計算機在材料科學與工程中的應用葉衛平第二章計算機檢測與控制系統本章要點檢測與控制系統組成和特點現代測試系統基本結構與類型計算機測控系統基礎計算機加熱爐溫度控制滲碳過程系統控制計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點輸入部分由傳感器、放大(變送)器和A/D轉換器等環節組成輸出部分由D/A轉換器、信號調節器、控制執行器及接口電路自動控制示意圖檢測與控制系統的組成1計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點計算機控制系統分類2DDC—DirectDigitalControlSCC—SupervisoryComputerControlDCS—DistributionControlSystem計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點開環控制系統(open-loopcontrolsystem)計算出最優操作條件及操作方案，操作人員直接操作執行機構。指被控對象的輸出(被控制量)對控制器的輸出沒有影響。計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點閉環控制系統(closed-loopcontrolsystem)特點是系統被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環。計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點閉環控制系統(closed-loopcontrolsystem)Eg.加熱爐溫度自動控制系統

控制器（微機控制裝置）執行器（加熱器）被控對象（加熱爐）被控量（爐內溫度）給定量（設定的溫度）檢測裝置（熱電偶）控制量（電壓）比較器計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點閉環控制系統(closed-loopcontrolsystem)Eg.電冰箱溫度控制系統

控制器（控制裝置）執行器（制冷裝置）被控對象（電冰箱）被控量（冰箱實際溫度）給定量（設定的溫度）檢測裝置（冰箱溫控裝置）控制量（制冷量）比較器計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點分布式控制系統(distributedcontrolsystem)由多臺計算機分別控制生產過程中多個控制回路，同時又可集中獲取數據、集中管理和集中控制的自動控制系統。計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點分布式控制系統(distributedcontrolsystem)Eg.煉鋼生產過程

計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點分布式控制系統(distributedcontrolsystem)Eg.軋鋼生產過程

計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點測控計算機選擇3單片微型計算機(SingleChipMicrocomputer)

它將組成微型計算機所必須部件（CPU、ROM、RAM、I/O接口等）集成在一個超大規模集成電路芯片上。計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.1檢測與控制系統組成和特點測控計算機選擇3可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicalController)PLC是以微處理器為核心的電子系統，它是在繼電器控制和計算機控制的基礎上發展而來的一種新型工業自動控制裝置。

PLC的過程控制是指對溫度、壓力和流量等模擬量的閉環控制。STD總線工業控制機工業PC機計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.2現代測試系統基本結構基本型1信號獲取信號放大、預濾波量程切換、分時采樣、A/D、D/A轉換等控制中樞智能傳感器集成儀器計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.2現代測試系統基本結構標準通用接口型2GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)，是采用通用接口總線的儀器系統基于GPIB通信的VXI檢測系統計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.2現代測試系統基本結構標準通用接口型2VXI(VMEBusExtensionforInstrumentation)，是采用高速計算機總線VME，在儀器領域擴展的新一代標準總線模塊化儀器系統。VXI嵌入式CPU檢測系統計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.2現代測試系統基本結構標準通用接口型2PXI(PCIExtensionforInstrumentation)，是采用計算機總線，在儀器領域擴展的總線模塊化儀器系統。PXI總線檢測系統計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.2現代測試系統基本結構測試技術的發展趨勢3微型化，MEMS器網絡化，總線技術、Internet軟件化，“軟件即是儀器”集成化，系統集成、儀器集成智能化，計算機、微處理器計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.3計算機測控系統基礎傳感器(sensor)1能感受規定的被測量并按一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。材料工程中常用傳感器檢測對象種類使用范圍溫度熱電偶/熱電阻中、高/低溫度力拉壓傳感器壓力，力性位移電阻器,引伸計速度，轉速，角度氣氛紅外儀，氧探頭碳勢，氮勢光光敏元件定量金相，電化學離子選擇電極pH,電導率敏感元件傳感元件轉換電路非電量電參量電量被測量計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.3計算機測控系統基礎采樣及其處理2A/D轉換包括采樣和量化兩個過程；采樣是將時域上連續變化的信號變為時域上離散的信號；量化是將幅值可連續變化的信號變為離散值。采樣形式（周期采樣）周期采樣,即tk+1-tk=常量；f(采樣頻率)連續量采樣（離散化）量化（數字化）計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.3計算機測控系統基礎采樣及其處理2采樣周期參考值物理量采樣周期/s備注流量1-5優選1-2壓力3-10優選6-8液面6-8溫度15-20成份15-20采樣示意圖計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.3計算機測控系統基礎采樣及其處理2采樣方式（延時、查詢和中斷方式采樣）計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.3計算機測控系統基礎采樣及其處理2數字濾波（限幅濾波、算術平均、中位值法和延遲數字濾波法限幅濾波算術平均計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.3計算機測控系統基礎A/D(Analog/Digital)轉換3D/A(Digital/Analog)轉換4計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.3計算機測控系統基礎傳感器信號處理A/DD/A計算機顯示檢測預處理轉換調理界面數字量模擬量信號處理模擬世界數據采集系統和外部模擬世界的關系計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.4計算機加熱爐溫度控制溫度控制系統構成14集中控制各工藝參數可靠性高，精度高抗干擾性好可調節參數范圍寬計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.4計算機加熱爐溫度控制溫度控制系統構成1D(z)G(s)D/A放大與伺服電動機A/D溫度檢測與變換計算機溫度設定值爐溫溫度控制系統示意圖計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.4計算機加熱爐溫度控制溫度測量2非線性補償A/D轉換器精度Eg.鎳鉻-鎳硅熱電偶熱電勢,在273K時為0mV,1473K時為48.81mV。使用8位A/D轉換器能把1473K以下的熱電勢256等分。其最小分辨率為48.81/256=0.19mV,約為5K,若用12位A/D轉換器,其最小分辨率為48.81/4096=0.012mV,約為0.3K,因此,若要高精度測量溫度,需使用高位數的A/D轉換器。計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.4計算機加熱爐溫度控制溫度控制2PID控制積分分離PID控制(ProportionalPlusIntegralDerivativeAction)積分分離與一般PID溫度控制計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.5滲碳過程系統控制滲碳過程控制1井式滲碳爐工作過程示意圖采用微機實時、精確地控制加熱設備和溫度、碳勢、滲碳時間等主要參數，便可達到對工藝過程的良好控制。計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.5滲碳過程系統控制滲碳過程控制1滲碳過程中的控制參數爐溫碳勢滲層深度

n=[(E/0.144T)-5]Cg％式中Cg％為氣氛中的碳勢；E為氧化鋯探頭輸出毫伏數；T為絕對溫度滲碳時間

增量式PID模型計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.5滲碳過程系統控制滲碳過程控制1根據氣體滲碳工藝要求，應該對爐溫、碳勢、滲碳時間、機械動作等進行實時控制。本系統由1臺上位機和4臺下位機組成。下位機完成數據采集、處理，輸出控制信號，參數設定與修改，顯示，聲光報警及與上位機通信聯絡等功能；上位機則需將下位機所有信息進行綜合處理。計算機控制系統計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.5滲碳過程系統控制滲碳過程計算機控制系統1計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.5滲碳過程系統控制滲碳過程計算機控制系統1計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.5滲碳過程系統控制滲碳過程計算機控制系統1計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.5滲碳過程系統控制滲碳過程計算機控制系統1計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.5滲碳過程系統控制滲碳過程計算機控制系統1計算機在材料科學與工程中的應用第二章計算機檢測與控制系統

http://2.5滲碳過程系統控制碳勢控制原理2結論：當溫度一定，碳勢C