Mõõte- ja juhtimistehnoloogia ja instrument on teooria ja tehnoloogia, mis uurib teabe hankimist ja töötlemist ning sellega seotud elementide juhtimist.„Mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia ja -instrumendid” viitavad teabe kogumise, mõõtmise, salvestamise, edastamise, töötlemise ja juhtimise vahenditele ja seadmetele, sealhulgas mõõtmistehnoloogia, juhtimistehnoloogia ning neid tehnoloogiaid rakendavad seadmed ja süsteemid.
Mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia
Mõõte- ja juhtimistehnoloogia ning instrumendid põhinevad täppismasinatel, elektroonikatehnoloogial, optikal, automaatjuhtimisel ja arvutitehnoloogial.Peamiselt uuritakse erinevate täppistestimise ja juhtimistehnoloogiate uusi põhimõtteid, meetodeid ja protsesse.Viimastel aastatel on mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia rakendusuuringutes üha olulisemat rolli mänginud arvutitehnoloogia.
Mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia on rakendustehnoloogia, mida rakendatakse vahetult tootmises ja elus ning selle rakendamine hõlmab erinevaid ühiskonnaelu valdkondi, nagu "põllumajanduse, mere, maa ja õhu, toidu ja riiete kaal".Instrumentaaltehnoloogia on rahvamajanduse “kordistaja”, teadusuuringute “esimene ohvitser”, sõjaväes “lahinguvõim” ja õigusregulatsioonis “materialiseeritud kohtunik”.Arvutipõhine testimis- ja juhtimistehnoloogia ning intelligentsed ja täpsed mõõte- ja juhtimisinstrumendid ja -süsteemid on olulised sümbolid ja vahendid kaasaegses tööstus- ja põllumajandustootmises, teadus- ja tehnoloogilises uurimistöös, juhtimises, inspekteerimises ja seires ning neil on järjest olulisem roll.
Mõõte- ja juhtimistehnoloogia ning mõõteriistade tehnoloogia rakendamine
Mõõte- ja juhtimistehnoloogia on rakendustehnoloogia, mida kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades tööstuses, põllumajanduses, transpordis, navigatsioonis, lennunduses, militaar-, elektri- ja tsiviilelus.Tootmistehnoloogia arenedes mängib mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia juhtimistehnoloogias üliolulist rolli alates üksikseadme ja selle seadmete esmasest juhtimisest kuni kogu protsessi ja isegi süsteemi juhtimiseni, eriti tänapäeva tipptehnoloogias. kaasaegse teaduse ja tehnoloogia vallas.
Metallurgiatööstuses hõlmab mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia rakendamine: kuuma kõrgahju juhtimist, laadimisjuhtimist ja kõrgahju juhtimist raua valmistamise protsessis, rõhu reguleerimist, valtspingi kiiruse reguleerimist, rullide juhtimist jne terase valtsimisprotsessis ning selles kasutatavad mitmesugused tuvastamisriistad.
Elektrienergiatööstuses hõlmab mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia rakendamine katla põlemisjuhtimissüsteemi, auruturbiini automaatse jälgimise, automaatse kaitse, automaatse reguleerimise ja automaatse programmijuhtimissüsteemi ning võimsuse sisend- ja väljundjuhtimissüsteemi. mootor.
Söetööstuses hõlmab mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia rakendamine: kivisöepõhja metaani logimisseade söekaevandusprotsessis, kaevandusõhu koostise tuvastamise instrument, kaevandusgaasidetektor, maa-alune ohutuse seiresüsteem jne, koksi kustutamise protsessi juhtimine ja gaasi taaskasutamise kontroll. söe rafineerimisprotsess, rafineerimisprotsessi juhtimine, tootmismasinate ülekande juhtimine jne.
Naftatööstuses hõlmab mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia rakendus: magnetlokaator, veesisalduse mõõtur, manomeeter ja muud õlitootmisprotsessis metsaraie tehnoloogiat toetavad mõõteriistad, toitesüsteem, veevarustussüsteem, auruvarustussüsteem, gaasivarustussüsteem , Ladustamis- ja transpordisüsteem ning kolm jäätmekäitlussüsteemi ja tuvastusinstrumendid suure hulga parameetrite jaoks pidevas tootmisprotsessis.
