教學材料《傳感器》-第十五章

第一節

智能傳感器智能傳感器(IntelligentSenSoR)是微型計算機技術與傳感器技術相結合的產物,也是傳感器技術克服自身不足向前發展的必然趨勢?智能傳感器不僅具有視?嗅?味覺和聽覺功能,而且具有存儲?思維?邏輯判斷?數據處理和自適應能力等功能從結構上講,智能傳感器的核心是傳感器和微處理器兩個部分,智能傳感器系統的結構框圖如圖15-1所示?智能傳感器系統包括傳感器?信號預處理及模擬/數字接口?微型機?數字/模擬接口及輸出驅動電路?顯示記錄等部分,微型機具備MP,ROM,RAM?信息處理及校正軟件,它如同人的大腦,微型機可以是單片機?單板機,也可以是微型計算機系統?一?智能傳感器的功能下一頁返回第一節

智能傳感器智能傳感器的功能是通過比照人的感官和大腦的協調動作,并結合傳感器的實際應用提出的,其主要功能如下?1.具有自標定?自校正功能普通傳感器需要定期校驗和標定,以保證他正常使用時有足夠的準確度;校驗和標定時一般要求將傳感器從使用現場拆卸下來拿到實驗室進行,很不方便?智能傳感器具有在線自校正功能,一般所要校正的參數主要是零位和增益,智能傳感器中的微處理器內存中有校正功能軟件,操作者只要輸入零位和某已知參數,其自校正軟件就能自動地將變化了的零位和增益校正過來?2.具有自動補償和計算功能上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器智能傳感器的自動補償和計算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補償開辟了新道路,即使傳感器的精度不高,或者抗干擾能力不強,通過傳感器的計算功能也能獲得較精確的測量結果?智能傳感器還可以進行數據的統計處理,對具有多個敏感元件的傳感器,可測量其平均值?方差和系統的標準差?如果某一敏感元件輸出的誤差大于3倍標準差,輸出數據就把它當做粗差舍棄;但輸出這些數據的敏感元器件仍然是有效的,只是因為某些原因使其所標定的值發生了漂移,只要對這個敏感元件重新標定即可?3.復合敏感功能智能傳感器能夠同時測量多個被測量,具有復合敏感功能?上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器此功能能夠全面給出被測量的物理性質和變化規律,如光的強度?波長?相位和偏振等參數可反映光的運動特性,壓力?溫度?濃度?pH值等能分別反映被測物質的力?熱及化學特性?4.雙向通信功能智能傳感器內的微機都具有對外的標準化接口,能方便地與上位機或下位機互聯通信?亦可通過鍵盤的簡單操作進行遠程設定或變更傳感器的參數,如測量范圍?線性輸出或平方根輸出等,實現遠距離通信?處理和控制?5.顯示報警功能智能傳感器內的微機通過接口與數碼管或其他顯示器結合起來,可選點顯示或定時循環顯示各種測量值及相關參數,上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器也可以打印機輸出,并通過與給定值比較實現上下值的報警?6.掉電保護功能由于微機的RAM的內部數據在掉電時會自動消失,這將給儀器的使用帶來很大的不便?為此在智能傳感器內裝有備用電源,當系統掉電時,能自動把后備電源接入RAM,以保證數據不丟失?二?智能傳感器的特點智能化設計是傳感器傳統設計中的一次革命,是世界傳感器的發展趨勢?與傳統的傳感器相比,智能傳感器的主要特點如下?1.精度高上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器智能傳感器有多項功能來保證它的高精度,如:通過自動校零去除零點漂移,與標準參考基準實時對比以自動進行整體系統標定,自動進行整體系統的非線性等系統誤差的校正,通過對采集的大量數據的統計處理以消除隨機誤差的影響等,從而保證了智能傳感器的高精度?2.