Hiểu công nghệ đo lường và điều khiển và công nghệ thiết bị

Công nghệ và công cụ đo lường và kiểm soát là một lý thuyết và công nghệ nghiên cứu việc thu thập và xử lý thông tin cũng như kiểm soát các yếu tố liên quan.“Công nghệ và thiết bị đo lường và điều khiển” đề cập đến các phương tiện và thiết bị để thu thập, đo lường, lưu trữ, truyền, xử lý và điều khiển, bao gồm công nghệ đo lường, công nghệ điều khiển và các thiết bị và hệ thống thực hiện các công nghệ này.

Công nghệ đo lường và điều khiển
Công nghệ và dụng cụ đo lường và điều khiển dựa trên máy móc chính xác, công nghệ điện tử, quang học, điều khiển tự động và công nghệ máy tính.Nó chủ yếu nghiên cứu các nguyên tắc, phương pháp và quy trình mới của các công nghệ kiểm tra và kiểm soát độ chính xác khác nhau.Trong những năm gần đây, công nghệ máy tính ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu ứng dụng của công nghệ đo lường và điều khiển.
Công nghệ đo lường và điều khiển là công nghệ ứng dụng được áp dụng trực tiếp vào sản xuất và đời sống, ứng dụng của nó bao trùm các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội như “trọng lượng nông nghiệp, biển, đất và không khí, thực phẩm và quần áo”.Công nghệ thiết bị đo đạc là “bội số” của nền kinh tế quốc dân, “sĩ quan đầu tiên” của nghiên cứu khoa học, “sức mạnh chiến đấu” trong quân đội và là “quan tòa cụ thể hóa” trong các quy định pháp luật.Công nghệ kiểm tra và điều khiển trên máy vi tính và các thiết bị và hệ thống đo lường và điều khiển thông minh và chính xác là những biểu tượng và phương tiện quan trọng trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp và nông nghiệp hiện đại, nghiên cứu khoa học và công nghệ, quản lý, kiểm tra và giám sát và ngày càng đóng vai trò quan trọng.

Ứng dụng Công nghệ Đo lường và Điều khiển và Công nghệ Thiết bị
Công nghệ đo lường và điều khiển là một công nghệ ứng dụng, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, hàng hải, hàng không, quân sự, điện lực và đời sống dân dụng.Với sự phát triển của công nghệ sản xuất, công nghệ đo lường và điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong công nghệ điều khiển từ điều khiển ban đầu của một thiết bị và thiết bị của nó, đến điều khiển toàn bộ quá trình và thậm chí cả hệ thống, đặc biệt là trong công nghệ tiên tiến ngày nay. trong lĩnh vực khoa học và công nghệ hiện đại.
Trong ngành luyện kim, ứng dụng của công nghệ đo lường và điều khiển bao gồm: điều khiển lò cao nóng, điều khiển nạp và điều khiển lò cao trong quá trình luyện gang, điều khiển áp suất, điều khiển tốc độ máy cán, điều khiển cuộn dây… trong quá trình cán thép, và dụng cụ phát hiện khác nhau được sử dụng trong đó.
Trong ngành điện, ứng dụng của công nghệ đo lường và điều khiển bao gồm hệ thống điều khiển quá trình đốt cháy của nồi hơi, hệ thống giám sát tự động, tự động bảo vệ, điều chỉnh tự động và điều khiển chương trình tự động của tuabin hơi, hệ thống điều khiển đầu vào và đầu ra của điện năng. động cơ.
Trong ngành than, ứng dụng của công nghệ đo lường và điều khiển bao gồm: thiết bị khai thác khí mêtan trong mỏ than trong quá trình khai thác than, thiết bị phát hiện thành phần không khí trong mỏ, thiết bị phát hiện khí mỏ, hệ thống giám sát an toàn dưới lòng đất, v.v., điều khiển quá trình tôi luyện than cốc và điều khiển thu hồi khí trong quy trình tinh luyện than, điều khiển quy trình tinh luyện, điều khiển truyền dẫn máy móc sản xuất, v.v.
Trong ngành dầu khí, ứng dụng của công nghệ đo lường và điều khiển bao gồm: máy định vị từ tính, đồng hồ đo hàm lượng nước, đồng hồ đo áp suất và các thiết bị đo lường hỗ trợ công nghệ khai thác trong quá trình sản xuất dầu, hệ thống cấp điện, cấp nước, cấp hơi, cấp khí , Hệ thống lưu trữ và vận chuyển và ba hệ thống xử lý chất thải và các công cụ phát hiện cho một số lượng lớn các thông số trong quá trình sản xuất liên tục.
Trong ngành hóa chất, ứng dụng của công nghệ đo lường và điều khiển bao gồm: đo nhiệt độ, đo lưu lượng, đo mức chất lỏng, nồng độ, độ axit, độ ẩm, tỷ trọng, độ đục, nhiệt trị và các thành phần khí hỗn hợp khác nhau.Công cụ kiểm soát thường xuyên kiểm soát các thông số được kiểm soát, v.v.
Trong ngành máy móc, ứng dụng của công nghệ đo lường và điều khiển bao gồm: máy công cụ điều khiển kỹ thuật số chính xác, dây chuyền sản xuất tự động, robot công nghiệp, v.v.
Trong ngành hàng không vũ trụ, ứng dụng của công nghệ đo lường và điều khiển bao gồm: đo lường các thông số như độ cao bay của máy bay, tốc độ bay, trạng thái và hướng bay, gia tốc, quá tải và trạng thái động cơ, công nghệ phương tiện hàng không vũ trụ, công nghệ tàu vũ trụ và đo lường hàng không vũ trụ và công nghệ điều khiển.Chờ đợi.
Trong thiết bị quân sự, ứng dụng của công nghệ đo lường và điều khiển bao gồm: vũ khí dẫn đường chính xác, đạn dược thông minh, hệ thống chỉ huy tự động hóa quân sự (hệ thống C4IRS), thiết bị quân sự ngoài vũ trụ (chẳng hạn như các loại vệ tinh trinh sát quân sự, thông tin liên lạc, cảnh báo sớm, vệ tinh dẫn đường, v.v.) .).