Keemiatööstuses hõlmab mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia rakendamine: temperatuuri mõõtmist, vooluhulga mõõtmist, vedeliku taseme mõõtmist, kontsentratsiooni, happesuse, niiskuse, tiheduse, hägususe, kütteväärtuse ja erinevate segatud gaasikomponentide mõõtmist.Juhtinstrumendid, mis kontrollivad regulaarselt kontrollitavaid parameetreid jne.
Masinatööstuses hõlmab mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia rakendamine: täppis-digitaaljuhtimistööpinke, automaatseid tootmisliine, tööstusroboteid jne.
Lennundustööstuses hõlmab mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia rakendamine: selliste parameetrite mõõtmist nagu õhusõiduki lennukõrgus, lennukiirus, lennu olek ja suund, kiirendus, ülekoormus ja mootori olek, kosmosesõidukite tehnoloogia, kosmoselaeva tehnoloogia ja kosmosesõidukite mõõtmine. ja juhtimistehnoloogia.Oota.
Sõjavarustuses hõlmab mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia rakendamine: täppisjuhtimisega relvi, intelligentset laskemoona, sõjaväe automatiseerimise juhtimissüsteemi (C4IRS süsteem), kosmose sõjavarustust (näiteks mitmesugused sõjalised luure-, side-, varajase hoiatamise, navigatsioonisatelliidid jne. .).
Mõõte- ja juhtimistehnoloogia kujunemine ja arendamine
Teaduse ja tehnika arengu ajaloolised faktid Inimese looduse mõistmise ja muutumise ajalugu on samuti oluline osa inimtsivilisatsiooni ajaloost.Teaduse ja tehnoloogia areng sõltub esmalt mõõtmistehnoloogia arengust.Kaasaegne loodusteadus algab mõõtmisest selle tegelikus tähenduses.Paljud silmapaistvad teadlased unistavad olla teadusinstrumentide leiutajad ja mõõtmismeetodite rajajad.Mõõtmistehnoloogia areng juhib otseselt teaduse ja tehnoloogia arengut.
Esimene tehnoloogiline revolutsioon
17. ja 18. sajandil hakkas tekkima mõõtmis- ja juhtimistehnoloogia.Mõned Euroopa füüsikud hakkasid lihtsate galvanomeetrite valmistamiseks kasutama voolu- ja magnetvälja jõudu ning teleskoopide valmistamiseks optilisi läätsi, pannes sellega aluse elektri- ja optilistele instrumentidele.1760. aastatel algas Ühendkuningriigis esimene teaduslik ja tehnoloogiline revolutsioon.Kuni 19. sajandini laienes esimene teaduslik ja tehnoloogiline revolutsioon Euroopasse, Ameerikasse ja Jaapanisse.Sel perioodil on kasutatud mõningaid lihtsaid mõõteriistu, näiteks pikkuse, temperatuuri, rõhu jms mõõtmise vahendeid.Elus on loodud tohutu tootlikkus.
Teine tehnoloogiline revolutsioon
Mitmed arengud elektromagnetismi vallas 19. sajandi alguses vallandas teise tehnoloogilise revolutsiooni.Voolu mõõtmise instrumendi leiutamise tõttu pandi elektromagnetism kiiresti õigele teele ja üks avastus teise järel kasvas.Elektriajastu saabumisele aitasid kaasa paljud leiutised elektromagnetismi vallas, nagu telegraaf, telefon, generaator jne.Samal ajal on tekkimas ka mitmesugused muud mõõtmis- ja vaatlusriistad, näiteks täppis-esimese klassi teodoliit, mida kasutati kõrguse mõõtmiseks enne 1891. aastat.
Kolmas tehnoloogiline revolutsioon
Pärast Teist maailmasõda soodustas eri riikide tungiv vajadus kõrgtehnoloogia järele tootmistehnoloogia ümberkujundamist üldiselt mehhaniseerimiselt elektrifitseerimisele ja automatiseerimisele ning teadusteoreetilistes uuringutes tehti rida olulisi läbimurdeid.
