算機控制系統的硬件組成（7）1.2.3計算機控制系統的軟件組成（1）控制系統的功能和性能在很大程度上依賴于軟件水平的高低。軟件：指完成各種功能的計算機程序和數據的總和。系統軟件應用軟件2930系統軟件作用：管理、調度、操作計算機的各種資源，實現對系統監控與診斷，提供各種開發支持的程序。組成：操作系統、監控管理程序、故障診斷程序、各種計算機語言及解釋、編譯工具。供應商提供或專業人員開發，用戶不需自己設計開發。1.2.3計算機控制系統的軟件組成（2）應用軟件自行編譯的各種程序包括：數據采集、數字濾波、標度變換、鍵盤處理、控制算法、輸出與控制等程序。用于應用軟件開發的程序設計語言有：匯編語言、C、C++、Python、Java、MATLAB、Rust和Go等組態軟件：專門用于控制，功能強、使用方便、組態靈活311.2.3計算機控制系統的軟件組成（1）1.2.4計算機控制系統的分類（1）在生產過程中，根據被控對象的特點和控制功能，計算機控制系統有各種各樣的結構和形式按計算機參與的形式：開環和閉環控制系統按采用的控制方案：程序和順序控制、常規控制、高級控制（最優、自適應、預測、非線性等）、智能控制（FUZZY控制、專家系統和神經網絡等）根據控制目標：運動控制系統和過程控制系統根據實時性要求：實時控制系統和非實時控制系統3233根據計算機控制系統的發展歷史和在實際應用中的狀態并參考以往的教材進行分類的。一般分為六大類：（1）操作指導控制系統（2）直接數字控制系統（3）監督控制系統（4）集散控制系統（5）現場總線控制系統（6）計算機集成制造系統1.2.4計算機控制系統的分類（2）1.操作指導控制系統

（OperationGuideControl，OGC）操作指導控制系統是基于生產過程數據直接采集的非在線的閉環控制系統341.2.4計算機控制系統的分類（3）351.2.4計算機控制系統的分類（4）計算機的作用：通過數據輸入通道對生產過程各項參數進行采集，根據工藝和生產的需求進行優化計算，計算出優化的操作條件和參數，利用其輸出設備，將其結果顯示或打印。操作人員的作用：根據計算機提供的結果改變控制器的參數或設定值，實現對生產過程的控制，這屬于計算機離線最優控制的一種形式。應用：復雜的不便由計算機進行直接控制的場合361.2.4計算機控制系統的分類（5）直接數字系統是計算機控制系統最基本形式，也是應用最多的一類計算機控制系統，可以實現在線控制。2.直接數字控制系統

（DirectDigital

Control，DDC）371.2.4計算機控制系統的分類（6）381.2.4計算機控制系統的分類（7）在線實時控制計算機替代模擬調節器（典型）多回路多參數的控制靈活性大可靠性高從常規到先進的控制方式391.2.4計算機控制系統的分類（8）計算機監督控制系統是一種兩級計算機控制系統3.計算機監督控制系統

（SupervisoryComputer

Control，SCC）401.2.4計算機控制系統的分類（9）管理命令報告SCC計算機給定值測量值A/D多路開關檢測元件生產過程管理命令報告SCC計算機給定值測量值A/D多路開關檢測元件生產過程DDCD/A反多路開關........SCC+模擬調節器控制系統原理圖SCC+DCC控制系統原理圖類似計算機操作指導控制系統SCC計算機輸出，直接控制控制器，改變控制的設定值或參數，完成對生產過程的控制。完成生產過程控制的參數優化協調各直接控制回路的工作不直接參與直接的控制安全性可靠性較高集散系統的最初、最基本的模式421.2.4計算機控制系統的分類（10）4.集散控制系統（分布控制系統）

(Distributed

ControlSystem，DCS)設計原則：分散控制、集中操作、分級管理、分而自治、綜合協調分級：過程控制級、控制管理級、生產管理級和經營管理級。過程控制級：集散控制系統的基礎，直接控制生產過程，控制器：計算機、PLC、專用數字控制器優點：生產過程控制分別由獨立控制器進行控制，可以分散控制器故障，局部故障不會影響整個系統工作，提高了系統工作可靠性

431.2.4計算機控制系統的分類（11）5.現場總線控制系統

(FieldBusControlSystem，FCS)20世紀90年代興起概念：利用現場總線將各智能現場設備，各級計算機和自動化設備互聯，形成了一個多分支結構和多點通信的通信網絡。特點：生產過程現場的各種儀表、變送器、執行機構和控制器都配有分級處理器，屬智能現場設備。可以直接連接其它的局域網，甚至Internet。可構成不同層次的復雜控制網絡。441.2.4計算機控制系統的分類（12）H1……………H2服務器現場控制器H2H2現場總線自動監督系統操作站局域網···451.2.4計算機控制系統的分類（13）46H1樹型菊花鏈型總線型點對點H1H1H2H2H1H1H1網橋471.2.4計算機控制系統的分類（14）6.計算機集成制造系統(ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS)20世紀70年代美國的哈靈頓提出的工業生產的全過程集成：包括從設計、工藝、加工制造到產品的檢驗出廠一體化的模式制造集成轉換為信息集成，并融入企業全面管理和市場營銷CIMS是一項龐大的系統工程，實現的是企業物流、資金流和信息流統一。CIMS工程是企業真正走向現代化的方向481.2.4計算機控制系統的分類（15）1.3計算機控制研究的課題與發展趨勢企業管理控制一體化控制的概念也遠遠超出了以往生產設備和生產線的控制計算機控制技術的研究課題豐富而多樣，涵蓋了從基礎理論到實際應用的廣泛領域491.3.1

計算機控制研究的課題（1）計算機控制研究的課題：控制理論計算機控制系統硬件計算機控制系統軟件501.控制理論方面涉及到的課題數字描述和分析方法嚴格地講，在實際處理過程中計算機控制系統是離散系統計算機控制系統有模擬和離散兩種分析方法離散系統的描述通常我們都會用差分方程和Z變換以及離散狀態空間方法來進行分析。511.3.1

計算機控制研究的課題（2）采樣周期的選取模擬系統離散化一個非常關鍵的問題就是計算機控制系統采樣周期的選擇，兩個概念：信號采集的采樣周期計算機控制輸出的控制周期采樣周期滿足SHANNON采樣定理：采樣的最低頻率須大于信號最高變化頻率的兩倍。521.3.1

