現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)PPT課件.ppt

2020 3 27 模塊十現(xiàn)代測(cè)量技術(shù) 科技發(fā)展的腳步越來(lái)越快 人類(lèi)已經(jīng)置身于信息時(shí)代 而作為信息獲取最重要和最基本的技術(shù) 傳感器技術(shù) 也得到了極大的發(fā)展 傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過(guò)去的單一化漸漸向集成化 微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 促進(jìn)現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)手段更快 更廣泛發(fā)展 測(cè)量技術(shù)將在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)生革命性變化 1 2020 3 27 模塊十現(xiàn)代測(cè)量技術(shù) 課題一智能傳感器課題二總線式傳感器 2020 3 27 2 2020 3 27 任務(wù)導(dǎo)入 據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明 每年有26萬(wàn)起交通事故是由于輪胎故障引起的 而75 的輪胎故障是由輪胎氣壓不足或滲漏造成的 爆胎造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大 有鑒于此 多數(shù)新型汽車(chē)都要安裝輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng) 主要用于汽車(chē)行駛過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎氣壓 并對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警 預(yù)防爆胎 以保障行車(chē)安全 課題一智能傳感器 3 2020 3 27 4 2020 3 27 本課題的任務(wù)就是用智能壓力傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)輪胎壓力 確保行車(chē)安全 什么是智能傳感器 智能傳感器如何來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè) 駕駛者如何直觀地了解各個(gè)輪胎的溫度 氣壓狀況 5 2020 3 27 知識(shí)點(diǎn) 了解智能傳感器的概念和組成 技能點(diǎn) 掌握智能傳感器的適用范圍 6 2020 3 27 一 智能傳感器 所謂智能傳感器就是一種帶有微處理機(jī)的兼有信息檢測(cè) 信息處理 信息記憶 邏輯思維與判斷功能的傳感器 使之具備了某些人工智能 它將機(jī)械系統(tǒng)及結(jié)構(gòu) 電子產(chǎn)品和信息技術(shù)完美結(jié)合 使傳感器技術(shù)有了本質(zhì)性的提高 智能傳感器必須具備通信功能 不具備通信功能 就不能稱之為智能傳感器 相關(guān)知識(shí) 7 2020 3 27 智能傳感器主要由四部分構(gòu)成 電源 敏感元件 信號(hào)處理單元和通信接口 敏感元件將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 通過(guò)放大 A D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 再經(jīng)過(guò)微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 校準(zhǔn) 補(bǔ)償 濾波 最后通過(guò)通信接口 與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換 完成測(cè)量與控制功能 8 2020 3 27 美國(guó)通用公司的智能傳感器NPXII代表了世界上最新一代的遠(yuǎn)程輪胎壓力監(jiān)測(cè)傳感器 NPXII傳感器集成了一個(gè)硅壓力傳感器 加速度傳感器 溫度傳感器 電壓傳感器和低功耗8位微處理器 以及一個(gè)低頻觸發(fā)輸入級(jí) 以靈活滿足客戶的特殊解決方案和降低成本的需要 9 2020 3 27 10 2020 3 27 輪胎壓力監(jiān)測(cè)傳感器安裝在汽車(chē)的四個(gè)輪胎中高靈敏的智能傳感器 在汽車(chē)行駛狀態(tài)下實(shí)時(shí) 動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)輪胎溫度和壓力 然后將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線數(shù)字信號(hào)發(fā)射到主機(jī) 接收器 進(jìn)行處理 并在主機(jī)液晶顯示屏上以數(shù)字加圖案的形式同時(shí)顯示出四個(gè)輪胎中的溫度和氣壓值 駕駛者可以直觀地了解各個(gè)輪胎的溫度氣壓狀況 當(dāng)出現(xiàn)輪胎氣壓過(guò)低 過(guò)高 漏氣或溫度過(guò)高等異常情況時(shí) 系統(tǒng)都能夠自動(dòng)報(bào)警 