高可靠性與高穩定性智能傳感器能自動補償因工作條件與環境參數發生變化后引起系統特性的漂移,如溫度變化而產生的零點漂移?在當被測參數變化后能自動改換量程,能實時自動進行系統的自我檢驗,實時分析?判斷所采集到的數據的合理性,并給出異常情況的應急處理(報警或故障提示)等,上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器具有多項功能保證了智能傳感器的高可靠性與高穩定性?3.高信噪比與高分辨力智能傳感器具有數據存儲?記憶與信息處理功能,通過軟件進行數字濾波?相關分析等處理,可以去除輸入數據中的噪聲,將有用信號提取出來;通過數據融合?神經網絡技術,可以消除多參數狀態下交叉影響,從而保證在多參數狀態下對特定參數測量的分辨能力,故智能傳感器具有高信噪比與高分辨力?4.自適應性能力強由于智能傳感器具有判斷?分析與處理功能,它能根據系統工作情況決策各部分的供電情況,協調系統內各部分數據傳送速率,使系統工作在最低功耗狀態和優化傳送數率?上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器5.性價比高智能傳感器不像傳統傳感器那樣為追求本身的完善,需對傳感器的各個環節進行精心設計與調試,而是采用廉價的集成電路工藝和芯片來實現的,并以強大的軟件功能來降低硬件成本,因而具有較高的性價比?三?智能傳感器實現的途徑智能傳感器是一門涉及多種學科的綜合技術,它包含經典的?現代的傳感器技術?信號分析與處理技術?計算機軟件設計?接口與通信技術?電路與系統等多種學科的基礎知識,它是當今世界正在發展的高新技術?智能傳感器的實現有三種基本途徑,即非集成式途徑?集成化式途徑?集成混合式途徑?上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器1.非集成式途徑非集成式途徑是指將經典傳感器?信號調理電路?帶數字通信接口的微處理器組合在一起的智能傳感器系統,亦可稱為傳感器智能檢測系統,如圖15-2所示?圖中的經典傳感器只具有信號檢測能力,信號調理電路是將傳感器輸出信號進行放大并轉換成數字信號后送入微處理器,再由微處理器通過數字通信總線接口掛在現場數字總線上?現場總線是連接測控系統中各智能裝置(包括智能傳感器)的雙向數字通信網絡,它的主要特點是傳輸數字信號?標準化及智能化等,這是一種實現智能傳感器最快捷的途徑與方式?例如,美國羅斯蒙特公司?上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器SMAR公司生產的電容式智能壓力(差)變送器系列產品,就是在傳統式非集成電容式變送器基礎上附加一塊帶數字總線接口的微處理器插板后組裝而成的,并配有通信?控制?自補償?自校正?自診斷等功能的智能化軟件,從而實現智能化?2.集成化式途徑集成化式途徑是指利用大規模集成電路工藝技術和微機械加工技術,將敏感元件?信號調理電路?微處理單元等集成在一塊芯片上,故稱之為集成智能傳感器?隨著微米/納米技術的應用,大規模集成電路工藝技術的日臻完善,集成電路器件的密集度越來越高,使各種芯片的性能價格比不斷提高?反過來,它又促進了微機械加工技術的發展,上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器形成了與傳統傳感器制作工藝完全不同的現代傳感器工藝技術?這類傳感器的特點是:微型化?結構一體化?陣列式?精度高?多功能?全數字化,以及使用方便?操作簡單?功耗低?抗干擾能力強等優點?3.集成混合式途徑完全集成化的途徑在保障智能傳感器系統性能上存在著許多困難,如在一塊芯片內對功耗與自熱?電磁耦合帶來的相互影響如何消除?哪一種敏感元件比較容易采用標準的集成電路工藝來制作?選用何種信號調理電路不需要外接元件?還有許多其他問題有待解決;同時,在一塊芯片上實現智能傳感器并不總是必須的,因此智能傳感器更實際實現途徑是集成混合式上一頁下一頁返回第一節