計算機控制研究的課題（3）控制周期對一般的系統來說，離散系統的控制周期越小，系統的控制質量越好，系統越穩定。但對一些純滯后環節的系統，一般取控制周期等于純滯后時間，這樣可以補償純滯后時間，從而取得較好的控制效果。由于采樣周期和控制周期的差異，在選擇采樣周期時必須綜合上述兩種因素考慮，從系統的整體考慮。531.3.1

計算機控制研究的課題（4）現代控制系統的研究深度強化學習（DRL）自適應控制和魯棒控制神經網絡控制模糊邏輯控制多智能體系統邊緣計算與云計算結合數字孿生技術數據驅動控制混合智能控制541.3.1

計算機控制研究的課題（5）2.應用于控制系統計算機硬件技術的研究典型的標準化機型（1）可編程序控制器（PLC）電子器件替代繼電器，實現過去由硬件完成的邏輯控制PLC增加了許多專用的過程控制模塊和網絡通訊模塊PLC成為計算機控制系統中的主力軍551.3.1

計算機控制研究的課題（6）56（2）可編程序調節器儀表化的微型計算機應用：系統中的單元控制，分散性能很強的系統，獨立的控制系統（3）嵌入式系統微電子技術與超大規模集成技術的發展，以單片機為代表，計算機控制研究的一個重要分支（4）總線型工控機特點：科學化、標準化和模塊化統一標準：總線系統和開放式體系結構；小型化、模板化、組合化和標準化571.3.1

計算機控制研究的課題（7）（5）新型微型控制單元技術：超大規模集成電路和無線通信應用：微型的監測控制單元微型和超微型無線智能傳感器（6）集散控制系統（7）現場總線控制系統(8)物聯網控制系統（InternetofThingsControlSystem，IoTCS）物聯網控制系統：指以物聯網為通信媒介，將控制系統元件進行互聯，使相關控制信息進行安全交互和共享，達到預期控制目標。581.3.1

計算機控制研究的課題（8）3.計算機控制系統軟件的研究與開發控制算法系統架構與設計開發工具與平臺數據處理與分析系統集成與接口安全性與可靠性591.3.1

計算機控制研究的課題（9）控制算法主要是各類智能控制算法系統架構與設計分布式控制系統：設計和實現分布式系統架構，以支持多個控制節點的協同工作和數據共享。實時操作系統（RTOS）：提供高性能的任務調度和實時響應能力，確保控制系統的時間敏感性要求。601.3.1計算機控制研究的課題（10）開發工具與平臺控制系統仿真與建模工具：幫助設計、測試和優化控制系統。開發框架與編程環境：支持控制系統軟件的開發、調試和部署。數據處理與分析大數據分析與實時處理：處理和分析大規模數據集和實時獲取有價值的信息以優化控制決策。邊緣計算與云計算：邊緣計算減少延遲和帶寬需求，云計算提供強大的數據處理和存儲能力。611.3.1

計算機控制研究的課題（11）系統集成與接口系統集成與中間件：實現不同系統和組件之間的集成和互操作。用戶界面與可視化：提供直觀的用戶界面和數據可視化工具。安全性與可靠性系統安全與防護：確保控制系統免受網絡攻擊和數據泄露的威脅，保護系統的安全性和完整性。容錯與冗余設計：提高系統的可靠性和穩定性，確保在故障發生時系統仍能正常運行。621.3.1

計算機控制研究的課題（12）1.3.2計算機控制系統的發展趨勢計算機控制系統正朝著網絡化、智能化和綜合化方向發展。網絡控制系統：各種層次的計算機網絡在控制系統中得到了廣泛應用智能控制系統：模糊控制技術、預測控制技術、專家控制技術、神經網絡技術、最優控制技術、自適應控制技術、數字孿生、機器學習等將在計算機控制系統中得到廣泛的應用。綜合型控制系統：從單一過程、單一對象的局部控制，發展到對整個工廠、整個企業，甚至對社會經濟、國土利用、生態平衡、環境保護等大規模復雜對象和系統進行綜合控制。63第2章計算機控制系統中的檢測設備和執行機構過程控制中的檢測設備運動控制中的檢測設備過程控制中的執行器運動控制中的執行機構控制器執行器對象測量變送x(t)e(t)u(t)q(t)y(t)z(t)＋－過程控制：關注的參數：溫度、流量、壓力、液位、成份；執行機構：調節閥運動控制：關注的參數：位移、速度、角度、電流、功率、頻率等；執行機構：電動機、液壓缸、液壓閥2.1過程控制中的檢測設備溫度檢測設備壓力檢測設備流量檢測設備物位檢測設備成分分析設備2.1.1傳感器和變送器傳感器（Sensor）是指能把物理、化學量轉變成便于利用和輸出的電信號，用于獲取被測信息，完成信號的檢測和轉換的器件。傳感器的輸出信號:電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號的形式由傳感器的原理確定。變送器（Transducer）:將工藝變量（如溫度、壓力、流量、液位、成分等）和電氣信號（如電流、電壓、頻率、氣壓信號等）調理并轉換成統一的標準信號的設備。變送器安裝在現場，它的氣源或電源從控制室送來，而輸出信號送到控制室。氣動變送器用兩根氣動管線分別傳送氣源和輸出信號。電動模擬式變送器采用二線制或四線制傳輸電源和輸出信號。

變送器的信號傳輸及供電二線制：儀表的信號傳輸與供電共用兩根導線四線制：儀表的信號傳輸與供電用四根導線智能式變送器采用雙向全數字量傳輸信號，即現場總線通訊方式；HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)協議通訊方式:過渡方式，即在一條通訊電纜中同時傳輸4~20mA電流信號和數字信號。電源也由通信電纜傳輸。HART協議定義：是數字式儀表實現數字通信的一種協議特點：具有HART通信協議的變送器可以在一條電纜上同時傳輸4~20mADC的模擬信號和數字信號簡化并引用國際標準化組織(ISO)的開放式系統互連(OSI)參考模型的其中三層：物理層規定了信號的傳輸方法和傳輸介質數據鏈路層規定了數據幀的格式和數據通訊規程應用層規定了通訊命令的內容2.1.2壓力檢測及變送