從而使駕駛員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 避免輪胎非正常損傷 有效預(yù)防爆胎 保障行車(chē)安全 11 2020 3 27 智能傳感器NPXII具有適合輪胎監(jiān)測(cè)應(yīng)用的獨(dú)特優(yōu)勢(shì) 1 帶加速度傳感器的智能傳感器 使用者可以任意設(shè)定啟動(dòng)監(jiān)測(cè)輪胎壓力系統(tǒng)的速度 2 更加安全智慧的氣壓檢測(cè)算法 當(dāng)車(chē)子時(shí)速超過(guò)設(shè)定速度時(shí) 傳感器發(fā)射輪胎信息 時(shí)速越高檢測(cè)次數(shù)也隨之增加 3 靜態(tài)智能檢測(cè) 當(dāng)車(chē)輛靜止時(shí) 如果輪胎充放氣或溫度發(fā)生變化 也可觸發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 4 發(fā)射傳感器電池容量監(jiān)測(cè) 對(duì)發(fā)射傳感器電池容量直接監(jiān)測(cè) 如電池容量過(guò)低 顯示器會(huì)有信息通知用戶更換電池 確保安全 5 智能識(shí)別碼設(shè)置 系統(tǒng)自動(dòng)接收并顯示各個(gè)發(fā)射傳感器的識(shí)別碼和狀態(tài) 12 2020 3 27 二 智能傳感器的功能 智能傳感器與傳統(tǒng)的傳感器相比 最突出特征是數(shù)字化 智能化 陣列化 微小型化和微系統(tǒng)化 1 它具有邏輯思維與判斷 信息處理功能 可對(duì)檢測(cè)數(shù)值進(jìn)行分析 修正和誤差補(bǔ)償 提高了傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度 2 它具有自診斷 自校準(zhǔn)功能 提高了可靠性 3 它可以實(shí)現(xiàn)多傳感器多參數(shù)復(fù)合測(cè)量 可同時(shí)測(cè)量介質(zhì)的溫度 流速 壓力和密度的復(fù)合傳感器等 4 它內(nèi)部設(shè)有存儲(chǔ)器 檢測(cè)的數(shù)據(jù)可以存取 5 它具有數(shù)字通信接口 能與計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī) 交換信息 這是智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器的關(guān)鍵區(qū)別之一 6 最新智能傳感器還增加了傳感器故障檢測(cè)功能 7 一些智能傳感器還增加了靜電保護(hù)電路 智能傳感器的輸入端一般可承受1000 4000V的靜電放電電壓 13 2020 3 27 三 智能傳感器的適用場(chǎng)所 1 在分布式多點(diǎn)測(cè)試 集中控制采集 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)離集中控制中心的場(chǎng)合 如果采用傳統(tǒng)的傳感器 將造成技術(shù)復(fù)雜 設(shè)備成本高 數(shù)據(jù)傳輸易受干擾 測(cè)量精度低 系統(tǒng)誤差大等缺點(diǎn) 而智能傳感器便能解決上述問(wèn)題 2 安裝現(xiàn)場(chǎng)受空間條件限制的場(chǎng)所 如埋入大型電機(jī)繞線內(nèi)部 通風(fēng)道內(nèi)部 電子組合件內(nèi)部 如果采用傳統(tǒng)的傳感器 需要定期校驗(yàn) 檢測(cè) 但是由于空間的限制很難完成 而智能傳感器具有自檢測(cè) 自診斷 定期自動(dòng)零點(diǎn)復(fù)位 消除零位誤差等功能 獨(dú)立的內(nèi)部診斷功能可避免代價(jià)高昂的拆機(jī) 校驗(yàn) 從而迅速收回投資 14 2020 3 27 3 在自動(dòng)化程度高 規(guī)模大的自動(dòng)化生產(chǎn)線上 如 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制 發(fā)電廠 熱電廠 大型中央空調(diào)設(shè)備用戶端等 在這些場(chǎng)合 測(cè)量 控制點(diǎn)多 遠(yuǎn)距離分散 數(shù)據(jù)量大 人工處理不現(xiàn)實(shí) 采用智能傳感器即可解決這一錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題 能從測(cè)量過(guò)程中收集大量的信息以提高控制質(zhì)量 4 在經(jīng)常無(wú)人看守 但需要檢測(cè)的場(chǎng)合 如農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖場(chǎng) 溫棚 溫室 干燥房 糧食倉(cāng)庫(kù)等 屬于遠(yuǎn)距離 分散式 多點(diǎn)測(cè)試 采用智能傳感器能監(jiān)視自身及周?chē)沫h(huán)境 然后再?zèng)Q定是否對(duì)變化進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償或?qū)ο嚓P(guān)人員發(fā)出警告 15 2020 3 27 輪胎壓力監(jiān)測(cè)可以有兩種方案 方案一 間接式輪胎壓力監(jiān)測(cè) 可以通過(guò)汽車(chē)ABS的輪速傳感器來(lái)比較各個(gè)輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別 