对测控技术的认识

对测控技术的认识

摘要：测控技术与仪器专业是信息科学技术的源头，是光学、精密机械、电子、计算机与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。专业面广，小到制造车间的检测，大到卫星火箭发射的监控。测控技术与仪表是适用于各类不同专业的一门实用性非常强的学科，如工业自动化、生产过程自动化、检测技术及仪表、电子仪器及测量技术、计算机过程控制等等，随着科学技术的飞速发展，光机电一体化系统的开发研制与应用越来越受到重视，测控技术应用的领域以及本身的价值越来越重要。文以网络测控技术在太阳能热水装置中的应用为例讲述对测控技术的认识。

关键词：测控 网络 太阳能

一、 引言

随着现代科学技术日新月异的发展，以信息技术产业为支柱的知识经济也随之迅速发展，人类已经逐渐进人信息社会，各种高新技术也愈来愈多地融合渗入到测量领域和仪器仪表行业。作为测量领域惟一的本科专业，测控技术与仪器已经发展成为当今信息科学技术学科领域的重要分支，是研究信息的获取和预处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术;是集光、机、电、自动控制技术、计算机技术与信息技术多学科相互融合和渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。

科学技术的发展不仅使愈来愈多领域的研究和应用对测控技术与仪器专业人才的需求，而且随着知识更新的速度日益加快，知识经济时代迫切需要具有高综合素质、实践能

力与创新能力的人才，这就要测控技术与仪器专业人才的培养提出新的要求。建设创新型国家的核心在于拥有大批创新型的人才，因此测控技术与仪器在高等学校中受到了广泛的注重，因此高等学校作为人才培养的主体积极思考了如何多方位地培养创新型的人才。测控技术与仪器专业是宽口径专业，不仅涉及的理论知识广泛，而且工程性强，对学生的实践能力要求高。因此，为了适应测控技术与仪器技术的发展，特别是在教育改革不断深化的形势下，对专业发展战略进行研究，以探索适应二十一世纪科技发展的测控人才培养模式势在必行。

二、 测控技术的专业介绍以及发展趋势

1、 专业介绍：

测控技术与仪器专业是多学科交叉融合的专业，知识面非常的广，涉及测量与测控技术、仪器仪表技术、计算机技术、信息技术、系统与网络技术等多个学科的知识。测控技术自古以来就是人类生活和生产的重要组成部分。最初的测控尝试都是来自于生产生活的需要，对时间的测控要求使人类有了日晷这一原始的时钟，对空间的测控要求使人类有了点线面的认识。现代社会对测控的要求当然不会停留在这些初级阶段，随着科技的发展，测控技术进入了全新的时代。

测控技术与仪器专业是信息科学技术的源头，是光学、精密机械、电子、计算机与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。她的专业面广，小到制造车间的检测，大到卫星火箭发射的监控。

中国工业以前很长时间里在国际市场上没有地位，一个重要的原因是大路货太多，质量太差，没有高质量的产品，无法与其他工业强国相争，这又与我国测控专业人才非常缺

乏有关。与世界接轨，中国企业要想提高国际竞争力，产品质量是关键，因此，测控专业的人才变得越来越重要。

本专业以光、机、电、计算机一体化为特色，培养具有现代科学创新意识、知识面宽、基础理论扎实、计算机和外语能力强，可从事计算机应用、电子信息、智能仪器、虚拟仪器、测量与控制等多领域的产品设计制造、科技开发、应用研究、企业管理等多方面的高级工程技术及经营管理人才。同时因为他们专业知识面宽广，具有很强的适应能力和广泛的发展空间，也可从事计量、测试、控制工程、智能仪器仪表、计算机软件和硬件等高新技术领域的设计、制造、开发和应用等工作，转行比较容易。

2、 发展趋势：

2.1教育发展状况

科学史上重大的发现往往是由于新的测量技术的发明而获得。在信息科技时代，测控技术与仪表是实现信息获取、存储、处理的必备工具，也是揭示物质运动的必备工具。在现代化建设中，由于仪器仪表对生产工艺和产品的质量的具有的监测作用，人们在技术上对它有着更高层次的要求。

测控技术与仪表是适用于各类不同专业的一门实用性非常强的学科，如工业自动化、生产过程自动化、检测技术及仪表、电子仪器及测量技术、计算机过程控制等等。在当今的大学理工科类院校中，几乎都已开设了此专业。由于该专业在国内设立较早，因此现已处于成熟的阶段。