壓力檢測的主要方法和分類電容式差壓變送器智能型差壓變送器大氣壓力--是地球表面大氣層對地球表面物體所產生的壓力,隨大氣條件和地點而變化。“標準狀態”的大氣壓力參考值是101.325kPa相對壓力或表壓--相對于大氣壓力測定的壓力負壓--是指相對低于大氣壓的測量值，用低于大氣壓的數值表示差壓--兩個壓力的差值絕對壓力--相對于真空（0壓）測量的壓力幾種常用壓力表述形式1、壓力檢測的主要方法和分類按敏感元件和轉換原理的特性不同，一般分為以下幾類：液注式壓力檢測：依據流體靜力學原理彈性式壓力檢測：依據彈性形變原理負荷式壓力檢測：依據靜力平衡原理電氣式壓力檢測：利用敏感元件其它壓力檢測方法：彈性振動、壓磁式U形管壓力計(液柱式壓力計)彈簧管壓力計(彈性元件受力變形原理)

1.金屬彈簧管2.指針3.連桿4.扇型齒輪5.彈簧6.底座7.測壓接頭8.小齒輪9.外殼2、電容式差壓變送器采用差動電容作為檢測元件，是目前工業上普遍使用的一種壓力（差壓）變送器。電容式差壓變送器結構框圖在差壓下的位移變化：電容變化：電容/電流轉換電路：差動電容的相對變化量通過電容/電流轉換電路，轉換為差動電流信號Id，差動電流信號Id，經放大后轉換成4-20mA輸出電流Io。

3、智能式壓力變送器區別：增加微處理器電路。特點：可進行遠程通信。具有溫度補償功能、精確度高，使用與維護方便。通過編制各種程序，使變送器具有自修正、自補償、自診斷及錯誤方式報警等多種功能變送器與計算機、控制系統直接對話。

3051C智能式差壓變送器原理圖2.1.3溫度檢測和變送熱電偶熱電阻模擬式溫度變送器智能式溫度變送器測溫方法的分類根據測量方法不同：接觸式測溫：基于物體的熱交換原理，優點：直觀、可靠、結構相對簡單、精度高。缺點是測溫時有較大的滯后，破壞被測對象的溫度場分布，不能測量移動的或太小的物體；所測溫度不能太高。非接觸式測溫：基于物體的熱輻射特性與溫度之間的對應關系。其優點是測溫范圍廣；測溫過程中不破壞被測對象的溫度場分布；能測運動的物體；測溫響應速度快。缺點是所測溫度受物體發射率、中間介質和測量距離等的影響。接觸式測溫儀表主要有：基于物體受熱膨脹原理制成的膨脹式溫度檢測儀表。基于密閉容積內工作介質隨溫度升高而壓力升高的性質制成的壓力式溫度檢測儀表。基于導體或半導體電阻值隨溫度變化而變化熱電阻溫度檢測儀表。基于熱電效應的熱電偶溫度檢測儀表。

非接觸式溫度計主要有：輻射溫度計光學高溫計光電高溫計比色溫度計

熱電偶測溫原理熱電偶溫度計利用不同導體或半導體的熱電效應來測溫的。兩種不同的導體材料（或半導體）A，B組成的閉合回路。相接觸時，存在電子的遷移，達到平衡時，在接觸的兩端形成電勢。熱電偶冷端溫度補償熱電偶的熱電勢是兩個接點溫度的函數表,只有當冷端溫度不變（一般取0度）時,熱電勢才是熱端溫度的單值函數。實際應用中,熱電偶冷端所處環境溫度總有波動,從而使測量得不到正確結果,必須采取補償措施.冷端溫度補償辦法有以下幾種:

1.冰浴法2.冷端溫度修正法3.校正儀表零點法4.補償法。工業上常用的(已標準化)熱電偶有：

1）鉑銠30-鉑銠6熱電偶(分度號位B)

2）鉑銠10-鉑熱電偶(分度號為S)

3）鎳鉻-鎳硅(鎳鉻-鎳鋁)熱電偶(分度號位K)等。序號

計

量

器

具

名

稱

準

確

度

等

級

測

量

范

圍

R-001-304標準組鉑銠10-鉑熱電偶

標準組標準組300～1300℃R-002-305標準鉑銠10-鉑熱電偶

一等300～1300℃二等300～1300℃工作鉑銠10-鉑熱電偶

0級0～1600℃0級0～1600℃R-003-306標準鉑銠30-鉑銠6熱電偶

一等1200～1600℃二等1200～1600℃工作用鉑銠30-鉑銠6熱電偶

0級1200～1600℃R-004-307工作用鎳鉻-鎳硅熱電偶

0級0～1300℃R-005-308標準銅-康銅熱電偶±2℃0級0～200℃工作用銅-康銅熱電偶

0級0～200℃903、熱電阻測溫原理原理：利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質。Rt=Rt0[1+a(t-t0)]目前應用最廣泛的是鉑電阻（WZP）（－２００－＋６５０度，穩定性好，準確度高）和銅電阻（WZC）（-５０－＋１５０度，價格便宜，電阻與溫度關系的線性度較好）。熱電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其他二次儀表上常用的引線方式：兩線制、三線制和四線制三種。92兩線制：兩端各連一根導線。特點：簡單、費用低缺點：引線電阻、引線電阻的變化會帶來附加誤差。應用：適用于引線不長，測溫準確度要求較低的場合。四線制：兩端各連接兩根引線特點：兩根引線提供恒流源I，壓降通過另兩根引線引至電位差計進行測量。優點：完全消除引線電阻對測量的影響，且在連接導線阻值相同時，還可以消除連接導線的影響。應用：這種方式主要用于高精度溫度檢測。三線制：在熱電阻感溫元件一端連接兩根引線，另一端連接一根引線，此種引線方式稱為三線制。這種引線形式可以較好的消除引線電阻的影響，測量準確度高于兩線制。分度號根據IEC規定,鉑電阻有Pt10和Pt100兩種分度號銅熱電阻按WZC標準,代號有Cu50和Cu100兩種。IEC：國際電工委員會（InternationalElectroTechnicalCommission），成立于1906年成月，是世界上成立最早的專門國際標準化機構

分度號根據IEC規定,鉑電阻有Pt10和Pt100兩種分度號銅熱電阻按WZC標準,代號有Cu50和Cu100兩種。℃Pt100℃Pt100℃Pt100-5080.3110103.9080130.90-4084.2720107.8090134.70-3088.2230111.67100138.50-2092.1640115.54150157.31-2092.1650119.40200175.84-1096.0960123.240100.0070127.07分度號銅熱電阻按WZC標準,代號有Cu50和Cu100兩種。9697電廠專用熱電阻和隔爆型熱電阻98套管式熱電阻傳感器與顯示儀表配套直接測量過程中氣體，液體和蒸汽的溫度。裝配式熱電阻工業用鉑電阻和電子調節器配套使用。

