工程测试技术6.ppt
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1、工程测试技术 第六章 计算机化测试系统,本章学习要求: 了解现场总线技术; 了解网络智能传感器技术; 了解智能仪器的构成和工作原理; 了解虚拟仪器的构成和工作原理。,工程测试技术,本章目录,6.1 概述(4学时) 6.2 现场总线技术 6.3 网络智能传感器 6.4 智能仪器仪表 6.5 虚拟仪器,工程测试技术,6.1 概述,工程测试技术,基于虚拟仪器的工业测控系统架构,自动化 软件,PLC,智能仪表,数据采集,现场总线,个人计算机或 工作站,图象,公司 Intranet or Internet,分布式 I/O,智能传感器,过程,工程测试技术,计算机化测试系统涵盖的方面,现场总线技术 网络智能
2、传感器 智能仪器仪表 虚拟仪器,工程测试技术,6.2 现场总线技术,现场总线在自动化系统中的位置,工程测试技术,现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线。 或者,现场总线是以单个分散的数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点,用总线相连接,实现相互交换信息,共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 具体化地讲: 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化的、智能、双向、多变量、多点、多站的通信系统,按ISO的OSI标准提供了网络服务,可靠性高,稳定性好,抗干扰能力强,通信速率快,造价低
3、,维护成本低。,1. 现场总线的定义,工程测试技术,传统方式,现场级设备与控制器之间连接采用一对一所谓I/O接线方式,传递4-20mA或24VDC信号。,工程测试技术,现场总线技术,主要特征是采用数字式通信方式取代设备级的4-20mA(模拟量)/24VDC(开关量)信号,使用一根电缆连接所有现场设备。,工程测试技术,2. 现场总线的优点,可大大节约连接导线、维护和安装费用,可以用低廉的造价组成一个系统。一个传统的420mA控制回路通常只能传输代表过程变量的一个信号。 现场总线能够在传送多个过程变量的同时,一并传送仪表的标识符和简单的诊断信息,具有监视与控制能力强、可靠性与故障容限高、实时响应性
4、好和对环境要求低等优点。 数字信息可排除模拟信息传输和转换中所产生的误差。 由于现场总线是双向的,因此能够从中心控制室对现场智能仪表进行控制,使远程调整、诊断和维护成为可能,甚至能够在故障发生前进行预测。,工程测试技术,传统控制系统的布线,工程测试技术,现场总线控制系统的布线,320 I/O,384 I/O,工程测试技术,过去十年,现场总线技术得到了迅速的发展,但是,却未能形成一种统一的国际标准。 两方面原因: 技术方面的原因,由于现场总线是应用于现场过程控制的通信网络,涉及到许多底层设备的不同行业标准和用户习惯的继承,以及不同类型网络互连的协议制定; 另一方面是商业利益,各厂家都希望自己的技
5、术在标准中占有更大份额,以便使国际标准给自己带来更大利益,互不相让,导致了目前多种现场总线共存的局面。,3. 现场总线技术的发展,工程测试技术,4. 世界上流行的几种现场总线,CAN, PROFIBUS, HART, Fieldbus, WorldFIP, LonWorks, MODBUS, INTERBUS, AnyBus, DNET , P-NET, LIGHTBUS等40余种,工程测试技术,a. FF (Fieldbus Foundation)总线,由美国仪器协会(ISA) 1994推出,代表公司有Honeywell和Fisher-Rosemount,主要应用于石油化工、连续工业过程控制
6、。FF的特色是其通讯协议在ISO的OSI物理层、数据链路层和应用层之上附加了用户层,通过对象字典OD (Object Dictionary)和设备描述语言DDL (Device Description Language)实现可互操作性。目前基于FF的现场总线产品有,美国Smart公司生产的压力温度变送器,Honeywell & Rockwell 推出的Process Logix系统,Fisher-Rosemount推出的PlantWeb。,工程测试技术,b. Profibus (Process Fieldbus),德国西门子公司87年推出,主要应用于PLC。产品有三类:FMS用于主站之间的通讯
