Tehnologija i instrument mjerenja i upravljanja je teorija i tehnologija koja proučava prikupljanje i obradu informacija i kontrolu povezanih elemenata."Tehnologija i instrumenti mjerenja i upravljanja" odnosi se na sredstva i opremu za prikupljanje informacija, mjerenje, pohranu, prijenos, obradu i kontrolu, uključujući mjernu tehnologiju, tehnologiju upravljanja te instrumente i sustave koji implementiraju te tehnologije.
Tehnologija mjerenja i upravljanja
Mjerna i upravljačka tehnika i instrumenti temelje se na preciznim strojevima, elektroničkoj tehnologiji, optici, automatskom upravljanju i računalnoj tehnologiji.Uglavnom proučava nove principe, metode i procese različitih tehnologija preciznog ispitivanja i upravljanja.Posljednjih godina računalna tehnologija igra sve važniju ulogu u istraživanju primjene tehnologije mjerenja i upravljanja.
Tehnologija mjerenja i upravljanja je aplikacijska tehnologija koja se izravno primjenjuje na proizvodnju i život, a njezina primjena pokriva različita područja društvenog života kao što su “težina poljoprivrede, mora, zemlje i zraka, hrane i odjeće”.Instrumentacijska tehnika je “multiplikator” nacionalnog gospodarstva, “prvi časnik” znanstvenih istraživanja, “borbena moć” u vojsci i “materijalizirani sudac” u pravnim propisima.Kompjuterizirana ispitna i upravljačka tehnologija te inteligentni i precizni mjerno-kontrolni instrumenti i sustavi važni su simboli i sredstva u područjima suvremene industrijske i poljoprivredne proizvodnje, znanstvenih i tehnoloških istraživanja, upravljanja, inspekcije i nadzora, te igraju sve važniju ulogu.
Primjena tehnologije mjerenja i upravljanja i tehnologije instrumentacije
Tehnologija mjerenja i upravljanja primijenjena je tehnologija koja se široko koristi u raznim područjima industrije, poljoprivrede, transporta, navigacije, zrakoplovstva, vojske, električne energije i civilnog života.S razvojem proizvodne tehnologije, tehnologija mjerenja i upravljanja igra vitalnu ulogu u tehnologiji upravljanja od početne kontrole pojedinca i njegove opreme, do kontrole cjelokupnog procesa, pa čak i sustava, posebno u današnjoj vrhunskoj tehnologiji u području suvremene znanosti i tehnologije.
U metalurškoj industriji primjena tehnologije mjerenja i upravljanja uključuje: kontrolu vruće visoke peći, kontrolu punjenja i kontrolu visoke peći u procesu proizvodnje željeza, kontrolu tlaka, kontrolu brzine valjaonice, kontrolu zavojnica itd. u procesu valjanja čelika, i različiti instrumenti za otkrivanje koji se tamo koriste.
U elektroprivredi primjena mjerno-regulacijske tehnologije uključuje sustav upravljanja izgaranjem kotla, sustav automatskog nadzora, automatske zaštite, automatskog podešavanja i automatskog upravljanja programom parne turbine te sustav upravljanja ulaznom i izlaznom snagom motor.
U industriji ugljena, primjena tehnologije mjerenja i upravljanja uključuje: instrument karotaže metana u ležištima ugljena u procesu rudarenja ugljena, instrument za detekciju sastava zraka u rudniku, detektor rudničkog plina, podzemni sigurnosni sustav za nadzor itd., kontrolu procesa gašenja koksa i kontrolu povrata plina u proces rafiniranja ugljena, kontrola procesa rafiniranja, kontrola prijenosa proizvodnih strojeva itd.
U naftnoj industriji primjena tehnologije mjerenja i upravljanja uključuje: magnetski lokator, mjerač sadržaja vode, manometar i druge mjerne instrumente koji podržavaju tehnologiju karotaže u procesu proizvodnje nafte, sustav napajanja, sustav opskrbe vodom, sustav opskrbe parom, sustav opskrbe plinom , Sustav skladištenja i transporta te tri sustava za obradu otpada i instrumenti za detekciju velikog broja parametara u kontinuiranom procesu proizvodnje.