耐腐型、耐磨型熱電阻特殊材料，特殊場合使用：化工廠、冶煉廠、火電廠等4、模擬式溫度變送器和熱電阻或熱電偶配合使用，將溫度信號轉換成統一標準信號。主要由測量部分和放大部分組成5、智能式溫度變送器智能式變送器具有通用性強、使用靈活、各種補償功能、控制功能、通信功能和自診斷功能等特點。SMART公司的TT302溫度變送器2.1.4流量檢測及變送流量檢測原理有很多，有許多分類方法：按按測量流體的質量流量還是體積流量分類分：質量流量計與體積流量計按測量流體運動原理分：容積式、速度式、動量式和質量流量式按測量方法分：直接測量式和間接測量式差壓流量計轉子流量計速度式流量計容積式流量計靶式流量計電磁流量計渦街流量計超聲波流量計量熱式流量計質量流量計其它流量計按測量原理細分文丘利式差壓流量計轉子流量計轉子流量計又稱浮子流量計應用：工業上或實驗室常用的一種流量計。組成：一根錐形的玻璃管和一個能上下移動的浮子1、卡曼渦街流量計在流體中放置一非線性柱狀物(如圓柱或三角形等),則在某一雷諾數范圍內,在柱狀物的下游就會產生兩列不對稱且又有規律的漩渦。像街燈一樣，故稱“渦街”。此現象首先被卡曼（Karman）發現，也稱作“卡曼渦街。實驗和研究表明，當h/l=0.281時，渦街將表現出穩定的周期現象，其渦街頻率f與管道內障礙柱體兩側介質流速vl之間的關系為f=stvl/dSt為“斯特拉哈爾數”，與障礙物形狀和雷諾數有關。當障礙物形狀以及管道都確定后，可以導出體積流量QV

與頻率f成正比，即QV=kf2、電磁式流量計基于電磁感應原理，測量具有一定電導率的液體的體積流量。優點：①準確度不受被測液體粘度、密度、溫度及電導率變化影響。②測量管中沒有任何阻礙被測液體流動的部件，所以幾乎沒有壓力損失。適當選用測量管中絕緣內襯和測量電極材料，就可以測量各種腐蝕性溶液的流量，尤其在測量含有固體顆粒溶液如泥漿、紙漿、礦漿或纖維液體流量時，更顯示出其優越性。電磁流量計原理電磁流量計超聲波流量計常用方法：傳播速度差法、多普勒法等。傳播速度差法：測量超聲波脈沖順水流和逆水流時速度之差來反映流體的流速，從而測出流量；多普勒法：應用聲波中的多普勒效應測得順水流和逆水流的頻差來反映流體的流速從而得出流量。應用：超聲波流量計可用于測量任何液體流量,尤其適用于測量腐蝕性液體,高粘度液體和非導電液體的流量。也可用于測量大口徑管道的水流量或各種水渠,河流,海水的流速和流量。超聲波流量計2.1.5物位檢測及變送物位儀表的分類差壓式液位變送器電容式物位傳感器1、物位儀表分類（1）直讀式物位測量儀表：玻璃管液位計、玻璃板液位計。浮力式物位測量儀表：利用浮子高度隨液位變化而改變或液體對浸沉于液體中的浮子（或稱沉筒）的浮力隨液位高度而變化的原理來工作。靜壓式物位測量儀表：利用液柱或物料堆積對某定點產生壓力，測量該點壓力或測量該點與另一參考點的壓差而間接測量物位的儀表。2、物位儀表分類（2）電磁式物位測量儀表：將物位的變化轉換為電量的變化，進行間接測量物位的儀表。電容式物位儀表：通過測量物料和電極之間的電容變化來確定物位高度，適用于液體和固體物料的測量。射頻導納物位儀表：通過測量射頻信號在傳感器上的阻抗變化來確定物位高度，適用于液體和固體物料。3、物位儀表分類（3）核輻射式物位儀表：利用核輻射透過物料時，其強度隨物質層的厚度而變化的原理而工作，目前應用較多的是γ射線。聲波式物位測量儀表：物位的變化可引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，通過測量這些變化就可測出物位。4、物位儀表分類（4）光學式物位測量儀表：利用物位對光波的遮斷和反射原理進行測量，可利用的光源有普通白熾燈光或激光等。雷達物位儀表：通過發射和接收雷達波的時間差來測量物位，適用于惡劣環境下的液體和固體物料的測量。還有一些其他形式的物位測量儀表，如射流式、稱重式、熱敏式、音叉式等多種類型。磁性液位控制器◎磁性液位控制器利用磁性浮子隨液位變化升或降，使檢測管內的干簧管開關動作，送出接點信號。結構簡單，易于安裝維修。應用廣泛，價格低廉。

浮球液位控制器液位浮動開關利用重力與浮力的原理設計。主要包括浮標和微動開關，當液位變化，浮標內的開關通、斷。浮球液位控制器浮球液位控制器由測量和輸出兩部分組成，當液位變化時，浮球隨之上下移動，從而使磁鋼擺動。根據磁性同性相斥原理，使觸點接通或斷開122頂裝式磁翻柱液位計液位計根據浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當液位上升時,翻柱由白色轉為紅、白界位處為容器內介質液位的實際高度，從而實現液位的指示。

1232、差壓式液位變送器利用差壓或壓力變送器可以很方便的測量液位，且能輸出標準的電流或氣壓信號。差壓式液位變送器是利用容器內的液位改變時，由液柱產生的靜壓也相應變化的原理而工作的124p3、電容式物位傳感器不同介質時，介電系數不同可檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面1252.1.6成分分析設備成分分析設備:用于檢測、分離、識別和定量分析樣品中各成分的儀器.離線成分分析設備:在生產過程中不直接參與實時監測的設備。樣品需要在特定時間和地點采集后，送往實驗室或分析區域進行分析。在線成分分析設備是在生產或處理過程中實時監測和分析樣品成分的設備。1、成分分析設備的分類常用的成分分析設備主要依據工作原理分類，主要有以下幾種類型：色譜類設備：通過物質在固定相和流動相之間的分配系數差異進行分離和分析質譜類設備：通過測量離子的質荷比分析物質成分。光譜類設備:通過測量樣品對光的吸收分析樣品成分。電化學分析設備：電位滴定儀、PH計、電導率儀等。其他分析設備2、成分分析設備的應用領域成分分析設備的應用領域非常廣泛，涵蓋化學、環境、食品、醫藥、生物科學、材料科學和工業等多個領域。化學分析環境監測食品安全醫藥研究生命科學工業過程控制材料科學2.2運動控制中的檢測設備檢測開關測速發電機光電編碼器測厚儀表1292.2.1檢測開關概念：機械位移變為電信號應用：電路自動切換、限位保護、行程控制等分類：行程開關、接近開關和光電開關等。130接近開關行程開關行程開關也稱為限位開關或位置開關，是一種用于監控機械設備中某個部件運動位置的電氣控制元件。主要用于檢測或控制物體的位置或移動情況，通過機械部件的碰撞來實現電路的接通或斷開，從而實現對機械運動的控制和保護。131接近開關接近開關是一種無觸點電子開關。當被檢測的物體接近到一定距離時,不需要接觸就能發出開關動作信號。接近開關的特點是非接觸動作、不損傷檢測對象，因而可靠性高、壽命長，而且可以高速動作。但它只能檢測金屬體，且易受周圍金屬或外部磁場的影響。132光電開關組成：投光器、受光器和電源組成。

