Tehnologija i instrument mjerenja i upravljanja je teorija i tehnologija koja proučava prikupljanje i obradu informacija i upravljanje srodnim elementima.“Tehnologija i instrumenti mjerenja i upravljanja” se odnosi na sredstva i opremu za prikupljanje informacija, mjerenje, skladištenje, prijenos, obradu i kontrolu, uključujući tehnologiju mjerenja, kontrolnu tehnologiju i instrumente i sisteme koji implementiraju ove tehnologije.
Tehnologija mjerenja i upravljanja
Tehnologija i instrumenti mjerenja i upravljanja zasnovani su na preciznim mašinama, elektronskoj tehnologiji, optici, automatskom upravljanju i kompjuterskoj tehnologiji.Uglavnom proučava nove principe, metode i procese različitih tehnologija za ispitivanje i kontrolu preciznosti.Posljednjih godina kompjuterska tehnologija igra sve značajniju ulogu u istraživanju primjene mjerne i upravljačke tehnologije.
Tehnologija mjerenja i upravljanja je tehnologija primjene koja se direktno primjenjuje na proizvodnju i život, a njena primjena pokriva različita područja društvenog života kao što su „težina poljoprivrede, mora, zemlje i zraka, hrane i odjeće“.Instrumentalna tehnologija je „multiplikator” nacionalne ekonomije, „prvi oficir” naučno-istraživačkog rada, „borbena moć” u vojsci i „materijalizovani sudija” u pravnim propisima.Kompjuterizovana tehnologija ispitivanja i upravljanja i inteligentni i precizni instrumenti i sistemi merenja i upravljanja važni su simboli i sredstva u oblastima savremene industrijske i poljoprivredne proizvodnje, naučnih i tehnoloških istraživanja, upravljanja, inspekcije i praćenja, i imaju sve značajniju ulogu.
Primena tehnologije merenja i upravljanja i instrumentacione tehnologije
Tehnologija mjerenja i upravljanja je primijenjena tehnologija, koja se široko koristi u različitim oblastima industrije, poljoprivrede, transporta, plovidbe, avijacije, vojske, elektroenergetike i civilnog života.Sa razvojem proizvodne tehnologije, tehnologija mjerenja i upravljanja igra vitalnu ulogu u tehnologiji upravljanja od inicijalne kontrole jedinice i njene opreme, do kontrole cjelokupnog procesa, pa čak i sistema, posebno u današnjoj najsavremenijoj tehnologiji. u oblasti savremene nauke 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 pritiska, kontrolu brzine valjaonice, kontrolu kotura itd. u procesu valjanja čelika i razni instrumenti za detekciju koji se koriste u njemu.
U elektroprivredi primjena tehnologije mjerenja i upravljanja uključuje sistem upravljanja sagorijevanjem kotla, automatski nadzor, automatsku zaštitu, automatsko podešavanje i sistem automatskog programskog upravljanja parne turbine, te sistem kontrole ulaza i izlaza snage. motor.
U industriji uglja primjena mjerne i kontrolne tehnologije uključuje: instrument za snimanje metana iz ugljenokopa u procesu iskopavanja uglja, instrument za detekciju sastava rudničkog zraka, detektor rudničkog plina, podzemni sigurnosni sistem za nadzor itd., kontrolu procesa gašenja koksa i kontrolu povrata plina u industriji uglja. proces prerade uglja, kontrola procesa rafiniranja, kontrola prijenosa proizvodnih strojeva itd.
U naftnoj industriji primjena mjerne i kontrolne tehnologije uključuje: magnetni lokator, vodomjer, mjerač pritiska i druge mjerne instrumente koji podržavaju tehnologiju sječe u procesu proizvodnje nafte, sistem napajanja, sistem vodosnabdijevanja, sistem za dovod pare, sistem za dovod plina , Sistem skladištenja i transporta i tri sistema za tretman otpada i instrumenti za detekciju velikog broja parametara u kontinuiranom procesu proizvodnje.
U hemijskoj industriji primena tehnologije merenja i upravljanja obuhvata: merenje temperature, merenje protoka, merenje nivoa tečnosti, koncentracije, kiselosti, vlažnosti, gustine, zamućenosti, kalorijske vrednosti i raznih komponenti mešanih gasova.Kontrolni instrumenti koji redovno kontrolišu kontrolisane parametre itd.
U mašinskoj industriji primena tehnologije merenja i upravljanja obuhvata: precizne digitalne upravljačke mašine alatke, automatske proizvodne linije, industrijske robote itd.