以達(dá)到監(jiān)視胎壓的目的 其缺點(diǎn)是無(wú)法對(duì)兩個(gè)以上輪胎同時(shí)缺氣的狀況和速度超過(guò)100公里 小時(shí)的情況進(jìn)行判斷 方案二 直接式輪胎壓力監(jiān)測(cè) 以鋰離子電池為電源 利用安裝在每一個(gè)輪胎里的的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓 通過(guò)無(wú)線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺(tái)的監(jiān)視器上 監(jiān)視器隨時(shí)顯示各輪胎氣壓 駕駛者可以直觀地了解各個(gè)輪胎的氣壓狀況 當(dāng)輪胎氣壓太低 滲漏 太高 或溫度太高時(shí) 系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警 任務(wù)實(shí)施 16 2020 3 27 經(jīng)試驗(yàn)證明 直接方式提供了更為精確的輪胎壓力監(jiān)視 而且采用胎壓監(jiān)測(cè)傳感器具有體積小 安裝方便的優(yōu)點(diǎn) 在更換輪胎時(shí) 不需要拆除傳感器 方便了用戶 智能傳感器可應(yīng)用于各種領(lǐng)域 各種環(huán)境的自動(dòng)化測(cè)試和控制系統(tǒng) 使用方便靈活 測(cè)試精度高 優(yōu)于任何傳統(tǒng)的數(shù)字化 自動(dòng)化測(cè)控設(shè)備 17 2020 3 27 任務(wù)導(dǎo)入 課題二總線式傳感器 現(xiàn)代汽車(chē)中所使用的電子控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)越來(lái)越多 如發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng) 自動(dòng)變速器的控制系統(tǒng) 防抱死制動(dòng)系統(tǒng) ABS 自動(dòng)巡航系統(tǒng) ACC 和車(chē)載多媒體系統(tǒng)等 這些系統(tǒng)之間 系統(tǒng)和汽車(chē)儀表之間均需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 如此巨大的數(shù)據(jù)交換量 如采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的方法 一個(gè)中級(jí)轎車(chē)就需要電纜插頭300個(gè)左右 電纜總長(zhǎng)超過(guò)1 6Km 不但裝配復(fù)雜 占用空間大 而且故障率會(huì)很高 因此 用串行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 即現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng) 可以解決上述矛盾 18 2020 3 27 19 2020 3 27 所有參加現(xiàn)場(chǎng)總線 CAN總線 的分系統(tǒng)都可以通過(guò)其控制單元上的現(xiàn)場(chǎng)總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收 數(shù)據(jù)在串聯(lián)總線上可以一個(gè)接一個(gè)的傳送 現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)多路傳輸系統(tǒng) 當(dāng)某一單元出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響其他單元的工作 數(shù)據(jù)總線如何能實(shí)現(xiàn)多路傳輸?shù)哪?本課題的任務(wù)就是了解現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)和核心 20 2020 3 27 知識(shí)點(diǎn) 了解現(xiàn)場(chǎng)總線的種類(lèi) 學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)總線的適用場(chǎng)所 技能點(diǎn) 掌握總線式傳感器的組網(wǎng)方法 21 2020 3 27 一 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 相關(guān)知識(shí) 生產(chǎn)過(guò)程控制儀表是工業(yè)自動(dòng)化中最常用的 不可缺少的一部分 多數(shù)儀表輸出多為4 20mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 但是這種基于模擬信號(hào)的測(cè)量?jī)x表 暴露出許多缺點(diǎn) 已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的需要 22 用戶需求 一個(gè)電站需要5000臺(tái)傳感器及其儀表 一個(gè)鋼鐵廠需要2萬(wàn)臺(tái)傳感器及其儀表 大型石油化工廠需要6000臺(tái)傳感器及其儀表 大型發(fā)電機(jī)組需要3000臺(tái)傳感器及其儀表 一部汽車(chē)需要30至100臺(tái)傳感器 