投光器常用發光二極管

受光器常用光敏二極管或光敏三極管工作原理：使投光器和受光器相對，當被測物體擋住從投光器發射出的光線時，受光器就輸出相應的控制信號。1331341352.2.2測速發電機測速發電機是一種專門用來測量轉速的微型發電機，其輸出電動勢與轉速成比例。測速發電機主要用于測量旋轉物體的速度，并將其轉換成電信號輸出。E＝kn，其中k是常數。測速發電機有直流和交流兩種。136直流測速發電機：直流測速發電機輸出電壓和轉速有較好的線性關系，并且直流的極性可以反映出轉動的方向，應用方便。直流測速發電機有電刷、換向器等接觸裝置，使它的可靠性變差，精度也受到影響交流測速發電機：交流測速發電機的輸出頻率與轉速嚴格對應，輸出信號可經放大整形變換電路轉換成標準的電壓或電流信號。它不需要電刷和換向器，結構簡單，不產生干擾火花，但是輸出特性隨負載性質（電阻、電感、電容）變化而變化。

1372.2.3光電編碼器定義：是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。特點：精度高、耗能低、非接觸無磨損、穩定可靠測量：對運動機械的直線位移、角位移、速度、相位等進行測量或其他間接

138按機械位移量的類型分類：旋轉式光電編碼器和直線式光電編碼器兩類旋轉式光電編碼器：也稱為轉動型編碼器，是一種用于測量旋轉物體相對位置的位置傳感器。它通過測量固定旋轉軸在旋轉時的位移和方向，將旋轉運動轉換為數字信號輸出。直線式光電編碼器：也稱為位移型編碼器，是一種用于測量直線運動物體位置變化的位置傳感器。它通過物體沿直線方向移動時在位移感應元件上產生的信號變化來測量位置。139按輸出信號特征分類：增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器兩類增量式光電編碼器：增量式光電編碼器的輸出軸轉角被分成一系列位置的增量，敏感元件對這些增量響應，每當出現一個單位增量時，敏感元件就向計數器發出一個脈沖，計數器把這些計數脈沖累加起來，并以各種進制的代碼形式在輸出端給出所需要的輸入角度瞬時值的信息，這種光電編碼器的最大優點是結構簡單、價格低廉；缺點是無固定零位，遇到停電等故障所有信息全部丟失，為避免這個缺點，又研制出一種帶固定零位的增量式光電編碼器。140絕對值式式光電編碼器：絕對式光電編碼器的轉角的代碼是由一個多圈同心碼道的碼盤給出的，具有固定零位，對于一個轉角位置，只有一個確定的數字代碼。其優點是具有固定的零位，角度值的代碼單位化，無累計誤差，抗干擾能力強；缺點是敏感件多，碼盤圖案、制造工藝復雜，成本也高。1412.2.4測厚儀表142定義：運動物體厚度的連續測量。類型：接觸式、非接觸式射線式、電渦流式、微波式、激光式、電容式、電感式例：輪胎內襯層（0.5-1.5mm），精度±0.05mm紅外測厚：反射回光束射線式：穿透式改變射線強度激光測厚：反射脈沖2.3過程控制中常用的執行器143執行器的作用:接收控制器送來的控制信號，改變被控介質的流量，從而將被控變量維持在所要求的數值上或一定的范圍內。執行器的組成:執行機構與調節機構構成執行器的控制方式：三種執行器的分類（1）：按動力能源分類氣動執行器：利用壓縮空氣作為能源，特點：結構簡單、動作可靠、平穩、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，價格較低電動執行器：利用電作為能源，特點：能源獲得比較方便，精度較高，防火防爆相對困難液動執行器：輸出推動力高于氣動和電動。特點：傳動更平穩、可靠。要配備液壓站和輸油管路。電液動執行器：將電機、油泵、電液伺服閥集成于一體144按動作極性分類正作用、反作用按動作行程分類：角行程、直行程按動作特性分類：比例式、積分式145執行器的分類（2）：2.3.1氣動執行器氣動執行器（氣動調節閥、控制閥）由氣動執行機構和控制機構組成。146圖.

氣動執行器氣動執行機構常見的氣動執行機構分為：薄膜式輸出力較小、精度較高的場合薄膜式執行機構最為常用，它可以用作一般調節閥的推動裝置，組成氣動薄膜式執行器活塞式輸出力較大，大口徑、高壓降控制、蝶閥等147氣動執行機構接收的信號標準為0.02～0.1MPa。氣動薄膜執行機構

正作用和反作用兩種形式正作用：壓力↑閥桿向↓反作用：壓力↑閥桿向↑148行程：行程規格：10mm、16mm、25mm、60mm、100mm氣動活塞執行機構

149組成氣缸活塞推桿特性兩位式：根據輸入活塞兩側操作壓力的大小，活塞從高壓側被推向低壓側比例式：比例式是在兩位式基礎上加以閥門定位器，使推桿位移和信號壓力成比例關系。控制機構控制機構即調節閥：一個局部阻力可以改變的節流元件。組成：閥體、閥座、閥芯、閥桿、上下閥蓋。調節閥直接與被控介質接觸，為適應各種使用要求，閥芯、閥體的結構、材料各不相同調節閥的閥芯：直行程閥芯、角行程閥芯