U kemijskoj industriji primjena mjerno-kontrolne tehnologije uključuje: mjerenje temperature, mjerenje protoka, mjerenje razine tekućine, koncentracije, kiselosti, vlažnosti, gustoće, zamućenosti, kalorične vrijednosti i raznih miješanih komponenti plina.Kontrolni instrumenti koji redovito kontroliraju kontrolirane parametre i sl.
U industriji strojeva primjena tehnologije mjerenja i upravljanja uključuje: precizne alatne strojeve za digitalno upravljanje, automatske proizvodne linije, industrijske robote itd.
U zrakoplovnoj industriji primjena tehnologije mjerenja i upravljanja uključuje: mjerenje parametara kao što su visina leta zrakoplova, brzina leta, stanje i smjer leta, ubrzanje, preopterećenje i stanje motora, tehnologija zrakoplovnih vozila, tehnologija svemirskih letjelica i mjerenja u zrakoplovnim svemirima i kontrolna tehnologija.Čekati.
U vojnoj opremi, primjena tehnologije mjerenja i upravljanja uključuje: precizno vođeno oružje, inteligentno streljivo, vojni automatizirani komandni sustav (C4IRS sustav), svemirsku vojnu opremu (kao što su različiti vojni izviđački, komunikacijski, rano upozoravajući, navigacijski sateliti itd. .).
Nastanak i razvoj mjerno-upravljačke tehnike
Povijesne činjenice razvoja znanosti i tehnologije Povijest ljudskog razumijevanja i preobrazbe prirode također je važan dio povijesti ljudske civilizacije.Razvoj znanosti i tehnologije prvenstveno ovisi o razvoju mjerne tehnike.Moderna prirodna znanost počinje s mjerenjem u pravom smislu.Mnogi istaknuti znanstvenici sanjaju o tome da budu izumitelji znanstvenih instrumenata i utemeljitelji mjernih metoda.Napredak mjerne tehnologije izravno pokreće napredak znanosti i tehnologije.
Prva tehnološka revolucija
U 17. i 18. stoljeću počela se pojavljivati tehnologija mjerenja i upravljanja.Neki fizičari u Europi počeli su koristiti silu struje i magnetsko polje za izradu jednostavnih galvanometara, te koristiti optičke leće za izradu teleskopa, postavljajući tako temelje za električne i optičke instrumente.Šezdesetih godina 19. stoljeća u Ujedinjenom Kraljevstvu započela je prva znanstvena i tehnološka revolucija.Sve do 19. stoljeća prva znanstveno-tehnološka revolucija proširila se na Europu, Ameriku i Japan.Tijekom ovog razdoblja korišteni su neki jednostavni mjerni instrumenti, kao što su instrumenti za mjerenje duljine, temperature, tlaka itd.U životu je stvorena golema produktivnost.
Druga tehnološka revolucija
Niz razvoja na polju elektromagnetizma početkom 19. stoljeća pokrenuo je drugu tehnološku revoluciju.Izumom instrumenta za mjerenje struje elektromagnetizam je vrlo brzo doveden na pravi put i nizala su se otkrića jedno za drugim.Dolasku električnog doba pridonijeli su mnogi izumi na području elektromagnetizma, poput telegrafa, telefona, generatora itd.Istodobno se pojavljuju i razni drugi instrumenti za mjerenje i promatranje, poput preciznog teodolita prve klase koji se koristio za mjerenje visina prije 1891. godine.
Treća tehnološka revolucija
Nakon Drugog svjetskog rata, hitna potreba za visokom tehnologijom u raznim zemljama potaknula je transformaciju proizvodne tehnologije od opće mehanizacije do elektrifikacije i automatizacije, te je napravljen niz velikih prodora u znanstvenim teorijskim istraživanjima.