智能傳感器集成混合式途徑是指將傳感器系統中的各個集成化環節,如敏感元件?信號調理電路?微處理器單元?數字總線接口,以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上,并裝在一個外殼里,如圖15-3所示?圖15-3所示提供了4種集成混合式途徑,圖(a)中是將三塊集成化芯片封裝在一個外殼里,圖(b)?(c)?(d)中是將不同的兩塊集成化芯片封裝在一個外殼里?通常,集成化敏感單元應包括彈性敏感元件及變換器,信號調理電路包括多路開關?儀用放大器?模/數轉換器(ADC)等,智能信號調理電路還帶有零點校正電路和溫度補償電路,微處理單元包括數字存儲器(EPROM,ROM,RAM)?輸入/輸出接口?微處理器?數/模轉換器(DAC)等?上一頁返回第二節

虛擬儀器虛擬儀器VI(ViRtUalInStRUment)是繼模擬儀器?數字儀器?智能儀器之后出現的概念性儀器,它由通用計算機?模塊化功能硬件和專用控制軟件組成?虛擬儀器是現代計算機技術和儀器技術完美的結合,利用計算機豐富的軟件資源,可實現部分功能硬件的軟件化,以增強檢測系統的靈活性;利用計算機強大的運算能力?圖形環境和在線幫助功能,建立具有良好人機交互性能的虛擬儀器面板,以適應各種環境下不同信號的檢測?虛擬儀器自美國國家儀器公司(NI)1986年提出以來,走的是一條硬?軟件模塊化,總線與驅動程序標準化?硬件模塊即插即用化?編程平臺圖形化發展方向,下一頁返回第二節

虛擬儀器是現代儀器和檢測技術發展的方向和潮流?虛擬儀器目前已廣泛應用于航天工程?軍事工程?電力工程?機械工程?鐵路交通?地質勘探?生物醫學?教學和科研等各個領域,對科學技術的發展和國防?工業?農業的生產將產生不可計量的巨大影響一?虛擬儀器的組成與分類如圖15-4所示,虛擬儀器總體上由硬件和軟件兩部分組成,虛擬儀器中應用軟件是整個儀器的核心,硬件僅僅是信號輸出?輸入部件和軟件運行的物理環境,用戶只要通過調整或修改部分軟件,便可方便地改變或增減儀器的測試功能,給用戶充分發揮自己才能和想象的空間,也使儀器系統的組建和功能的開發更為靈活和方便?上一頁下一頁返回第二節

虛擬儀器虛擬儀器有多種分類辦法,既可以按應用領域分,也可以按測量功能分,但是最常用的還是按照構成虛擬儀器的接口總線不同,分為數據采集插卡式(DAQ)虛擬儀器?RS232/RS422虛擬儀器?并行接口虛擬儀器?GPIB虛擬儀器?VXI虛擬儀器?PXI虛擬儀器?USB虛擬儀器和最新的IEEE1394接口虛擬儀器?DAQ虛擬儀器廣泛應用于一般的測試系統與工業過程控制,并且正在從過去16位的標準ISA總線發展到32位的PCI總線插卡,為設計各種測試儀器提供了更好的數據采集和控制能力?但DAQ虛擬儀器需要打開主機機箱連接,使用比較麻煩,并且容易將干擾引入計算機,因此,上一頁下一頁返回第二節

虛擬儀器基于通用計算機標準配置接口的各種外接式虛擬儀器將成為發展方向?外接式方案避免了PC內部的噪聲,特別適合于低電平信號應用,為儀器設計提供了更大的空間?更好的隔離能力和更方便的連接方式?RS232/RS422串口虛擬儀器在各種現場過程控制儀表中應用較多,支持長線傳輸,抗干擾能力強,但數據傳輸率較低?并行接口虛擬儀器也是一種比較傳統的高速接口,一般打印機都配置并行接口,目前配置有并行接口的數字示波器?邏輯分析儀等虛擬儀器已經出現在市場上?GPIB,VXI和PXI總線虛擬儀器都是專門為程控儀器設計的計算機接口總線,其中GPIB儀器具有獨立的儀器操作界面,上一頁下一頁返回第二節