150151直通單座閥：一個閥芯、閥座；小口徑、低壓直通雙座閥：兩個閥芯、閥座；上、下閥芯的推力大小相等、方向相反，可抵消，不平衡力小。調節閥的結構形式152隔膜閥：耐腐蝕襯里的閥體、隔膜；隔離、無泄漏；適于強酸、強堿、高粘度、有懸浮顆粒等介質。三通閥：合流型（配比）、分流型（旁路控制）角型閥：底進側出，適于高粘度、高壓差、有少量懸浮物和固體顆粒等介質。153套筒式調節閥（籠式閥）：閥芯在套筒內上下移動，可調比大、振動小、不平衡力小、套筒互換性好，適于低噪聲、壓差較大場合。蝶閥：簡單、便宜、流阻極小。泄露大，適于大口徑、大流量、低壓差場合。球閥：結構簡單、密封可靠凸輪撓曲閥（偏心旋轉閥）：密封性好、體積小、重量輕，適于高粘度、有懸浮物等介質。調節閥的流量特性調節閥就是通過改變閥芯行程，調節阻力系數，來實現流量調節的。調節閥流量特性：介質流過調節閥的相對流量Q/Qmax與相對位移(即閥芯的相對開度)l/L之間的關系，即理想流量特性：閥前后的壓差ΔP不隨閥的開度變化的流量特性；工作流量特性：閥前后的壓差ΔP隨閥的開度變化的流量特性。1541551、快開型：平板型閥芯，有效位移為閥座的1/4，適于快速啟閉或雙位控制。2、直線型：小開度時，流量相對變化大、靈敏度高、控制作用強，易產生振蕩。大開度時，流量相對變化小、靈敏度低、控制作用弱，控制緩慢。不同的閥芯形狀，具有不同的理想流量特性：1563、拋物線型：相對位移30%及相對流量20%以下為拋物線特性，以上為線性特性。4、等百分比：放大倍數隨流量增大。開度小時平穩，大時靈敏有效。電/氣轉換器和電/氣閥門定位器157電氣轉換器電氣閥門定位器電氣轉換器它是基于力矩平衡的工作原理

158電氣閥門定位器159電氣閥門定位器160智能型電/氣閥門定位器161以微處理器為核心采用的數字定位技術先進性在于：控制精度高能耗低調整方便可任意選擇流量閥的流量特性故障報警與其它現場總線用戶實現通信。2.3.2電動執行器（1）接收來自控制器的4~20mA或0~10mA的信號轉換成相應的角位移或直行程位移類型：直行程、角行程、多轉式等1622.3.2電動執行器（2）組成：伺服放大器和執行機構原理：伺服放大器接收控制器發來的控制信號（1～3路），將其同電動執行機構輸出位移的反饋信號If進行比較，若存在偏差，則差值經過功率放大后，驅動兩相伺服電動機轉動。1632.3.2電動執行器（3）伺服電動機：伺服電動機是電動控制閥的動力部件，其作用是將伺服放大器輸出的電功率轉換成機械轉矩。164伺服放大器：將輸入信號和反饋信號進行比較，得到差值信號，并根據差值的極性和大小，控制晶閘管交流開關Ⅰ、Ⅱ的導通或截止。2.3.3現場總線執行器組成：執行機構、傳感器、控制單元和通信接口。工作原理：現場總線執行器通過通信接口與控制系統連接，接收來自控制系統的指令。控制單元根據這些指令，結合傳感器的反饋信息，計算出控制信號，驅動執行機構完成相應的動作。特點：智能化和高精度的系統控制功能，一體化的結構，智能化的通信功能，智能化的自診斷功能，靈活的組態功能。165公司名稱閥門執行器產品及類型總線類型推出年代EIM美國MOV1224（電動執行器）Modbus1985Keystone美國ElectricalActuators（電動執行器）Modbus1985Rotork英國PakscanIIE（智能電動執行器）Modbus1986Limitorque美國DDC—100TM（電動執行器）BITBUSModbus1989AUMA美國Matic（電動執行器）Profibus1991Siemens德國SIPARTPS2（閥門定位器）HART1995Valtek美國Starpac（智能調節器）HART1996Masoneilan美國SmartValvePositioner（閥門定位器）HART1996Neles美國ND800（調節閥）HART1997Jordan美國ElectricActuators（電動執行器）HART1998ElsagBailey德國Contract（電動執行器）HART1998FisherRosmount美國DVC5000fSeriesDigital（調節閥）FF1998Flowserve美國Logix14XX（閥門定位器）FF1999BUSwitch（離散型調節閥）FF1999Yokogawa日本YVP（閥門定位器）FF1999Yamatake日本SVP3000AlphaplusAVP303（閥門定位器）FF1999Rotork英國FF—01NetworkInterface（電動執行器）FF20001662.4運動控制中常用的執行機構交流伺服電機直流伺服電機步進電機液壓缸液壓閥液壓泵167電動機（控制電機）主要任務：電信號→角、線位移或速度液壓設備:液壓缸、液壓閥和液壓泵統稱液壓設備，是利用液壓的能源，實現上述電動機的功能。液壓設備的主要優點是結構簡單、可靠性高、壽命長、力矩大，缺點是動作比較緩慢，控制精度較低。2.4.1交流伺服電機將控制信號快速地轉換為轉軸轉動的一個執行元件。幾點要求：①轉速和轉向方便地受控制信號控制，調速范圍要大②整個運行范圍內特性具有線性關系，運行穩定性③當控制信號消除時，伺服電動機應立即停轉，也就是要求伺服電動機無“自轉”現象；④控制功率要小，啟動轉矩應大；⑤機電時間常數要小，始動電壓要低。當控制信號變化時，反應應快速靈敏