U tom se razdoblju proizvodna industrija koju predstavljaju elektromehanički proizvodi počela industrijski razvijati.Karakteristike masovne proizvodnje proizvoda su cikličke operacije i protočne operacije.Kako bi bili automatski, potrebno je automatski detektirati položaj obratka tijekom eliminacijske faze obrade i proizvodnje., veličina, oblik, držanje ili izvedba, itd. U tu svrhu potreban je velik broj mjernih i kontrolnih uređaja.S druge strane, uspon kemijske industrije s naftom kao sirovinom zahtijeva veliki broj mjernih i kontrolnih instrumenata.Automatizirana instrumentacija počela se standardizirati, a sustav automatskog upravljanja formiran je na zahtjev.U isto vrijeme, CNC alatni strojevi i robotska tehnologija također su rođeni u ovom razdoblju, u kojima mjerna i upravljačka tehnologija i instrumenti imaju važnu primjenu.
Razvojem znanosti i tehnologije instrumentacija je postala nezaobilazan tehnički alat za mjerenje, upravljanje i automatizaciju, počevši od jednostavnog mjerenja i promatranja.Kako bi se zadovoljile potrebe različitih aspekata, instrumentacija se proširila s tradicionalnih područja primjene na netradicionalna područja primjene kao što su biomedicina, ekološki okoliš i bioinženjering.
Od 21. stoljeća veliki broj najnovijih tehnoloških dostignuća, kao što su rezultati istraživanja preciznih strojeva u nanorazmjerima, rezultati modernih kemijskih istraživanja na molekularnoj razini, rezultati bioloških istraživanja na razini gena i istraživanje posebnih funkcionalnih materijala visoke preciznosti ultraučinkovitih Rezultati i globalni Rezultati popularizacije i primjene mrežne tehnologije izbijaju jedan za drugim, što predstavlja temeljnu promjenu u području instrumentacije i promiče dolazak nove ere visoke tehnologije i inteligentnih instrumenata.
Senzori u sustavima mjerenja i upravljanja
Opći sustav mjerenja i upravljanja sastoji se od senzora, srednjih pretvarača i snimača zaslona.Senzor detektira i pretvara izmjerenu fizikalnu veličinu u izmjerenu fizikalnu veličinu.Srednji pretvarač analizira, obrađuje i pretvara izlaz senzora u signal koji može prihvatiti sljedeći instrument i šalje ga drugim sustavima ili ga mjeri snimač zaslona.Rezultati se prikazuju i bilježe.
Senzor je prva karika mjernog sustava.Za upravljački sustav, ako se računalo usporedi s mozgom, tada je senzor ekvivalentan pet osjetila, što izravno utječe na točnost upravljanja sustavom.
Senzor se općenito sastoji od osjetljivih elemenata, datoteka za konverziju i sklopova za konverziju.Osjetljivi element izravno osjeća izmjerenu vrijednost, a sama promjena određene vrijednosti parametra ima određeni odnos s promjenom izmjerene vrijednosti, a ovaj je parametar lako izmjeriti i ispisati;tada se izlaz osjetljivog elementa pretvara u električni parametar pomoću elementa za pretvorbu;Konačno, krug pretvorbe pojačava električne parametre izlazne od elementa pretvorbe i pretvara ih u korisne električne signale koji su prikladni za prikaz, snimanje, obradu i kontrolu.
Trenutno stanje i razvoj novih senzora
Senzorska tehnologija jedna je od najbrže razvijajućih visokih tehnologija u današnjem svijetu.Novi senzor ne teži samo visokoj preciznosti, velikom rasponu, visokoj pouzdanosti i niskoj potrošnji energije, već se također razvija prema integraciji, minijaturizaciji, digitalizaciji i inteligenciji.