U vazduhoplovnoj industriji primena tehnologije merenja i upravljanja uključuje: merenje parametara kao što su visina leta aviona, brzina leta, stanje i smer leta, ubrzanje, preopterećenje i stanje motora, tehnologija vazduhoplovnih vozila, tehnologija svemirskih letelica i merenje vazduhoplovstva i kontrolnu tehnologiju.Čekaj.
U vojnoj opremi primjena tehnologije mjerenja i upravljanja uključuje: precizno vođeno oružje, inteligentnu municiju, sistem komandovanja vojne automatike (C4IRS sistem), vojnu opremu u svemiru (kao što su razna vojna izviđanja, komunikacije, rano upozoravanje, navigacijski sateliti itd. .).
Formiranje i razvoj tehnologije mjerenja i upravljanja
Istorijske činjenice o razvoju nauke i tehnologije Istorija ljudskog razumevanja i transformacije prirode je takođe važan deo istorije ljudske civilizacije.Razvoj nauke i tehnologije prvenstveno zavisi od razvoja merne tehnologije.Moderna prirodna nauka počinje mjerenjem u pravom smislu.Mnogi istaknuti naučnici sanjaju da budu izumitelji naučnih instrumenata i osnivači mjernih metoda.Napredak mjerne tehnologije direktno pokreće napredak nauke i tehnologije.
Prva tehnološka revolucija
U 17. i 18. veku počela je da se javlja tehnologija merenja i upravljanja.Neki su fizičari u Evropi počeli da koriste snagu struje i magnetnog polja za izradu jednostavnih galvanometara, a optička sočiva za pravljenje teleskopa, postavljajući tako temelje za električne i optičke instrumente.1760-ih godina u Ujedinjenom Kraljevstvu započela je prva naučna i tehnološka revolucija.Do 19. stoljeća prva naučna i tehnološka revolucija proširila se na Evropu, Ameriku i Japan.U ovom periodu korišćeni su neki jednostavni merni instrumenti, kao što su instrumenti za merenje dužine, temperature, pritiska itd.U životu je stvorena ogromna produktivnost.
Druga tehnološka revolucija
Niz razvoja u oblasti elektromagnetizma početkom 19. veka pokrenuo je drugu tehnološku revoluciju.Zbog pronalaska instrumenta za mjerenje struje, elektromagnetizam je brzo stavljen na pravi put i rasla su jedno za drugim otkriće.Mnogi izumi u oblasti elektromagnetizma, poput telegrafa, telefona, generatora itd., doprinijeli su dolasku električnog doba.Istovremeno, pojavljuju se i razni drugi instrumenti za mjerenje i posmatranje, kao što je precizni teodolit prve klase koji se koristio za mjerenje nadmorske visine prije 1891. godine.
Treća tehnološka revolucija
Nakon Drugog svjetskog rata, hitna potreba za visokom tehnologijom u raznim zemljama promovirala je transformaciju proizvodne tehnologije od opšte mehanizacije ka elektrifikaciji i automatizaciji, te je napravljen niz velikih otkrića u naučno-teorijskom istraživanju.
Tokom ovog perioda, prerađivačka industrija koju predstavljaju elektromehanički proizvodi počela se industrijski razvijati.Karakteristike masovne proizvodnje proizvoda su ciklične operacije i protočne operacije.Da bi ovi bili automatizovani, potrebno je da se automatski detektuje položaj obratka tokom faze eliminacije obrade i proizvodnje., veličina, oblik, držanje ili performanse, itd. U tu svrhu potreban je veliki broj mjernih i kontrolnih uređaja.S druge strane, uspon hemijske industrije sa naftom kao sirovinom zahteva veliki broj mernih i kontrolnih instrumenata.Automatska instrumentacija je počela da se standardizuje, a sistem automatskog upravljanja je formiran na zahtev.Istovremeno, u ovom periodu rođeni su i CNC alatni strojevi i robotska tehnologija, u kojima mjerno-kontrolna tehnika i instrumenti imaju značajnu primjenu.
Sa razvojem nauke i tehnologije, instrumentacija je postala nezaobilazno tehničko sredstvo za merenje, kontrolu i automatizaciju, počevši od jednostavnog merenja i posmatranja.Kako bi zadovoljili potrebe različitih aspekata, instrumentacija se proširila sa tradicionalnih na netradicionalna područja primjene kao što su biomedicina, ekološko okruženje i bioinženjering.
Od 21. stoljeća, veliki broj najnovijih tehnoloških dostignuća, kao što su rezultati istraživanja preciznih mašina na nano-razmjeri, rezultati modernih kemijskih istraživanja na molekularnom nivou, rezultati bioloških istraživanja na nivou gena i ultra-precizna istraživanja specijalnih funkcionalnih materijala visoke preciznosti rezultati i globalni Rezultati popularizacije i primjene mrežne tehnologije su izlazili jedan za drugim, što predstavlja temeljnu promjenu u oblasti instrumentacije i promoviše dolazak nove ere visokotehnoloških i inteligentnih instrumenata.