168169非磁性材料：鋁、銅等接收伺服放大器送來的電壓信號定值交流電壓勵磁控制方法170起動：控制電壓不為0停止：控制電壓為0轉速：改變控制電壓的幅值方向：改變控制電壓的相位180°(1)幅值控制：即保持控制電壓的相位不變，僅僅改變其幅值來控制。(2)相位控制：即保持控制電壓的幅值不變，僅僅改變其相位來控制。(3)幅-相控制：同時改變的幅值和相位來控制。171接線方法172可以用于位置的設定值2.4.2直流伺服電機定子：產生磁場永磁式電磁式：勵磁繞組（通直流電流）轉子（鐵芯、線圈）：產生電磁轉矩電樞繞組加直流電壓，產生電樞電流換向器(整流子、電刷)：改變電樞線圈的電流方向173組成勵磁或電樞繞組，一個斷電，立即停轉，不存在自轉現象。特點改變電樞電壓：改變電樞電流時間常數小、響應快、輸出轉矩大、線性較好改變勵磁電流：改變磁通（弱磁調速）匝數多、電感大、電壓變化電流變化慢，響應速度慢174控制方法理想空載轉速堵轉轉矩2.4.3步進電機步進電機又稱為脈沖電機：將脈沖電信號轉換成相應的角位移或直線位移。即給一個脈沖信號，電動機就轉動一個角度或前進一步。角位移θ(線位移s)∝脈沖數k；轉速n(線速度v)∝脈沖頻率f。175結構（三相反應式步進電機）定子:6個等分磁極，每個5個齒,磁極上有繞組轉子：40個齒，夾角：360o/40=9o，無繞組，工作原理（三相反應式步進電機）176AA′-BB′-CC′-AA′在磁場作用下，轉子齒與定子齒對齊(AA′-0號齒)A-B之間:120o/9o=13.3齒BB′：120o-13*9o=3o錯齒是促使步進電機旋轉的根本原因三相反應式步進電機三相單三拍：A-B-C-A,每改變一次通電方式為1拍,步距角30°177三相單、雙六拍:A-AB-B-BC-C-CA-A，雙極通電，穩定性好;每改變一次通電方式為1拍:步距角15°驅動電源定義：步進電動機的控制繞組中需要一系列的有一定規律的電脈沖信號，從而使電動機按照生產要求運行。這個產生一系列有一定規律的電脈沖信號的電源稱為驅動電源。組成：主要包括變頻信號源、脈沖分配器和脈沖放大器三個部分。178特點與輸入脈波同期，以步級方式運轉。以開環方式即可完成高精度定位。起動、停止的響應性優越。停止時不會有累積角度誤差。構造簡單，保養容易。要驅動步進電機必須要有控制器，只需向驅動器輸入脈沖即可簡單的以開回路方式進行高精度定位控制。應用：繪圖儀、打印機、數控加工等1792.4.4液壓缸（1）液壓缸：將液壓能轉變為機械能的、做直線往復運動（或擺動運動）的液壓執行元件。特點：強大的輸出力、穩定的運動、寬廣的工作范圍、較強的惡劣環境適應能力、簡單的結構和可靠性、靈活的安裝方式、高效率和低噪聲。分類：按運動方式可分為直線往復運動式和回轉擺動式；按受液壓力作用情況可分為單作用式、雙作用式；按結構形式可分為活塞式、柱塞式、多級伸縮套筒式，齒輪齒條式等；按安裝形式可分為拉桿、耳環、底腳、鉸軸等；按壓力等級可分為16MPa、25MPa、31.5MPa等。1802.4.4液壓缸（2）活塞式液壓缸雙桿活塞式液壓缸：活塞上所固定的活塞桿從液壓缸兩側伸出的液壓缸單桿活塞式液壓缸：活塞桿僅從液壓缸的某一側伸出的液壓缸1811822.4.4液壓缸（3）柱塞式液壓缸：單作用液壓缸擺動式液壓缸：擺動式液壓缸又稱回轉式液壓缸，也稱擺動液壓馬達。當它通入液壓油時，主軸可以輸出小于３６０°的往復擺動緩沖裝置：液壓回路中設置減速裝置或在缸體內設緩沖裝置1832.4.5液壓閥（1）分類按功能分：①壓力控制閥：溢流閥、減壓閥②方向控制閥：單向閥、換向閥③流量控制閥：節流閥、調速閥、分流閥按液壓系統壓力分：①低壓閥其允許使用壓強≤6Mpa；②中壓閥其允許使用壓強≤16Mpa；③高壓閥其允許使用壓強>16Mpa；按閥的工作方式分：①開關型液壓閥：通過控制電磁鐵的通斷來實現。②模擬量液壓閥：連續控制液壓系統的壓力、流量的變化，如比例閥、伺服閥。1841852.4.5液壓閥（2）特點動作靈活，作用可靠，工作時沖擊和振動小，噪聲小，使用壽命長。流體通過液壓閥時，壓力損失小；閥口關閉時，密封性能好，內泄漏小，無外泄漏。所控制的參量（壓力或流量）穩定，受外部干擾時變化量小。結構緊湊，安裝、調試、使用、維護方便，通用性好1862.4.6液壓泵（1）1．分類按流量是否可調節分為變量泵：輸出流量可以調節定量泵：輸出流量不能調節按液壓系統中常用的泵結構分為齒輪泵葉片泵柱塞泵螺桿泵1872.4.6液壓泵（2）性能參數壓力：指泵（或馬達）在實際工作時輸出（或輸入）油液的壓力，由外負載決定轉速：指泵（或馬達）在工作時的實際轉動速度。排量、流量：排量是指泵（或馬達）每轉一周，由密封容腔幾何尺寸變化而得的排出（或輸入）液體的體積效率：容積效率，是指其實際流量與理論流量的比值。機械效率，對液壓泵是指其理論轉矩與實際輸入轉矩的比值。總效率是指泵（或馬達）的輸出功率與輸入功率的比值。188第3章總線與網絡通信技術

Chapter3BusandNetworkCommunicationTechnology

1893.1計算機總線3.2計算機網絡3.4無線通信技術本章主要內容3.3

數據通信技術3.5工業控制網絡1903.1計算機總線3.1.1總線的基本概念3.1.2常用內部總線3.1.3常用外部總線1913.1.1總線的基本概念總線的定義一組信號線的集合。定義了各引線的信號、電氣和機械特性，使計算機系統內部的各部件之間以及外部的各系統之間建立信號聯系，進行數據傳遞和通信。總線的特點規定了各引線的信號、時序、電氣和機械特性為計算機系統內部各部件、各模塊之間或計算機各系統之間提供了標準的公共信息通路采用總線標準設計、生產的計算機模板和設備具有很強的兼容性1923.1.1總線的基本概念總線能簡化系統設計、便于組織多家專業化大規模生產，降低產品成本、提高產品性能和質量，便于產品更新換代、滿足不同用戶需求及提高可維修性等，因而得以迅速發展。如今，幾乎所有的計算機和測控系統都采用總線結構。一個系統的總線結構決定該系統的數據通路及系統結構。總線結構的好壞對系統性能有很大的影響。1933.1.1總線的基本概念----總線的分類總線技術應用十分廣泛，從芯片內部功能部件的連接，到芯片間互聯，再到由芯片組成的板卡模塊的連接，計算機與外設的連接，甚至工業控制中的現場總線，都通過不同的總線方式實現。總線分類方法比較多，按照不同分類方法，總線有不同的名稱。1943.1.1總線的基本概念----總線的分類按總線內部信息傳輸性質：數據總線(DataBus):用于傳送數據信息地址總線(AddressBus):用于傳送地址信息控制總線(ControlBus):用于傳遞控制信息和狀態信息電源總線(PowerBus):用于向系統提供電源195按總線在系統結構中的層次位置：片內總線(On-ChipBUS)