1. Inteligentan
Inteligencija senzora odnosi se na kombinaciju funkcija konvencionalnih senzora i funkcija računala ili drugih komponenti kako bi se formirao neovisni sklop, koji ne samo da ima funkcije preuzimanja informacija i konverzije signala, već ima i sposobnost obrade podataka , analiza naknada i donošenje odluka.
2. Umrežavanje
Umrežavanje senzora je omogućiti senzoru funkciju povezivanja s računalnom mrežom, ostvariti mogućnost prijenosa i obrade informacija na velike udaljenosti, odnosno ostvariti mjerenje “preko horizonta” mjerenja. i sustav upravljanja.
3. Minijaturizacija
Vrijednost minijaturizacije senzora uvelike smanjuje volumen senzora pod uvjetom da je funkcija nepromijenjena ili čak poboljšana.Minijaturizacija je zahtjev modernog preciznog mjerenja i upravljanja.U principu, što je manja veličina senzora, to je manji utjecaj na mjereni objekt i okolinu, manja je potrošnja energije i lakše je postići točnost mjerenja.
4. Integracija
Integracija senzora odnosi se na integraciju sljedeća dva smjera:
(1) Integracija više mjernih parametara može mjeriti više parametara.
(2) Integracija senzorskih i pratećih krugova, odnosno integracija osjetljivih komponenti, komponenti za konverziju, krugova za konverziju, pa čak i izvora napajanja na istom čipu, tako da ima visoke performanse.
5. Digitalizacija
Digitalna vrijednost senzora je u tome što je izlazna informacija senzora digitalna veličina, koja može ostvariti prijenos na velike udaljenosti i visoke preciznosti, i može se povezati s opremom za digitalnu obradu kao što je računalo bez posrednih veza.
Integracija, inteligencija, minijaturizacija, umrežavanje i digitalizacija senzora nisu neovisne, već komplementarne i međusobno povezane, a među njima nema jasne granice.
Tehnologija upravljanja u sustavu mjerenja i upravljanja
Osnovna teorija upravljanja
1. Klasična teorija upravljanja
Klasična teorija upravljanja uključuje tri dijela: teoriju linearne kontrole, teoriju kontrole uzorkovanja i teoriju nelinearne kontrole.Klasična kibernetika uzima Laplaceovu transformaciju i Z transformaciju kao matematičke alate, a kao glavni predmet istraživanja uzima linearni stacionarni sustav s jednim ulazom i jednim izlazom.Diferencijalna jednadžba koja opisuje sustav transformira se u domenu kompleksnih brojeva pomoću Laplaceove transformacije ili Z transformacije, te se dobije prijenosna funkcija sustava.I na temelju funkcije prijenosa, metode istraživanja putanje i frekvencije, usredotočene na analizu stabilnosti i točnosti stabilnog stanja sustava upravljanja povratnom spregom.
2. Moderna teorija upravljanja
Moderna teorija upravljanja je teorija upravljanja koja se temelji na metodi prostora stanja, koja je glavna komponenta teorije automatskog upravljanja.U modernoj teoriji upravljanja analiza i projektiranje sustava upravljanja uglavnom se provode opisivanjem varijabli stanja sustava, a osnovna metoda je metoda vremenske domene.Moderna teorija upravljanja može se baviti mnogo širim rasponom problema upravljanja od klasične teorije upravljanja, uključujući linearne i nelinearne sustave, stacionarne i vremenski promjenjive sustave, sustave s jednom varijablom i sustave s više varijabli.Metode i algoritmi koje usvaja također su prikladniji za digitalna računala.Suvremena teorija upravljanja također nudi mogućnost projektiranja i konstruiranja optimalnih sustava upravljanja sa specificiranim pokazateljima performansi.
Kontrolni sustav
Sustav upravljanja sastoji se od upravljačkih uređaja (uključujući regulatore, aktuatore i senzore) i upravljanih objekata.Kontrolni uređaj može biti osoba ili stroj, što je razlika između automatskog i ručnog upravljanja.Za sustav automatskog upravljanja, prema različitim principima upravljanja, može se podijeliti na sustav upravljanja otvorenom petljom i sustav upravljanja zatvorenom petljom;prema klasifikaciji zadanih signala, može se podijeliti na sustav upravljanja konstantnom vrijednošću, sustav praćenja upravljanja i sustav upravljanja programom.