虛擬儀器可以脫離計算機獨立使用,也可以通過標準GPIB電纜連接計算機實施程序控制;而VXI和PXI儀器沒有獨立的儀器操作界面,必須依賴儀器驅動器提供的虛擬操作界面?USB總線虛擬儀器目前已經成為PC的標準配置,并且支持熱插拔功能,IEEE1394總線在一些高檔臺式和筆記本微機上也已經開始流行?USB和IEEE1394總線最大的優點是數據傳輸率高,目前基于IEEEl394總線的虛擬儀器已經達到100MbpS的數據傳輸率,完全滿足高性能動態測試的要求?二?虛擬儀器的性能特點從構成和功能上來說,虛擬儀器就是利用現有的計算機,配上相應的硬件和專用軟件,形成既有普通儀器的基本功能,上一頁下一頁返回第二節

虛擬儀器又有普通儀器所沒有的特殊功能的高檔低價的新型儀器;從使用上來說,虛擬儀器利用強大的圖形化開發環境,建立直觀?靈活?快捷的虛擬儀器面板(即軟面板),可以有效地提高儀器的使用效率?虛擬儀器的特點可以歸納為以下幾個方面?1.增強了傳統儀器的功能虛擬儀器將信號分析?顯示?存儲?打印和其他管理集中交由計算機來處理,充分利用了計算機強大的數據處理?傳輸和發布能力,不但增強了儀器的功能,而且使得組建儀器系統變得更加靈活?簡單?2.突出“軟件就是儀器”的新概念傳統儀器的某些硬件在虛擬儀器中被軟件所代替,上一頁下一頁返回第二節

虛擬儀器由于減少了許多隨時間可能漂移?需要定期校準的分立式模擬硬件,加上標準化總線的使用,使儀器的測量精度?測量速度和可重復性都大大提高?3.儀器由用戶自己定義虛擬儀器通過提供給用戶組建自己儀器的可重用源代碼庫,可以很方便地修改儀器功能和面板,設計儀器的通信?定時和觸發功能,實現與外設?網絡及其他應用的連接,給了用戶一個充分發揮自己能力和想象力的空間?4.開放的工業標準虛擬儀器硬件和軟件都制定了開放的工業標準,因此用戶可以將自己的儀器設計?使用和管理統一到虛擬儀器工業標準,上一頁下一頁返回第二節

虛擬儀器使資源的可重復利用率提高,功能易于擴展,管理規范,生產?維護和開發費用降低?5.便于構成復雜的測試系統虛擬儀器既可以作為測試儀器獨立使用,又可以通過高速計算機網絡構成復雜的分布式測試系統,進行遠程測試?監控與故障診斷?此外,用基于軟件體系結構的虛擬儀器代替基于硬件體系結構的傳統儀器,還可以大大節約儀器的購買和維護費用總之,虛擬儀器的出現,打破了傳統儀器由廠家定義?用戶無法改變的模式,它利用計算機豐富的軟硬件資源,大大突破了傳統儀器在數據的處理?表達?傳送?顯示和儲存等方面的限制,有極好的性能/價格比?上一頁下一頁返回第二節

虛擬儀器三?虛擬儀器開發工具簡介在自動測試系統構成與開發費用中軟件所占的比例越來越大,測試軟件編程對廣大測試工程師和科學家編程能力的要求越來越高,帶來的負擔也越來越重?使用一套效率高?功能強的測試軟件開發工具,不但可以節省工程師在程序編碼和調試中的時間和精力,而且可以提高軟件的生成和維護效益?虛擬儀器有多種開發工具,目前比較流行的是面向對象的編程技術和圖形編程技術?面向對象的編程技術相對圖形編程技術來說,編程難度較大,開發周期較長,且不易進行更改?升級和維護等;而圖形編程語言在這方面具有無可比擬的優勢,它具有簡單易學,開發周期短,開發出的應用程序界面美觀,功能強大?上一頁下一頁返回第二節