Sel perioodil hakkas tööstuslikult arenema töötlev tööstus, mida esindavad elektromehaanilised tooted.Toodete masstootmise tunnused on tsüklilised operatsioonid ja vooluoperatsioonid.Nende automaatseks muutmiseks on vaja automaatselt tuvastada tooriku asukoht töötlemise ja tootmise kõrvaldamise etapis., suurus, kuju, kehahoiak või jõudlus jne. Selleks on vaja suurt hulka mõõte- ja juhtimisseadmeid.Teisest küljest nõuab naftat toorainena kasutava keemiatööstuse tõus suurel hulgal mõõte- ja juhtimisseadmeid.Automatiseeritud mõõteriistad hakati standardiseerima ja nõudmisel moodustati automaatne juhtimissüsteem.Samas sündisid sel perioodil ka CNC-tööpingid ja robotitehnoloogia, milles mõõtmis- ja juhtimistehnoloogial ning -instrumentidel on olulised rakendused.
Teaduse ja tehnoloogia arenguga on mõõteriistadest saanud asendamatu tehniline tööriist mõõtmisel, juhtimisel ja automatiseerimisel, alustades lihtsast mõõtmisest ja vaatlusest.Erinevate aspektide vajaduste rahuldamiseks on aparatuur laienenud traditsioonilistelt rakendusaladelt mittetraditsiooniliste rakendusvaldkondadeni, nagu biomeditsiin, ökoloogiline keskkond ja biotehnoloogia.
Alates 21. sajandist on suur hulk uusimaid tehnoloogilisi saavutusi, nagu nanomõõtmeliste täppismasinate uurimistulemused, molekulaarsel tasemel kaasaegsed keemiauuringute tulemused, geenitaseme bioloogiliste uuringute tulemused ja ülitäpsed ülijõudlusega spetsiaalsete funktsionaalsete materjalide uuringud. tulemused ja globaalsed Võrgutehnoloogia populariseerimise ja rakendamise tulemused on üksteise järel välja tulnud, mis on põhimõtteline muutus instrumentatsiooni vallas ning soodustab uue kõrgtehnoloogiliste ja intelligentsete instrumentide ajastu tulekut.
Andurid mõõtmis- ja juhtimissüsteemides
Üldine mõõte- ja juhtimissüsteem koosneb anduritest, vahemuunduritest ja kuvasalvestitest.Andur tuvastab ja teisendab mõõdetud füüsikalise suuruse mõõdetud füüsikaliseks suuruseks.Vahemuundur analüüsib, töötleb ja teisendab anduri väljundit signaaliks, mida saab vastu võtta järgnev instrument, ning väljastab selle teistele süsteemidele või mõõdab ekraanisalvesti.Tulemused kuvatakse ja salvestatakse.
Andur on mõõtesüsteemi esimene lüli.Juhtimissüsteemi jaoks, kui võrrelda arvutit ajuga, siis andur on samaväärne viie meelega, mis mõjutab otseselt süsteemi juhtimistäpsust.
Andur koosneb üldiselt tundlikest elementidest, teisendusfailidest ja konversiooniahelatest.Mõõdetud väärtust tunneb tundlik element vahetult ja teatud parameetri väärtuse muutusel on kindel seos mõõdetud väärtuse muutumisega ning seda parameetrit on lihtne mõõta ja väljastada;seejärel muundatakse tundliku elemendi väljund teisenduselemendi poolt elektriliseks parameetriks;Lõpuks võimendab muundusahel konversioonielemendi poolt väljastatavaid elektrilisi parameetreid ja teisendab need kasulikeks elektrisignaalideks, mida on mugav kuvada, salvestada, töödelda ja juhtida.
Praegune olukord ja uute andurite väljatöötamine
Sensingutehnoloogia on tänapäeval üks kiiremini arenevaid kõrgtehnoloogiaid maailmas.Uus andur ei taotle mitte ainult suurt täpsust, suurt ulatust, suurt töökindlust ja madalat energiatarbimist, vaid areneb ka integreerimise, miniaturiseerimise, digiteerimise ja intelligentsuse suunas.
1. Arukas
Anduri intelligentsus viitab tavapäraste andurite funktsioonide ja arvutite või muude komponentide funktsioonide kombinatsioonile, moodustades sõltumatu koostu, millel pole mitte ainult teabe kogumise ja signaali muundamise funktsioonid, vaid ka andmetöötlusvõime. , hüvitiste analüüs ja otsuste tegemine.