Senzori u mjernim i upravljačkim sistemima
Opšti sistem merenja i upravljanja se sastoji od senzora, međukonvertera i registratora ekrana.Senzor detektuje i pretvara izmjerenu fizičku veličinu u izmjerenu fizičku veličinu.Srednji pretvarač analizira, obrađuje i pretvara izlaz senzora u signal koji može biti prihvaćen od strane naknadnog instrumenta, i šalje ga drugim sistemima, ili ga mjeri snimač zaslona.Rezultati se prikazuju i snimaju.
Senzor je prva karika mjernog sistema.Za kontrolni sistem, ako se kompjuter uporedi sa mozgom, onda je senzor ekvivalentan sa pet čula, što direktno utiče na tačnost upravljanja sistemom.
Senzor se općenito sastoji od osjetljivih elemenata, datoteka za konverziju i kola za konverziju.Izmjerenu vrijednost direktno osjeti osjetljivi element, a promjena određene vrijednosti parametra sama po sebi ima definitivan odnos sa promjenom izmjerene vrijednosti, a ovaj parametar je lako izmjeriti i ispisati;tada se izlaz osjetljivog elementa pretvara u električni parametar pomoću elementa za konverziju;Konačno, kolo za konverziju pojačava električne parametre koje izlaze iz konverzijskog elementa i pretvara ih u korisne električne signale koji su pogodni za prikaz, snimanje, obradu i kontrolu.
Trenutno stanje i razvoj novih senzora
Sensing tehnologija je danas jedna od najbrže razvijajućih tehnologija u svijetu.Novi senzor ne samo da teži visokoj preciznosti, velikom dometu, visokoj pouzdanosti i maloj potrošnji energije, već se razvija i ka integraciji, minijaturizaciji, digitalizaciji i inteligenciji.
1. Inteligentan
Inteligencija senzora se odnosi na kombinaciju funkcija konvencionalnih senzora i funkcija kompjutera ili drugih komponenti kako bi se formirao nezavisan sklop, koji ne samo da ima funkcije preuzimanja informacija i konverzije signala, već ima i sposobnost obrade podataka. , analizu kompenzacije i donošenje odluka.
2. Umrežavanje
Umrežavanje senzora je da omogući senzoru da ima funkciju povezivanja sa računarskom mrežom, da realizuje sposobnost prenosa i obrade informacija na velike udaljenosti, odnosno da realizuje merenje „preko horizonta” merenja. i sistem 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 kontrole.U principu, što je manja veličina senzora, to je manji uticaj na merni objekat i okolinu, manja je potrošnja energije i lakše je postići precizno merenje.
4. Integracija
Integracija senzora se odnosi na integraciju sljedeća dva smjera:
(1) Integracija više mjernih parametara može mjeriti više parametara.
(2) Integracija senzorskih i naknadnih kola, odnosno integracija osjetljivih komponenti, komponenti za konverziju, kola za konverziju, pa čak i 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 međuveza.
Integracija, inteligencija, minijaturizacija, umrežavanje i digitalizacija senzora nisu nezavisne, već komplementarne i međusobno povezane, i ne postoji jasna granica između njih.
Tehnologija upravljanja u sistemu mjerenja i upravljanja
Osnovna teorija upravljanja
1. Klasična teorija upravljanja
Klasična teorija upravljanja uključuje tri dijela: teoriju linearnog upravljanja, teoriju upravljanja uzorkovanjem i teoriju nelinearnog upravljanja.Klasična kibernetika uzima Laplasovu transformaciju i Z transformaciju kao matematičke alate, a kao glavni objekt istraživanja uzima linearni stabilni sistem jedan ulaz-jedan izlaz.Diferencijalna jednačina koja opisuje sistem transformiše se u domen kompleksnog broja Laplasovom transformacijom ili Z transformacijom i dobija se prenosna funkcija sistema.A zasnovana na prijenosnoj funkciji, metoda istraživanja trajektorije i frekvencije, fokusirana na analizu stabilnosti i tačnosti stabilnog stanja sistema upravljanja povratnom spregom.