一架飛機(jī)需要3600臺(tái)傳感器 2020 3 27 2020 3 27 23 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn) 一對(duì)一結(jié)構(gòu) 信息集成能力不強(qiáng) 系統(tǒng)不開(kāi)放 可集成性差 專(zhuān)業(yè)性不強(qiáng) 可靠性不易保證 參數(shù)不易調(diào)整 現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法調(diào)整 控制 互換性差 可維護(hù)性不高 2020 3 27 2020 3 27 24 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)接線方式的比較 a 傳統(tǒng)的接線方式b 現(xiàn)場(chǎng)總線接線方式 2020 3 27 2020 3 27 25 2020 3 27 什么是現(xiàn)場(chǎng)總線 現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室主機(jī)系統(tǒng)之間的一種開(kāi)放的 全數(shù)字化 雙向 多站的通信系統(tǒng) 國(guó)際電工委員會(huì)IEC1158定義為 安裝在制造或生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式 串行 多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線 現(xiàn)場(chǎng)總線是工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的代名詞 是測(cè)控領(lǐng)域的通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 26 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 一對(duì)N結(jié)構(gòu) 增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)信息集成能力 開(kāi)放式 互操作性 互換性 可集成性 系統(tǒng)可靠性高 可維護(hù)性好 降低了系統(tǒng)及工程成本 每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表就是一臺(tái)微處理器 并由各節(jié)點(diǎn)構(gòu)成虛擬控制站 這要求采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 2020 3 27 2020 3 27 27 2020 3 27 二 現(xiàn)場(chǎng)總線的核心與基礎(chǔ) 1 現(xiàn)場(chǎng)總線類(lèi)型的核心 總線協(xié)議總線協(xié)議技術(shù)是 信息時(shí)代 的高新技術(shù) 它可應(yīng)用于不同的領(lǐng)域之中 但在各自領(lǐng)域中是完全獨(dú)立系統(tǒng) 如火力發(fā)電 核電 冶金 油田 石化 汽車(chē)制造 機(jī)械制造 樓宇 以及農(nóng)田企業(yè)化 節(jié)水灌溉 水電 風(fēng)力發(fā)電 釀造 輕工等等 在不同的應(yīng)用領(lǐng)域可以用不同總線協(xié)議技術(shù) 對(duì)于各類(lèi)總線而言 其核心是各類(lèi) 總線協(xié)議 而這些協(xié)議的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn) 28 2020 3 27 2 現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ) 智能測(cè)量?jī)x表現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表包括多類(lèi)工業(yè)測(cè)量裝置 包括流量 壓力 溫度 振動(dòng) 轉(zhuǎn)速等傳感器 也包括電子開(kāi)關(guān) 執(zhí)行器和電子馬達(dá)等 以往的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表輸出為4 20mA 便于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸 而安裝于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表 必須符合下列要求 1 無(wú)論是哪個(gè)公司生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)裝置 它必須與它所處的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有統(tǒng)一的總線協(xié)議 遵守相關(guān)的通訊規(guī)約 2 用于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)裝置必須是多功能智能化的 正是由于現(xiàn)場(chǎng)裝置智能化的進(jìn)步與完善 它已成為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)有力的硬件支撐 