2. Võrgustiku loomine
Anduri võrgustamine on võimaldada anduril olla arvutivõrguga ühenduse loomise funktsioon, et realiseerida kaugteabe edastamise ja töötlemise võime, st teostada mõõtmise "horisondiülest" mõõtmist. ja juhtimissüsteem.
3. Miniaturiseerimine
Anduri miniatuursuse väärtus vähendab oluliselt anduri helitugevust tingimusel, et funktsiooni ei muudeta või isegi täiustatakse.Miniaturiseerimine on kaasaegse täppismõõtmise ja juhtimise nõue.Põhimõtteliselt on nii, et mida väiksem on anduri suurus, seda väiksem on mõju mõõdetavale objektile ja keskkonnale, seda väiksem on energiakulu ning seda lihtsam on saavutada täpset mõõtmist.
4. Integratsioon
Andurite integreerimine viitab kahe järgmise suuna integreerimisele:
(1) Mitme mõõteparameetri integreerimine võib mõõta mitut parameetrit.
(2) Anduri ja järgnevate vooluahelate integreerimine, st tundlike komponentide, muunduskomponentide, muundusahelate ja isegi toiteallikate integreerimine samale kiibile, nii et sellel oleks kõrge jõudlus.
5. Digitaliseerimine
Anduri digitaalne väärtus seisneb selles, et anduri poolt väljastatav teave on digitaalne suurus, mis suudab realiseerida kaug- ja ülitäpse edastuse ning mida saab ühendada digitaalse töötlemisseadmega, näiteks arvutiga, ilma vahelülideta.
Andurite integreerimine, intelligentsus, miniaturiseerimine, võrgustumine ja digiteerimine ei ole sõltumatud, vaid täiendavad ja omavahel seotud ning nende vahel puudub selge piir.
Juhtimistehnoloogia mõõtmis- ja juhtimissüsteemis
Juhtimise põhiteooria
1. Klassikaline kontrolliteooria
Klassikaline juhtimisteooria koosneb kolmest osast: lineaarse juhtimise teooria, valimijuhtimise teooria ja mittelineaarse juhtimise teooria.Klassikaline küberneetika kasutab Laplace'i teisendust ja Z-teisendust matemaatiliste tööriistadena ning võtab peamise uurimisobjektina ühe sisendi-ühe väljundi lineaarse püsisüsteemi.Süsteemi kirjeldav diferentsiaalvõrrand teisendatakse Laplace'i teisenduse või Z teisenduse abil kompleksarvu domeeniks ja saadakse süsteemi ülekandefunktsioon.Ja ülekandefunktsioonil põhinev trajektoori ja sageduse uurimismeetod, mis keskendub tagasiside juhtimissüsteemi stabiilsuse ja püsiseisundi täpsuse analüüsimisele.
2. Kaasaegne kontrolliteooria
Kaasaegne juhtimisteooria on olekuruumi meetodil põhinev juhtimisteooria, mis on automaatjuhtimise teooria põhikomponent.Kaasaegses juhtimisteoorias toimub juhtimissüsteemi analüüs ja projekteerimine peamiselt süsteemi olekumuutujate kirjeldamise teel ning põhimeetodiks on ajapiirkonna meetod.Kaasaegne juhtimisteooria suudab käsitleda palju laiemat valikut juhtimisprobleeme kui klassikaline juhtimisteooria, sealhulgas lineaarsed ja mittelineaarsed süsteemid, statsionaarsed ja ajaliselt muutuvad süsteemid, ühe muutujaga süsteemid ja mitme muutujaga süsteemid.Selle kasutatavad meetodid ja algoritmid sobivad paremini ka digitaalarvutite jaoks.Kaasaegne juhtimisteooria pakub ka võimalust kavandada ja konstrueerida optimaalseid juhtimissüsteeme koos kindlaksmääratud jõudlusnäitajatega.