测控技术与仪表可以说是一门边缘学科，它和自动控制、工业自动化、仪器仪表以及

计算机专业有着密切的联系。而正是由于测控技术与仪表专业的这种联系，对于该专业的毕业生来说，其就业可以选择的方向十分广泛，既可以进入生产工程自动化企业从事自动控制、自动化检测等方面的工作，也可以在科研单位进行仪器仪表的开发和设计，同时还可以在工程检测领域、计算机应用领域找到适合本专业个人发展的空间。

我国的测试技术与仪表专业的发展经历了漫长的路程，现在已取得了飞快的发展。国内院校中，现开设测试技术与仪表专业，如清华大学、北京理工大学、天津大学、东北大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、浙江大学、南京理工大学等等。其中已有许多院校经国家教委批准设立了测试技术与仪表专业硕士点。目前，每年测试技术与仪表专业的招生人数大约在3000人左右，毕业生广泛的就职于工业自动化类企业、仪器仪表行业以及各类科研机构从事与本专业有关的工作。

2.2分布式测控系统

分布式测控系统其核心思想是集中管理，分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机分散到现场实现分布式测量与控制，上、下位机之间用控制网络互联以实现互相之间的信息传递。因此，分布式测控系统有力的弥补了集中式数字测控系统对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。

2.3现场总线测控系统

现场总线测控系统用现场总线这一开放的，具有互操作性的网络将现场各控制器及仪器仪表设备互连，构成现场总线测控系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。因此，现场总线测控系统是一个开放式的，具有互操作性的、彻底分散到分布式测控系统。现场总线把通用或专用的微处理置入传统的测量仪表，使之具有数字计

算和数字通信能力。采用一定的介质作为通信总线，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输和信息交换，形成各种适应实际需要的测控系统。

2.4基于交换式连接工业以太网及分布式、测量控制管理 一体化的测控系统

以太网的工业控制优越性和可能性主要表现为：足够带 宽并且进行交互式互连从而保证测控系统得实时性，采用 TCP从而获得通信协议的开放性、易与Internet集成从而 更有利于建立测量控制管理一体化的测控系统，有成熟的以 太控制网络软件及成本低廉等。

三、测控技术发展前景与发展新阶段---网络化

目前测控系统中迅猛发展的现场总线，它的通信模型和OSI模型对应，将现场的智能仪表和装置作为节点，通过网络将节点连同控制室内的仪器仪表和控制装置联成有机的测控系统。测控网络的功能将远远大于系统中各独立个体功能的总和。结果是测控系统的功能显著增强， 应用领域及范围明显扩大。1999年2月，Jini软件技术问世。Jini软件技术旨在使各种电器设备、测量仪器及采用JAVA芯片的各种装置能连接上网，Jini软件连同以Java语言编写的简单程序，可使联网的任何仪器设备实现其自身功能的同时，还能为其他仪器设备加以利用。网络技术的出现，正在并将极大地改变人们生活的各个方面。具体到计量测试、测控技术及仪器仪表领域，微机化仪器的联网，高档测量仪器设备以及测量信息的地区性、全国性乃至全球性资源共享，各等级计量标准跨地域实施直接的数字化溯源比对，远程数据采集与测控， 远程设备故障诊断，电、水、燃气、热能等的自动抄表，都是网络技术进步并全面介入其中发挥关键作用的必然结果。

四、测控技术在社会生活中的应用——网络测控技术在太阳能热水装置中的应用

太阳能的季节特性很明显，夏天日照时间长， 投射角较大，获得的能量比较多，冬天则相反。由 于技术、经济方面的原因，太阳能设备还不能更有 效地跨季节使用。采用太阳能热泵混合式供热水 装置是从充分利用太阳能设备出发，考虑太阳能 不足时的热水供应以及节能需要 。

太阳能热泵混合式供热水装置是在原来常用 的太阳能热水系统强制循环形式的基础上，增加一 套热泵系统(图1)。系统适合于间歇供热水场合，有两种不同的工作模式：(1)当太阳辐射强度足够 大时，不需要开启热泵，直接利用太阳能即可满足 要求；(2)太阳辐射强度减小，水箱中的水温过低 时，开启热泵，使其以空气为热源进行工作 。由于采用翅片管换热器，本装置的容量比较小。 随着Internet和Intranet技术的迅猛发展，国 内企业都纷纷建立自己的Intranet网，从而初步 实现了企业内部的3C(Communication，Collabora— tion和Coordination)。现有的Intranet主要面向企 业的信息管理，缺乏对设备的监控和管理。