Sự hình thành và phát triển của Công nghệ Đo lường và Điều khiển
Sự thật lịch sử về sự phát triển của khoa học và công nghệ Lịch sử tìm hiểu và cải tạo tự nhiên của con người cũng là một bộ phận quan trọng của lịch sử văn minh nhân loại.Sự phát triển của khoa học và công nghệ trước hết phụ thuộc vào sự phát triển của công nghệ đo lường.Khoa học tự nhiên hiện đại bắt đầu bằng phép đo theo đúng nghĩa.Nhiều nhà khoa học kiệt xuất mơ ước trở thành người phát minh ra các dụng cụ khoa học và người sáng lập ra các phương pháp đo lường.Tiến bộ của công nghệ đo lường trực tiếp thúc đẩy tiến bộ của khoa học và công nghệ.
Cuộc cách mạng công nghệ đầu tiên
Vào thế kỷ 17 và 18, công nghệ đo lường và kiểm soát bắt đầu xuất hiện.Một số nhà vật lý ở châu Âu bắt đầu sử dụng lực của dòng điện và từ trường để chế tạo các điện kế đơn giản và sử dụng thấu kính quang học để chế tạo kính thiên văn, từ đó đặt nền móng cho các dụng cụ điện và quang học.Vào những năm 1760, cuộc cách mạng khoa học và công nghệ đầu tiên bắt đầu ở Vương quốc Anh.Cho đến thế kỷ 19, cuộc cách mạng khoa học và công nghệ lần thứ nhất đã mở rộng sang Châu Âu, Châu Mỹ và Nhật Bản.Trong thời kì này đã sử dụng một số dụng cụ đo đơn giản như dụng cụ đo độ dài, nhiệt độ, áp suất...Trong cuộc sống, năng suất khổng lồ đã được tạo ra.

Cuộc cách mạng công nghệ lần thứ hai
Một loạt các phát triển trong lĩnh vực điện từ vào đầu thế kỷ 19 đã châm ngòi cho cuộc cách mạng công nghệ lần thứ hai.Nhờ việc phát minh ra dụng cụ đo dòng điện, điện từ nhanh chóng được đi đúng hướng, hết khám phá này đến khám phá khác lớn dần lên.Nhiều phát minh trong lĩnh vực điện từ, chẳng hạn như điện báo, điện thoại, máy phát điện, v.v., đã góp phần vào sự xuất hiện của thời đại điện.Đồng thời, nhiều công cụ đo lường và quan sát khác cũng đang nổi lên, chẳng hạn như máy kinh vĩ chính xác hạng nhất được sử dụng để đo độ cao trước năm 1891.