2. Moderna teorija upravljanja
Moderna teorija upravljanja je teorija upravljanja zasnovana na metodi prostora stanja, koja je glavna komponenta teorije automatskog upravljanja.U savremenoj teoriji upravljanja, analiza i projektovanje sistema upravljanja uglavnom se sprovode opisom varijabli stanja sistema, a osnovna metoda je metoda vremenskog domena.Moderna teorija upravljanja može se baviti mnogo širim spektrom problema upravljanja od klasične teorije upravljanja, uključujući linearne i nelinearne sisteme, stacionarne i vremenski promjenjive sisteme, sisteme s jednom promjenjivom i sisteme s više varijabli.Metode i algoritmi koje usvaja takođe su pogodniji za digitalne računare.Moderna teorija upravljanja takođe nudi mogućnost projektovanja i izgradnje optimalnih sistema upravljanja sa specificiranim indikatorima performansi.
Sistem kontrole
Upravljački sistem se sastoji od upravljačkih uređaja (uključujući kontrolere, aktuatore i senzore) i kontrolisanih objekata.Upravljački uređaj može biti osoba ili mašina, što je razlika između automatskog upravljanja i ručnog upravljanja.Za sistem automatskog upravljanja, prema različitim principima upravljanja, može se podijeliti na sistem upravljanja otvorenim krugom i upravljački sistem zatvorene petlje;prema klasifikaciji datih signala, može se podijeliti na sistem kontrole konstantne vrijednosti, sistem praćenja upravljanja i sistem upravljanja programom.
Tehnologija virtuelnih instrumenata
Merni instrument je važan deo sistema merenja i upravljanja, koji se deli na dva tipa: nezavisni instrument i virtuelni instrument.
Nezavisni instrument prikuplja, obrađuje i emituje signal instrumenta u nezavisnom kućištu, ima operativni panel i razne portove, a sve funkcije postoje u obliku hardvera ili firmvera, što određuje da nezavisni instrument može biti definisan samo proizvođač., licencu, koju korisnik ne može promijeniti.
Virtuelni instrument dovršava analizu i obradu signala, izražavanje i izlaz rezultata na računar, ili ubacuje karticu za prikupljanje podataka u računar i uklanja tri dela instrumenta na računaru, čime se probija tradicionalni instrumenti.ograničenje.
Tehničke karakteristike virtuelnih instrumenata
1. Moćne funkcije, integrišu moćnu hardversku podršku računara, probijajući ograničenja tradicionalnih instrumenata u obradi, prikazu i skladištenju.Standardna konfiguracija je: procesor visokih performansi, ekran visoke rezolucije, čvrsti disk velikog kapaciteta.
2. Računarski softverski resursi ostvaruju softverizaciju nekog hardvera mašina, štede materijalne resurse i povećavaju fleksibilnost sistema;putem odgovarajućih numeričkih algoritama, različite analize i obrade testnih podataka mogu se izvršiti direktno u realnom vremenu;kroz GUI (grafički korisnički interfejs) sučelje) tehnologiju kako bi se zaista postigao prijateljski interfejs i interakcija čoveka i računara.
3. S obzirom na kompjutersku magistralu i modularnu instrumentnu magistralu, hardver instrumenta je modularizovan i serijalizovan, što u velikoj meri smanjuje veličinu sistema i olakšava konstrukciju modularnih instrumenata.
Sastav virtuelnog instrumentalnog sistema
Virtuelni instrument se sastoji od hardverskih uređaja i interfejsa, softvera za drajver uređaja i virtuelne instrument table.Među njima, hardverski uređaji i interfejsi mogu biti različite ugrađene funkcionalne kartice zasnovane na PC-u, kartice sa univerzalnim interfejsom sabirnice, serijski portovi, interfejsi instrumenta VXI sabirnice, itd., ili druga različita programabilna eksterna testna oprema. Softver drajvera uređaja je drajverski program koji direktno kontroliše različita hardverska sučelja.Virtuelni instrument komunicira sa stvarnim instrumentalnim sistemom preko osnovnog softvera drajvera uređaja i prikazuje odgovarajuće elemente rada stvarne instrument table na ekranu računara u obliku virtuelne instrument table.Razne kontrole.Korisnik upravlja pločom virtuelnog instrumenta pomoću miša jednako stvarno i zgodno kao i pravi instrument.
Tehnologija i instrumenti mjerenja i upravljanja tradicionalna su i puna razvojnih perspektiva.Za nju se kaže da je tradicionalna jer ima drevno porijeklo, doživjela je stotine godina razvoja i odigrala je važnu ulogu u društvenom razvoju.Kao tradicionalni smjer, uključuje mnoge discipline u isto vrijeme, što ga čini još uvijek snažnom vitalnošću.
Daljnjim razvojem moderne mjerne i upravljačke tehnologije, elektroničke informacione tehnologije i kompjuterske tehnologije, otvorila je novu priliku za inovacije i razvoj, koji će zasigurno proizvoditi sve više kritičnih aplikacija u različitim oblastima.
Vrijeme objave: 21.11.2022