太阳能热泵热水装置温度控制原理

电气控制系统首先由温度变送器采集太阳能 热泵热水装置温度数据，并将其转换为

4～20 mA 信号传送至与可编程控制器连接的模拟量模块 (EM235)中；用户在上位机中设定所需温度值， 并通过电脑网卡、以太网集线器(多级)，经西门 子工业以太网通讯处理器(CP243—1)传送至可编 程控制器(CPU224)中。最后CPU224对温度采 样值与设定值进行比较，从而判断出热水实际温 度与用户要求的差异。 在光照条件下，当集热器内水温达到设定值时(推荐设定50℃，可通过上位机由用户自由设 定)，CPU224使定温电磁阀自动打开，自来水进入集热器，并将集热器内达到设定温度的热水顶入贮热水箱；当集热器内水温低于设定值2℃时，CPU224使定温电磁阀自动关闭。水位仪检测到贮热水箱水满，会自动发出指令给CPU224，CPU224收到该指令后，自动切断定温电磁阀，并自动转入水温上限设定(70℃)运行。当集热器内水温达到上限设定值时，CPU224使定温电磁阀打开，同时使定温循环水泵自动启动，将水箱内较低温度的水打入集热器，而将集热器内达到上限温度的高温热水顶入贮热水箱；当集热器内水温低于上限设定值2℃时，CPU224使定温电磁阀自动关闭。本太阳能热泵热水装置设有环境温度传感器，由于散热原因造成贮热水箱水温低于设定温度时，CPU224对贮热水箱温度和集热器出水温 度进行比较，若集热器出水温度比贮热水箱温度高，则装置中的CPU224自动在晴天条件下发出指令启动循环水泵，使贮热水箱内的水和集热器内的水形成强制循环加热，当达到需要温度时，循环水泵关闭。压 电 凝 冷中缩过加过风过压机载热热机载当太阳能产生热量不足时，CPU224发出指令启动热泵辅助加热。启动热泵加热后，冷凝盘管对热泵加热水箱内的水加热，当其温度达到上限设定温度时，热泵加热电磁阀自动打开，自来水进入热泵加热水箱底部，而将上部达到上限设定温度的热水顶入贮热水箱；当热泵加热水箱内温度低于上限设定温度2~C时，热泵加热电磁阀自动关闭。

单台装置工作原理如图2。

在线测控系统

本热水系统从整体看测点分布是分散的，而在某些环节或某些区域中又是相对集中的，即信息分布具有集散性。针对这一特点，设计了集散式远距离在线测控系统。其结构如图3所示。

在线监控和故障诊断系统结构整个测控系统由中心站和现场测控子系统组 成。两者之

间通过传输电缆进行数据通讯。分站数量n<128，每一分站所带分机数量m般情况下，分站分散布置，每一分站所带分机监控一个相对集中的区域，从而使系统具有配置灵活、测控范围广等优点。

五、结语

测控技术是随着科学技术的发展以及社会的进步而产生的，在测控技术中光机电一体化系统的开发研制与应用越来越受到重视。现代测控技术是21世纪重点发展的技术之一。现代科学技术的融入不但使现代测控技术在各方面得到广泛的应用，而且加快了现代测控技术的发展。随着其在国防、工业、农业等领域应用的深度和广度的扩大，它将为提高生产效率、改进技术水平做出巨大的贡献。测控技术在生活中的应用以实际情况为例，对现实中出现的问题进行一系列的监测。

六、参考文献：

【1】陈毅静 测控技术与仪器专业导论 北京大学出版社 2010.6

【2】田国庆 王志毅 沈智广 网络测控技术在太阳能热水装置中的应用 能源工程 2007（第2期）

【3】于振海 孙志玲 浅析现代测控技术的发展现状及趋势 创新实践教育观察

【4】孙亮 现代测控技术的发展及应用 电子质量2006年第10期

【5】《仪器仪表学科战略发展研究》课题研究组，仪器仪表学科发展战略研究报告.2005

【6】王大珩.现代仪器仪表技术与设计（上、下卷）.北京：科学出版社，2003

【7】测控技术与仪器专业发展战略研究报告重庆邮电大学测控技术与仪器专业提升计划项目组 2008年11月

【8】系统介绍测控专业 网络