Kontrollsüsteem
Juhtimissüsteem koosneb juhtimisseadmetest (sh kontrollerid, täiturmehhanismid ja andurid) ja juhitavatest objektidest.Juhtseade võib olla inimene või masin, mis on automaatjuhtimise ja käsitsi juhtimise erinevus.Automaatjuhtimissüsteemi jaoks võib selle erinevate juhtimispõhimõtete kohaselt jagada avatud ahelaga juhtimissüsteemiks ja suletud ahela juhtimissüsteemiks;vastavalt antud signaalide klassifikatsioonile saab selle jagada konstantse väärtuse juhtimissüsteemiks, järelkontrollisüsteemiks ja programmijuhtimissüsteemiks.
Virtuaalsete instrumentide tehnoloogia
Mõõtevahend on mõõte- ja juhtimissüsteemi oluline osa, mis jaguneb kahte tüüpi: sõltumatu instrument ja virtuaalne instrument.
Sõltumatu instrument kogub, töötleb ja väljastab instrumendi signaali sõltumatus šassiis, sellel on juhtpaneel ja erinevad pordid ning kõik funktsioonid on olemas riistvara või püsivara kujul, mis määrab, et sõltumatut instrumenti saab määratleda ainult tootja., litsentsi, mida kasutaja muuta ei saa.
Virtuaalinstrument lõpetab signaali analüüsi ja töötlemise, tulemuse väljendamise ja väljastamise arvutis või sisestab arvutisse andmehõivekaardi ning eemaldab arvutist kolm instrumendi osa, mis murrab läbi traditsioonilise. instrumendid.piirang.
Virtuaalsete instrumentide tehnilised omadused
1. Võimsad funktsioonid, mis integreerivad arvutite võimsa riistvaratoe, murravad läbi traditsiooniliste instrumentide piirangud töötlemisel, kuvamisel ja salvestamisel.Standardkonfiguratsioon on: suure jõudlusega protsessor, suure eraldusvõimega ekraan, suure mahutavusega kõvaketas.
2. Arvutitarkvara ressursid realiseerivad mõne masina riistvara tarkvara, säästavad materiaalseid ressursse ja suurendavad süsteemi paindlikkust;vastavate numbriliste algoritmide kaudu saab reaalajas otse teostada erinevaid testandmete analüüsi ja töötlemist;GUI (graafiline kasutajaliides) tehnoloogia abil, et saavutada tõeliselt sõbralik liides ning inimese ja arvuti suhtlus.
3. Arvestades arvuti siini ja modulaarset instrumendi siini, on instrumendi riistvara moduleeritud ja seeriastatud, mis vähendab oluliselt süsteemi suurust ja hõlbustab modulaarsete instrumentide ehitamist.
Virtuaalse instrumendisüsteemi koosseis
Virtuaalne instrument koosneb riistvaraseadmetest ja liidestest, seadme draiveri tarkvarast ja virtuaalsest armatuurlauast.Nende hulgas võivad riistvaraseadmed ja liidesed olla mitmesugused arvutipõhised sisseehitatud funktsioonikaardid, universaalliidese siiniliidese kaardid, jadapordid, VXI siini instrumentide liidesed jne või muud erinevad programmeeritavad välised testimisseadmed. Seadme draiveri tarkvara on draiveriprogramm, mis juhib otseselt erinevaid riistvaraliideseid.Virtuaalne instrument suhtleb reaalse instrumendisüsteemiga läbi selle aluseks oleva seadmedraiveri tarkvara ning kuvab arvutiekraanil virtuaalse armatuurlaua kujul reaalse näidikupaneeli vastavaid tööelemente.Erinevad juhtnupud.Kasutaja juhib virtuaalse instrumendi paneeli hiirega sama reaalselt ja mugavalt kui pärisinstrumendiga.
Mõõte- ja juhtimistehnoloogia ning instrumendi eriala on traditsiooniline ja täis arenguväljavaateid.Väidetavalt on see traditsiooniline, kuna sellel on iidne päritolu, see on kogenud sadu aastaid kestnud arengut ja mänginud olulist rolli sotsiaalses arengus.Traditsioonilise erialana hõlmab see korraga paljusid erialasid, mistõttu on sellel endiselt tugev elujõud.
Kaasaegse mõõte- ja juhtimistehnoloogia, elektroonilise infotehnoloogia ja arvutitehnoloogia edasiarendamisega on see avanud uue võimaluse innovatsiooniks ja arendamiseks, mis kindlasti toodab erinevates valdkondades üha kriitilisemaid rakendusi.
Postitusaeg: 21.11.2022