虛擬儀器目前最具代表性的是:美國NI公司的LabWindowS/CVI,LabVIEW和惠普公司的HPVEE?LabVIEW是實驗室虛擬儀器工程平臺LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench的縮寫,是美國NI公司的創新產品,也是目前應用最廣?發展最快?功能最強的圖形化軟件開發集成環境?LabVIEW采用圖形化語言編程,以方框圖的形式編制程序,運用的設備圖標與科學家?工程師們習慣的大部分圖標基本一致,這使得編程過程和思維過程非常相似?LabVIEW提供了大量的函數和子程序支持用戶的任務,也提供了一些專用程序,如GPIB設備控制?VXI總線控制?上一頁下一頁返回第二節

虛擬儀器串行口設備控制以及數據分析?顯示和存儲?LabVIEW還提供了專門用于程序開發的工具箱,使得用戶能夠設置斷點,動態執行程序來觀察數據的傳輸過程,以便進行方便的調試?同時,LabVIEW可調用Windows動態連接庫和用戶自定義的動態連接庫中的函數,以解決LabVIEW對某些非NI公司支持的硬件在使用過程中的驅動問題?此外,LabVIEW還直接支持動態數據交換(DDE)?結構化查詢語言(SQL)?TCP和UDP網絡協議等,LabVIEW的CIN節點使用戶可以使用由其他語言編譯的程序模塊,使LabVIEW成為一個完全開放式的開發平臺?上一頁返回第三節

計算機測控系統微型計算機測控系統如圖15-5所示?現場被測信號經傳感器接收并變換成模擬信號或數字信號和開關信號輸出,再經相應的調理電路送入計算機處理,借助計算機豐富的軟?硬件資源對被測信號進行實時處理和輸出,實現智能化自動檢測的目的,這種檢測系統在非電量電測技術中已獲得廣泛應用?一?計算機測控系統的特點在計算機測控系統中,計算機代替了傳統控制設備對系統進行調節和控制,由于計算機具有采集?傳送?存儲?處理大量數據的能力,使控制過程進入了以計算機為主要控制設備的自動控制階段,計算機測控系統與傳統硬件構成的系統相比較,具有以下特點?下一頁返回第三節

計算機測控系統1.程序控制任何一種控制規律的實現都可以程序化,而控制規律的改變只不過是程序的改變而已?2.數字控制計算機的輸入/輸出信息都是數字信息,計算機控制系統是對被控對象的信息進行采樣?量化?保持等變換?3.實時控制計算機的信息處理過程與實時控制過程相適應?4.綜合控制可以以計算機為中心實現多變量?多回路?多對象?多工具?變參數和自適應的綜合控制?上一頁下一頁返回第三節

計算機測控系統二?計算機測控系統的發展趨勢計算機測控系統的發展經歷了五個階段:數據采集測控系統DAS(DataAcquiSitionSystem)?直接數字測控系統DDCS(DirectDigitalContro1System)?監督測控系統SCS(SupervisoryControlSystem)?集散型測控系統DCS(DistributedControlSystem)和現場總線測控系統FCS(FieldbusControlSystem)?近年來,集計算機?通信?控制三種技術為一體的第5代控制體系結構,即現場總線控制系統,成為國內外計算機過程控制系統一個重要的發展方向?計算機技術?網絡技術與微電子技術的長足發展,上一頁下一頁返回第三節

計算機測控系統為測控系統向分布式?網絡化和以計算機作為平臺的方向拓展提供了良好的條件,也為測控領域中M3C(Measurement,Communications,Control,Computer—測量?通信?控制?計算機)技術的應用提供了技術基礎?M3C是工業自動化的一種全新的設計方法,其核心思想是以信息處理技術為核心,以網絡技術為基礎,以實現測控儀表智能化為手段,形成多級分布式智能測控系統?通過將測控系統數字化?智能化任務分布于多級測控系統的各級上,形成集測量?通信?控制與處理于一身的低成本?高精度?高效率?高可靠性,以及可管理的?具有自由擴展與升級能力的工業自動化系統?從該系統的提出到現在不足5年的時間內,國際電子電器工程師學會已形成了IEEI451標準系列,上一頁下一頁返回第三節