集成電路內部，用來連接各功能單元的信息通路如CPU芯片內部連接ALU、寄存器、控制器等部件的信息通路內部總線（InternalBus)

用于計算機內部模塊（板）之間通信如主板上連接CPU、存儲器、I/O接口等各種芯片的信息通路包括STD、ISA、MCA、PCI、PCI-Express等外部總線（ExternalBus)

用于計算機之間或計算機與外部設備之間通信包括IEEE488、RS232、RS485、USB等3.1.1總線的基本概念----總線的分類196圖3.2計算機總線層次結構圖片內總線計算機內部3.1.1總線的基本概念----總線的分類197按總線數據傳輸方式

：并行總線(ParallelBUS)

每個信號都有自己的信號線傳輸速度快、接口簡單使用電纜線數多串行總線（SerialBus)

多個信號復用少量信號線電纜線數少，便于遠距離傳播信號傳輸慢，接口復雜3.1.1總線的基本概念----總線的分類198按總線數據傳輸方向：單向總線數據信息只能從總線的一端向另一端發送雙向總線總線兩端均能發送數據3.1.1總線的基本概念----總線的分類在計算機總線中，通常地址總線是單向總線，數據總線是雙向總線。199總線頻率

：即總線工作時鐘頻率，通常單位為MHz是影響總線傳輸速率的重要因素之一總線寬度：總線可同時傳輸的數據位數，單位為bit（位）總線寬度越大，在同一時刻就能夠傳輸更多數據總線帶寬

：即總線傳輸率，表示在總線上每秒傳輸字節多少，單位是MB/S總線帶寬(MB/s)=1/8×總線寬度×總線頻率3.1.1總線的基本概念----總線的性能指標

注：該公示中，默認總線數據傳輸周期為1，即每周期完成一次數據傳送。2003.1.1總線的基本概念----總線的性能指標例1：在某總線系統中，總線頻率為33MHz，總線寬度32位，每個時鐘周期傳輸一個字，則該總線的傳輸速率是多少？[解]總線帶寬=一個總線周期傳送字節數×總線頻率=4B×33MHz=132MB/s。例2某總線時鐘頻率是33MHz，在一個32位總線中，總線數據傳輸周期是4個時鐘周期傳輸1個字的數據塊，該總線的數據傳輸率是多少？[解]總線帶寬=一個總線周期傳送字節數×總線頻率÷總線數據傳輸周期=4B×33MHz÷4=33MB/s。201同步方式

：分為同步方式和異步方式同步方式下，總線上主模塊與從模塊進行一次數據傳輸的時間是固定的，嚴格按照系統時鐘來進行模塊間的傳輸操作異步方式通過握手實現總線復用：通常數據總線和地址總線是物理上分開的為提高利用率，可以將總線分時復用總線控制方式：傳輸方式、仲裁方式、中斷分配、設備自動配置等3.1.1總線的基本概念----總線的性能指標2023.1.1總線的基本概念----總線標準與模版化結構總線標準

：所謂總線標準就是對總線的插座尺寸、引線數目、信號和時序所作的統一規定總線標準主要包括以下幾方面的特性：機械特性：規定模板尺寸、插頭、連接器的形狀、尺寸等規格位置電氣特性：規定信號的邏輯電平、最大額定負載能力、信號傳遞方向及電源電壓等功能特性：規定每個引腳名稱、功能、時序及協議時間特性：規定總線中任一根線在什么時間內有效203總線的模板化結構：按功能劃分計算機的各個部件，并按總線標準設計成由總線連接的模板結構：CPU主板、RAM/ROM存儲板、A/D、D/A、DI、DO等總線模板化結構的優點：增加計算機系統的通用性、靈活性、開放性、擴展性和可靠性為系統的維修提供了方便3.1.1總線的基本概念----總線標準與模版化結構2043.1.1總線的基本概念----總線仲裁與總線傳輸總線仲裁：由于總線上存在多個設備或部件同時申請占用總線的可能性，為保證同一時刻只能有一個設備獲得總線使用權，避免多對部件同時使用總線時發生信息碰撞，須對系統總線進行控制和管理，這就是總線仲裁設備按有無控制功能可分為主設備和從設備，主設備對設備有控制權，從設備只能接收數據，只有獲得總線使用權的主設備才能傳送數據總線仲裁可分集中式和分布式兩種，前者將控制邏輯集中在一處（如在CPU中），后者將總線控制邏輯分散在與總線連接的各個部件或設備上。205總線傳輸：總線在完成一次傳輸周期時，一般可分為四個階段2尋址階段主模塊和從模塊進行數據交換，數據由主模塊發出經數據總線流入從模塊主模塊的有關信息均從系統總線上撤除，讓出總線使用權1申請分配階段需要使用總線的主模塊提出申請，經總線仲裁機構決定在下一傳輸周期是否能獲得總線使用權取得使用權的主模塊通過總線發出打算訪問的從模塊存儲地址或設備地址及有關命令，啟動參與傳輸的從模塊3數據傳輸階段4結束階段3.1.1總線的基本概念----總線仲裁與總線傳輸206內部總線是計算機內部各功能模板之間進行通信的通道，是構成完整的計算機系統的內部信息樞紐。

目前存在有多種總線標準，國際上已正式公布的總線標準有：STD總線、ISA總線、MCA總線、EISA總線、PC/104總線、PCI總線、PCIExpress總線等。3.1.2常用內部總線2071978年美國PRO-LOG公司推出的一種工業標準微型計算機總線，STD是STANDARD縮寫1987年，被定名為IEEE961 STD總線起初設計為可用于64K存儲空間的8位總線，后發展成可用于尋址16M空間的16位總線56根并行總線，采用小模板結構,尺寸為165×114mm模板尺寸小,可減少沖擊和震動的影響兼容式總線結構，擁有豐富的I/O功能，廣泛適用于工業控制3.1.2常用內部總線----（1）STD總線208從1982年以后，逐步確立的IBM公司工業標準體系結構，簡稱ISA（IndustryStandardArchitecture）總