Tehnologija virtualnih instrumenata
Mjerni instrument važan je dio mjerno-kontrolnog sustava koji se dijeli na dvije vrste: samostalni instrument i virtualni instrument.
Neovisni instrument prikuplja, obrađuje i šalje signal instrumenta u neovisnu šasiju, ima radnu ploču i razne priključke, a sve funkcije postoje u obliku hardvera ili firmvera, što određuje da se neovisni instrument može definirati samo proizvođač., licenca, koju korisnik ne može mijenjati.
Virtualni instrument dovršava analizu i obradu signala, izražavanje i izlaz rezultata na računalu ili ubacuje karticu za prikupljanje podataka na računalu, a uklanja tri dijela instrumenta na računalu, čime se probija tradicionalna instrumenti.ograničenje.
Tehničke značajke virtualnih instrumenata
1. Snažne funkcije, integriraju snažnu hardversku podršku računala, probijajući se kroz ograničenja tradicionalnih instrumenata u obradi, prikazu i pohrani.Standardna konfiguracija je: procesor visokih performansi, zaslon visoke rezolucije, tvrdi disk velikog kapaciteta.
2. Resursi računalnog softvera ostvaruju softverizaciju nekog hardvera stroja, štede materijalne resurse i povećavaju fleksibilnost sustava;putem odgovarajućih numeričkih algoritama, različite analize i obrade ispitnih podataka mogu se izvoditi izravno u stvarnom vremenu;putem GUI (grafičko korisničko sučelje) sučelja) tehnologije kako bi se uistinu postiglo prijateljsko sučelje i interakcija između čovjeka i računala.
3. S obzirom na računalnu sabirnicu i modularnu sabirnicu instrumenata, hardver instrumenata je modulariziran i serijaliziran, što uvelike smanjuje veličinu sustava i olakšava konstrukciju modularnih instrumenata.
Sastav sustava virtualnih instrumenata
Virtualni instrument sastoji se od hardverskih uređaja i sučelja, softvera upravljačkog programa uređaja i virtualne instrumentne ploče.Među njima, hardverski uređaji i sučelja mogu biti različite ugrađene funkcijske kartice temeljene na osobnom računalu, kartice sučelja sabirnice univerzalnog sučelja, serijski priključci, sučelja instrumenata VXI sabirnice, itd., ili druga različita programabilna vanjska ispitna oprema. Softver upravljačkog programa uređaja je upravljački program koji izravno kontrolira različita hardverska sučelja.Virtualni instrument komunicira sa stvarnim sustavom instrumenata putem osnovnog softvera upravljačkog programa uređaja i prikazuje odgovarajuće radne elemente stvarne instrumentne ploče na zaslonu računala u obliku virtualne instrumentne ploče.Razne kontrole.Korisnik upravlja pločom virtualnog instrumenta pomoću miša jednako stvarno i praktično kao i upravljanje pravim instrumentom.
Smjer mjerno-kontrolna tehnika i instrumenti je tradicionalan i pun perspektive razvoja.Kaže se da je tradicionalna jer ima drevno podrijetlo, doživjela je stotine godina razvoja i imala je važnu ulogu u društvenom razvoju.Kao tradicionalni smjer, uključuje mnoge discipline u isto vrijeme, zbog čega još uvijek ima snažnu vitalnost.
S daljnjim razvojem moderne tehnologije mjerenja i upravljanja, elektroničke informacijske tehnologije i računalne tehnologije, otvorila je novu priliku za inovacije i razvoj, koji će zasigurno proizvesti sve više i više kritičnih aplikacija u različitim područjima.
Vrijeme objave: 21. studenoga 2022