計算機測控系統成為測控系統領域的關鍵技術?隨著控制的對象逐漸向非線性?時變和隨機?模糊的方向發展,在微處理器和計算機技術?人工智能中關于知識的表達與推理技術,以及專家系統的設計與建造方面進展的推動下,智能測控系統的研究和應用展現出廣闊的前景?在美國?日本及歐洲等先進的工業國家,智能型的計算機測控系統已應用于工業生產中,并取得了非常好的效果?因此,采用一體化智能控制的計算機測控系統將逐漸成為今后測控領域的主流?上一頁返回第四節

現場總線測控系統現場總線測控系統(FCS)是一種新型的網絡集成自動測控系統,它以現場總線為紐帶,把控制?補償計算?參數修改?顯示?報警等功能分散到各個現場儀表,把掛接在總線上相關的網絡節點組成一個完整的自動測控系統?現場總線測控系統的基礎是現場總線(FieldBUS)技術,為了克服集散型測控系統(DCS)的技術瓶頸,進一步滿足現場的需要,現場總線技術應運而生,它實際上是連接現場智能設備和自動化控制設備的雙向串行?數字式?多節點通信網絡,也被稱為現場底層設備控制網絡?它從根本上突破了傳統的“點對點”式的模擬信號或數字-模擬信號控制的局限性,構成一種全分散?全數字化?智能?雙向?互連?多變量?多節點的通信與控制系統?下一頁返回第四節

現場總線測控系統FCS是將傳統分布式計算機控制系統(DistributedComputerControlSystem)的采集控制站的功能下移到基于現場總線的現場儀表或者執行機構上,取消采集控制站,在控制站的位置上代之以連接現場總線的網橋和集線器,監控操作站直接和現場儀表相連?一?主要研究內容現場總線控制系統所研究的主要內容有如下幾點?1.研究現場控制系統的通信協議現場總線的通信協議就是要致力于建立工廠底層網絡的開放性通信系統,開放性通信系統是指通信協議公開,上一頁下一頁返回第四節

現場總線測控系統各不同生產廠家的設備之間可以互連為系統并且實現信息交換?只有開放性通信系統才使得用戶可以根據自己的需要集成來自不同供應商的產品,組成大小隨意的系統?現場總線的雙向通信能力,使操作者能在控制室訪問現場總線上的所有智能設備,進行標定和預防性檢查,現場總線上的各個智能設備也可以向總線發布信息,為控制提供測量值和現場設備的狀態,保證控制的高質量?通信協議的研究就是要首先選擇一個滿足上述要求的?開放的?具有廣泛研究基礎的現場總線技術,研究通信模型及其實現技術?2.研制符合現場總線標準的現場智能單元現場智能單元是現場總線技術的重點和難點,上一頁下一頁返回第四節

現場總線測控系統無論是從品種數量還是技術要求來看,它都將是研制工作的核心問題?這是因為現場測量控制要求的種類很多,如溫度?電量?壓力等的測量和控制;從技術要求上看,現場總線的許多優越性是通過現場智能單元或從變送器中體現出來,如要求有很高的量程范圍?很高的精度,要有故障自診斷?在線遠距離組態和可互操作性等功能;此外,現場智能單元還要求具有完善的通信功能?高可靠性和能夠獨立工作的能力?3.研制用于FCS組網連接的網橋或者集線器研制用于實現不同協議轉換的網橋和用于連接多段總線的集線器?中繼器,可以增強現場測量和控制的分布性和FCS測量?控制網絡結構的靈活性?上一頁下一頁返回第四節