7、;DP用于制造行业从站之间的通讯;PA用于过程行业从站之间的通讯。由于Profibus开发生产的现场总线产品开发时间早至十年前,限于当时计算机网络水平,大多建立在IT网络标准基础上,随着应用领域不断扩大和用户要求的提高,现场总线的产品只能在原有IT协议框架上进行局部的修改和补充,以致在控制系统内增加了很多的转换单元(如各种耦合器),这为该产品今后的进一步发展带来了一定的局限性。,工程测试技术,c. HART总线,HART (Highway Addressable Remote Transducer) -可寻址远程传感器数据通路是美国Rosemount公司1989年推出,主要应用于智能变送器。H
8、ART为一过渡性标准,它通过在4-20mA电源信号线上叠加不同频率的正弦波(2200Hz表“0”,1200Hz表“1”)来传送数字信号,从而保证了数字系统和传统模拟系统的兼容性,预计其生命周期为最近20年。,工程测试技术,d. CAN (Control Area Network),德国Bosch公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。 特点:通信速率高,可靠性好,价格低廉等 适用:汽车,中小规模的工业过程监控设备的互连和交通运载工具电气系统,受到广泛重视,公认为最有前途的现场总线之一。,工
9、程测试技术,工程测试技术,e. LonWorks (Local Operating Network),LonWorks是美国Echelon公司1991年推出,主要应用于楼宇自动化、工业自动化和电力行业等。其主要单元有: LonTalk protocol LONWORKS transceivers Neuron chips Network management and application software LonTalk的全部7层协议,介质访问方式为P2P CSMA(载波监听多路复用),采用网络逻辑地址寻址方式,优先权机制保证了通讯的实时性,安全机制采用证实方式,因此能构建大型网络控制系统。
10、Neuron神经元芯片实质为网络型微控制器,该芯片强大的网络通讯处理功能配以面向对象的网络通讯方式,大大降低了开发人员在构造应用网络通讯方面所需花费的时间和费用,而可将精力集中在所擅长的应用层进行控制策略的编制,因此业内许多专家认为LonWorks总线是一种很有希望的现场总线。,工程测试技术,系统集成方案示意,工程测试技术,6.3 网络智能传感器,加州大学计算机科学教授埃斯特林智能传感器如何拯救地球摘要: 传感器网络是一些激动人心的计算系统,它们结合了分布式传感、计算和无线通信技术。科学家们鼓吹,这种技术像因特网一样强大和复杂,它可以广泛应用于对公共污染物的监测、对土地使用情况的管理,对安全架
11、构的支持等各个方面。 正在出现的这种嵌入式网络将改变我们理解和管理实体世界的方法。传感器网络将带来通信革命的无线技术和带来医学和产业技术革命的传感器技术结合了起来。现在我们可以将微型传感器、微处理器和单片无线接口整合在一起,做成一种能耗相对较低、体积极小的器件,它们能密集监测广泛的物理现象,从而使实时的环境监测成为可能。,工程测试技术,1. 提出背景,现代信息技术的三大基础: 传感器技术:信息的采集 - “感官” 通 信 技 术:信息的传输 - “神经” 计算机技术:信息的处理 - “大脑”,工程测试技术,三大基础信息技术的融合,第一种结合: 计算机技术传感器技术 智能传感器 第二种结合: 计
12、算机技术通信技术 计算机网络技术 第三种结合: 计算机网络技术智能传感器 网络化智能传感器 传统测控系统的信息采集、数据处理等方式产生质的飞跃,各种现场数据直接在网络上传输、发布与共享; 测控系统本身也发生了质的飞跃,可在网络上任何节点对现场传感器进行在线编程和组态,使系统的结构和功能产生了重大变革。,工程测试技术,2. 智能传感器应具备的条件,由传感器自身能消除异常值和例外值,提供比传统传感器更全面、更真实的信息。 具有信息处理功能,如自动补偿功能。 具有信息存贮及自诊断功能。 具有自适应和自调节功能。 具有智能算法及自学习功能。 可以有数字通信接口,能实现网络化或远程通信。,工程测试技术,
13、3. 通用智能化传感器的接口标准,1993年9月,IEEE第九技术委员会(传感器测量和仪器仪表技术协会)决定制定一种网络化智能传感器通讯接口的协议。 1994年3月,美国国家技术标准局(NIST)和IEEE共同组织一次关于制定智能传感器接口和智能传感器连接网络通用标准的研讨会。讨论IEEE 1451传感器/执行器智能变送器接口标准。 1995年4月,成立了两个专门的技术委员会:P1451.1工作组和P1451.2工作组。 P1451.1工作组负责定义智能变送器的公共对象模型和相应的接口; P1451.2工作组定义TEDS和数字接口标准,包括STIM和NACP之间的通讯接口协议和管脚分配。199
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