是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的基礎(chǔ) 29 智能壓力傳感器 AIBlock模擬量輸入塊 Pressure壓力 mV OUT 2020 3 27 2020 3 27 30 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)給用戶帶來(lái)的好處 1 節(jié)省硬件成本 2 設(shè)計(jì)組態(tài)安裝調(diào)試簡(jiǎn)便 3 系統(tǒng)的安全可靠性好 4 減少故障停機(jī)時(shí)間 5 用戶對(duì)系統(tǒng)配置設(shè)備選型有最大的自主權(quán) 6 系統(tǒng)維護(hù)設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)充方便 7 完善了企業(yè)信息系統(tǒng) 為實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)化提供了基礎(chǔ) 2020 3 27 2020 3 27 31 采用智能設(shè)備管理來(lái)投運(yùn)儀表 2020 3 27 2020 3 27 32 2020 3 27 33 2020 3 27 34 2020 3 27 三 網(wǎng)絡(luò)傳感器 雖然總線式儀器 虛擬儀器等微機(jī)化儀器技術(shù)的應(yīng)用 使組建集中式或分布式測(cè)控系統(tǒng)變得更為容易 但集中測(cè)控越來(lái)越滿足不了復(fù)雜的 遠(yuǎn)程 異地 的和范圍較大的測(cè)控任務(wù)的需求 因此 組建網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)控系統(tǒng)非常必要 使用網(wǎng)絡(luò)傳感器 人們可以從任何地點(diǎn)在任意時(shí)間獲取到測(cè)量信息 或數(shù)據(jù) 與傳統(tǒng)的儀器 測(cè)量 測(cè)試相比 是一個(gè)質(zhì)的飛躍 35 2020 3 27 網(wǎng)絡(luò)傳感器是包含數(shù)字傳感器 網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新一代智能傳感器 數(shù)字傳感器首先將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 再送給微控制器作數(shù)據(jù)處理 最后將測(cè)量結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制儀表 實(shí)現(xiàn)了各傳感器之間 傳感器與執(zhí)行器之間 傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享 做到 即插即用 極大地方便了用戶 36 2020 3 27 37 2020 3 27 自動(dòng)抄表系統(tǒng)用于水 電 氣不同行業(yè)的自動(dòng)抄表與收費(fèi)管理 在某種意義上 可以稱為網(wǎng)絡(luò)化儀器 因?yàn)樽詣?dòng)抄表系統(tǒng)雖然沒(méi)有通過(guò)Internet互聯(lián)網(wǎng) 但采用公用電話網(wǎng) 即管理中心與小區(qū)電話有線連接 經(jīng)公用電話網(wǎng)對(duì)異地用電 用氣等信息進(jìn)行測(cè)取和監(jiān)控 為管理部門(mén)提供各種信息 38 2020 3 27 39 2020 3 27 四 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器是低成本 具有傳感數(shù)據(jù)處理和無(wú)線通信能力的智能傳感器 通過(guò)基站或移動(dòng)路由器等基礎(chǔ)通信設(shè)施 以自組織方式形成傳感器網(wǎng)絡(luò) 可以有幾百甚至幾千個(gè)傳感器部署在監(jiān)測(cè)地域 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器由許多個(gè)功能相同或不同的無(wú)線智能傳感器組成 每個(gè)傳感器除了包含智能傳感器所必備的功能外 還具有無(wú)線通信功能 具有無(wú)線收發(fā)器模塊 且自帶供電模塊 40 2020 3 27 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器可以安裝在危險(xiǎn)工作環(huán)境 如煤礦 石油鉆井 核電站等工作環(huán)境 也可以安裝在野外無(wú)人看守的惡劣環(huán)境中 如自然環(huán)境的監(jiān)控 野外傳輸管道流量監(jiān)測(cè)等 還可以安裝在工廠的排放口 實(shí)時(shí)檢測(cè)工廠的廢水 廢氣等污染源 把操作人員從高危環(huán)境中解放出來(lái) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器必須具有良好的抗毀能力 如果某一傳感器測(cè)試單元損壞 可以利用其他節(jié)點(diǎn)完成信息采集 處理和傳輸 由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大 因此傳感器的成本必須盡可能的低 同時(shí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感