2023學(xué)年完整公開課版儀表概述

任務(wù)1認知智能儀表1.1智能儀器概述1.2智能儀器應(yīng)用實例簡介1.3本課程的內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)及要求思考題與習(xí)題4）幾種典型的現(xiàn)場總線（1）HART總線。最早的現(xiàn)場總線系統(tǒng)HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）是美國Rosemount公司于1986年提出并研制的一種通信協(xié)議，得到了80多家著名儀器儀表制造商的支持，這種被稱為可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，可以在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信。它在常規(guī)模擬儀表的4～20mADC信號的基礎(chǔ)上迭加了FSK（FrequencyShiftKeying）數(shù)字信號。這種通信協(xié)議既可以用于4～20mADC的模擬儀表，也可以用于數(shù)字式通信儀表。它屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中的過渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過渡時期具有較強的市場競爭力，

得到了廣泛的應(yīng)用。

（2）CAN總線。CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork）的簡稱，是由德國BOSCH公司為汽車的監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設(shè)計的總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，適合于工業(yè)設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備之間的互聯(lián)。CAN可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點均可主動向其他節(jié)點發(fā)送信息。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可按系統(tǒng)實時性要求分成不同的優(yōu)先級，一旦發(fā)生總線沖突，會減少總線的仲裁時間。CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀為8個字節(jié)，數(shù)據(jù)的出錯率極低，被認為是最有發(fā)展前途的現(xiàn)場總線之一。其傳輸介質(zhì)可用雙絞線、同軸電纜或光纖，通信速率最高達1Mb/s，傳輸距離可達10km。其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，并廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域。它也基于OSI模型，但進行了優(yōu)化，

抗干擾能力強，

可靠性高。

（3）LonWorks總線。LonWorks是美國Echelon公司推出的一種功能全面的測控網(wǎng)絡(luò)，主要用于工廠及車間的環(huán)境、安全、保衛(wèi)、報警、動力分配、給水控制、庫房和材料管理等。該總線技術(shù)的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片是高性能、低成本的專用神經(jīng)元芯片，能實現(xiàn)完整的LonTalk通信協(xié)議。該協(xié)議支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電力線等多種通信介質(zhì)。目前，LonWorks在國內(nèi)應(yīng)用最多的是電力行業(yè)，如變電站自動化系統(tǒng)；另外，樓宇自動化和住宅自動化也是其主要應(yīng)用行業(yè)之一。

（4）PROFIBUS總線。PROFIBUS（ProcessFieldBus）是由西門子等十幾家公司、研究所共同推出的符合德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議包括Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA三部分。Profibus-DP用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域；Profibus-FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等；而Profibus-PA則是適于過程自動化的總線類型。該總線的最大特點是具有在防爆危險區(qū)內(nèi)連接的本征安全特性，是一種面向工業(yè)自動化應(yīng)用的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

（5）基金會現(xiàn)場總線FF。FF（FoundationFieldbus）是由現(xiàn)場總線基金會提供的一種全新概念的通信標(biāo)準(zhǔn)，是在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)，主要用于工業(yè)過程控制和制造業(yè)自動化環(huán)境。FF總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25kb/s，通信距離可達1900m，可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2的傳輸速率可為1Mb/s和2.5Mb/s兩種，其通信距離分別為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。FF總線的主要技術(shù)內(nèi)容包括FF通信協(xié)議,用于完成開放互連模型中第2～7層通信協(xié)議的通信棧，用于描述設(shè)備特征、參數(shù)、屬性及操作接口的DDL設(shè)備描述語言、設(shè)備描述字典，用于實現(xiàn)測量、控制、工程量轉(zhuǎn)換等應(yīng)用功能的功能塊，實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)度、管理等功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。

（5）現(xiàn)場總線儀表FCS——結(jié)構(gòu)特點現(xiàn)場總線儀表FCS現(xiàn)場總線儀表FCS（4）

——FF儀表產(chǎn)品LD302：(FF)壓力變送器TT302：(FF)溫度變送器現(xiàn)場總線儀表FCS

——總線分布結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線系統(tǒng)是企業(yè)的底層網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線儀表FCS

——數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)：OPC現(xiàn)場總線儀表FCS

——FCS較DCS的諸多優(yōu)點1全數(shù)字化2全分布3雙向傳輸4自診斷5節(jié)省布線及控制室空間6多功能儀表7開放性8互操作性9智能化與自治性全分布、網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線儀表FCS

——儀表與控制系統(tǒng)構(gòu)成間的聯(lián)系：單回路控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線儀表FCS