Cuộc cách mạng công nghệ lần thứ ba
Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, nhu cầu cấp thiết về công nghệ cao ở nhiều quốc gia đã thúc đẩy quá trình chuyển đổi công nghệ sản xuất từ ​​cơ giới hóa tổng hợp sang điện khí hóa và tự động hóa, đồng thời tạo ra một loạt đột phá lớn trong nghiên cứu lý luận khoa học.
Trong giai đoạn này, ngành sản xuất mà đại diện là các sản phẩm cơ điện bắt đầu phát triển theo hướng công nghiệp.Đặc điểm của sản xuất hàng loạt sản phẩm là hoạt động theo chu kỳ và hoạt động theo dòng chảy.Để thực hiện những điều này tự động, cần phải tự động phát hiện vị trí của phôi trong giai đoạn loại bỏ quá trình xử lý và sản xuất., kích thước, hình dạng, tư thế hoặc hiệu suất, v.v. Để đạt được điều này, cần có một số lượng lớn các thiết bị đo lường và điều khiển.Mặt khác, sự phát triển của ngành công nghiệp hóa chất với dầu mỏ làm nguyên liệu thô đòi hỏi một số lượng lớn các dụng cụ đo lường và kiểm soát.Thiết bị đo tự động bắt đầu được tiêu chuẩn hóa và hệ thống điều khiển tự động được hình thành theo yêu cầu.Đồng thời, máy công cụ CNC và công nghệ robot cũng ra đời trong thời kỳ này, trong đó công nghệ và dụng cụ đo lường và điều khiển có những ứng dụng quan trọng.
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, thiết bị đo đạc đã trở thành một công cụ kỹ thuật không thể thiếu để đo lường, điều khiển và tự động hóa, bắt đầu từ phép đo và quan sát đơn giản.Để đáp ứng nhu cầu của nhiều khía cạnh khác nhau, thiết bị đã mở rộng từ các lĩnh vực ứng dụng truyền thống sang các lĩnh vực ứng dụng phi truyền thống như y sinh, môi trường sinh thái và kỹ thuật sinh học.
Kể từ thế kỷ 21, một số lượng lớn các thành tựu công nghệ mới nhất, chẳng hạn như kết quả nghiên cứu máy móc chính xác ở quy mô nano, kết quả nghiên cứu hóa học hiện đại ở cấp độ phân tử, kết quả nghiên cứu sinh học ở cấp độ gen và nghiên cứu vật liệu chức năng đặc biệt có độ chính xác cao. kết quả và toàn cầu Kết quả của việc phổ biến và ứng dụng công nghệ mạng lần lượt ra đời, đây là sự thay đổi cơ bản trong lĩnh vực thiết bị đo đạc và thúc đẩy sự ra đời của một kỷ nguyên mới của các thiết bị công nghệ cao và thông minh.

Cảm biến trong hệ thống đo lường và điều khiển
Hệ thống đo lường và điều khiển chung bao gồm các cảm biến, bộ chuyển đổi trung gian và bộ ghi hiển thị.Cảm biến phát hiện và chuyển đổi đại lượng vật lý đo được thành đại lượng vật lý đo được.Bộ chuyển đổi trung gian phân tích, xử lý và chuyển đổi đầu ra của cảm biến thành tín hiệu mà thiết bị tiếp theo có thể chấp nhận và xuất tín hiệu đó sang các hệ thống khác hoặc được đo bằng bộ ghi hiển thị.Kết quả được hiển thị và ghi lại.
Cảm biến là liên kết đầu tiên của hệ thống đo lường.Đối với hệ thống điều khiển, nếu ví máy tính như bộ não thì cảm biến tương đương với ngũ quan, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác điều khiển của hệ thống.
Cảm biến thường bao gồm các phần tử nhạy cảm, tệp chuyển đổi và mạch chuyển đổi.Giá trị đo được cảm nhận trực tiếp bởi phần tử nhạy cảm và sự thay đổi của một giá trị tham số nhất định của chính nó có mối quan hệ nhất định với sự thay đổi của giá trị đo và tham số này rất dễ đo và xuất;sau đó đầu ra của phần tử nhạy cảm được phần tử chuyển đổi chuyển đổi thành thông số điện;Cuối cùng, mạch chuyển đổi khuếch đại đầu ra các tham số điện bằng phần tử chuyển đổi và chuyển đổi chúng thành các tín hiệu điện hữu ích, thuận tiện cho việc hiển thị, ghi, xử lý và điều khiển.
Hiện trạng và sự phát triển của các cảm biến mới
Công nghệ cảm biến là một trong những công nghệ cao phát triển nhanh nhất trên thế giới hiện nay.Cảm biến mới không chỉ theo đuổi độ chính xác cao, phạm vi rộng, độ tin cậy cao và mức tiêu thụ điện năng thấp mà còn phát triển theo hướng tích hợp, thu nhỏ, số hóa và thông minh.