現場總線測控系統4.研制現場智能單元組態和整定軟件組態和整定軟件能夠在監控操作站上(控制室內)對現場智能單元的工作方式?量程?信號處理方式?采集控制算法?設備故障監視點等進行組態,定期地或者在現場設備發生故障時對現場設備進行整定?5.研制現場設備管理軟件現場設備管理軟件用于控制室或者在維修車間內對現場設備進行維護管理?設備故障診斷及設備故障預測等,以便在故障發生時快速定位故障點,減少設備維修時間和昂貴的停產時間?設備管理系統還用于進行設備故障預測,以便合理安排設備維修時間,盡量避免意外的故障停機事件?上一頁下一頁返回第四節

現場總線測控系統6.研制生產過程監控軟件生產過程監控軟件用于對操作流程管理?生產過程監控,具有對被檢測控制對象的工作狀態和參數的顯示?報警?存儲等功能,保證生產過程正常進行,從而提高生產效率?二?主要特點現場總線技術的出現,使得現有過程控制系統的技術?設計方法?安裝調試方法?人員培訓以及產品市場得到全新的發展?不同國家?廠商紛紛組成集團,發表各自的現場總線標準,不斷推出各自的現場總線產品,以圖率先占領市場?現場總線發展迅速,現在處于群雄并起?百家爭鳴的階段?目前已經開發出40多種現場總線,如Interbus,Bitbus,DeviceNet,上一頁下一頁返回第四節

現場總線測控系統MODbus,Arcent,P-Net,FIP,ISP等,其中最有影響力的有5種,分別為FF,Profibus,HArT,CAN和Lon-Works現場總線測控系統(FCS)實質是一種開放的?具可互操作性的?徹底分散的分布式控制系統,與傳統的集散型測控系統(DCS)相比,具有較多的先進性?其主要特點有如下幾點?1.信號的傳輸方式不同DCS大多為模擬數字混合系統,尚未形成從測控設備到操作控制計算機的完整網絡,在技術上有很大的局限性?由于采用單一信號傳輸,以至可靠性差,互操作性差,不能很好地對現場設備進行實時控制?FCS是一種分布式的網絡自動化系統,其基礎是現場總線,上一頁下一頁返回第四節

現場總線測控系統形成了從測控設備到操作控制計算機的數字通信網絡,適應了網絡發展的要求,因而成為控制網絡的發展趨勢2.通信協議不同DCS由于采用獨家封閉的通信協議,給用戶的系統集成和應用造成了不便?也就是說,不同廠家的設備不能互連在一起,系統和外界之間的信息交換難于實現?FCS采用的是一套標準的通信協議,把測控設備和控制系統完美地結合在一起?通俗地說,測控設備和控制系統采用的是同一種公用的?數字化的語言,它們之間可以進行良好的溝通,從而使設備之間的互操作變得方便?快捷?3.結構不同上一頁下一頁返回第四節

現場總線測控系統DCS采用了多級分層網絡結構?點對點的接線方式,它集多種功能于一臺計算機上,無論是軟件系統還是硬件系統,都顯得十分龐大,且工作效率不高?FCS用一根通信電纜同時連接多臺設備,形成真正分散在現場的完整的控制系統,做到了徹底的分散控制,使系統的靈活性?自治性和可靠性提高了?4.成本不同FCS的硬件數量遠遠少于DCS,還可以用工控PC機作為操作站,省略了DCS中昂貴的控制站,從而節省了一大筆投資?DCS的現場底層傳感器和數據采集器之間采用了一對一的物理連線,所以布線的面積很大,導致現場作業量很大?FCS避免了DCS中冗余的電纜,實現了簡單的接線,上一頁下一頁返回第四節

現場總線測控系統即一對雙絞線或一條電纜上就可以掛接多個設備;如果需要新增測控設備,那么在原有的電纜上就近掛接就可以了,省去了增設新電纜的麻煩?同時,DCS傳輸的是4~20mA的模擬信號,系統的故障難以排查?FCS傳輸的是數字信號,系統軟件中含有大量的診斷信息,用戶可以方便地查詢所有設備的運行,能夠及時發現潛在的故障并消除隱患,也降低了維護成本?上一頁返回第五節