——儀表與控制系統(tǒng)構(gòu)成間的聯(lián)系：串級控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線儀表FCS

——工程師站控制系統(tǒng)演示使用SmarSysCon5.01.2智能儀器應(yīng)用案例

1.2.1電話遙控的基本原理電話遙控的最初目的是想利用電話線路，實現(xiàn)遠距離操縱家用電器電源的接通或斷開。其遙控接收控制器（即電話遙控器）的基本結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

圖1-2電話遙控器的組成

電話遙控器的基本工作原理是，當(dāng)遠處的遙控者通過電話線路撥通本機電話時，遙控器的檢測與控制電路根據(jù)設(shè)定的振鈴次數(shù)自動地將電話線路與譯碼電路接通，遙控者即可通過遠處的電話機的按鍵向電話遙控器輸入開、關(guān)家用電器的密碼信號。當(dāng)譯碼電路收到按鍵信號并確認為正確的命令后，直接控制開、關(guān)電路動作，以打開或關(guān)閉家用電器的電源開關(guān)；如果接收的是非法命令，則立即掛機，從而實現(xiàn)了家用電器遠距離遙控的功能。

1.3本課程的內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)及要求

1.3.1課程內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)本課程的主要內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)包括三個方面：一是通過介紹智能儀器的基本組成結(jié)構(gòu)、工作原理、智能儀器的典型處理功能以及智能儀器的數(shù)據(jù)通信方式，使學(xué)生初步了解智能儀器的結(jié)構(gòu)主要包括哪幾部分，它是如何工作的；智能儀器與傳統(tǒng)的儀器儀表有何區(qū)別，它們的主要特點是什么；智能儀器的智能化主要表現(xiàn)在哪些方面，有哪些典型的處理方法；智能儀器是如何進行數(shù)據(jù)通信的，有哪些數(shù)據(jù)通信方式等。二是通過三種不同類型且具有代表性的智能儀器的組成原理及應(yīng)用實例，進一步闡述智能儀器各主要部件的電路結(jié)構(gòu)、工作原理，智能儀器的特點以及不同類型儀器的軟、硬件設(shè)計思路；并對智能儀器使用中的常見故障、故障產(chǎn)生的原因及其處理方法，智能儀器的抗干擾措施等作了詳細的介紹（第7章），使學(xué)生進一步熟悉實際的智能儀器的主要部件、儀器的基本結(jié)構(gòu)，深入了解其工作原理、調(diào)試及使用方法等，為今后的應(yīng)用作好準(zhǔn)備。三是對智能儀器的最新發(fā)展成果進行了論述，并對個人儀器、虛擬儀器以及現(xiàn)場總線儀器等新一代智能儀器作了重點介紹（第8章），使學(xué)生了解智能儀器的最新進展和發(fā)展趨勢，并初步掌握上述三類新型智能儀器的基本結(jié)構(gòu)、

性能及特點，

為今后的專業(yè)拓展打下良好的基礎(chǔ)。

1.3.2課程學(xué)習(xí)要求本課程在學(xué)習(xí)的過程中，要求學(xué)生能緊密結(jié)合先修的《單片機應(yīng)用技術(shù)》、《電子技術(shù)基礎(chǔ)》等課程內(nèi)容進行學(xué)習(xí)。智能儀器是以智能芯片（通常是單片計算機）為核心部件，以檢測、輸入通道、輸出控制、顯示等電子電路為外圍部件組成的。因此，學(xué)生應(yīng)在較好地掌握上述幾門課程的基礎(chǔ)上，著重學(xué)習(xí)智能儀器的基本組成，了解智能儀器的典型處理方法并初步掌握智能儀器的故障診斷與調(diào)試技術(shù)，學(xué)會智能儀器的使用與維護方法，以達到初步掌握并能較好地應(yīng)用智能儀器的目的。

此外，在學(xué)習(xí)的過程中，還應(yīng)注重實驗、實訓(xùn)課程（或課程設(shè)計）的訓(xùn)練，關(guān)鍵把握好學(xué)習(xí)的四個環(huán)節(jié)：①課前預(yù)習(xí)，著重了解將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，并對不易理解的地方做好記號，上課時注意聽講；②課內(nèi)認真聽講、積極思考并參與討論；③實驗、實訓(xùn)時一定要自己動手做，學(xué)會分析、解決問題的基本方法，增強自己的實踐動手能力；④課后抓緊復(fù)習(xí)，及時鞏固課堂所學(xué)的內(nèi)容。除此之外，還應(yīng)注重知識