工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與工業(yè)以太網(wǎng)若干關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、針對工業(yè)過程需要的參數(shù)意義和特點(diǎn)，研究流程工業(yè)制造過程的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線技術(shù)，其中包括：基于電容壓力測試技術(shù)、接觸式溫度測試技術(shù)、非接觸式溫度測試技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)可有效地解決工業(yè)現(xiàn)場參數(shù)高精度數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)傳輸問題，對于提高我國制造業(yè)裝備的自動(dòng)化水平具有重要意義。論文主要研究內(nèi)容如下： (1)研究了電阻電容耦合測量問題，提出了一種變頻率方波激勵(lì)電阻電容解耦測量的新方法，該方法利

2、用了阻容網(wǎng)絡(luò)幅頻特性，使用兩種頻率激勵(lì)下阻容網(wǎng)絡(luò)輸出電壓的比例關(guān)系進(jìn)行解耦測量，有效消除激勵(lì)源幅值對測量精度的影響。研制了石油勘探MEMS電容加速度傳感器數(shù)據(jù)采集器，采用方波激勵(lì)檢測差動(dòng)微小電容變化信號，設(shè)計(jì)了差動(dòng)電容變換電路、放大電路和濾波電路，應(yīng)用改進(jìn)的提升小波算法對信號進(jìn)行降噪處理，使測量電路信噪比得到較大提高。 (2)在研究工業(yè)常用接觸式溫度測量技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了熱電阻溫度傳感器測量的連續(xù)式非線性A/D轉(zhuǎn)換電路，給出了三

3、線制引線電阻補(bǔ)償方法，得出了引線電阻對測量精度影響率為-4/R的結(jié)論。研究了連續(xù)式非線性A/D轉(zhuǎn)換電路校正傳感器和電橋非線性技術(shù)，提出了應(yīng)用加權(quán)最小二乘參數(shù)估計(jì)方法尋找校正電路的最佳參數(shù)，并根據(jù)最佳參數(shù)進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)。針對熱電偶溫度傳感器的非線性，應(yīng)用多項(xiàng)式擬合方法進(jìn)行非線性校正，每個(gè)傳感器分5段，分別對K，E，T，J，S,B,N，W和R型熱電偶的非線性擬合出了4次校正多項(xiàng)式，保證了傳感器非線性校正精度在傳感器的全溫度范圍內(nèi)優(yōu)于0.1℃

4、，并用DUT數(shù)據(jù)采集模塊對各種型號熱電偶測溫精度進(jìn)行驗(yàn)證，獲得了大量實(shí)測數(shù)據(jù)。 (3)研究了輻射溫度測量技術(shù)，設(shè)計(jì)了棱鏡分光比色輻射溫度測量電路，使用高分辨率．A/D轉(zhuǎn)換器和量程切換技術(shù)解決低溫段輻射能量小、信號靈敏度低，而高溫段信號幅值大，動(dòng)態(tài)范圍要求高的矛盾，應(yīng)用黑體爐標(biāo)定技術(shù)和數(shù)字校準(zhǔn)方法以及4次擬合校正技術(shù)提高溫度測量精度。研究了基于圖像顏色的高溫物體溫度測量方法，采集黑體爐各典型溫度下的彩色圖像，確立HSV空間彩色模型

5、圖像數(shù)據(jù)與溫度數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對識別器進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)用圖像顏色非接觸溫度測量。 (4)研究了加權(quán)最小二乘數(shù)據(jù)融合方法，對各傳感器測量值的方差進(jìn)行在線估計(jì)，根據(jù)方差調(diào)整加權(quán)最小二乘融合算法的權(quán)值。研究了傳感器的分組組合方式，給出了分組融合算法的最優(yōu)分組原則，從理論上證明了基于最優(yōu)分組原則下融合算法的最小方差特性。以燒水過程為對象，建立加熱過程模型，將沸騰狀態(tài)檢測轉(zhuǎn)化為升溫速率均值變點(diǎn)檢測問題，并采用累積和(CUSUM)

6、控制圖方法進(jìn)行變點(diǎn)檢測，給出了加熱過程升溫速率及噪聲方差的在線估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)對沸騰狀態(tài)的快速準(zhǔn)確的判斷。 (5)研究實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，深入研究了EPA以太網(wǎng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模型、通信模型和實(shí)時(shí)通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)通信調(diào)度方法，定義了網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)和系統(tǒng)管理服務(wù)。開發(fā)了EPA現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)軟硬件產(chǎn)品，將IEC61131-3功能塊規(guī)范應(yīng)用于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線分布控制系統(tǒng)中。研究了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性測試方法，給出了描述EPA實(shí)

7、時(shí)性的參數(shù)定義和測試方法，開發(fā)了實(shí)時(shí)性測試平臺，并對“863”項(xiàng)目組的各單位設(shè)備進(jìn)行了測試驗(yàn)證。以工業(yè)過程常用參數(shù)檢測技術(shù)和實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為研究對象，給出了各種常用參數(shù)檢測方法和數(shù)據(jù)處理方法以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互聯(lián)與協(xié)調(diào)工作技術(shù)和方法，獲得了多項(xiàng)國家863項(xiàng)目以及省市項(xiàng)目支持，開發(fā)了多個(gè)的軟硬件產(chǎn)品，并得到了推廣和應(yīng)用，獲得了遼寧省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和大連市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)。期望該研究對于解決工業(yè)過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)控制問題提供一種新的