物聯網物聯網(TheInternetofThings)就是“物物相連的互聯網”?這有兩層意思:第一,物聯網的基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎之上的延伸和擴展的一種網絡;第二,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信?物聯網最初被稱為傳感網?1999年,在美國召開的移動通信和網絡國際會議提出了,“傳感網是下一個世紀人類面臨的又一個發展機遇”?2005年11月17日,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上,國際電信聯盟(ITU)發布了《ITU互聯網報告2005:物聯網》,正式提出了“物聯網”的概念?報告指出,無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨?在中國,中科院早在1999年就啟動了傳感網的研究,下一頁返回第五節

物聯網目前已取得了一些科研成果,并建立了一些適用的傳感網?一?物聯網的核心技術物聯網是在計算機互聯網的基礎上,利用RFID?傳感器?智能芯片?無線通信等技術,構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“InternetofThings”?具體地說,就是把傳感器嵌入或裝備到各行各業?千家萬戶的各種物體之中,構成一個傳感器網絡,然后將“傳感網”與現有的互聯網整合起來,實現人類社會與物理系統的完美整合?智能傳感器是這個網絡中的核心技術之一,使得網絡中各種物體具有一定的“智慧”,彼此能夠進行“交流”,而無須人的干預?物聯網另一核心技術是RFID電子標簽?RFID標簽中存儲著規范而具有互用性的信息,上一頁下一頁返回第五節

物聯網通過開放性的計算機網絡實現信息交換和共享,實現對被跟蹤物體的識別和管理?就技術層面來講,物聯網的開展步驟主要如下?(1)對物體屬性進行標識,屬性包括靜態和動態的屬性,靜態屬性可以直接存儲在標簽中,動態屬性需要傳感器實時探測(2)需要識別設備完成對物體屬性的讀取,并將信息轉換為適合網絡傳輸的數據格式?(3)將物體的信息通過網絡傳輸到信息處理中心(處理中心可能是分布式的,如家里的計算機或者手機,也可能是集中式的,如中國移動的IDC),由處理中心完成物體通信的相關計算?二?物聯網的管理上一頁下一頁返回第五節

物聯網物聯網的實現具有規模性?廣泛參與性?科學管理性?綜合技術性?物體屬性的多樣性等特征,需要各行各業參與和配合?就管理層面來講,物聯網的開展注意如下幾個問題?(1)在進行國與國?企業與企業項目合作時,如何確保國家機密?企業商業機密不被泄露?這不僅是一個技術問題,而且還涉及國家或企業安全問題,必須引起高度重視?(2)在物聯網中,RFID標簽有可能預先已嵌入某物體中,但擁有該物體(比如衣物)的人,不一定能夠覺察該物體預先已嵌入有電子標簽,導致自身可能被網絡無限制地掃描?定位和追蹤,這勢必會使個人的隱私受到侵犯?因此,如何確保標簽物的擁有者個人隱私不受侵犯,上一頁下一頁返回第五節

物聯網便成為射頻識別技術以至物聯網推廣的關鍵問題?而且,這也不僅僅是一個技術問題,還涉及政治和法律問題,這個問題必須引起高度重視并從技術上和法律上予以解決?(3)我們都知道互聯網發展到今天,有一件事是解決得非常好,就是標準化問題解決得非常好,全球進行傳輸的協議TCP/IP協議?路由器協議?終端的構架與操作系統等,這些都解決得非常好;因此,我們到全世界任何一個角落,都可以很方便的上網?物聯網發展過程中,RFID?傳感器?智能芯片?無線通信等技術,各個層面會有大量的技術問題,必須盡快統一技術標準,形成一個科學的管理機制,如果各行其是,那結果將是災難性的?三?中國物聯網技術上一頁下一頁返回第五節

物聯網我國中科院早在1999年就啟動了傳