1. Thông minh
Trí thông minh của cảm biến đề cập đến sự kết hợp chức năng của cảm biến thông thường và chức năng của máy tính hoặc các bộ phận khác để tạo thành một tổ hợp độc lập, không chỉ có chức năng thu thập thông tin và chuyển đổi tín hiệu mà còn có khả năng xử lý dữ liệu , phân tích bồi thường và ra quyết định.

2. Kết nối mạng
Kết nối mạng của cảm biến là để cho phép cảm biến có chức năng kết nối với mạng máy tính, để nhận ra khả năng truyền và xử lý thông tin đường dài, nghĩa là để thực hiện phép đo “vượt qua đường chân trời” của phép đo và hệ thống điều khiển.

3. Thu nhỏ
Giá trị thu nhỏ của cảm biến làm giảm đáng kể âm lượng của cảm biến trong điều kiện chức năng không thay đổi hoặc thậm chí được tăng cường.Thu nhỏ là yêu cầu của đo lường và kiểm soát chính xác hiện đại.Về nguyên tắc, kích thước của cảm biến càng nhỏ thì tác động lên đối tượng đo và môi trường càng nhỏ, tiêu thụ năng lượng càng ít và càng dễ đạt được phép đo chính xác.

4. Tích hợp
Việc tích hợp các cảm biến đề cập đến việc tích hợp theo hai hướng sau:
(1) Việc tích hợp nhiều thông số đo lường có thể đo nhiều thông số.
(2) Sự tích hợp của cảm biến và các mạch tiếp theo, nghĩa là tích hợp các thành phần nhạy cảm, thành phần chuyển đổi, mạch chuyển đổi và thậm chí cả nguồn điện trên cùng một chip, để nó có hiệu suất cao.

5. Số hóa
Giá trị kỹ thuật số của cảm biến là đầu ra thông tin của cảm biến là một đại lượng kỹ thuật số, có thể thực hiện truyền đường dài và độ chính xác cao, đồng thời có thể được kết nối với thiết bị xử lý kỹ thuật số như máy tính mà không cần liên kết trung gian.
Việc tích hợp, trí thông minh, thu nhỏ, kết nối mạng và số hóa các cảm biến không độc lập mà bổ sung và liên kết với nhau, và không có ranh giới rõ ràng giữa chúng.
Công nghệ điều khiển trong hệ thống đo lường và điều khiển

Lý thuyết điều khiển cơ bản
1. Lý thuyết điều khiển cổ điển
Lý thuyết điều khiển cổ điển bao gồm ba phần: lý thuyết điều khiển tuyến tính, lý thuyết điều khiển lấy mẫu và lý thuyết điều khiển phi tuyến.Điều khiển học cổ điển lấy phép biến đổi Laplace và phép biến đổi Z làm công cụ toán học, lấy hệ ổn định tuyến tính một đầu vào một đầu ra làm đối tượng nghiên cứu chính.Phương trình vi phân mô tả hệ thống được biến đổi sang miền số phức bằng phép biến đổi Laplace hoặc phép biến đổi Z và thu được hàm truyền của hệ thống.Và dựa trên hàm truyền, một phương pháp nghiên cứu về quỹ đạo và tần số, tập trung vào phân tích độ ổn định và độ chính xác ở trạng thái ổn định của hệ thống điều khiển phản hồi.

2. Lý thuyết điều khiển hiện đại
Lý thuyết điều khiển hiện đại là lý thuyết điều khiển dựa trên phương pháp không gian trạng thái, là thành phần chính của lý thuyết điều khiển tự động.Trong lý thuyết điều khiển hiện đại, việc phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển chủ yếu được thực hiện bằng cách mô tả các biến trạng thái của hệ thống và phương pháp cơ bản là phương pháp miền thời gian.Lý thuyết điều khiển hiện đại có thể giải quyết một loạt các vấn đề điều khiển rộng hơn nhiều so với lý thuyết điều khiển cổ điển, bao gồm các hệ thống tuyến tính và phi tuyến, hệ thống cố định và thay đổi theo thời gian, hệ thống đơn biến và hệ thống nhiều biến.Các phương pháp và thuật toán mà nó áp dụng cũng phù hợp hơn với máy tính kỹ thuật số.Lý thuyết điều khiển hiện đại cũng cung cấp khả năng thiết kế và xây dựng các hệ thống điều khiển tối ưu với các chỉ số hoạt động cụ thể.

Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm các thiết bị điều khiển (bao gồm bộ điều khiển, cơ cấu chấp hành và cảm biến) và các đối tượng được điều khiển.Thiết bị điều khiển có thể là người hoặc máy, đây là điểm khác biệt giữa điều khiển tự động và điều khiển bằng tay.Đối với hệ thống điều khiển tự động, theo các nguyên tắc điều khiển khác nhau, nó có thể được chia thành hệ thống điều khiển vòng hở và hệ thống điều khiển vòng kín;theo phân loại của các tín hiệu nhất định, nó có thể được chia thành hệ thống điều khiển giá trị không đổi, hệ thống điều khiển theo dõi và hệ thống điều khiển chương trình.

Công nghệ nhạc cụ ảo
Công cụ đo lường là một phần quan trọng của hệ thống đo lường và điều khiển, được chia thành hai loại: công cụ độc lập và công cụ ảo.
Thiết bị độc lập thu thập, xử lý và xuất tín hiệu của thiết bị trong khung độc lập, có bảng điều khiển và nhiều cổng khác nhau, và tất cả các chức năng tồn tại ở dạng phần cứng hoặc phần sụn, điều này xác định rằng thiết bị độc lập chỉ có thể được xác định bởi nhà sản xuất., giấy phép mà người dùng không thể thay đổi.
Công cụ ảo hoàn thành việc phân tích và xử lý tín hiệu, biểu thức và xuất kết quả trên máy tính hoặc lắp thẻ thu thập dữ liệu vào máy tính và loại bỏ ba phần của công cụ trên máy tính, vượt qua truyền thống dụng cụ.giới hạn.

Tính năng kỹ thuật của công cụ ảo
1. Các chức năng mạnh mẽ, tích hợp hỗ trợ phần cứng mạnh mẽ của máy tính, vượt qua giới hạn của các công cụ truyền thống trong xử lý, hiển thị và lưu trữ.Cấu hình tiêu chuẩn là: bộ xử lý hiệu năng cao, màn hình độ phân giải cao, ổ cứng dung lượng lớn.
2. Tài nguyên phần mềm máy tính thực hiện phần mềm hóa một số phần cứng máy, tiết kiệm tài nguyên vật chất và nâng cao tính linh hoạt của hệ thống;thông qua các thuật toán số tương ứng, các phân tích và xử lý dữ liệu thử nghiệm khác nhau có thể được thực hiện trực tiếp trong thời gian thực;thông qua công nghệ giao diện GUI (giao diện người dùng đồ họa) để thực sự đạt được giao diện thân thiện và tương tác giữa người với máy tính.
3. Với bus máy tính và bus thiết bị mô-đun, phần cứng thiết bị được mô đun hóa và tuần tự hóa, giúp giảm đáng kể kích thước của hệ thống và tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng các thiết bị mô-đun.
Thành phần của hệ thống công cụ ảo
Công cụ ảo bao gồm các thiết bị phần cứng và giao diện, phần mềm trình điều khiển thiết bị và bảng điều khiển công cụ ảo.Trong số đó, các thiết bị và giao diện phần cứng có thể là nhiều thẻ chức năng tích hợp dựa trên PC, thẻ giao diện bus giao diện phổ quát, cổng nối tiếp, giao diện thiết bị bus VXI, v.v. hoặc các thiết bị kiểm tra bên ngoài có thể lập trình khác nhau, Phần mềm trình điều khiển thiết bị là một chương trình trình điều khiển trực tiếp điều khiển các giao diện phần cứng khác nhau.Công cụ ảo giao tiếp với hệ thống công cụ thực thông qua phần mềm trình điều khiển thiết bị cơ bản và hiển thị các yếu tố hoạt động tương ứng của bảng công cụ thực trên màn hình máy tính ở dạng bảng công cụ ảo.điều khiển khác nhau.Người dùng vận hành bảng điều khiển của nhạc cụ ảo bằng chuột thật và thuận tiện như vận hành nhạc cụ thật.
Chuyên ngành công nghệ đo lường và điều khiển và dụng cụ là một chuyên ngành truyền thống và đầy triển vọng phát triển.Nói là truyền thống bởi nó có nguồn gốc xa xưa, trải qua hàng trăm năm phát triển, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội.Là một chuyên ngành truyền thống, nó liên quan đến nhiều chuyên ngành cùng một lúc, điều này khiến nó vẫn có một sức sống mạnh mẽ.
Với sự phát triển hơn nữa của công nghệ đo lường và điều khiển hiện đại, công nghệ thông tin điện tử và công nghệ máy tính, nó đã mở ra một cơ hội mới cho sự đổi mới và phát triển, chắc chắn sẽ tạo ra ngày càng nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau.